半固態(tài)流中計算機仿真研究
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1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
目前,國內(nèi)外許多學者在對流變壓鑄成形技術進行研究的過程中,總結出影響和制約流變壓鑄技術工業(yè)化應用的主要問題在于漿料制備方法及定量澆注技術上的改進、合理壓鑄工藝參數(shù)的確定、澆注過程的控制和系統(tǒng)設計等方面。另有,我國對鎂基復合材料半固態(tài)流變成形組織、性能與漿料的固相率對成形技術的影響規(guī)律缺乏認識。
2流變壓鑄的特點和發(fā)展前景
半固態(tài)壓鑄成形技術有兩種,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)移到壓射室進行加熱壓鑄成形。在能耗方面,流變壓鑄不需要進行二次重熔加熱,不會造成在二次加熱時的表面氧化,減少了額外的加工費用;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、工藝簡單,正是當前能源、環(huán)境的緊迫壓力下正所需要的,更加適應未來的發(fā)展趨勢。因此,流變壓鑄是未來半固態(tài)成形的重要發(fā)展方向,該技術應不斷地改進和完善。
壓鑄充型是在封閉金屬型內(nèi)完成的,傳輸比較復雜,可能會導致檢測充型流動過程的結果不精確等,然而,計算機仿真技術可以對充型凝固過程進行動態(tài)顯示,預測鑄件缺陷可能出現(xiàn)的位置。鎂基復合材料半固態(tài)在計算機仿真技術的輔助下,利用半固態(tài)成形過程中出現(xiàn)的物理、化學現(xiàn)象,如傳熱過程、流動過程、預測充型缺陷等數(shù)據(jù)信息進行分析,優(yōu)化成形工藝。本項目是通過商業(yè)軟件ProCAST對鎂基復合材料半固態(tài)壓鑄成形的過程進行數(shù)值模擬,模擬流變壓鑄成形過程中半固態(tài)金屬基材料的流動過程,分析漿料在型腔中的運動規(guī)律,適當?shù)恼{(diào)整一些參數(shù),即控制剪切速率、溫度等。例如,當半固態(tài)漿料受到某個特定的剪切速率的作用時,具有良好的流動性,這種流動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。通過實驗對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的方向上逐漸降低。半固態(tài)壓因此,對鎂基復合材料半固態(tài)流變壓鑄成形進行計算機仿真研究對獲得低成本,高質(zhì)量,高效率的鑄件有很大的意義。
4結語
通過數(shù)值模擬得知,半固態(tài)壓鑄成形內(nèi)部結構緊密,分布均勻,設置合理的參數(shù),避免冷隔缺陷,充型過程平穩(wěn)。適當可以從新技術、新思路入手,從漿料制備與成形分離、成形過程參數(shù)的合理設置等方面進行思考,研究開發(fā)新型的半固態(tài)流變壓鑄系統(tǒng)。利用計算機技術進行高效地計算和仿真研究會成為以后的一個發(fā)展趨勢,理論結合實際,將半固態(tài)壓鑄成形技術廣泛并真正地應用到工業(yè)生產(chǎn)中。
作者：胡亞平 袁露 單位：江西農(nóng)業(yè)大學