3、液态模锻

液态模锻液态金属模锻（简称液锻）是一种介于铸、锻之间无切削工艺。其主要过程是：将一定量的合金液浇入到模具（液锻模）内，在凸模（压头）的压力作用下使合金液充填型腔——结晶凝固——压力补缩——塑性变形。从而获得轮廓清晰，表面光洁，尺寸精确，性能优良的产品。3.1、液态模锻概述液态模锻原理仿真工艺流程熔化：将一定量的金属放入容器内加热至熔化，金属量视制件而定。浇注：金属熔化后稍冷却一会，待达到一定温度后再浇注。加压：选择一定的比压值与加压速度进行加压。顶出：必须设置顶出装置。原材料配制→熔炼→浇注→加压成型→脱模→冷却→热处理→检验→入库。液态金属模锻是介于铸、锻之间的一种少无切削工艺技术。其基本原理是：浇入到模具内的液态或半固态金属在较高的压力下成型、凝固并伴有微量的塑性变形组织。用液态金属模锻技术生产的产品质量优良，没有常见的气孔、缩孔等缺陷，液态金属模锻工艺适应性广，无论铸造合金材料还是锻造合金材料均可采用液锻工艺生产。可生产各种壁厚（壁厚≥1.5mm）及壁厚差大的产品。设备为通用的万能液压机或液态模锻机，无液锻件生产时，可作其它工作使用。正是由于液态金属模锻技术具有如此多的优点，已引起世界各国的高度重视，一些发达国家都有专门的从事液锻技术研究、开发、生产基地。液锻件无铸造中常见的气孔，缩孔，缩松等缺陷，组织致密，晶粒细小，性能均匀，可靠性高，能生产一般模锻方法无法生产的形状相当复杂的零件，其性能可与锻件相似。液锻件还能用热处理方法进一步提高其力学性能。液锻件表面粗糙度可达Ral.6～3.2，尺寸精度IT9～IT11，成品率高达95%以上。液锻艺过程生产率高，从浇注液态金属到获得液锻件，每一个工件的生产周期一般小于2分钟，台班产200件以上。工艺操作易于实现机械化、自动化，可节省劳动力资源和进一步提高生产率。节能效果显著，产品成本低，某些液锻件无浇冒口系统，可节省10%以上的液态金属，因而减少了熔炼所消耗的能源。液锻件一般不需机械加工或只需少量精加工，因而节省大量的机械加工工时、机床设备投资及机械加工电力消耗。产品性能高，重量轻。用于车辆及飞行器上的零件有明显的节能效果。液态成形：熔化方式冲天炉、感应电炉、电弧炉等。材料科学与工程学院市场预测：在世界轻工、汽车、机电、仪表……等市场的激烈竞争中，各国都在向高质量，高可靠性，重量轻，节能，低成本方向发展。在材料方面，表现为轻量化，以铝合金代钢，在工艺方面以铸代锻，尤其是以压铸，液锻代替普通铸造、低压铸造及部份锻造，以达到提高毛坯精度，减少加工余量，减少原材料消耗，降低成本的目的。因此，在各种行业中铝合金零件的比重迅速上升。在70年代，汽车中铝合金件共有20—30万吨/年，到80年代末，铝合金件已达60万吨/年，翻一番，某些零部件如：豪华轿车的轮毂、各种泵体、空压机连杆等也由原来钢（铁）质材料改为铝合金制造。当前铝合金自行车，铝壳电机，铝合金五金工具，压力表壳体、汽车油泵壳体、摩托车零件等铝合金零件；齿轮、蜗轮、高压阀体等铜合金零件；钢法兰、钢弹头、凿岩机缸体等碳钢、合金钢零件等各种合金制品正层出不穷地涌现，它预示着液锻工艺有十分广阔市场和应用前景。铝合金轮毂是钢质轮毂的换代产品，它具有质量轻、导热快、美观华贵、节能安全等优点，目前国内外已广泛应用于轿车及其它轻型客车上。随着我国汽车工业的快速发展以及国外配件需求量的增加，市场容量十分可观。目前国内外制造铝合金轮毂的方法主要分为两大类：一类是锻造法，其中国外最先进的工艺是由连铸工序和三个锻造工序组成，该法虽然质量好，但成品率只有50%左右，价格昂贵。另一类是铸造法，分重力铸造和低压铸造。重力铸造法产品中缩孔、疏松、气孔等缺陷严重，机械强度低，成品率低，国外已经淘汰。目前国内外大多采用低压铸造法，该法产品质量和成品率都有一定提高，但工艺复杂，设备投资太大，从国外引进年产30万件的设备需投资亿元以上。