镁合金及镁合金半固态流变压铸充型凝固过程数值模拟

【摘要】：由于镁合金是最轻的结构金属，这对降低汽车自重，减少油耗，减轻环境污染以及提高汽车的操作性有着重大意义。目前压铸是镁合金成型的主要工艺，但利用传统的压铸技术压铸镁合金，与压铸其他合金一样，存在型腔内气体以及压铸涂料产生的气体无法顺利排出的问题，这些气体在高压下或者溶解在镁合金内，或者形成许多高压微气孔弥散分布在压铸件内。镁合金半固态流变或触变压铸工艺有利于消除这些缺陷，提高压铸件的内在质量。但目前对半固态压铸时的充型规律、充型性能等了解甚少，因此，亟需进行这方面的研究。借助于数值模拟技术不仅能较准确的描述铸液的充型过程，而且能预测铸件内部的成型缺陷等。充型凝固过程数值模拟是计算机在铸造生产中应用的核心内容，是国际公认的用计算机等高新技术拓宽和促进铸造学科向前发展的前沿领域，为提高和确保铸件质量开创了新局面。 基于以上考虑，本文以中间轴螺塞镁合金及镁合金半固态为分析对象，采用数值模拟技术对镁合金牛顿流体及镁合金半固态流体的充型凝固过程进行了分析。其中，在充型过程中重点分析了各流体充型时的速度矢量大小及方向、充填型腔时流态的特征、流体内压力的传递情况及型腔内部节点上速度、压力的变化等；在凝固过程中主要分析了铸件凝固冷却曲线变化情况、铸件凝固冷却时固相分数变化情况及对铸件形成缩孔、缩松位置及大小的预测。 本课题的研究表明：与镁合金相比半固态镁合金具有充填过程平稳，铸液内部压力逐层传递，不易发生喷溅。因此减轻了压铸时合金中的紊流、涡流及卷气等现象，也有利于减少液态金属充型时普遍遇到的缩孔、缩松等缺陷。由于半固态金属的充型温度低，减轻了对模具的热冲击，因此可有效提高模具的使用寿命。