超聲原位Mg2Si-AM60復(fù)合材料流變成形的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著21世紀(jì)的全球能源危機(jī)的加劇,以及人們對(duì)于可持續(xù)發(fā)展理論的認(rèn)可,傳統(tǒng)的重金屬材料如鋼鐵等在很多領(lǐng)域都已經(jīng)退出了舞臺(tái),取而代之的是各種的綜合性能良好的新型輕材料。在眾多新型材料當(dāng)中又以在外空宇航,輪船水運(yùn),深潛設(shè)備,電子系統(tǒng),汽車交通領(lǐng)域大放異彩的金屬M(fèi)g和Mg合金為代表。
　　在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,對(duì)金屬成形的充型凝固過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬仿真有著極其重要的意義。在產(chǎn)品生產(chǎn)之前進(jìn)行模擬仿真,能有效的預(yù)測(cè)和分析鑄造中產(chǎn)生的缺陷

2、以及出現(xiàn)缺陷的部位,從而方便產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員對(duì)鑄造的工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行靈活的修正,并為獲得高質(zhì)量鑄件的生產(chǎn)提供豐富的參考數(shù)據(jù)。這大幅縮短了新產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)的周期,節(jié)約了生產(chǎn)成本,提高了生產(chǎn)效率,最終達(dá)到提高社會(huì)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力的目標(biāo)。
　　本文以課題組建立的半固態(tài)Mg2Si/AM60復(fù)合材料的表觀粘度模型為基礎(chǔ),在VS2005軟件平臺(tái)下用fortran語(yǔ)言重新編譯半固態(tài)復(fù)合材料的表觀粘度模型,并導(dǎo)入流體模擬軟件FLOW-

3、3D中進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。利用本文得出的新表觀粘度模型,分別對(duì)鎂合金壓鑄的液態(tài)充型與半固態(tài)充型進(jìn)行了充型過(guò)程的數(shù)值模擬,驗(yàn)證了新流變模型能準(zhǔn)確描述半固態(tài)充型能力。得到的結(jié)論說(shuō)明采用半固態(tài)壓鑄充型能得到外輪廓清晰,結(jié)構(gòu)緊密、缺陷較少的成形鑄件。對(duì)端蓋件的關(guān)鍵部位進(jìn)行了充型過(guò)程的壓力和速度的追蹤。結(jié)果顯示在半固態(tài)充型時(shí),壓力與速度變化平穩(wěn),分布均勻,有利于成形優(yōu)質(zhì)的鑄件。進(jìn)行了壓鑄試驗(yàn)并對(duì)鑄件的微觀組織進(jìn)行了顯微觀察,液態(tài)壓鑄得到的鑄件顯微組織顯

4、示其組織存在樹(shù)枝晶,而半固態(tài)壓鑄得到的組織致密均勻,再次驗(yàn)證了新模型的描述半固態(tài)壓鑄的準(zhǔn)確性。
　　為了優(yōu)化成形工藝參數(shù)對(duì)端蓋件進(jìn)行了半固態(tài)壓鑄充型與凝固的模擬,采用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)澆注溫度、沖頭速度、模具溫度三組工藝參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明:鑄件充型的時(shí)間很短,不足0.1S。沖頭速度與澆注溫度對(duì)充型的影響要大于模具溫度。對(duì)鑄件進(jìn)行凝固分析,結(jié)果表明:在凝固的前期,澆道口附近的合金液保持著高溫狀態(tài),成為最后凝固部位;而在端蓋件的主

5、體部位,由于半固態(tài)漿料澆注溫度在固-液相區(qū)間,并且半固態(tài)漿料本身就存在很高的固相分?jǐn)?shù),所以凝固速度很快,凝固先從溫度低的底部平臺(tái)開(kāi)始,然后逐步向Z型薄壁區(qū)域蔓延,符合順序凝固的變化規(guī)律。鑄件從充型結(jié)束到完全凝固所用的時(shí)間很短,澆注溫度越高所需的凝固時(shí)間越長(zhǎng),然而模具預(yù)熱溫度與沖頭速度對(duì)凝固時(shí)間影響不大。分析其原因可能定時(shí),模具預(yù)熱溫度越高,凝固分?jǐn)?shù)曲線越低。這說(shuō)明高的模具溫度讓合金液的固相率降低了。最后分析得到工藝參數(shù)為澆注溫度590℃