填充理論的發(fā)展過程

1、填充理論的發(fā)展過程16-11-2      壓鑄的填充過程是復(fù)雜的，目前尚未有完整的填充理論。早期的填充理論的一些觀點(diǎn)都是在特定的試驗(yàn)條件下獲得的，有很大的局限性，直接用來分析一些實(shí)際問題雖有一定的意義，但還存在不足之處，這在生產(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)得到證實(shí)。所以填充理論還有待于完善和進(jìn)一步深化。生產(chǎn)中，不應(yīng)受到這些理論框框的限制，而應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做出具體的分析 。 （一）早期曾經(jīng)發(fā)表過的填充理論      在三、四十年以前，已對(duì)填充理論進(jìn)行了研究和論述，現(xiàn)將三種較為典型的理論簡(jiǎn)述如下。   

2、、噴射填充的理論      噴射填充的理論由弗路梅爾（Frommer）于1932年提出。弗路梅爾從理想的液體流動(dòng)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)為，熔融金屬從內(nèi)澆口進(jìn)入型腔時(shí)，以內(nèi)澆口截面的形狀射向遠(yuǎn)離澆口的對(duì)面型壁，撞擊后，部分金屬聚積并產(chǎn)生渦流，另一部分金屬則向所有方向噴濺，并沿型壁返回流動(dòng)，金屬積聚所產(chǎn)生的反壓力使噴濺的金屬紊亂地與后來的主流匯合，由于型壁的摩擦，沿型壁流動(dòng)的金屬逐漸被積聚的金屬趕上而合在一起，其后便向澆口方向流回。型腔中的氣體是在內(nèi)澆口附近最后排出的。填充形態(tài)如圖1所示。至于金屬流的速度則是由內(nèi)澆口截面積與型腔截面積之比的大小來控制的。 

3、;   2、“全壁厚”填充的理論      “全壁厚”填充的理論由勃蘭特(Brand)于1937年提出。勃蘭特認(rèn)為，熔融金屬通過內(nèi)澆口進(jìn)入型腔時(shí)，自澆口處開始，由后向前充滿型腔厚度地流動(dòng)，流動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生渦流，型腔中的氣可以得到充分的排除，并且認(rèn)為，無論內(nèi)澆口截面積與型腔截面積之比的大小如何，填充形態(tài)仍然是“全壁厚”的。填充形態(tài)如圖2所示。3、三階段填充理論      三階段填充理論由巴頓于1944年提出。巴頓認(rèn)為，壓鑄過程是一個(gè)包含著熱力學(xué)、力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)因素的復(fù)合問題。并通過試驗(yàn)提出這樣的看法，即填充過程大致分為三個(gè)階段。

4、填充形態(tài)如圖3所示。      第一階段受內(nèi)澆口面積限制的金屬流射入型腔后，首先沖擊對(duì)面型壁，沿型腔表面向各方向擴(kuò)展，在型腔具有正確的熱平衡時(shí)，金屬流過的型壁上生成表層，這個(gè)表層即為鑄件的外殼（薄殼層）。       第二階段隨后進(jìn)入的金屬繼續(xù)沉積在薄殼層內(nèi)的空間里，直至填滿。       第三階段在壓力的作用下，型腔內(nèi)的金屬得到壓實(shí)。      此外，在同一時(shí)期內(nèi)，還有其他的觀點(diǎn)和看法。有的用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)分析這一問題；有的用高速攝影記錄其充滿過程

5、，也有的從熔融金屬與型腔的傳熱過程研究這一問題。后來又有通過壓力與溫度變化的內(nèi)在聯(lián)系和在金屬流內(nèi)的相應(yīng)變化等問題進(jìn)行研究的。這些研究在一定程度上對(duì)充實(shí)填充理論方面起到應(yīng)有的作用。（二）、對(duì)早期理論的初步分析        前面說過，這些理論都是在特定的試驗(yàn)條件下有局限性的理論，這一點(diǎn)在生產(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)得到證實(shí)。而且通過生產(chǎn)中所積累的大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為進(jìn)一步分析這些理論提供了很有實(shí)用意義的素材?，F(xiàn)簡(jiǎn)單分析如下：    1、先從流動(dòng)方式來看，噴射填充和“全壁厚”填充的理論，都是從澆口截面積與型腔截面積之比是否起決定作用這一基本觀點(diǎn)出發(fā)來研究的

