半固態流中計算機仿真研究
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1國內外研究現狀
目前,國內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、合理壓鑄工藝參數的確定、澆注過程的控制和系統設計等方面。另有,我國對鎂基復合材料半固態流變成形組織、性能與漿料的固相率對成形技術的影響規律缺乏認識。
2流變壓鑄的特點和發展前景
半固態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漿料冷卻凝固在進行二次加熱成形。流變壓鑄是將半固態漿料直接轉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、環境的緊迫壓力下正所需要的,更加適應未來的發展趨勢。因此,流變壓鑄是未來半固態成形的重要發展方向,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顯示,預測鑄件缺陷可能出現的位置。鎂基復合材料半固態在計算機仿真技術的輔助下,利用半固態成形過程中出現的物理、化學現象,如傳熱過程、流動過程、預測充型缺陷等數據信息進行分析,優化成形工藝。本項目是通過商業軟件ProCAST對鎂基復合材料半固態壓鑄成形的過程進行數值模擬,模擬流變壓鑄成形過程中半固態金屬基材料的流動過程,分析漿料在型腔中的運動規律,適當的調整一些參數,即控制剪切速率、溫度等。例如,當半固態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壓鑄件沒有明顯的縮孔和疏松。例如半固態充型過程的壓力分布。半固態充型過程平穩,呈層流特征,成形件組織致密均勻、性能優良。半固態充型過程的壓力在推進的方向上逐漸降低。半固態壓因此,對鎂基復合材料半固態流變壓鑄成形進行計算機仿真研究對獲得低成本,高質量,高效率的鑄件有很大的意義。
4結語
通過數值模擬得知,半固態壓鑄成形內部結構緊密,分布均勻,設置合理的參數,避免冷隔缺陷,充型過程平穩。適當可以從新技術、新思路入手,從漿料制備與成形分離、成形過程參數的合理設置等方面進行思考,研究開發新型的半固態流變壓鑄系統。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展趨勢,理論結合實際,將半固態壓鑄成形技術廣泛并真正地應用到工業生產中。
作者：胡亞平 袁露 單位：江西農業大學