采用液态模锻法，使铝合金在高压下结晶，并在结晶过程中产生一定量的变形，消除了缩孔、疏松、气孔等缺陷，产品既具有接近锻件的优良机械性能，又有精铸件一次精密成型的高效率、高精度，且投资大大低于低压铸造法。连续铸钢1－中间包；2－结晶器；3－液芯压下；4－除鳞机；5－预轧机；6－剪切机；7－感应加热炉；8－热卷箱；9－事故剪；10－除鳞机；11－精轧机；12－层流冷却；13－卷取机薄板坯连铸连轧1－结晶器；2－挤压辊；3－轧制辊；4－感应炉；5－除鳞区；6－轧机；7－冷却区；8－卷取机薄板坯连铸连轧鞍钢1700短流程薄板坯连铸连轧生产线薄板坯连铸连轧唐钢薄板坯连铸连轧薄板坯连铸连轧酒钢碳钢薄板坯连铸连轧产品薄板坯连铸连轧压力铸造的工艺过程预热与喷涂料、闭合压铸型（金属铸型）和注入金属（定量浇注）压铸、取出铸件、清理检验压力铸造：液态金属在压力作用下（5~150MPa）充填金属铸型，并在压力作用下凝固形成铸件的方法，称为压力铸造。液态模锻是将一定量的液态金属直接注入金属模膛，随后在压力的作用下，使处于熔融或半熔融状态的金属液发生流动并凝固成形，同时伴有少量塑性变形，从而获得毛坯或零件的加工方法。液态模锻工艺的主要特点如下：1)成形过程中液态金属始终承受等静压力，在压力下完成结晶凝固。2)已凝固金属在压力作用下产生塑性变形，使制件外表面紧贴模膛，保证尺寸精度；3)凝固过程中，固液区在压力作用下能得到强制补缩，比压铸件组织致密。4)成形能力高于固态金属热模锻，可成形形状复杂的锻件。适用于液态模锻的材料很多，不仅铸造合金，而且变形合金、有色金属及黑色金属的液态模锻也已大量应用。液态模锻适用于各种形状复杂、尺寸精确的零件制造，在工业生产中应用广泛。如活塞。液态模锻工艺特点活塞材料及成形工艺成形方法：（1）铸造(Casting)：强度小，成本低；容易出现气孔、缩松；（2）锻造(Forging)：强度高，导热性好，成本高，用于强化发动机；（3）液态模锻：兼有前两者特点，切削少，利用率高，消除铸造缺陷，提高毛坯质量1、平冲头加压（1）、直接加压压头（成型凸模）直接作用在液态金属上，在压力下充型、凝固、并伴有微量的塑性变性组织。适合于生产形状简单、性能要求较高的零件。（2）、间接加压：同全立式压铸相似。2、异型冲头加压（1）、凸式冲头加压（2）、凹式冲头加压（3）、复合式冲头加压液态模锻加压方式对液压设备要求：1、有足够大的压力，并能保压一定时间；2、有快的空程速度；以缩短金属浇注后的开始加压时间。3、有足够的工作台面和封闭高度；4、动力消耗少，安全可靠，操作方便；5、刚性足够；6、有金属液熔炼保温炉；7、有侧压缸和下顶缸；8、定量浇注及取件机械手。9、若有芯模时，垂直缸应有足够的提升力量；水平缸也应有足够的压力，以便施压时能使模具保持紧闭状态，防止金属液挤出。液锻设备几种液态模锻设备：磁性材料液压机该压机具有调整、半自动两种工作方式：(1)调整动作主要用于安装、调整模具。(2)半自动工艺动作：下活塞顶出→滑块快下→滑块减速下行→合模延时→自动注料→滑块慢速压制(充磁)→滑块低速压制(充磁)→保压→泄压延时(退磁)→脱模→Ⅰ：滑块回程→下活塞退回→取坯Ⅱ：下活塞退回→滑块回程液态模锻液压机型号:NTD－Y91NTD－Y91型金属液态成型液压机，是高性能液态模锻件的成型设备，主要适用于金属在液态时的模锻成型工艺。例如：自行车，摩托车，汽车等行业铝合金零件的压制成型稀土永磁液压机型号:NT72P、NT72DNT72P和NT72D型稀土永磁双向成型液压机在压制成开过程中，采用上、下压头同步双向等压的工作方式，使制品受到双向均匀压制。NT72F型稀土永磁双向成型液压机在压制成开过程中，阴模下行速度是上压头压制速度的1/2，使制品受到近似于双向压制成型的效果。1)、轮毂制件图薄壁、均匀、高度适中，适合液态模锻发制造2)、模具设计采用垂直分模4、8、下模座1、提板2、锁模装置3、凸模6、弹簧9、固定板10、上模座113)、环形冷隔的处理开办圆弧，机加切除浇注与加压液态模锻时没有浇口和冒口，所以要比较精确地定量浇注。