二、金属液态成形主要工艺方法2. 成形方法◆在砂型铸造中，按造型方法分为：手工造型一般机器造型高压造型（高密度造型）◆在特种铸造中，按成形方法分为：金属型铸造压力铸造离心铸造低压铸造熔模铸造连续铸造真空吸鋳挤压铸造负压实型铸造等各种铸造方法都有其特点和应用范围负压实型铸造金属液态成形过程铸件性能：◆合金性能◆铸型性能◆工艺控制凝固方式：◆重力场凝固◆非重力场凝固●压力铸造●离心铸造●挤压铸造●电磁场◆快速凝固金属液态成形过程铸型种类：◆砂型◆金属型◆陶瓷型◆石膏型◆壳型三、金属液态成形工艺的新技术1、知识经济和高技术对铸造行业的影响技术特征先进制造技术形成的先进铸造技术精密、优质化精密成形与加工近无缺陷成形精确铸造成形金属熔体的纯净化、致密化数字、网络化数字造型虚拟制造网络制造铸造工艺CAD，铸造模具CAD/CAM一体化铸造过程宏观模拟及工艺优化铸件组织微观模拟及性能预测分散网络化铸造系统高效、智能化快速制造自动化制造系统智能制造快速原形及快速制模铸造过程自动检测与控制，铸造机器人的应用人工智能在铸造生产中的应用1、知识经济和高技术对铸造行业的影响技术特征先进制造技术形成的先进铸造技术柔性、集成化柔性制造计算机集成制造快速易重组制造铸造过程的柔性制造铸造过程的计算机集成制造系统快速换模技术交叉、综合化并行制造复合成形与加工并行环境下铸造CAD/CAE/CAM一体化半固态铸造、喷铸技术、复合铸造低耗、清洁化绿色制造清洁铸造技术，铸造废弃物的再生利用精益、快捷华精益生产快捷制造铸造企业精益生产模式虚拟铸造企业及铸造电子商务2、金属液态成形的新技术①快速成形技术②精确成形技术③半固态铸造、喷铸技术、复合材料铸造及复合铸造④液态成形工装模具CAD/CAM一体化⑤液态成形过程宏观模拟及工艺优化⑥铸件组织微观模拟及性能寿命预测⑦液态成形过程数据库和专家系统⑧铸件电子商务3、金属液态成形工艺技术发展趋势①加强铸造基础理论研究②发展铸造新工艺及新设备③在稳定提高铸件质量、精度和粗糙度的前提下发展专业化生产④积极实现铸造生产过程的机械化、自动化⑤减少公害，节约能源，降低成本铸造生产应该在优质、高精度前提下，实现高产、低耗、无害、价廉，使铸造技术成为可与其他成形工艺相竞争的少余量、无余量成形工艺（净终成形工艺）。
第二章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。
充型过程存在：热作用机械冲击冲刷物理化学反应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液态金属充型过程的运动规律和特性非常必要。
研究方法：◆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——Al 2O 3, SiO 2, MnO, FeO, TiO 2, MgO 等●氮化物——AlN, ZrN, TiN 等●硫化物——Ni 3S 2, CeS, Cu 2S 等◆气体：（总量< 4X10-4 %）CO, CO 2, H 2, N 2, O 2 等例如连铸的钢水中：8R 3C o g v ρρρ-=另相另一相临界升降速度§2.1 液态金属充型过程的水力学特点1、多相黏性流动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§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◆流路温度变化充型过程中液态金属的流速、流态在不断变化。
§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。
γDv⋅=Re（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0.407×10-6m 2/s ，计算出：）（临23004422610407.015.012.06e e R vDR 〉〉=⨯⨯==-γ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0.4 cm），在保证充型。
所以：的最低流速下，其雷诺数也大于Re临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的构成（基本组元）：①浇口杯②直浇道③直浇道窝④横浇道⑤内浇道§2.2 液态金属充型过程的水力学计算一、浇注系统的结构连续铸钢浇注系统的构成：①钢水包②长水口③中间包④浸入式水口⑤结晶器§2.2 液态金属充型过程的水力学计算一、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：①开放式浇注系统F 直< F横< F内②封闭式浇注系统F 直> F横> F内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：H 0——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、计算过程和结果计算条件：a.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。
b.浇口杯液面保持不变设充填下半型时需要金属液m 1，充填时间为t 1。
以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程（能量方程）：∑+++=++ih gvP g v P H 202220内腔杯杯γγ（2 -1）设充填下半型时需要金属液m 1，充填时间为t 1。
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h i ——浇注系统中某段的流体压头损失γ——重度（=ρg ）∑+++=++ih gvP g v P H 202220内腔杯杯γγ（2 -1）设充填下半型时需要金属液m 1，充填时间为t 1。
以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程（能量方程）：∑+++=++ih gvP g v P H 202220内腔杯杯γγ（2 -1）因为gvh P P v iii 202ξ=≈=腔杯杯其中:头损失系数。
为浇注系统中某段的压i ξ所以02211gH gH v iμξ=+=∑内（2 -2）整理式（2-1）得220(1)22i i vvH h ggξ=+=+∑∑内内式中为流量系数。
μ∑+++=++ih gvP g v P H 202220内腔杯杯γγ（2 -1）（2 -3）所以112gH t m F ρμ=内通过内浇道的金属流量为112gH F t m μρ内=（流量=时间*流速*截面积）设充填上半型时需要金属液m 2，充填时间为t 2。
以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程：∑∑++++=++ji h h gv P g v P H 202220内内杯杯γγ（2 -4）设充填上半型时需要金属液m 2，充填时间为t 2。
以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程：因为gv h g vh h P P P P v jj j iii 22'022ξξρ==+=≈=腔内腔杯杯其中:失系数。
为型腔中某段的压头损失；为型腔中某段的压头损平面的距离；为型腔中液面到内浇道j j h h ξ'∑∑++++=++ji h h gv P g v P H 202220内内杯杯γγ（2 -4）所以()均内gH h H g v ji 2''2110μξξ=-++=∑∑（2 -5）整理式（2-4）得∑∑++=-)1(2'20j i gvh H ξξ内式中为充型平均静压头。
为流量系数，均H 'μ∑∑++++=++ji h h gv P g v P H 202220内内杯杯γγ（2 -4）（2 -6）所以均内gH t m F 2'22ρμ=均阻gH F t m 2'22μρ=（流量=时间*流速*截面积）通过内浇道的金属流量为3. 通式由于同一个铸件浇注系统的内浇道的断面积应该是一个，因此写成通式：（2 -7）均内gH t mF 2ρμ=为流量系数。
为充填时间；；为充填铸型所需金属液μt m 式中这就是奥赞（Osann ）公式，它是浇注系统计算的基本公式。
假设型腔断面积沿高度无变化。
液态金属充型过程计算模型：H 0——金属充型压头P——上型腔高度C——型腔高度（铸件高度）假设型腔断面积沿高度无变化。
a. 按实际系统与计算系统浇注做功相同来确定：b. 按实际系统与计算系统浇注时间相同来确定：（2 –8a ）CPH H 220-=均（2 –8b ）20020112⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+-=H P H P C CH H 均本次课结束谢谢大家。