6、，這種研究從現(xiàn)在來看過于簡(jiǎn)單。而且試驗(yàn)時(shí)型腔（鑄件）的形狀也是十分簡(jiǎn)單的。實(shí)際生產(chǎn)中，型腔（鑄件）的形狀如試驗(yàn)條件那樣簡(jiǎn)單而又孤立的幾何形狀是極少的，在大多數(shù)的情況下，總是比試驗(yàn)的形狀復(fù)雜些甚至復(fù)雜很多。所以，實(shí)際的填充形態(tài)必然是兩種填充形態(tài)交替地、相繼地出現(xiàn)。至于呈何種方式出現(xiàn)，要看所流經(jīng)的局部型腔的當(dāng)時(shí)條件，這些條件包括流經(jīng)該局部型腔時(shí)的截面積和厚度的變化程度、流程的長(zhǎng)短、流動(dòng)的速度、該處型腔的溫度、流至該部位時(shí)的金屬溫度、型腔轉(zhuǎn)折阻礙的情況等等。這里舉兩個(gè)簡(jiǎn)單例子來說明。      第一個(gè)例子是帶有法蘭邊的鑄件，如圖4所示。A段型腔截面（鑄件壁厚）比內(nèi)澆口厚

7、度厚很多而呈噴射填充，由于型腔形狀不是孤立的單一形狀，自A段以后還有空腔（通道），故金屬流撞擊到型壁后并不向澆口方向流回，在隨后金屬流的推動(dòng)下，向B段及其以后的空腔繼續(xù)填充，金屬流經(jīng)過這樣的轉(zhuǎn)折，盡管這時(shí)金屬溫度和型腔溫度能夠保證金屬流仍有足夠的速度，但也不可能在轉(zhuǎn)折后還呈噴射狀，而是出現(xiàn)“全壁厚，或接近全壁厚”的填充。若轉(zhuǎn)折愈多，“全壁厚”填充就愈明顯。      第二個(gè)例子是在一個(gè)平面上壁厚變化突然的鑄件，如圖所示      B段比A段和C段都薄，當(dāng)內(nèi)澆口厚度與A段型腔截面接近時(shí)，“全壁厚”填充便在A段出現(xiàn)，但A段的長(zhǎng)短并不足以使

8、金屬流的速度降低，于是，金屬流通過薄截面的B段時(shí)，必然產(chǎn)生一次能量的積聚，在壓力作用下，產(chǎn)生瞬時(shí)的壓力增加，流過薄截面B段以后，如果金屬流溫度和型腔溫度又是適宜的話（一般是能夠適宜的），則使金屬流進(jìn)入C段（比B段厚）時(shí)，又會(huì)出現(xiàn)噴射的填充形態(tài)，但這次的噴射程度比起澆口處起始的噴射要小些，但畢竟還是以噴射形態(tài)出現(xiàn)在填充過程之中。        這兩個(gè)例子在生產(chǎn)中是常見的。因此，對(duì)于一個(gè)型腔填充的全過程來說，在某一相應(yīng)條件下的某一局部過程中，噴射填充和“全壁厚”填充不是單一地孤立地出現(xiàn)，而是交替地、相繼地出現(xiàn)。當(dāng)鑄件型腔）形狀愈復(fù)雜、轉(zhuǎn)折愈多截面變化愈頻繁，

