坯料半固态感应加热温度场模拟及探讨

论文摘要

金属半固态成形技术是20世纪70年代发展起来的一种新的金属成形技术,该技术与传统的金属成形技术相比具有降低宏观偏析、减少多孔性、成形力小,近终成形,提高了零件的机械性能等优点而受到广泛关注。铝合金半固态成形件为汽车工业、航空工业、电子信息产业等所急需。本文介绍了金属半固态成形技术的工艺及其特点,对该技术中的关键问题之一——半固态金属坯料的感应二次加热进行了研究。总结了已有的研究及取得的成果,并在前人研究的基础上,以牌号为A356合金为对象,进行了以下设计及研究：1.通过数学建模将感应加热模型进行合理的简化并推导出在加热过程中坯料径向上的温度分布方程。2.作出感应加热系统的等效电路,并对相关电工参数进行计算,最后通过能量关系将温度分布方程与电工计算结合起来,求解出通过控制电源功率实现控制工件温度的方法。3.利用前人的研究成果对温度分布方程进行验证,考虑保温及潜热等影响,得到了一些具有工程借鉴意义的结论。并对另外一种合金材料镁合金Az91 D进行模拟,为实验验证做了一些理论准备。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 半固态成形概述
• 1.1.1 半固态成形的概念及基本原理
• 1.1.2 半固态成形的特点及应用范围
• 1.1.3 金属半固态成形的基本工艺方法
• 1.1.4 半固态成形的研究及发展
• 1.2 半固态技术应用前景展望
• 1.3 本课题的目的及意义
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第2章 半固态金属坯料的感应加热
• 2.1 二次感应加热的研究概况
• 2.1.1 半固态重熔加热坯料的组织演变
• 2.1.2 二次感应加热的实验研究及其模拟
• 2.1.3 半固态重熔加热时固液相比例的测控
• 2.1.4 二次加热应注意及需加大力度研究的问题
• 2.2 感应加热原理
• 第3章 研究开发方案
• 3.1 技术路线
• 3.1.1 半固态重熔加热的基本要求
• 3.1.2 镁合金坯料的电磁感应半固态重熔加热
• 3.1.3 坯料的组合加热
• 3.2 实验方案
• 3.2.1 感应加热电源及相关技术
• 3.2.2 感应线圈的设计和制作
• 3.2.3 测温系统的设计
• 第4章 数学模型的建立及感应器电工参数的设计计算
• 4.1 热传导微分方程
• 4.2 边界条件设定
• 4.3 方程求解
• 4.4 感应加热系统电工参数计算
• 4.4.1 等效电路及假设条件
• 4.4.2 炉料-感应器内部参数计算
• 4.4.3 两种功率表达式的关系
• 第5章 感应加热结果模拟与分析
• 5.1 实验材料
• 5.2 感应加热装置
• 5.3 加热条件
• 5.4 材料物理参数的处理
• 5.5 加热功率的选择
• 5.6 变功率加热
• 5.6.1. 加热方案一
• 5.6.4 加热方案二
• 5.7 潜热的影响
• 5.7.1 潜热介绍
• 5.7.2 数学方程
• 5.7.3 潜热的影响
• 5.8 保温期温度恢复方法
• 5.9 镁合金感应加热模拟
• 5.9.1 镁合金材料物性
• 5.9.2 加热条件选择
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