采用漏斗浇注，漏斗需加热至与金属液相近的温度，进行“底注”，以避免金属液喷溅到模具上造成缺陷。由于工件平面尺寸较大，散热较快，要在尽可能短的时间内浇注完毕。大型液压机速度较慢，快速下行转入工作加压需要一定时间，所以浇注后让凸模尽快下行，使开始加压时间控制在5～8s，加压速度在0.1m/s左右。速度太快会使金属液向外喷溅，造成浇不足。加压压力要大于100MPa，这是由于轮缘有一定高度，压力太低，会在轮缘与轮辐的连接部分压力不足，机械性能较差。保压时间约10s，冷却时间在15～20s，保压冷却时间太长，工件温度过低，会使脱模力大幅度增加，脱模困难甚至造成工件收缩破裂。环形冷隔的处理直接液态模锻时部分金属液上移充型，它与原金属液面之间形成一圈冷隔，这种冷隔有时是难以避免的，提高浇注温度与模具预热温度，缩短开始加压时间后，冷隔有所减轻，但无法完全避免，仍有1～1.5mm深冷隔，如图所示。为此，在模具上冷隔形成的高度开一个R2的半圆弧，使冷隔形成在突起的圆弧上，在机加工工序切除，这样就完全消除了冷隔的影响。轮毂机械性能的检测为了检测轮毂的机械性能，首先对其进行热处理，热处理条件为515±5℃保温6h淬火，175±5℃保温6h回火，并加工成试件。结论(1)汽车铝合金轮毂的液态模锻工艺可行，产品性能优于目前的制造方法。(2)该工艺设备简单、投资小，材料利用率高，产品成本低。(3)工艺过程容易实现自动化，适于汽车配件的批量生产。工艺特点1、在成型过程中，液态金合自始至终承受等静压，在压力下完成结晶凝固。2、已凝固金属在压力下产生塑性变形。3、液态金属承受的压力值不断下降。4、固-液区在压力作用下，发生强制性补缩。与压铸比：无卷入气体之危险；无压力损失。与热模锻比：成形力低。液态模锻工艺参数：1、冶炼质量由于液态模锻(除平冲头间接液态模锻外)无浇、冒口系统，无排渣、集渣和镇静能力，浇入的液态金属几乎全都用于制件本身，从这一意义讲，液态模锻对金属液质量的要求比普通铸造工艺要严格得多。首先，要求炉料干净，成分配比准确。冶炼时严格遵守操作规程，减小氧气卷入和夹杂物形成。在浇注过程中，注意排渣、力争金属液洁净。由于液态模锻一般都是单件连续生产，液态金属必须在保温炉(或熔炼炉)中停放较长时间，保温过程要求合金成分稳定，不氧化，不增加夹杂物等。对于某些不便于长时间保温的合金，需采用大功率小容量的感应炉快速熔炼，实现“一炉一件”办法进行生产。2、浇注温度浇注温度过高，增加形成缩孔的倾向，消除它要增大压制力。浇注温度过低将增加自由凝固结壳厚度，降低加压效果。一般采用低温浇注，可减少制件收缩和因收缩而产生的缺陷，提高模具寿命。浇注温度选用可取液相线温度以上50～100℃左右，对于形状简单的厚壁件取下限；对于形状复杂或薄壁件取上限。3、加压开始时间加压开始时间是液态金属注人模膛至加压开始的时间间隔。从理论讲，液态金属注人模膛后，过热度丧失殆尽，到“零流动性温度”加压为宜。加压开始时间的选用主要与合金熔点和特性有关，可分三种情况：1)对于钢制件，只要生产节拍许可，愈短愈好；2)对于有色金属件，加压前延时10～20s；3)对于易产生偏析件，如85Cu-10Sn-2Pb-3Ni和91Cu-7Sb-2Ni等青铜，延时需更长些。4、保压时间升压阶段一旦结束，便进入稳定加压，即保压阶段，直至加压结束(卸压)的时间间隔，为保压时间。保压时间长短与合金特性和制件大小有关，可按下述情况进行选用：1)铝合金制件，壁厚在50mm以下，可取0.5s/mm，壁厚在100mm以上，可取1.0～1.5s/mm；2)铜合金制件，壁厚在100mm以下，可取1.5s/mm；3)黑色金属制件，壁厚在100mm以下，可取1.5s/mm。5、加压速度加压速度指加压开始时液压机行程速度。加压速度过快，金属液易卷入气体和金属液飞溅；过慢自由结壳太厚，降低加压效果。加压速度的大小主要与制件尺寸有关。对于小件，取0.2～0.4m/s；