9、噴射形態(tài)就出現(xiàn)愈少。      在這里應(yīng)該說明一下，兩種形態(tài)的出現(xiàn)既然是由所處的當(dāng)時(shí)條件來決定，那么就流動(dòng)方式而言，當(dāng)然也不能任意指定哪一種認(rèn)為是正確還是不正確。這一給論，也恰恰說明這兩種單純從液體流動(dòng)為基礎(chǔ)的理論是有局限性的。    、從整個(gè)填充過程來看，三階段填充的理論則是除了澆口的條件以外，引入了金屬特性、熱條件和動(dòng)能的因素，比前兩種理論有了很大的發(fā)展，對(duì)揭示填充過程實(shí)質(zhì)的論述有了比較確切的概念，使填充理論開始進(jìn)入新的領(lǐng)域。      但是，從生產(chǎn)實(shí)踐中可以觀察到，三階段理論的三個(gè)階段的劃分，并不是

10、依次地出現(xiàn)的。在大多數(shù)的情況下，形成薄殼層和繼續(xù)填滿型腔這前兩個(gè)階段不能截然分開。對(duì)一般的鑄件（型腔），要使整個(gè)零件完全形成薄殼層后才逐漸充滿的情況是不多的。如果局部地分割來看，當(dāng)條件適宜時(shí)，這兩個(gè)階段在各個(gè)分割的局部部位先后相繼地產(chǎn)生還是符合實(shí)際情況的。至于第三階段是在型腔填充終了的瞬間才出現(xiàn)的，如果機(jī)器壓射系統(tǒng)能使壓力從起始建立和在延續(xù)的時(shí)間內(nèi)都能按要求進(jìn)行靈敏的調(diào)節(jié)，那么，第三階段的補(bǔ)壓作用確實(shí)能夠與前兩個(gè)階段在先后次序上加以劃分。由此可見，對(duì)于三階段理論還應(yīng)從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)加以運(yùn)用。      上述的情形也有例外，即：對(duì)于特定形狀的鑄件來說，若澆口厚度與鑄件

11、（型腔）厚度相適宜時(shí)，三個(gè)階段明顯地按次序填充還是存在的。生產(chǎn)中就有這樣的一個(gè)特殊例子，如圖6所示，（a）圖為該零件的圖形，是一個(gè)放射狀多片形(18個(gè)片）的鑄件，采用中心澆口。 (b)圖為該鑄件只壓鑄出外殼而實(shí)體沒有金屬的（即中空）的實(shí)例照片。中間黑孔頂端的齒形薄邊是內(nèi)澆口處與直澆口的斷開形狀，中間黑孔周圍的黑的長(zhǎng)條形部位即為18個(gè)片的中空情況。從填充的過程來分析，可以認(rèn)為，如果把18個(gè)片看成18個(gè)簡(jiǎn)單形休，那么，金屬流通過中心澆口進(jìn)入18個(gè)分割的型腔內(nèi)，這時(shí)，每片的填充條件（流動(dòng)方向、流程長(zhǎng)短、流過的截面大小、溫度場(chǎng)的變化、排氣等）都是相同的。因此，在所有的片上，金屬流都同時(shí)附著型壁流過，而

12、又同時(shí)在各片上先形成薄殼層，第一階段明顯地先于第二階段出現(xiàn)，從而兩個(gè)階段便劃分開了。其后的第二階段充滿和第三階段終壓壓實(shí)當(dāng)然也明顯劃分了。但在實(shí)際生產(chǎn)中，這種特殊條件的鑄件畢竟是較少的。通過上面的簡(jiǎn)單分析，在多數(shù)的情況下，由于鑄件形狀不是單一、孤立的幾何形狀，因而填充一個(gè)鑄件（型腔）時(shí)，可能同時(shí)存在不同的填充形態(tài)。對(duì)形狀復(fù)雜的鑄件（型腔）可以看成是若干個(gè)簡(jiǎn)單形狀的組合，金屬流的流動(dòng)便成為在若干個(gè)簡(jiǎn)單型腔的連續(xù)填充過程。不論噴射填充還是“全壁厚”填充，在所有簡(jiǎn)單型腔（已被分成若千個(gè)）內(nèi)都是先完成薄殼層充滿的填充階段，再完成終壓壓實(shí)階段。      下面再舉兩個(gè)例子來

