镁合金消失模铸造充型性能数值模拟

论文摘要

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。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 镁合金概述
• 1.1.1 镁合金的特点
• 1.1.2 镁合金及其铸造工艺的应用
• 1.1.3 镁合金砂型铸造
• 1.2 消失模铸造简介和国内外发展简史
• 1.2.1 消失模铸造简介
• 1.2.2 消失模在中国的发展概况
• 1.2.3 消失模铸造的特点
• 1.2.4 消失模铸造的应用范围
• 1.2.5 镁合金消失模铸造常见缺陷
• 1.3 数值模拟技术概述
• 1.3.1 数值模拟技术的研究现状
• 1.3.2 充型过程数值模拟发展与现状
• 1.4 消失模铸造的数值模拟
• 1.4.1 消失模铸造充型过程研究
• 1.4.2 充型过程中流场和温度场的研究
• 1.5 消失模铸造数值模拟概况
• 1.6 论文主要研究内容
• 第二章 消失模铸造充型机理分析及数学模型建立
• 2.1 消失模铸造基本理论论述
• 2.2 消失模铸造充型过程数学模型建立
• 2.2.1 充型过程的简化
• 2.2.2 数学模型的选择
• 2.3 数值模拟的处理
• 2.3.1 网格划分
• 2.3.2 给定初始条件和边界条件
• 2.3.3 数值稳定性条件
• 2.3.4 计算的思路
• 2.4 PROCAST的简介
• 2.5 PROCAST软件的特点
• 第三章 镁合金消失模流动性研究
• 3.1 充型特性研究
• 3.2 铸件和浇注系统
• 3.3 模样和砂型热物理参数的选取
• 3.4 试验结果及分析
• 第四章 镁合金消失模铸造多向流及缺陷研究
• 4.1 窗体测试
• 4.1.1 窗体模型充型模拟结果
• 4.1.2 浇注过程残余模样分析
• 4.2 空腔重力铸造窗体模型
• 4.3 实体实验消失模铸造窗体模型
• 4.3.1 防护涂料的配置
• 4.3.2 保护气氛的选择
• 4.3.3 测温程序及设备
• 4.3.4 试验过程及结果分析
• 第五章 镁合金消失模铸造重力敏感性研究
• 5.1 消失模重力敏感度测试
• 5.2 空腔铸造重力敏感度测试
• 第六章 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文