金属液态成形工艺原理

金属液态成形工艺原理§2.1液态金属充型过程的水力学特点

液体金属充满铸型型腔的过程称为充型过程。

§2.1液态金属充型过程的水力学特点

液体金属充满铸型型腔的过程称为充型过程。

液体金属充满铸型型腔的过程称为充型过程。

§2.1液态金属充型过程的水力学特点

液体金属充满铸型型腔的过程称为充型过程。

在充型异常的条件下会产生液态金属成形过程的一些缺陷：

浇不足、冷隔、砂眼、抬箱、侵入性气孔、夹砂结疤

充型过程存在：热作用机械冲击冲刷物理化学反应研究液态金属充型过程的运动规律和特性非常必要。

§2.1液态金属充型过程的水力学特点

研究方法：研究液态金属充型过程的运动规律和特性非常必要。

物理模拟计算机数值模拟工业试验经验总结§2.1液态金属充型过程的水力学特点

液态金属中存在夹杂物（固相）和气体（气相）

1、多相黏性流动

夹杂物（非金属化合物）：（尺寸<50μm

）

氧化物——

Al2O3,SiO2,MnO,FeO,TiO2,MgO等

氮化物——AlN,ZrN,TiN等硫化物——Ni3S2,CeS,Cu2S等气体：（总量<4X10-4%）

CO,CO2,H2,N2,O2等

例如连铸的钢水中：§2.1液态金属充型过程的水力学特点

金属由固态转变成液态，金属键被部分破坏，原子之间仍然保持一定的结合力，因此液态金属在流动过程中有内摩擦阻力，呈现粘性流动的水利学特点。

影响因素：温度

合金成分金属液纯净度1、多相黏性流动

§2.1液态金属充型过程的水力学特点

充型过程中液态金属的流速、流态在不断变化。

2、非稳定流动

流路截面变化流路方向变化流路温度变化§2.1液态金属充型过程的水力学特点

2、非稳定流动

流路截面变化流路方向变化流路温度变化§2.1液态金属充型过程的水力学特点

2、非稳定流动

流路截面变化流路方向变化流路温度变化

§2.1液态金属充型过程的水力学特点

3、紊流流动

液体的流动可分为层流和紊流两种状态，并可用雷诺数Re来判断。（流速×管路直径/流体运动粘度）Re临=2300大于Re临为紊流小于Re临为层流例如，某钢种在连铸工艺过程中结晶器的管道直径为0.15m，如果结晶器有电磁搅拌的条件下钢水的平均旋转周向速度为0.12m/s，浇注温度为1535℃，运动粘度为0.407×10-6m2/s，计算出：

对于某些合金，在浇注温度下（高于液相线温度50~100℃）有：铸件材质铸铁铸钢铝合金γ（m2/s）0.55×10-60.4×10-60.6×10-6在浇注系统中，即使D很小（如取0.4cm），在保证充型的最低流速下，其雷诺数也大于Re临。所以：金属液在浇注系统中的流动为紊流流动。又由于浇注系统流路回转，使紊流程度加重。§2.1液态金属充型过程的水力学特点

4、在“多孔管”中流动

浇注系统及铸型的型腔都具有一定的透气性§2.1液态金属充型过程的水力学特点

综上所述液态金属在充型过程中的水力学特点与理想液体相比有明显的区别。但是，液态金属在充型时间较短的过程中，一些水力学的规律在一定程度上也适用于液态金属的流动过程。

§2.2液态金属充型过程的水力学计算

一、浇注系统的结构

§2.2液态金属充型过程的水力学计算

一、浇注系统的结构

浇注系统：引导金属液进入和充满型腔的一系列通道。§2.2液态金属充型过程的水力学计算

一、浇注系统的结构

浇注系统：引导金属液进入和充满型腔的一系列通道。§2.2液态金属充型过程的水力学计算

一、浇注系统的结构

浇口杯直浇道横浇道直浇道窝内浇道浇注系统的构成（基本组元）：§2.2液态金属充型过程的水力学计算

连续铸钢浇注系统的构成：一、浇注系统的结构

§2.2液态金属充型过程的水力学计算

连续铸钢浇注系统的构成：钢水包长水口中间包浸入式水口结晶器一、浇注系统的结构

一、浇注系统的结构

根据浇注系统基本组元截面积比例关系分为：

开放式浇注系统

F直<F横

<F内

封闭式浇注系统

F直

>F横

>F内半封闭式浇注系统

F直

<F横

>F内（F直

>F内）封闭开放式浇注系统

F直

>F横

<F内设F直、F横、F内分别为直、横、内浇道截面积之和。§2.2液态金属充型过程的水力学计算

二、计算模型

液态金属充型过程计算模型：H0——金属充型压头P——上型腔高度C——型腔高度（铸件高度）§2.2液态金属充型过程的水力学计算

二、计算模型

为了保证金属液顺利充满型腔：直浇道要有一定高度（提供充型压头）；浇道要有合适的截面积。§2.2液态金属充型过程的水力学计算

三、计算结果

计算条件：浇注系统为充满流动

封闭式浇注系统；对于开放式的型腔液面要淹过内浇道。浇口杯液面保持不变型腔内压力与外界相同，即砂型透气性要好，有排气孔1.充填下半型设充填下半型时需要金属液m1，充填时间为t1。

以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程（能量方程）：

（2-1）1.充填下半型设充填下半型时需要金属液m1，充填时间为t1。

以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程（能量方程）：

式中：

P杯——

浇口杯液面压力

P腔——型腔内的液面压力

v杯——浇口杯液面金属流动速度

v内——内浇口出口金属流动速度

hi——浇注系统中某段的流体压头损失

γ

——