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第1篇 液态模锻理论基础1

第1章 液态模锻概述1

1.1 液态模锻发展简介1

1.1.1 液态模锻兴起是铸锻工艺结合的产物1

1.1.2 液态模锻发展回顾1

1.1.3 发展趋势3

1.2 工艺方法分类3

1.3 工艺特点及适用范围6

参考文献7

第2章 液态模锻下的物理冶金行为8

2.1 液态模锻热力学模型8

2.1.1 绝热压缩型8

2.1.2 等温压缩型9

2.1.3 混合压缩型9

2.2 液态模锻下合金的热物理参数10

2.2.1 熔化温度（Tm）10

2.2.2 热导率（λ）12

2.2.3 密度（γ）12

2.2.4 结晶潜热和比热容12

2.3 液态模锻下合金相图的特点13

2.3.1 铁-碳（Fe-C）状态图13

2.3.2 铝-硅（Al-Si）状态图15

2.4 液态模锻下金属和合金凝固的热力学条件16

2.4.1 凝固时体收缩（△V＝VL－VS＞0）的金属和合金的热力学条件16

2.4.2 凝固时体膨胀（△V＝VL－VS＜0）的金属和合金的热力学条件17

2.5 液态模锻下金属和合金凝固的动力学条件18

2.5.1 形核率（N）18

2.5.2 长大线速度（R）21

2.5.3 压力与动力学条件的关系22

2.6 成分过冷23

2.6.1 “成分过冷”判断式23

2.6.2 “成分过冷”的过冷度24

2.6.3 界面稳定性与晶体形态25

2.6.4 液态模锻下的“成分过冷”26

2.6.5 液态模锻下“结构效应”28

2.7 偏析29

2.7.1 偏析的基本特征29

2.7.2 液态模锻下压力对显微偏析的影响29

2.7.3 液态模锻下压力对宏观偏析的影响30

2.8 液态模锻下压力对晶体长大中形成的结构缺陷的影响33

2.8.1 空位的形成33

2.8.2 位错的形成33

2.8.3 压力对晶格空位和位错的影响33

2.9 液态模锻下压力对气体析出过程的影响34

2.9.1 气体在金属中的溶解度34

2.9.2 气泡形成35

2.9.3 压力对气体析出过程的影响35

参考文献36

第3章 液态模锻下的凝固过程37

3.1 液态模锻下模具温度场37

3.1.1 解析解37

3.1.2 数值解42

3.1.3 液态模锻模具温度场的分析47

3.1.4 各种因素对模具温度场的影响50

3.2 液态模锻下熔体的温度场50

3.2.1 液态模锻下熔体温度场的试验测定50

3.2.2 液态模锻下熔体温度场的试验观察51

3.2.3 压力下熔体全场温度场53

3.3 液态模锻下的动态凝固过程54

3.3.1 浇注时的机械冲刷54

3.3.2 金属液内的自然对流55

3.3.3 异形冲头作用下金属液的反向流动56

3.3.4 硬壳层塑性变形时的金属液流动56

3.3.5 选择结晶产生的低熔点物质流动56

3.4 低碳钢液态模锻时的凝固方式57

3.4.1 大气压下的低碳钢凝固方式57

3.4.2 液态模锻时温度场的分布57

3.4.3 液态模锻时金属液凝固的特点58

3.4.4 低碳钢液态模锻的凝固方式58

3.5 液态模锻件的收缩过程60

3.5.1 压力对收缩过程的影响60

3.5.2 液态模锻的收缩特征60

参考文献64

第4章 液态模锻下的力学过程65

4.1 塑性变形在液态模锻中的地位65

4.2 液态模锻组合体的假设66

4.2.1 组合体的连续性67

4.2.2 组合体三个区的力学性质67

4.2.3 组合体力学行为67

4.3 液态模锻过程中金属的塑性流动67

4.3.1 初期金属塑性流动方式68

4.3.2 液态模锻中的基本金属塑性流动方式68

4.3.3 最后阶段的金属塑性流动方式69

4.3.4 密实金属的塑性流动69

4.3.5 液态模锻过程中金属塑性流动的组织观察69

4.3.6 塑性流动带来的外部尺寸变化71

4.3.7 塑性流动带来的下模周壁形态的变化72