13、說明噴射填充和“全壁厚”填充在生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用。       如圖7所示為一個(gè)深腔的鑄件（型腔），采用噴射填充使金屬流先填充深腔，然后向所有方向擴(kuò)展，再向分型面流動(dòng)，這樣有利于深腔部位的氣體排除。      又如圖8所示為一個(gè)圓筒形鑄件（型腔），采用環(huán)形澆口，金屬流呈“全壁厚”填充，型腔中的氣體可以順暢地從遠(yuǎn)端排出。 填充理論的發(fā)展過程（二）（三）、引用流體動(dòng)力學(xué)有關(guān)理論的幾個(gè)問題      引用流體動(dòng)力學(xué)的有關(guān)理論對(duì)探討填充過程的實(shí)質(zhì)是有重要意義的。例如邊界層理論（或稱附面層理論）、連續(xù)性原理

14、、湍流效應(yīng)和液壓沖擊等理論，在分別解釋填充過程的一些問題時(shí)還是適用的。1、關(guān)于邊界層理論      流體動(dòng)力學(xué)認(rèn)為：“液體在固體表面上流動(dòng)時(shí)，靠近固體表面應(yīng)該存在一個(gè)狹小的區(qū)域，其中切向速度分量發(fā)生急劇的變化，從該區(qū)域的外邊界上有較大的值，到固體表面上為零。這一液體薄層稱為邊界層，在邊界層內(nèi)，液體的阻滯之所以發(fā)生，唯一地是由于粘性力在這里起著主要作用，在數(shù)學(xué)上這表現(xiàn)為，邊界層中沿壁面法線方向的速度梯度很大。邊界層范圍雖然很小，但卻起著重要的作用”。    通常將液體所流經(jīng)的場(chǎng)所稱為一個(gè)“流管，邊界層理論所表征的現(xiàn)象，在“流管”內(nèi)的固體表面上是同

15、樣存在的。但是，壓鑄填充時(shí)，運(yùn)動(dòng)著的液體是粘度變化的、受過加熱的熔融金屬,亦即是高溫粘滯液體，而且，在填充過程中還具有某些特性：    (1)因熱交換時(shí)的傳熱現(xiàn)象造成溫度的降低（冷卻）而產(chǎn)生凝固現(xiàn)象。    (2)所流經(jīng)的“流管”（即通道）是一個(gè)由一種或多種簡(jiǎn)單幾何形狀組合的“立體空腔”，這個(gè)“立體空腔”對(duì)液流的切線方向約束不大，因而金屬流可在這個(gè)“立體空腔”內(nèi)向所有空間擴(kuò)展（填充）。    (3）金屬流的粘度在填充過程中是變化的，并隨時(shí)間的增長(zhǎng)和溫度的降低而粘度增加。    從這些特性來看，根據(jù)邊界層理論，既然一

16、般液體的運(yùn)動(dòng)必然要出現(xiàn)邊界層，則壓鑄填充過程中，金屬流的運(yùn)動(dòng)不但遵循邊界層理論而產(chǎn)生邊界層，并且還因冷凝的緣故而生成凝固層，這一邊界凝固層則具有“薄殼”的特征（如圖9所示）這也是壓鑄填充過程的特征之一。    、關(guān)于連續(xù)性原理     流體動(dòng)力學(xué)認(rèn)為：“在液體和氣體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)中，物質(zhì)既不能產(chǎn)生也不能消滅，因此，我們必須明察我們所考慮的速度場(chǎng)不違背物質(zhì)守恒定律。當(dāng)只考慮單獨(dú)一根流管時(shí)，必然存在這樣的事實(shí)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過任一截面的流體質(zhì)量相同這就是連續(xù)性的基本原理。設(shè)F是管子某處的截面積，v是該截面上的平均速度，是那里的密度，則單位時(shí)間內(nèi)流過該截面

