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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

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