鋁合金半固態(tài)壓鑄充型過程數(shù)值模擬研究.pdf

1、半固態(tài)成形技術(shù)作為一種新興的近凈成形技術(shù)，憑借其生產(chǎn)環(huán)境好、應(yīng)用潛力廣、生產(chǎn)效率高、成品質(zhì)量優(yōu)等優(yōu)點，在實際的鑄造過程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。鋁合金半固態(tài)壓鑄成形是半固態(tài)成形中最為重要的技術(shù)之一。不同于傳統(tǒng)的液態(tài)壓鑄，鋁合金半固態(tài)漿料是一種固液相混合物，隨著已凝固固相的增多，其在流動充型過程中仍具有一定的流動性。在鋁合金半固態(tài)壓鑄成形過程中，其充型過程中相關(guān)物理場發(fā)生變化且難于預(yù)測，導(dǎo)致工藝方案的制定變得困難。本文主要研究了鋁合金半固

2、態(tài)壓鑄充型過程的表觀粘度模型、離散求解技術(shù)和充型模擬計算方法，通過實際壓鑄實驗進行驗證并運用于實際鑄件，可以為工藝人員制定最終半固態(tài)成形件方案提供參考。
　　首先，建立了鋁合金半固態(tài)壓鑄充型過程的數(shù)學(xué)模型。在分析鋁合金半固態(tài)壓鑄充型過程特點及相關(guān)機理的基礎(chǔ)上，通過研究分析影響半固態(tài)充型過程粘度變化的相關(guān)因素，建立了鋁合金半固態(tài)壓鑄充型過程表觀粘度模型；基于計算流體力學(xué)原理和流動基本控制方程等，耦合鋁合金半固態(tài)表觀粘度模型，建立了基

3、于鋁合金半固態(tài)壓鑄充型過程的流動場模型。并對模擬過程中的物理場邊界條件進行了討論。
　　其次，完成了對鋁合金半固態(tài)壓鑄充型過程數(shù)學(xué)模型的離散求解。采用有限差分法離散流動場方程，基于交錯網(wǎng)格技術(shù)，使用SOLA-VOF法求解流動場方程，對數(shù)值模擬過程穩(wěn)定性條件進行了分析。同時將半固態(tài)表觀粘度模型引入階梯流，與普通階梯流進行流線、速度上的對比，驗證了半固態(tài)表觀粘度模型的準(zhǔn)確性。
　　然后，完成了鋁合金半固態(tài)壓鑄充型過程的模擬計算及

4、配套實驗驗證。對環(huán)狀均勻分布的六個條形鑄件進行充型模擬計算，研究了不同充型階段條形鑄件的充型形態(tài)結(jié)果，并通過與普通鋁合金壓鑄充型模擬結(jié)果相比較，對兩者的速度及壓力進行了比較分析。設(shè)計了配套的鋁合金半固態(tài)壓鑄充型實驗，通過在相同條件下控制活塞距離的移動量決定實際鑄件的澆注充型量，得到充型各階段的實驗結(jié)果，并將其與模擬結(jié)果進行了對比。
　　最后，將鋁合金半固態(tài)壓鑄充型模擬計算方法應(yīng)用到實際鑄件。應(yīng)用鋁合金半固態(tài)壓鑄充型模擬計算方法，對