17、的體積為Fv,質(zhì)量為Fv，于是，為了維持連續(xù)性，F(xiàn)v就必須在此管的各個(gè)截面上具有同一值。如果體積不變的話，例如密度不變，這個(gè)關(guān)于流過一截面的質(zhì)量關(guān)系對(duì)于體積也適用，并且這時(shí)流過每一截面的體積都完全一樣”。即F1v= F2v2=F3v3（見圖10)。這一關(guān)系稱為連續(xù)性方程。當(dāng)單位時(shí)間流過的體積用流量來表示，于是，1=Q2=3。壓鑄填充的過程中，運(yùn)用連續(xù)性原理時(shí)應(yīng)當(dāng)注意下述情況：      若以內(nèi)澆口處為分界，分為兩個(gè)區(qū)間。在內(nèi)澆口以前，即壓室和澆口系統(tǒng)為第一區(qū)間。而在內(nèi)澆口以后金屬流填充的型腔為第二區(qū)間。在第一區(qū)間內(nèi)，將壓室和澆口系統(tǒng)看成為一個(gè)連通的“流管”。

18、60;     壓室、直澆道（立式冷壓室機(jī)器和熱壓室機(jī)器）、橫澆道（主橫道、分支橫澆道、過渡橫澆道）以至內(nèi)澆口處，分別看成是“流管”中的幾個(gè)部分。根據(jù)連續(xù)性原理，當(dāng)壓射沖頭以一定的壓力和速度推動(dòng)壓室內(nèi)的熔融金屬流經(jīng)這一“流管”澆口系統(tǒng)時(shí)自壓室起至內(nèi)澆門處為止，金屬流的流速按各處截面的變化而變化，若設(shè)壓室截面積為Fs,壓射速度（又稱沖頭速度）為Vs，內(nèi)澆口截面積為Fn,流經(jīng)該處時(shí)的速度為Vn，則                     FsXVs=FnXVn

19、這便是計(jì)算內(nèi)澆口速度和內(nèi)澆口截面積的基本公式。      在第二區(qū)間內(nèi)，所謂的“流管”是一個(gè)由一種或多種簡(jiǎn)單形狀組合的“立體空腔”，其截面（體積）相對(duì)于內(nèi)澆口來說是猛然地增大了。根據(jù)連續(xù)性原理，在猛然增大的“流管”內(nèi)，金屬流速度要降低很多，填充滿整個(gè)型腔就需要有一個(gè)相當(dāng)?shù)臅r(shí)間（也就是填充時(shí)問），第一區(qū)間既然遵循連續(xù)性原理，第二區(qū)間內(nèi)的金屬流便得到連續(xù)的補(bǔ)給因而具有向所有通道（空腔）沿前進(jìn)方向伸展擴(kuò)張的趨勢(shì)，當(dāng)在型腔內(nèi)某一局部部位上遇到阻礙（形狀的轉(zhuǎn)折和型芯的阻擋）或阻力（氣休的存在和邊界一凝固層的產(chǎn)生）時(shí)，金屬流便出現(xiàn)滯延或瞬時(shí)的停頓，同時(shí)必然從另一處向著阻力小的

20、部位填充，這就是填充型腔時(shí)的連續(xù)填充的特征。至于各部位的填充雖有瞬時(shí)的先后，但從全部填充時(shí)間來說，填充整個(gè)型腔的全過程仍然具有連續(xù)性的特性。      為了說明連續(xù)填充的狀況，以圖11所示的鑄件（型腔）為例。金屬流通過內(nèi)澆口后，首先填充正面（如（a)圖），當(dāng)前流將要流至頂面和兩側(cè)面時(shí)，瞬時(shí)地受到轉(zhuǎn)折的阻礙，金屬流便在正面上伸展擴(kuò)張，使在正面這單個(gè)部位上瞬時(shí)的最先填充。由于連續(xù)填充這一性質(zhì)的存在，前流受到隨后的金屬流的推功，克服轉(zhuǎn)折處的瞬時(shí)阻礙，金屬流并不先將正面填充滿便向頂面和兩側(cè)面填充（如（b）圖）。又因這個(gè)鑄件有法蘭邊的緣故，金屬流在法蘭邊上的填充比較順揚(yáng)，兩

