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镁合金消失模铸造充型性能数值模拟

宿文龙  
【摘要】:镁合金拥有众多优势,在汽车、电子、航空航天等领域的应用日益广泛。目前,铸造作为镁合金的重要生产工艺也急需研究改进。消失模铸造(Lost Foam Casting)是一种经济有效的绿色铸造工艺。镁合金消失模铸造是先进材料和先进生产工艺的结合新技术,未来在生产具有复杂型腔、薄壁、分型困难的铸件上具有巨大优势。在消失模铸造充型过程中,由于模样的热解和金属液之间的相互作用,致使金属液的充型能力与空腔重力铸造有很大不同。使用数值模拟技术可以进行定性、半定量的研究铸造中的充型规律,并对铸件的结果进行预测。本文系统研究了消失模铸造充型能力,设计不同的模样研究金属液的流动情况。 本文对影响消失模铸造充型的诸多工艺因素进行分析,并使用正交试验方法研究浇注温度、真空度和浇注压头对流动性的影响。研究结果显示,浇注温度对镁合金流动性影响最大,浇注温度越高流动性越好。真空度条件影响次之,其对浇注长度影响是非线性的,在0.3atm情况下流动长度最大,继续增大反而减少浇注长度;浇道高度影响最小,流动长度随浇道高度增加逐渐减小。 为了研究镁合金消失模铸造复杂型腔中多向流情况和可能引起的缺陷,设计了一个窗体模型。在窗体模型中,消失模铸造相比传统空腔砂型铸造充型平稳,出现涡流较少。实体实验中,在模样中埋入热电偶,记录金属液的流动过程和温度变化。实验结果和模拟结果基本一致。 为了研究消失模铸造中对于重力敏感程度,设计了一个竖直板模型。模型结果显示充型中,泡沫模样的存在完全抵消了重力的引导作用。金属液均匀的向四周呈弧形推进。大大减缓了常规铸造中金属液的冲刷、翻卷现象。


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