學(xué)校代號(hào) 10532 學(xué) 號(hào) T 08131002 分 類 號(hào) 密 級(jí) 普通 博士學(xué)位論文 位申請(qǐng)人姓名 朱必武 培 養(yǎng) 單 位 機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院 導(dǎo)師姓名及職稱 李落星 教授 學(xué) 科 專 業(yè) 機(jī)械工程 研 究 方 向 金屬材料成型理論及工藝 論文提交日期 2013年10月18日 學(xué)校代號(hào)：10532 學(xué) 號(hào)： 級(jí)：普通 湖南大學(xué)博士學(xué)位論文 動(dòng)行為及其組織力學(xué)性能 學(xué)位申請(qǐng)人姓名： 朱必武 導(dǎo)師姓名及職稱： 李落星 教授 培 養(yǎng) 單 位： 機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院 專 業(yè) 名 稱： 機(jī)械工程 論文提交日期： 2013年10月18日 論文答辯日期： 2013年12月6日 答辯委員會(huì)主席： 劉又文 教授 of (2006 A in of in I 2013 I 摘 要 薄壁鋁合金鑄件因具有良好的輕量化效果和優(yōu)異的力學(xué)性能，在汽車車身、底盤類結(jié)構(gòu)件上有廣泛的應(yīng)用前景。壓鑄作為一種快速的近凈成型工藝，特別適合此類零件的集成化設(shè)計(jì)和整體成型。然而，薄壁鋁合金鑄件的壓鑄生產(chǎn)存在成型困難和力學(xué)性能不穩(wěn)定等問題。因此，對(duì)其壓鑄充型過程中的流動(dòng)行為及其組織和力學(xué)性能展開研究，可以為此類薄壁鑄件壓鑄成型工藝的制定和優(yōu)化提供理論支持和指導(dǎo)。 本文以 立了薄壁鋁合金件壓鑄數(shù)值仿真模型，結(jié)合壓鑄實(shí)驗(yàn)結(jié)果研究其充型流動(dòng)行為和組織力學(xué)性能規(guī)律。首先，采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定該合金的粘度并討論其特征，通過實(shí)驗(yàn)求解壓鑄鑄件/鑄型界面換熱系數(shù)，再將粘度和界面換熱系數(shù)應(yīng)用于仿真并和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證所建立的數(shù)值仿真模型的有效性。然后，通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算壓鑄過程中的流體力學(xué)參數(shù)，結(jié)合仿真對(duì)充型流動(dòng)特征進(jìn)行討論，并建立薄壁鋁合金件壓鑄充型金屬液填充模型。最后，結(jié)合仿真討論流動(dòng)試樣入口處和沿程的組織力學(xué)性能，建立薄壁鋁合金件壓鑄沿程氣孔分布模型，并將建立的數(shù)值仿真模型成功應(yīng)用于薄壁鋁合金電機(jī)蓋的工藝優(yōu)化。得到的主要結(jié)論如下： 鑄造過程中鋁合金熔體表現(xiàn)非牛頓流體特性，需采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定其粘度；金在降溫過程中其熔體內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一系列變化，導(dǎo)致其粘度變化可以分為四個(gè)階段，各階段粘度隨溫度變化的規(guī)律不同。根據(jù)薄壁鋁合金件壓鑄充型速度快和時(shí)間短的特點(diǎn)，將充型過程分為液相充型階段和液/固兩相充型階段，分別求解和討論了各階段的鑄件/鑄型界面換熱系數(shù)。然后在此基礎(chǔ)上建立了薄壁鋁合金件壓鑄數(shù)值仿真模型。 薄壁鋁合金流動(dòng)試樣壓鑄充型臨界長(zhǎng)度在澆注溫度為 9231013K 范圍內(nèi)達(dá)510810過實(shí)驗(yàn)計(jì)算發(fā)現(xiàn)其壓鑄充型過程中鋁合金熔體流動(dòng)的000 、60 ，結(jié)合紊流仿真結(jié)果推測(cè)鋁合金熔體以層流、充型前端液面自由表面破碎成細(xì)小液滴的噴射形式高速填充流動(dòng)試樣型腔，由此建立了一種針對(duì)薄壁鋁合金件壓鑄充型金屬液填充模型，表明在其壓鑄充型過程中噴射狀態(tài)和“全壁厚”狀態(tài)一直存在且保持至充型結(jié)束。 結(jié)合仿真和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，薄壁鋁合金壓鑄流動(dòng)試樣沿程氣孔先減少后增加，建立的沿程氣孔分布模型將氣孔沿程分為四個(gè)部分。