4.4 液态模锻过程的力-位移曲线72

4.4.1 试验装置及过程72

4.4.2 力-行程曲线的试验分析73

4.4.3 力-位移曲线的物理意义73

4.5 力、位移与时间关系曲线74

4.5.1 平冲头加压下力-时间和位移-时间关系曲线74

4.5.2 异形冲头加压下位移-时间曲线75

4.6 压力-行程和行程-时间理论曲线76

4.7 冲头下移和凝固补缩的相关关系76

4.7.1 冲头下移速度与金属凝固速度关系76

4.7.2 冲头位移与凝固截面位移关系78

4.8 液态模锻过程的压力损失79

4.8.1 理论推导79

4.8.2 平冲头加压时压力损失80

4.9 液态模锻时高向变形程度的理论计算81

4.9.1 公式推导81

4.9.2 公式使用条件82

4.9.3 实例83

4.10 液态模锻过程的力学分析83

4.10.1 两种力学模型83

4.10.2 塑性变形体的力学分析84

4.11 液态模锻比压值的解析解87

4.11.1 固-液组合体的塑性变形87

4.11.2 固-半固-液组合体的塑性变形91

4.11.3 高径比（H/R＜1/2）较小的情况92

4.12 作用于液态金属上的有效压力94

参考文献95

第2篇 液态模锻模具（液锻模）、设备与工艺96

第5章 液锻模设计前准备96

5.1 液锻件的结构形状分类96

5.2 液锻件的结构工艺性97

5.2.1 液锻件的形状97

5.2.2 液锻件的精度98

5.2.3 液锻件的表面粗糙度98

5.3 液锻方式选择100

5.4 液锻件图设计100

5.4.1 液锻件位置101

5.4.2 分型面102

5.4.3 余量和公差的选择103

5.4.4 脱模斜度104

5.4.5 圆角半径105

5.4.6 液锻件的结构分析105

5.4.7 液锻件的孔106

5.4.8 液锻件的表面粗糙度106

5.4.9 液锻件的收缩率107

5.4.10 液锻件图的制定107

5.5 模具设计有关参数及其计算112

第6章 液锻模结构设计116

6.1 液锻模的设计步骤116

6.1.1 对液锻模的基本要求116

6.1.2 液锻模设计的步骤116

6.2 液锻模的类型及基本机构117

6.2.1 液锻模的类型117

6.2.2 液锻模的基本机构117

6.3 液锻模的连接机构118

6.4 卸料机构119

6.4.1 下缸顶件式（X1）119

6.4.2 拉杆打料式（X2）119

6.4.3 顶杆式（X3）120

6.5 开、合模（拔芯）机构120

6.5.1 开、合模（拔芯）机构的组成120

6.5.2 开、合模（拔芯）机构的主要类型及代码120

6.6 液锻模的浇道结构123

6.6.1 浇道的作用123

6.6.2 浇道的位置123

6.6.3 浇道的形状及尺寸124

6.6.4 浇道的截面形状125

6.6.5 浇道与液锻件的连接形式126

6.6.6 浇道的尺寸设计127

6.7 排气槽及溢流槽128

6.7.1 排气槽128

6.7.2 溢流槽128

6.8 静压液锻模结构设计130

6.8.1 静压液锻模的结构特点130

6.8.2 静压液锻模的典型结构130

6.9 挤压液锻模结构设计135

6.9.1 挤压液锻模的结构特点135

6.9.2 挤压液锻模的典型结构135

6.10 间接液锻模结构设计139

6.10.1 对间接液锻件的形状要求139

6.10.2 间接液锻件分型面的选择140

6.10.3 间接液锻模的典型结构140

6.11 模具预热143

6.11.1 模具的预热方法143

6.11.2 电热装置的计算144

6.12 模具冷却146

6.12.1 冷却方法及装置146

6.12.2 冷却的计算149

6.12.3 冷却结构设计要点150

6.12.4 模具的预热和冷却装置的代码151

第7章 液锻模零件设计152

7.1 凹模152

7.1.1 凹模的形式152

