复杂零件半固态压铸充型过程的计算机仿真

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　　由于半固态成形铸件具有组织致密、力学性能好等突出的优点,因此在汽车、航空,电子等工业得到了广泛关注与应用〔1~3〕,然而在半固态压铸中,如果模具设计及充型过程的工艺参数不合理,就会导致浇不足、冷隔、裹气、疏松等铸造缺陷。所以设计优良的浇注系统,并进行合理的充型压铸,是生产优质铸件的关键。为此,国内外不少学者对半固态金属加工过程的仿真进行了大量研究工作〔4~11〕。本文主要目的是对复杂半固态压铸过程进行仿真、改进,并由实际压铸试验加以验证。
根据零件重量将试验合金材料切割成一定的尺寸,并用感应加热法把坯料加热到半固态,然后在500kN压铸机上进行半固态压铸,制备出形状复杂的后桥支承座零件。一方面利用计算机对充型过程进行仿真,另一方面对半固态压铸的支承座进行X光探伤,检查缺陷存在情况,以验证计算机仿真的准确性。
采用改进的商用ANSYS5·7有限元软件对铝合金半固态压铸充型过程进行仿真,并作以下假设:(1)当半固态坯料受到一定的剪切速率作用时,具有良好的流动性,可以象流体一样充满铸型,因此在仿真过程中将其视为连续的、不可压缩的金属流体,其流动特性由表观粘度来表征,并且假设在一定压铸条件下,表观粘度为常数;(2)在半固态铝合金中有一定数量(50%~60%)的固相颗粒,颗粒的直径较小(<100μm),且均匀地分布在液相中,固、液两相密度相近,在成形过程中变形量很大,因此在仿真过程中将半固态坯料视为均匀(即单相)介质;(3)在充型过程中,由于充填时间很短(一般为几十毫秒),几乎是在瞬间完成的,流体的传热时间很短,同时模具又是预热到200℃以上,坯料的温度FOUNDRY变化很小,因此在仿真算过程中假设半固态金属坯料是等温介质,忽略成形过程中的传热,即流动是等温流动。