镁基复合材料流变成型的数值模拟研究

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1、摘要摘要镁基复合材料密度小、比强度和比刚度高，具有良好的尺寸稳定性和优良的铸造性能，正成为现代高新技术领域中最有希望采用的一种复合材料。此外，这种材料还具有优良的阻尼减震、电磁屏蔽等性能，在汽车制造工业中用作方向盘减震轴、活塞环、支架、变速箱外壳材料等。同时，也能作为通讯电子产品中的手机、便携电脑等外壳材料。压铸是镁合金成型的主要工艺，但利用传统的压铸技术压铸镁合金，与压铸其他合金一样，由于其具有高速、高压及充填时间短的特点，造成压铸件易发生填充不良、气孔、涡流、凹陷、热裂及模具寿命低等缺陷。镁合

2、金半固态流变或触变压铸工艺有利于消除这些缺陷，提高压铸件的内在质量。目前对镁基复合材料半固态压铸时的充型规律、充型性能等了解甚少，因此，亟需进行这方面的研究。传统的压铸品质改善方法主要通过经验法和试误法来求得较适当的生产工艺参数，但是，这些方法需要反复的试验，既费时又难以保证获得最佳的生产工艺参数。借助于国际公认的数值模拟技术，不仅能较准确的描述铸液的充型过程，而且能预测铸件内部的成型缺陷等。本文使用机械搅拌法制备了M92Si／AM60复合材料的半固态金属浆料，并在此研究基础上建立了表观粘度流变模

3、型，然后以VS2005软件为平台进行了Flow-3D的二次开发，重新编译运行程序并得到了新模型下半固态压铸优于普通压铸的结论。再使用Flow-3D通过工艺参数的三因素(压射速度、浇注温度、模具温度)三水平L9(33)多组正交实验，以圆盘件为例进行新模型下半固态工艺模拟和分析，进而可从多组试验参数中找出最优的压铸工艺参数。对充型和凝固过程中的速度场、温度场和压力场及缺陷分布状况进行详细对比分析，针对缩孔、缩松等缺陷形成机理及出现的位置，发现模拟结果与实际压铸结果十分吻合，从而进一步验证了Flow-3

4、D模拟仿真软件对压铸过程的真实再现能力，同时验证了该模型的正确性和可行性。通过计算机的数值模拟可以评价及优化工艺参数，从而实现缩短镁基复合材料压铸件的试制与工艺定型周期，进而生产出品质优良的产品。关键词：压铸；数值模拟：工艺优化；二次开发；镁基复合材料；半固态AbstractMagnesiummatrixcomposites，possessingsmalldensity,highstrengthtodensityratiosandstiffnesstodensityratios，andgooddi

5、mensionstabilityandexcellentcastability,arebecomingthemostviewtouseofcompositesinthefieldofmodemlligh-technology．Inaddition,italsopossessthepropertiesofexcellentdampingvibrationattenuationandelectromagneticshielding，andyetusedasdampingaxisofsteeringwh

6、eel，pistonring，stent，casematerialoftransmissionandtheconfiningmediumofmobile—phoneofcommunicationelectronicproduct．Nowdiecastingisthemostlytechnologyofmagnesiumalloyprocessing，butthetraditionaldiecastingtechniqueissameformagnesiumtoothersalloys，thesam

7、edefectsforpoorfilling，blisters，vortex，sunken,hotcracking，lowmouldlifeete，whicharecausedbythehighspeed，highpressureandshortfillingtimeofdiecastingprocess，canbeavoidedandtheinherentqualitybeimprovedbydiecastingtechnologyofmagnesiumalloyrheocastingorthi

8、xocasting．Butthecavityfillingmethodandcavityfillingcapabilityandothermethodsofmagnesiummatrixcompositessemi-soliddiecastingaren’tunderstoodtotally,it’Sdesideratetodosomeresearchesinthesefield．Traditionally,theoptimumdesignofprocessparameterswe