7.1.2 可分式凹模的设计原则152

7.1.3 凹模的强度计算153

7.1.4 凹模的尺寸计算157

7.1.5 凹模的连接方式157

7.1.6 凹模的技术条件159

7.2 凸模159

7.2.1 凸模的形式及连接方式159

7.2.2 凸模的强度校核161

7.2.3 凸模尺寸的计算164

7.2.4 凸模的技术条件164

7.2.5 凸模垫板164

7.3 压头、压套及分流锥165

7.3.1 压头165

7.3.2 压套（Yt）167

7.3.3 分流锥169

7.3.4 压头、压套及分流锥的结构形式及代码170

7.4 型芯与镶块170

7.4.1 型芯与镶块的作用170

7.4.2 型芯与镶块的设计原则170

7.4.3 型芯与镶块的结构形式、固定方法及代码171

7.4.4 型芯与镶块的技术条件172

7.5 导柱、导套和导正销173

7.5.1 导向零件的设计要点173

7.5.2 导柱的设计173

7.5.3 导正销的设计174

7.5.4 导套的设计174

7.6 模板和模柄175

7.6.1 模板和模柄的作用175

7.6.2 模板的设计175

7.6.3 模柄的设计181

7.7 卸料（打料）零件184

7.7.1 顶板（Db）184

7.7.2 顶圈（Dq）184

7.7.3 顶杆（Dg）185

7.7.4 顶套（Dt）187

7.7.5 卸料板（顶杆固定板）（Db）189

7.7.6 拉杆和推杆190

7.8 固定板和模套191

7.8.1 固定板191

7.8.2 模套192

7.9 开、合模（拔芯）零件193

7.9.1 斜销（K1）193

7.9.2 斜键（K2）195

7.9.3 导滑镶块197

7.9.4 液压开、合模（拔芯）机构（K5）199

7.9.5 锁模套（K6）201

7.9.6 锁模芯块（K7）202

7.9.7 导滑板（轨）（K8）202

7.10 模具安装用压板及常用标准件204

7.10.1 模具安装用压板204

7.10.2 圆柱螺旋压缩弹簧204

7.10.3 碟形弹簧207

7.10.4 氮气弹簧211

7.10.5 常用标准件219

第8章 液锻模的材料及技术要求221

8.1 工作零件材料的选用及热处理221

8.2 其他零件材料的选用及热处理227

8.3 液锻模零件的公差、配合及表面粗糙度227

8.4 液锻模的技术要求235

8.4.1 液锻模零部件的技术要求235

8.4.2 模具总装后的技术要求235

第9章 液锻模的使用与维修237

9.1 液锻模的安装与调试237

9.1.1 液锻模的安装237

9.1.2 液锻模的调试239

9.1.3 液锻生产中常遇见的技术问题及其解决办法240

9.2 液锻生产操作规程及液锻安全技术243

9.2.1 液锻生产操作规程243

9.2.2 液锻生产安全技术243

9.3 液锻模的损坏形式及改进措施245

9.3.1 凹模的损坏形式、原因及其改进措施245

9.3.2 凸模的损坏形式、原因及其改进措施245

9.3.3 其他液锻模零件的损坏形式246

9.4 液锻模的修复246

第10章 液锻模用涂料247

10.1 涂料的作用及要求247

10.1.1 涂料的作用247

10.1.2 涂料的性能247

10.2 常用的液锻模涂料248

10.3 涂料的喷涂工艺249

第11章 液态模锻用设备250

11.1 熔化设备250

11.1.1 液锻工艺对熔炼炉的要求250

11.1.2 液锻生产中用的熔炼炉250

11.2 普通液压机254

11.2.1 用作液锻生产的普通液压机的基本要求254

11.2.2 国产通用液压机的型号及主要技术参数254

11.2.3 普通液压机改造要点255

11.3 压铸机改造的卧式液锻机255

11.3.1 用作液锻生产的压铸机的基本要求255

11.3.2 国产卧式压铸机基本参数255

