ADC12压铸件卷入缺陷的实验研究与数值模拟

摘要

压铸是目前最常用的铸造精确成形工艺,广泛地应用在铝合金、锌合金和镁合金零件的生产制造中。压铸过程中,液态金属在高压高速条件下充填型腔,液态金属流体呈现紊流状态,易产生气体卷入而形成孔洞缺陷。这些孔洞降低了压铸件的性能甚至导致压铸件报废。由于铝、镁等合金的易氧化特性,其液态金属流体自由表面易被氧化而形成氧化膜,当充型过程中发生紊流或自由表面碰撞时,这些氧化膜将破碎并卷入铸件,这不仅降低了铸件的力学性能,还是引起压铸件加工硬点的主要原因。如何控制压铸件中气体和氧化膜卷入形成的缺陷,是压铸生产中最为关心的问题之一。此外,力学性能是产品结构设计与使用中最重要的评价标准,但是至今ADC12压铸件中孔洞与力学性能之间的定量关系尚未见研究报道。 本文研究了压铸过程气体和氧化膜卷入形成的缺陷,以及其与压铸件力学性能之间的关系。进行了两种不同压射速度下ADC12平板压铸件的试验,在压铸件的不同部位取样,测试了所取试样的力学性能,采用阿基米德方法和图像定量系统分别测量了取样内孔洞体积分数和最大尺寸,探讨了它们对力学性能的影响规律。研究表明：压铸件中孔洞体积分数越多,尺寸越大,力学性能越差；在孔洞体积分数相近时,孔洞最大尺寸越小、分布越均匀,力学性能越好。 采用最小二乘法中的指数和线性回归法分别对孔洞和力学性能之间的定量关系进行数学回归,提出了ADC12压铸件中孔洞(体积分数,最大尺寸)与力学性能(抗拉强度,伸长率)之间的定量关系与关系图,以及关系图中的三个临界区域：(I)力学性能合格；(Ⅱ)抗拉强度合格,伸长率不合格；(Ⅲ)力学性能不合格区域。研究表明：在ADC12压铸生产中,必须将压铸件中孔洞体积分数和最大尺寸分别控制在4.3％和180μm以下,才能得到力学性能合格的压铸件。 对拉伸试样断口的SEM和EPMA分析表明：压铸充型过程中氧化膜卷入存在两种方式：一种是氧化膜单独卷入,形成液态金属和氧化膜两相流；另一种是与气体共同卷入,形成液态金属、气体和氧化膜三相流。 采用JSCAST铸造模拟软件对以上两组工艺条件下平板件的充型过程和气体卷入进行了数值模拟,分析了高速和低速条件下液态金属充填型腔时流动形态的模拟结果；采用实验结果中孔洞特征(体积分数、最大尺寸、分布区域)对两组工艺条件下气体卷入的模拟结果进行了验证分析,并讨论了影响气体卷入模拟精度的因素。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2压铸工艺概述

1.2.1压铸分类

1.2.2压铸工艺概况

1.2.3压铸充型原理

1.2.4压铸材料

1.3压铸研究现状

1.3.1压铸件缺陷研究现状

1.3.2压铸过程数值模拟技术

1.4论文选题及意义

1.4.1研究内容及意义

1.4.2论文工作流程

第二章平板压铸件的试制与实验分析

2.1引言

2.2平板压铸件的试制

2.3平板压铸件力学性能的实验分析

2.3.1平板压铸件力学性能的测试和结果

2.3.2平板压铸件中孔洞的定量分析

2.3.3实验结果分析与讨论

2.4拉伸断口分析

2.5本章小结

第三章ADC12压铸件孔洞与力学性能的定量关系

3.1引言

3.2孔洞与力学性能指数回归

3.2.1回归方法：最小二乘法

3.2.2指数回归结果与分析

3.3孔洞和力学性能二元线性回归

3.3.1二元线性回归结果

3.3.2二元线性拟合结果分析

3.4本章小结

第四章平板压铸件充型过程气体卷入数值模拟

4.1引言

4.2平板压铸件的数值模拟

4.2.1数学模型介绍

4.2.2三维建模

4.2.3网格分割的建立

4.2.4模拟参数的设置

4.3模拟结果分析与讨论

4.3.1高速压射充型模拟结果

4.3.2低速压射充型模拟结果

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