成形过程中材料的固化

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1、第3章成形过程中材料的固化1材料的液体成形包括获得形状和保持形状两个主要的基本过程。首先通过液体材料的粘性流动而获得形状的变化，再通过固化将获得的形状保持下来而形成坯件或制品。固化：通过一定的物理或化学方式，使开始时具有良好流动性的液态材料在形成所需形状的成形物后，使体系粘度增加直至失去流动性的过程。2第一节冷却凝固第二节传质固化第三节化学反应固化×3一．凝固中的传热问题二．凝固中的溶质再分配三．凝固过程中液体的流动4定义：指利用传热过程，使处于熔点或粘流温度以上的熔体温度冷却降至熔点或玻璃化温度以下，从而使成

2、形物失去流动性，获得稳定形状的制品的过程。实质：成形物料从熔融状态向固态转变的过程。特征：传热过程。同时伴随发生结晶、传质和流动等过程。51.温度场与传热2.模型成形温度场3.焊接温度场61.温度场与传热材料凝固过程中的传热方式：u热传导——成形物内部及其与模具之间的传热方式u辐射和对流——模具外表面向周围环境散热的方式①温度场②热传导的基本方程③传热类型7在某一时刻，某一特定空间区域或某一特定物体内部各点温度的分布情况。Tfx,y,z,t温度是无向量，温度场也是无向量。8等温面：在同一时刻，温度场中温度

3、相同的点所构成的空间面。可能是平面，也可能是曲面。等温线：当以某一截面为考察对象时，将温度相图的点连接起来所组成的线。温度梯度：对于一定温度场，沿等温面或等温线某法线方向的温度变化率。温度梯度越大，图形上反映为等温面（或等温线）越密集。TTgradTlimn0nn9不稳定温度场：温度场不仅在空间上变化，并且也随时间变化的温度场：Tfx,y,z,t稳定温度场：不随时间而变的温度场（即温度只是坐标的函数）在熔体成形过程中少见：Tfx,y,z熔体成形的过程中的重要特征：不稳定温

4、度场和不稳定传热。10二、热传导过程的偏微分方程服从傅里叶定律：即在与等温面法线n方向垂直的单位面积截面内，单位时间所传递的热量(称为比热流量或传热速度)与温度梯度成正比，即：qTtn揭示了物体中某点温度梯度与其传热热流量间的关系。根据该定律和能量守恒定律，可以导出该点温度随时间变化的关系。即傅里叶热传导的基本方程：222TTTT222txyz11三、传热类型熔体成形物凝固过程中的传热，是将熔体的显热和凝固潜热通过一系列热阻(传热系统中某组元的厚度与该组元的

5、导热系数之比称为该组元的热阻)传至模型，并经模型再传热至环境。热阻组成：成形件液相的热阻已凝固相的热阻中间层的热阻模型热阻121)模型热阻起决定作用时的传热如液态金属砂型铸造铸件内金属传热速度快，温度梯度小，而铸型内传热速度慢，温度梯度大，因此铸件—中间层—铸型断面体系温度场如图3.1(a)。原因：砂型铸型的导热率远远小于金属铸件的导热系数132)中间层起决定作用时的传热如使用型腔内表面涂有隔热涂料的金属型铸型中间层温度梯度大，温度降很大，而铸件断面和铸型断面的温度梯度和温度降比较小，因此铸件—中间层—铸型断面

6、体系温度场如图3.1(b)。原因：型腔内表面涂有较厚的涂料，同时在铸件和铸型间还可能形成间隙，故涂料与间隙构成的中间层热阻很大。143)成形件热阻起决定作用时的传热情形1：液态金属在水冷型金属铸型中的凝固，此时金属铸型导热能力远大于金属凝固层的导热能力；情形2：熔融聚合物冷却凝固成形，由于聚合物成形模具一般为金属，聚合物的导热系数远小于金属模具。中间层和模型断面的温度梯度和温降较小，而成形件内部的温度梯度和温降较大。因此铸件—中间层—铸型断面体系温度场如图3.1(c)。154)成形件热阻与模型热阻起决定作用时的

7、传热如液态金属在非水冷的后壁金属型铸型中铸造时的凝固铸件和铸型断面上的温度梯度均较大，都有很大的温降，中间层的温度梯度较小。因此铸件—中间层—铸型断面体系温度场如图3.1(d)。原因：砂型铸型的导热率远远小于金属铸件的导热系数16①凝固过程及传热特点②凝固温度场的研究方法③凝固状态与方式17研究意义：旨在获得成形件内部的温度分布情况和随时间变化的特征，由此预期凝固过程中成形件断面上不同时刻的凝固区域大小及特征、凝固前言向中心推进的速度、成形件上各部位的凝固先后次序等重要问题，为正确设计模型浇注系统、设置浇口、冷

8、铁以及采取其它工艺措施控制凝固过程提供重要的依据。18①凝固过程及传热特点聚合物：粘度高，充模时的流动在大多数情况下仍是非湍流状态。液态金属：粘度低，充型或浇注时在型腔中的流动呈湍流状态。凝固过程：成形温度降低，成形物开始凝固，最先在冷却表面形成凝固壳层，热量从最热的中心流经凝固壳层再传导给低温的模型。随成形物继续冷却，已凝固的壳层温度进一步降低，并且凝固壳层不断增厚，直到某一时刻成形