11.3.3 压铸机改造要点256

11.4 专用液锻机256

11.4.1 对专用液锻机的要求256

11.4.2 专用液锻机简介256

11.5 辅助设备258

11.5.1 喷涂机械手258

11.5.2 取件机械手258

11.5.3 余热热处理池259

第12章 液态模锻工艺参数260

12.1 液态金属质量260

12.1.1 液锻生产中常用的有色合金260

12.1.2 有色合金的铸造特性260

12.1.3 铝合金及其熔炼262

12.1.4 铜合金及其熔炼271

12.1.5 常用液锻镁合金的熔炼281

12.1.6 镁合金液锻件的处理290

12.2 充型速度296

12.3 浇注温度296

12.3.1 浇注温度对液锻件的质量及模具寿命的影响296

12.3.2 浇注温度的选择297

12.4 模具温度297

12.5 比压298

12.6 液锻保压时间299

参考文献300

第3篇 液态模锻与挤压铸造件的组织性能、质量控制及生产实例301

第13章 液态模锻与挤压铸造合金的组织与性能301

13.1 铝合金301

13.1.1 Al-Si系铸造铝合金301

13.1.2 Al-Si-Cu-Mg系活塞铝合金306

13.1.3 Al-Mg系合金308

13.1.4 Al-Cu系合金309

13.1.5 Al-Zn-Mg-Cu系合金314

13.2 铝基复合材料314

13.2.1 压力浸渗工艺制备的铝基复合材料314

13.2.2 搅溶复合工艺制备的铝基复合材料316

13.3 铜合金317

13.3.1 黄铜317

13.3.2 锡青铜和铅青铜319

13.3.3 铝青铜及其他无锡青铜320

13.4 铸铁321

13.5 钢326

13.5.1 压力下结晶对钢的组织的影响326

13.5.2 碳素钢328

13.5.3 低合金钢330

13.5.4 高合金钢331

13.6 镁合金及镁基复合材料333

13.6.1 压力对Mg-Al状态图的影响333

13.6.2 挤压铸造镁合金的组织与性能334

13.6.3 挤压铸造镁基复合材料337

13.7 锌合金及钴基合金337

13.7.1 压力对Zn-Al合金凝固特性的影响338

13.7.2 ZA27锌合金339

13.7.3 ZA43锌合金342

13.7.4 钴基高温合金344

第14章 液态模锻与挤压铸造件的常见缺陷及其控制方法345

14.1 表面粗糙及表面损伤类缺陷345

14.1.1 表面粗糙类缺陷345

14.1.2 直接冲头挤压冷隔346

14.1.3 直接挤压夹皮347

14.1.4 表面损伤类缺陷347

14.2 缩松、缩孔及渗漏类缺陷348

14.2.1 压力不足造成的缩松、缩孔348

14.2.2 冲头局部受阻而造成的缩松、缩孔348

14.2.3 压力损失造成的缩松、缩孔349

14.3 气孔、气泡类缺陷349

14.3.1 热处理起泡的直接原因349

14.3.2 直接挤压铸件的热处理起泡特点350

14.3.3 间接挤压铸件热处理起泡的特点351

14.4 夹渣类缺陷352

14.4.1 夹渣卷入的途径353

14.4.2 控制夹渣卷入的措施354

14.4.3 金属性硬点的形成与防止355

14.5 裂纹类缺陷356

14.5.1 直接冲头挤压和柱塞挤压时的裂纹357

14.5.2 间接冲头挤压时的裂纹357

14.6 几何形状与图纸不符类缺陷358

14.6.1 直接挤压铸造时的形状不符的缺陷359

14.6.2 间接挤压铸造时的形状不符类缺陷359

14.7 化学成分与性能不符合要求类缺陷360

14.7.1 挤压铸造对密度偏析的影响360

14.7.2 挤压铸造异常偏析的形成361

第15章 液态模锻与挤压铸造件的开发与生产实例362

15.1 铝合金件的生产实例362

15.1.1 铝合金活塞362

15.1.2 镶圈内冷铝活塞363

15.1.3 铝合金厚壁杯形件364

