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镁合金低压铸造缩孔缩松预测技术研究

王忠  
【摘要】: 镁合金以其比重轻、比强度高、铸造性能好、尺寸稳定、资源丰富、容易回收等一系列的优点,在汽车工业、通讯电子和航空航天业等领域得到日趋广泛的应用。低压铸造作为镁合金成形主要的方展方向之一,利用其平稳充型和顺序凝固的特点生产优质的镁合金,但缩孔缩松缺陷的产生严重影响了低压铸造工艺的应用。目前,针对低压铸造下缩孔缩松的预测技术成为铸造数值模拟软件开发的一个重要课题。 本文首先针对铸件凝固过程温度场显式差分算法的缺点,首次采用分数步长法之交替方向隐式迭代法(简称ADI),建立三维温度场的数学模型,该方法可大大提高运算速度,求解精度高且绝对稳定。同时由于时间步长大大影响计算精度和计算速度,本文建立了一种较简便确定变时间步长的方法,该方法可以确保温度场的计算精度和计算速度。通过实例及模拟验证,表明ADI分数步长法及变时间步长法能够正确的计算铸件凝固过程温度场。 其次,针对镁合金具有宽结晶温度范围特点,基于能量守恒定律,建立了等效比热潜热处理模型。经过数值模拟验证,表明该潜热处理模型能很好的反映镁合金等宽结晶范围合金的潜热释放,也能反映窄结晶范围合金的潜热释放。 然后,基于铸件铸型的传热学基础,提出了一种新的低压铸造缩孔缩松预测的方法,并建立了数学模型。该方法考虑到低压铸造补缩具有重力补缩和压力补缩双重性质的规律,以及压力对临界固相率的影响,从而更能符合低压铸造下铸件的凝固规律。将该预测技术集成到EasyCast软件中,进行模拟研究,并与实验结果进行了对比。 最后,针对一哑铃镁合金低压铸件,进行了两因素三水平的正交模拟计算研究。模拟结果显示保压压力、保压时间对镁合金低压铸件的缩孔缩松有着重要的影响。而且也表明通过上述各模型开发的凝固模拟软件EasyCast在预测镁合金低压铸造缩孔缩松方面是可行的,揭示的规律是正确的,对科研及生产具有一定的指导意义。


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