沿程密度主要受流動(dòng)性影響。初生布也更均勻，但沿程變化不大。入口處力學(xué)性能隨澆注溫度的升高先增加后減小。澆注溫度較低時(shí)，沿程力博士學(xué)位論文 性能下降明顯，主要受氣孔影響；澆注溫度較高時(shí)，力學(xué)性能沿程基本保持不變，波動(dòng)較小，沿程力學(xué)性能較穩(wěn)定，壓力對(duì)力學(xué)性能作用顯著。 關(guān)鍵詞：金；薄壁壓鑄；流動(dòng)性；粘度；界面換熱系數(shù)；氣孔；組織力學(xué)性能；數(shù)值仿真 V of of in as as a is of in as of in of of of to by is by on of by of of at of by of of to of is to of of a of be of of 士學(xué)位論文 V is is of At 23 013K, of of is in 10 10000 0 . It be by of at a in of On of of of is in of of of of of be is by is of be at of At by At of is by I 目 錄 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明和學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 . 要.圖索引.表索引. 1章 緒論.言.壁鋁合金件壓鑄技術(shù). 壓鑄鋁合金. 薄壁鋁合金壓鑄件的應(yīng)用. 鋁合金壓鑄數(shù)值仿真技術(shù).合金壓鑄充型行為研究現(xiàn)狀. 鋁合金充型流動(dòng)能力 . 鋁合金充型粘度特征 . 鋁合金壓鑄換熱行為 .藝參數(shù)對(duì)鋁合金壓鑄組織力學(xué)性能的影響. 鋁合金壓鑄氣孔. 鋁合金壓鑄組織力學(xué)性能.究?jī)?nèi)容. 2章 材料及實(shí)驗(yàn)方法.驗(yàn)材料制備. 合金成分. 合金熔煉.度測(cè)定實(shí)驗(yàn).鑄實(shí)驗(yàn). 試樣尺寸屬性. 壓鑄裝備及工藝. 充型時(shí)間、充型速度實(shí)驗(yàn)獲取方法.織力學(xué)性能表征. 取樣位置. 密度測(cè)定.士學(xué)位論文 金相組織表征. 力學(xué)性能表征. 斷口分析. 3章 薄壁鋁合金件壓鑄數(shù)值仿真建模.章引言.壁鋁合金件壓鑄數(shù)值仿真模型的建立. 控制方程. 網(wǎng)格劃分. 充型流動(dòng)停止判據(jù). 材料參數(shù). 邊界條件. 粘度實(shí)驗(yàn)結(jié)果. 粘度變化規(guī)律及討論 . 鋁合金粘度值對(duì)比分析. 壓鑄仿真粘度參數(shù)選擇方案.壁鋁合金件壓鑄鑄件/鑄型界面換熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)求解. 鑄造充型過程分析. 界面換熱系數(shù)數(shù)學(xué)基礎(chǔ). 計(jì)算界面換熱系數(shù)所需實(shí)驗(yàn)參數(shù)確定 . 界面換熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果及討論. 壓鑄仿真界面換熱系數(shù)選擇方案.章小結(jié). 4章 薄壁鋁合金件壓鑄充型流動(dòng)行為.章引言.壁鋁合金件壓鑄充型實(shí)驗(yàn)分析. 充型流動(dòng)長(zhǎng)度分析討論. 壓射沖頭運(yùn)動(dòng)規(guī)律. 充型時(shí)間、充型速度結(jié)果.壁鋁合金件壓鑄充型流動(dòng)特征. 流體流動(dòng)表征參數(shù). 充型過程流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算及特征. 充型過程紊流仿真分析. 薄壁鋁合金件壓鑄充型金屬液填充模型的建立. 5章 薄壁鋁合金件壓鑄組織力學(xué)性能規(guī)律.章引言.壁鋁合金件壓鑄過程中的氣孔分布. 入口處氣孔和密度. 沿程氣孔和密度. 卷氣含量仿真分析. 薄壁鋁合金件壓鑄沿程氣孔分布模型建立.壁鋁合金件壓鑄凝固組織. 入口處凝固組織. 沿程凝固組織. 冷卻速度對(duì)凝固組織的影響. 速度差剪切對(duì)凝固組織的影響. 壓力對(duì)凝固組織的影響.壁鋁合金件壓鑄力學(xué)性能. 入口處力學(xué)性能. 沿程力學(xué)性能. 斷口分析. 薄壁鋁合金件壓鑄力學(xué)性能影響因素 .壁鋁合金電機(jī)蓋壓鑄工藝優(yōu)化. 數(shù)模分析. 基于數(shù)值仿真的電機(jī)蓋壓鑄工藝優(yōu)化 . 電機(jī)蓋壓鑄實(shí)驗(yàn). 6章 結(jié)論.考文獻(xiàn). 謝.錄 .士學(xué)位論文