15.1.4 铝合金薄壁杯形件和高脚杯形件365

15.1.5 气动仪表铝合金零件365

15.1.6 摩托车铝轮毂368

15.1.7 汽车铝轮毂370

15.1.8 汽车空调压缩机缸体372

15.1.9 大型线轴铝凸盘373

15.1.10 油泵铝壳体373

15.1.11 起重电机壳体375

15.1.12 空压机铝连杆377

15.1.13 汽车制动主缸体378

15.1.14 大型薄壁整体铝合金壁板件379

15.2 铜合金件的生产实例380

15.2.1 青铜蜗轮380

15.2.2 柱塞轴流青铜泵体381

15.2.3 青铜法兰盘382

15.2.4 铜合金套筒383

15.2.5 紫铜吹氧喷头383

15.2.6 黄铜阀体384

15.2.7 黄铜三通阀386

15.3 钢、铁件的开发与生产实例386

15.3.1 碳钢平法兰与长颈法兰387

15.3.2 碳钢压环388

15.3.3 钢质上底座本体件389

15.3.4 导弹合金钢前舱盖391

15.3.5 枪械合金钢支架391

15.3.6 凿岩机合金钢缸体392

15.3.7 锻压模具钢垫板393

15.3.8 高速钢辊环394

15.3.9 迫击炮球铁弹体396

15.3.10 球铁齿轮397

15.3.11 球铁及贝氏体钢耙片398

15.3.12 铸铁阀盖400

15.3.13 铸铁锅400

15.4 锌合金及镁合金件402

15.4.1 增氧机锌合金蜗轮403

15.4.2 锌合金齿轮404

15.4.3 镁合金轴筒405

15.4.4 镁合金壳体406

15.4.5 摩托车发动机镁合金外壳408

15.4.6 车用镁合金轮毂410

15.5 金属基复合材料件412

15.5.1 挤压铸造压力浸渗复合法制造铝活塞实例412

15.5.2 搅溶复合挤压铸造法制造履带板实例416

参考文献418

第4篇 液态模锻技术的新发展420

第16章 连铸连锻技术420

16.1 连铸连锻（简称连锻）工艺简介420

16.2 连铸连锻技术分析及工艺参数422

16.2.1 连锻生产中的合金液充型过程分析422

16.2.2 连锻生产中的锻造过程分析423

16.2.3 连锻的工艺参数425

16.3 连铸连锻模设计426

16.3.1 连锻模的种类426

16.3.2 连锻模的基本机构427

16.3.3 连铸连锻模实例428

16.4 连铸连锻设备430

16.5 连铸连锻生产431

第17章 液态挤压432

17.1 液态挤压类型432

17.1.1 连续铸挤（Castex）432

17.1.2 固态重熔挤压432

17.1.3 液态挤压433

17.2 管材液态挤压433

17.3 液态浸渗后直接挤压工艺的研究434

17.4 液态挤压强韧化434

17.4.1 锌基合金液态挤压强韧化434

17.4.2 ZL108铝合金液态挤压强韧化438

17.5 液态浸渗后直接挤压Al2O3sf/Al复合材料组织与性能研究442

17.5.1 Al2O3sf/Al复合材料的组织研究442

17.5.2 Al2O3sf//Al复合材料性能的研究444

参考文献446

第18章 半固态成形技术447

18.1 半固态成形特点及应用范围447

18.1.1 工艺分类447

18.1.2 工艺特点450

18.1.3 适用范围及应用现状450

18.2 半固态成形工艺过程分析451

18.2.1 半固态金属坯料的制备451

18.2.2 半固态金属的二次加热（局部加热）454

18.2.3 半固态成形455

18.3 半固态压铸455

18.3.1 半固态压铸模具设计456

18.3.2 半固态压铸设备456

18.3.3 半固态压铸工艺457

18.3.4 半固态压铸工艺实例457

18.4 半固态模锻457

参考文献459

附录1 “液态模锻与挤压铸造”分类名称对照表460

附录2 各国挤压铸造与液态模锻工艺的名称对照表460