ZL112Y铝合金半固态连续触变浆料制备工艺及装置的研究

论文摘要

本论文是研究ZL112Y 铝合金的半固态连续触变成形料坯制备工艺,设计一套合适的半固态连续触变重熔装置,以及找到一套合理的连续触变重熔工艺的工艺参数。根据半固态连续触变成形的原理,自行设计了一套实验装置。装置主要包括原始坯料的制备装置以及二次重熔装置。原始坯料是采用低过热法制备,因此坯料制备装置包括熔炼铝合金的电阻炉以及浇注料坯的金属模具。坯料的二次重熔选用感应加热方式,因此二次重熔装置包括用以二次加热的三台感应加热设备及与之匹配的感应线圈、重熔用坩埚、支撑坩埚用的支架以及控制半固态浆料出料的底座。在实验过程中不断的进行了实验装置的改进,包括坩埚的加固、坩埚材料的重新选择以及底座结构的改进。装置设计完后,进行了装置的可行性性验证。经实验证明:1)支架的结构合理,能够实现对感应加热设备及坩埚有序的组装,满足连续式生产的要求;2)感应线圈稳定性好,与感应加热设备能很好的匹配,发挥感应加热设备较大的加热功率;3)控制半固态浆料出料的端座的结构比较合理,能够有效的操控半固态浆料的流出,在端座中采用升热装置后,浆料在流出过程不会发生凝固现象而保持半固态状态。4)整套装置的关键问题在于重熔用的坩锅的选用,经过实验证明,选用的几种坩埚的强度均达不到实验的要求,在高温下出现了裂纹而发生铝液的泄漏,因此坩埚问题还有待改进。为找到一套合理的连续重熔工艺,采用了ANSYS 数值模拟软件进行了坯料在连续触变重熔过程中的温度场分布的模拟。在进行连续触变重熔的模拟前,为了验证模拟的正确性,进行了对原有的最大振荡功率加热、缓慢加热、以及采用优化工艺加热实验的模拟。通过模拟结果与实测结果的对比,证明模拟能够正确的反映坯料在实际加热过程中温度变化的规律,而且模拟得到的坯料温度数据与实测数据基本吻合,误差不大。在进行了细微的材料物理参数修正以及感应加热模型的改进后,进行了半固态连续触变重熔的模拟。通过对在三台感应加热设备不同加热功率匹配下的模拟,找到了坯料由室温加热到半固态过程中各台感应加热设备合理的加热功率以及加热时间。大、中、小功率三台设备的振荡电流值分别为:1350A、800A、600A,加热时间总共为9 分钟,各台感应加热设备的加热时

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 半固态加工技术概述
• 1.2.1 半固态成形工艺的特点
• 1.2.2 半固态金属加工的工艺过程
• 1.2.3 半固态金属浆料的制备工艺
• 1.2.4 半固态坯料的二次加热工艺
• 1.2.5 铝合金半固态成形零件的特点
• 1.2.6 铝合金半固态成形国内外现状综述
• 1.3 本论文的工作
• 1.3.1 本研究的目的
• 1.3.2 本研究的具体内容
• 2 实验装置的设计
• 2.1 原始料坯的制备
• 2.1.1 料坯材料的选择
• 2.1.2 半固态原始坯料的制备
• 2.2 半固态连续触变重熔实验装置的设计
• 2.2.1 试验装置总装图的设计
• 2.2.2 装置支架的设计
• 2.2.3 加热设备的选取
• 2.2.4 感应线圈的设计与制作
• 2.2.5 底座的设计
• 2.2.6 坩埚材料的选择
• 2.2.7 测温系统的设计
• 2.3 装置其它部分的设计
• 2.3.1 线圈与坩埚的间隙
• 2.3.2 线圈与线圈之间的间隙
• 2.3.3 坩埚与底座之间的固定
• 2.3.4 抽杆的设计
• 2.4 实验装置可行性验证
• 2.4.1 刚玉坩埚中熔化棒料
• 2.4.2 石英砂加固后的刚玉坩埚中熔化棒料
• 2.4.3 红泥加固后的刚玉坩埚中熔化棒料
• 2.4.4 耐火水泥加固后的刚玉坩埚中熔化棒料
• 2.4.5 高铝坩埚中熔化棒料
• 2.5 半固态连续触变重熔装置的讨论
• 3 ANSYS 有限元数值模拟
• 3.1 ANSYS 有限元数值模拟在实验中的运用
• 3.2 数值模拟技术在半固态成形工艺中的应用
• 3.3 ANSYS 数值模拟
• 3.4 感应加热有限元分析理论
• 3.4.1 感应加热原理
• 3.4.2 感应加热坯料温度分布计算
• 3.5 有限元模拟过程
• 3.5.1 模型的生成
• 3.5.2 几何实体模型的建立
• 3.5.3 有限元模型的生成
• 3.5.4 材料物理参数
• 3.5.5 创建物理环境、施加边界条件及载荷进行求解
• 3.6 有限元求解结果与实验结果的比较
• 3.6.1 最大振荡功率时的感应加热模拟
• 3.6.2 缓慢加热时的感应加热模拟
• 3.6.3 优化工艺加热时的感应加热模拟
• 3.7 模拟结果的精度分析
• 3.8 坯料连续触变重熔的温度场模拟
• 3.8.1 4 种不同加热工艺下连续触变重熔的温度场模拟结果
• 3.8.2 ANSYS 数值模拟结论
• 4 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书