21、側(cè)面便出現(xiàn)迂回和超越的填充。最后，兩側(cè)面、頂面和背面（圖中未表示）出現(xiàn)包卷氣體和冷隔如（c)圖）。這個(gè)填充的全過程，始終是在連續(xù)填充的條件下進(jìn)行的。      綜所述，第一區(qū)間和第二區(qū)間內(nèi)，金屬流的流動(dòng)現(xiàn)象盡管有所不同，但都遵循連續(xù)性原理。這就是壓鑄填充過程的連續(xù)性概念    、關(guān)于湍流效應(yīng)      流體動(dòng)力學(xué)認(rèn)為：“液體金屬運(yùn)動(dòng)時(shí)的流動(dòng)特性是屬于正常流體（牛頓型流體）的。認(rèn)為定常的成層的液體運(yùn)動(dòng)稱為流動(dòng)的層流狀態(tài)。不定常的紛亂的運(yùn)動(dòng)稱為湍流狀態(tài)，這時(shí)，液體發(fā)生十分劇烈的無秩序的攪動(dòng)”   

22、  對(duì)熔融金屬的運(yùn)動(dòng)來說，“作何種狀態(tài)流動(dòng)，同樣應(yīng)當(dāng)以雷諾準(zhǔn)數(shù)作為反映上述過程的基本特征。如所周知，雷諾準(zhǔn)數(shù)Re是由通道橫截面的定性幾何尺寸d（直徑，水力學(xué)半徑）、運(yùn)動(dòng)的平均速度V和沿通道流過的熔融金屬的動(dòng)粘度系數(shù)所組成的，即Re=Vd/。雷諾準(zhǔn)數(shù)是一個(gè)動(dòng)力相似準(zhǔn)數(shù)，所以它可以某種形式確定在液流中存在的是何種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)用在流體力學(xué)中普遍采取的雷諾數(shù)值大致等于2300）作為該準(zhǔn)數(shù)的臨界值，來判定層流狀態(tài)和湍流狀態(tài)之間的實(shí)際界限。嚴(yán)格地說，雷諾數(shù)的臨界值當(dāng)然不是十分固定的數(shù)量，而是與整個(gè)一系列的不同的因素例如初始狀態(tài)、入口條件、壁面光潔度等等有關(guān)?？梢哉J(rèn)為，臨界雷諾數(shù)等于小于2300

23、時(shí)，臨界層都是層流，高于2300時(shí)，總是產(chǎn)生湍流。      熔融金屬應(yīng)看作是一種可變粘度的熱粘滯流體的液體。在流動(dòng)時(shí)，各種流體力學(xué)現(xiàn)象均被傳熱過程復(fù)雜化了，并且壓鑄過程的填充狀態(tài)又與金屬流在一般鑄造時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)有很大區(qū)別。因?yàn)閴鸿T的填充過程發(fā)生在高壓、高速的條件下，并且又是限定在極短的時(shí)問內(nèi)(0.2秒以內(nèi)）完成，金屬流通過內(nèi)澆口處的速度高達(dá)15-70米/秒。這就決定了填充狀態(tài)的流動(dòng)特性：      (1）熔融金屬在填充型腔的起始部位不可能成為充滿壁厚地流動(dòng)，而是呈濺射流，強(qiáng)烈地壓向型壁，促使邊界一凝固層加速形成  

