镁合金进气歧管倾转铸造工艺研究

论文摘要

镁合金,是最理想、最轻的金属结构材料,被誉为“21世纪的绿色结构材料”。我国具有丰富的镁资源,但是,镁合金的研究和应用与欧美等发达国家之间的差距相当大。因此,利用资源优势,转变为技术、经济优势,增强国际竞争力,是我们的迫切任务。笔者采用韩国的AnyCasting铸造模拟软件,对倾转铸造镁合金进气歧管的工艺进行优化模拟,对镁合金的铸造工艺性能进行了详细研究。通过选取浇注温度、模具预热温度、倾转速度、浇口杯预热温度进行正交试验设计。通过模拟试验,得出如下结论:(1)获得一组最优工艺参数,即,倾转速度为2.71 r/min、上模预热温度为450℃、下模预热温度为550℃、熔液温度为750℃、浇口杯预热温度为550℃,成型结果模拟良好。(2)通过正交试验设计,确定模具预热温度对成型结果模拟影响较大,其次为,熔液浇注温度、倾转速度、浇口杯预热温度。(3)改变浇口进入方式,使熔液从进气歧管的大端进入,则熔液充型更加平稳,顺序凝固效果更好,成型模拟结果更加理想。在获取的最优工艺参数下,模拟倾转铸造铝合金进气歧管,并比较铝、镁合金的特性,得出如下结论:(1)铝合金进气歧管开始凝固的时间迟;镁合金进气歧管开始凝固的时间早。当熔液充填型腔达到95%时,铝合金还没有开始凝固,而镁合金凝固已经达到16.1%。(2)温度从浇注温度750℃降低到合金的固相线,镁合金溶液比铝合金溶液所需要的冷却时间更长,镁合金为1950S,铝合金为1149S。(3)由第五个虚拟测试点发现,当金属熔液刚充填到暗冒口处时,镁合金熔液温度只有600℃,而其液相线温度为596℃,固相线温度为468℃。则,镁合金趋近于结晶状态,随着温度逐渐降低,将处于固液共存状态,倾转浇注易于实现一边浇注,一边补缩,至下而上的顺序凝固,暗冒口的补缩作用小;而铝合金熔液高达700℃,其液相线温度为615℃,固相线温度为520℃,则完全处于液相状态,暗冒口的补缩作用良好。(4)通过理论计算,在整个充型过程中,铝合金与镁合金熔液的充填速度均低于临界雷诺数Re,完全处于层流流动状态。(5)根据两合金物性参数计算,从浇注温度750℃到合金液相线,单位体积的铝合金释放的热量是镁合金的0.91倍。凝固过程中每降低1℃,单位体积的铝合金释放的热量是镁合金的1.8倍左右。单位体积的铝合金在充型和凝固过程中释放的热量是镁合金的1.21倍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 进气歧管的材料及其成型技术
• 1.2.1 铝合金进气歧管及其成型技术
• 1.2.2 塑料进气歧管及其成型技术
• 1.2.3 镁合金进气歧管及其成型技术
• 1.3 本课题研究的主要内容和目标
• 1.3.1 本课题的主要研究内容
• 1.3.2 本课题的意义和目的
• 2 倾转铸造工艺及数值模拟
• 2.1 倾转铸造工艺及其特点
• 2.1.1 倾转铸造工艺简介
• 2.1.2 倾转铸造的凝固特点分析
• 2.2 数值模拟理论基础
• 2.2.1 充型过程数值描述
• 2.2.2 凝固过程数值描述
• 2.3 国内外铸造模拟软件对比
• 2.4 AnyCasting 铸造模拟软件特点
• 2.5 本章小结
• 3 镁合金进气歧管倾转铸造工艺模拟优化
• 3.1 倾转铸造工艺设计
• 3.1.1 材料化学成分及物性参数
• 3.1.2 倾转铸造工艺规程
• 3.2 倾转铸造过程设计
• 3.2.1 镁合金的熔炼
• 3.2.2 镁合金熔液的保护措施
• 3.3 倾转铸造工艺参数的正交试验设计
• 3.3.1 正交试验的特点
• 3.3.2 正交试验设计的基本方法
• 3.4 模拟结果分析
• 3.4.1 充型顺序
• 3.4.2 凝固顺序
• 3.4.3 缩孔、缩松缺陷预测
• 3.5 改变浇道进入方式
• 3.5.1 充型顺序
• 3.5.2 凝固顺序
• 3.5.3 缩孔、缩松缺陷预测
• 3.6 本章小结
• 4 镁合金与铝合金进气歧管倾转铸造成型特点比较
• 4.1 设置虚拟传感器
• 4.2 镁合金、铝合金进气歧管模拟结果对比分析
• 4.2.1 测试第1 点的温度－时间曲线
• 4.2.2 测试第5 点的温度－时间曲线
• 4.2.3 测试第1 点速度－充填分数曲线
• 4.2.4 测试5 个点速度－充填分数曲线
• 4.3 分析熔液的充填流动模式
• 4.4 理论计算铝、镁合金凝固释放的热量
• 4.4.1 测试的5 个点的温度－时间曲线
• 4.4.2 理论计算凝固过程中释放的热量
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录