凸式冲头挤压铸造挤压力研究

【摘要】： 挤压铸造，是对注入模具中的液态金属施加较高的机械压力，使其成形和凝固而获得铸件的工艺方法，该工艺是高温高压下的一个复杂的物理化学-力学过程。针对目前挤压铸造中存在的挤压力难以确定的问题，在实际状态下研究凝固过程花费巨大，因此，有必要利用数值模拟技术了解挤压铸造工艺成型中挤压力对整个凝固过程的影响，以及挤压力对铸件性能的影响等问题，以此来确定挤压力。 根据所研究课题的特点，本文选定挤压铸造中的一种典型工艺方式—凸式冲头挤压铸造作为研究对象，并确定以理论分析和数值模拟分析验证相结合的技术路线。论文首先总结了国内外在挤压铸造领域上的研究成果以及有关挤压力的研究现状，随后，分析了压力对合金凝固过程的影响机理，探讨了挤压铸造下的力学成形理论，得出了工艺参数临界比压值确定的依据，推导了临界比压的计算模型，并对现有的计算模型进行分析，指出存在的不足。 在数值模拟研究方面，利用加压凝固协调关系，本文确定了7种工况，在简化计算模型的基础上，利用数值模拟工具ProCAST进行热弹塑性有限元热力耦合模拟，获得了凸式冲头挤压铸造中的应力场、温度场、凝固场以及充型过程参数等数据。通过对一种典型工况的分析，得出凸式冲头挤压铸造的充型、凝固的一般变化规律；对不同挤压力下的模拟结果作分析比较，得出了凝固时间随挤压力的变化规律、传热系数随挤压力的变化规律，以及挤压力对缩孔缩松的影响；另外，在得出晶粒尺寸、枝晶间距随挤压力变化的同时，也对组织细化的形成原因作了深入分析；根据模拟结果，得到了合适的挤压力，也验证了临界比压计算模型的合理性。 利用合理的理论计算模型和计算机数值模拟方法研究挤压力的传递、损失以及挤压力对加压凝固过程的影响，必将为挤压铸造工艺参数选定和优化、设备的选定和改造等提供坚实的可靠平台。