24、0;   (2）在連續(xù)填充的條件下，隨后進(jìn)入的金屬流繼續(xù)補(bǔ)充，隨著金屬流前沿的溫度不斷下降，逐漸趨于固化，流動(dòng)阻力增加，平均流速減緩，金屬流在個(gè)別的型腔部位內(nèi)（形狀、條件適宜時(shí)），有可能成為充滿壁厚地流動(dòng)，然而，流動(dòng)的實(shí)際速度仍然足以形成湍流。并伴隨著湍流的產(chǎn)生，加劇了能量的消耗和卷入氣體。      從填充過程的實(shí)際情況來看，不論濺射流，還是湍流，都不可避免地促使大量的能量消耗和卷入氣體。要使金屬流呈層流狀態(tài)，從而減少能量消耗和避免卷入氣體，在壓鑄填充過程中幾乎是不可能的。因?yàn)橐_(dá)到層流狀態(tài)，就要使金屬流流速降低，金屬溫度相應(yīng)地也降低，粘度增加。這樣使

25、雷諾數(shù)可以減小。然而，這樣卻又延長(zhǎng)填充時(shí)間，以致造成尚未充滿型腔，金屬流已經(jīng)趨于固化，使鑄件難以成形。如果要保持盡可能短的填充時(shí)間，就要采用高的流動(dòng)速度，這時(shí)，湍流又不可避免了。      由此可見，壓鑄的填充過程存在著基本矛盾。在壓鑄工藝因素上，這個(gè)基本矛盾反映為內(nèi)澆口速度與填充時(shí)問的協(xié)調(diào)關(guān)系上。從壓鑄的填充過程的狀況來說，則反映為要么出現(xiàn)金屬流過早凝固，要么產(chǎn)生湍流。  在實(shí)際生產(chǎn)中，要解決和協(xié)調(diào)這一基本矛盾使對(duì)立現(xiàn)象從屬于一個(gè)適宜的條件和范圍內(nèi)，常常是通過對(duì)澆口技術(shù)的正確運(yùn)用來達(dá)到的。、關(guān)于液壓沖擊    &

26、#160; 在液壓系統(tǒng)中，節(jié)門突然關(guān)閉，從節(jié)門開始，液體突然停止而積聚，流速立即降低，壓力隨即增加，形成一個(gè)自節(jié)門逆向發(fā)展的減速增壓運(yùn)功。這種運(yùn)動(dòng)稱之為沖擊波，又稱壓縮波，其運(yùn)動(dòng)速度，稱為波速。這一現(xiàn)象稱為液體的沖擊現(xiàn)象。因沖擊產(chǎn)生的瞬時(shí)壓力升高，常常能夠達(dá)到較高的數(shù)值。但實(shí)際上，節(jié)門全部關(guān)閉總是需要一段時(shí)間的，所以關(guān)閉是逐漸的，因而液體的積聚、流速的降低、壓力的增加，都是逐漸的，并形成一系列的瞬時(shí)壓力沖擊的過程。      在壓鑄過程中，內(nèi)澆口處相當(dāng)于一個(gè)“節(jié)門”，但這個(gè)“節(jié)門”并不完全關(guān)閉，在整個(gè)澆口系統(tǒng)中，該處是一個(gè)縮小的“流管”斷面，其縮小的程度

27、往往是比較突然的，這就成為“流管”中的一個(gè)阻力處所限制了金屬流的流量，故金屬流流至該處時(shí)，必然產(chǎn)生瞬時(shí)的積聚，出現(xiàn)瞬時(shí)的壓力升高，于是，便形成瞬時(shí)壓力沖擊。在連續(xù)填充的條件下，金屬流突破內(nèi)澆口處的阻力，沖擊現(xiàn)象便消失，金屬流進(jìn)入型腔后，填充過程中每遇到一處阻塞，都會(huì)使液流系統(tǒng)（指金屬流）產(chǎn)生一次沖擊，直至填充完畢為止。      由于沖擊壓力是由沖擊波在液流系統(tǒng)（指金屬流）中進(jìn)行傳遞的，并且其方向又是與金屬流的流向相反（逆向），故在內(nèi)澆口以前的澆道系統(tǒng)中，沖擊壓力傳至壓射沖頭以至整個(gè)壓射系統(tǒng)。      所以，機(jī)器壓射系統(tǒng)要有足夠的能

