半固態(tài)流中計(jì)算機(jī)仿真研究
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1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
目前,國內(nèi)外許多學(xué)者在對(duì)流變壓鑄成形技術(shù)進(jìn)行研究的過程中,總結(jié)出影響和制約流變壓鑄技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的主要問題在于漿料制備方法及定量澆注技術(shù)上的改進(jìn)、合理壓鑄工藝參數(shù)的確定、澆注過程的控制和系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面。另有,我國對(duì)鎂基復(fù)合材料半固態(tài)流變成形組織、性能與漿料的固相率對(duì)成形技術(shù)的影響規(guī)律缺乏認(rèn)識(shí)。
2流變壓鑄的特點(diǎn)和發(fā)展前景
半固態(tài)壓鑄成形技術(shù)有兩種,分別是觸變壓鑄和流變壓鑄。觸變壓鑄是將半固態(tài)漿料冷卻凝固在進(jìn)行二次加熱成形。流變壓鑄是將半固態(tài)漿料直接轉(zhuǎn)移到壓射室進(jìn)行加熱壓鑄成形。在能耗方面,流變壓鑄不需要進(jìn)行二次重熔加熱,不會(huì)造成在二次加熱時(shí)的表面氧化,減少了額外的加工費(fèi)用;流變壓鑄漿料比觸變壓鑄漿料有更高的液相率,充型能力更好;余料、廢料等可以回收利用。因此,流變壓鑄較觸變壓鑄高效、耗能小、成本低、工藝簡(jiǎn)單,正是當(dāng)前能源、環(huán)境的緊迫壓力下正所需要的,更加適應(yīng)未來的發(fā)展趨勢(shì)。因此,流變壓鑄是未來半固態(tài)成形的重要發(fā)展方向,該技術(shù)應(yīng)不斷地改進(jìn)和完善。
壓鑄充型是在封閉金屬型內(nèi)完成的,傳輸比較復(fù)雜,可能會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)充型流動(dòng)過程的結(jié)果不精確等,然而,計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以對(duì)充型凝固過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示,預(yù)測(cè)鑄件缺陷可能出現(xiàn)的位置。鎂基復(fù)合材料半固態(tài)在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的輔助下,利用半固態(tài)成形過程中出現(xiàn)的物理、化學(xué)現(xiàn)象,如傳熱過程、流動(dòng)過程、預(yù)測(cè)充型缺陷等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析,優(yōu)化成形工藝。本項(xiàng)目是通過商業(yè)軟件ProCAST對(duì)鎂基復(fù)合材料半固態(tài)壓鑄成形的過程進(jìn)行數(shù)值模擬,模擬流變壓鑄成形過程中半固態(tài)金屬基材料的流動(dòng)過程,分析漿料在型腔中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,適當(dāng)?shù)恼{(diào)整一些參數(shù),即控制剪切速率、溫度等。例如,當(dāng)半固態(tài)漿料受到某個(gè)特定的剪切速率的作用時(shí),具有良好的流動(dòng)性,這種流動(dòng)特性是由表觀粘度來表征的。此外,表觀粘度還與溫度、固相率等有關(guān)。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比可以看出流變壓鑄件較液態(tài)壓鑄件沒有明顯的縮孔和疏松。例如半固態(tài)充型過程的壓力分布。半固態(tài)充型過程平穩(wěn),呈層流特征,成形件組織致密均勻、性能優(yōu)良。半固態(tài)充型過程的壓力在推進(jìn)的方向上逐漸降低。半固態(tài)壓因此,對(duì)鎂基復(fù)合材料半固態(tài)流變壓鑄成形進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究對(duì)獲得低成本,高質(zhì)量,高效率的鑄件有很大的意義。
4結(jié)語
通過數(shù)值模擬得知,半固態(tài)壓鑄成形內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密,分布均勻,設(shè)置合理的參數(shù),避免冷隔缺陷,充型過程平穩(wěn)。適當(dāng)可以從新技術(shù)、新思路入手,從漿料制備與成形分離、成形過程參數(shù)的合理設(shè)置等方面進(jìn)行思考,研究開發(fā)新型的半固態(tài)流變壓鑄系統(tǒng)。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行高效地計(jì)算和仿真研究會(huì)成為以后的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì),理論結(jié)合實(shí)際,將半固態(tài)壓鑄成形技術(shù)廣泛并真正地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。
作者：胡亞平 袁露 單位：江西農(nóng)業(yè)大學(xué)