28、量為克服這個(gè)沖擊壓力時(shí)所消耗，這就是克服截面突然縮?。ㄗ韬┧斐傻淖枇?。      由此可見，壓鑄填充過程中，澆口系統(tǒng)的截面的突然變小，形成對(duì)流量的突然限制，產(chǎn)生壓力沖擊，必然引起填充過程中的壓力跳動(dòng)，能量耗散加劇。所以，對(duì)填充過程所作的許多實(shí)驗(yàn)中，在描測(cè)壓力、速度一位移曲線圖譜上，常常表示出各個(gè)填充區(qū)間的壓力峰，說明了壓力跳動(dòng)的情祝。       填充終了時(shí)，機(jī)器壓射系統(tǒng)因增壓形成最終壓力峰，它的大小固然是體現(xiàn)機(jī)器壓射系統(tǒng)的特性，說明壓力補(bǔ)給的實(shí)際效果。但是，最終壓力峰并不是愈大愈好，因?yàn)樽罱K壓力過大，常常造成過大的壓力

29、沖擊，機(jī)器鎖模力便有不足的可能，從而引起一系的不良后果（四）、填充過程的熱交換       壓鑄填充過程中，金屬流與模具型腔壁面間產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱交換，這是填充過程中的另一個(gè)重要問題    熔融金屬的傳熱理論認(rèn)為：“在金屬流速度很小時(shí)，熱傳遞是借助于傳導(dǎo)機(jī)理發(fā)生的，僅在雷諾數(shù)足夠大時(shí)，液態(tài)金屬中的對(duì)流熱傳遞才起重要作用”。      根據(jù)這一理論，在壓鑄填充過程中，金屬流高速度地（湍流狀態(tài)）流動(dòng)時(shí)，熱傳遞是以對(duì)流形式發(fā)生的，對(duì)流傳熱的劇烈程度取決于金屬流的流速，流速愈大，則熱交換愈強(qiáng)烈。當(dāng)填充即將結(jié)束前，金屬

30、流速度已經(jīng)很小，及至填充結(jié)束，流動(dòng)停止，熱傳遞便以傳導(dǎo)形式發(fā)生。所以，壓鑄填充的熱交換過程主要是對(duì)流傳熱和傳導(dǎo)傳熱兩種形式熱交換的結(jié)果，形成一個(gè)型腔的溫度場(chǎng)和產(chǎn)生金屬的凝固。1、.型腔的溫度場(chǎng)      由于金屬流填充型腔各個(gè)部分的時(shí)間不同，并且型腔各部分的形狀和截面也有差異，所以填充結(jié)束部分壁面的溫度分布就有所不同這樣成為熱傳遞規(guī)范的基礎(chǔ)，金屬凝固的速率決定。、金屬的凝團(tuán)      由于熔融金屬與型腔存在很大的溫度差，型腔吸收了金屬放出的熱量而溫度逐漸升高，與金屬直接接觸的壁面溫度升高最為激烈，于是，壁面與后面深層部分之間又產(chǎn)生溫度

31、差，熱量在型腔零件內(nèi)傳導(dǎo)散發(fā)，直至模具整體向外界散發(fā)。于是，金屬溫度逐漸下降，產(chǎn)生凝固。      這一現(xiàn)象可以看成：過熱的熔融金屬到完全凝固前釋放的熱量應(yīng)等于模具型腔在該段時(shí)問內(nèi)吸收的熱量。      至于熔融金屬放出熱量的多少，是由金屬的流量、熱容量、導(dǎo)熱性、沮度等特性的綜合條件所決定的而型腔吸收熱量的多少則由金屬與型腔的接觸面積、型腔溫度與金屬溫度的溫度差、金屬流動(dòng)速度、模具的體積以及型腔零件材料的導(dǎo)熱性等因素決定的。       金屬凝固的速率與型腔的溫度場(chǎng)有著直接的關(guān)系，若以時(shí)間來表示，即為凝固時(shí)間。這個(gè)凝固時(shí)問通常是考慮和計(jì)算填充時(shí)間的基本依據(jù)。