铝合金半固态压铸成形过程的模拟

铝合金铸件凝固过程的宏观及微观模拟仿真研究进展柳百成，熊守美，许庆彦摘要：使用数值方法来提高计算效率，并对于扩展铝压铸工艺的凝固和充模的计算规模进行了研究。

也对于成型充填模拟的并行计算方法进行了研究，同时对于凝固模拟，隐式有限差分方法和瞬态面层的概念也进行了研究。

另外，修改后的元胞自动机方法被用来模拟的微观结构形成的过程和铝合金的演变，其中包括的晶粒结构和树枝状微观结构。

实验结果表明，文章中的模型合理的描述了组织形成的过程和演化。

DOI: 10.1007/s11663-007-9073-y© The Minerals, Metals & Materials Society and ASM International 2007I. 简介铝合金铸造起在汽车，航空航天，电子等行业重要的作用。

虽然每年的铸造生产在中国是1988万吨，在世界在2004年的第一个位置，铝合金铸件所占比例仍然很低，比发达国家要低8~10%。

由于制造业，尤其是汽车行业的快速发展，据预测，铝合金铸件将显著在未来几年增加。

建模和仿真将是一个非常重要的工具，以优化的铸造过程中，缩短前置时间，以保证质量，并同时能够提高铝合金铸件的力学性能。

因为高压压铸是一种主要的铝合金铸件近终形铸造技术，在这篇文章中，通过使用并行计算技术，对模具填充的数值模拟和高压压铸过程的热传递进行了研究，特别是考虑到复杂的循环特性和计算效率的提高。

此外，晶粒结构在铝合金铸件性能和机械性能起重要的作用。

许多的方式，包括确定性模型，相场法，元胞自动机（CA ）的方法等，已经对晶粒结构的凝固过程进行了预测。

在这篇文章中，修改后的CA 方法对铝合金铸件凝固过程中晶粒演变的模拟提供了发展。

II. 应用并行计算技术的压铸工艺充型模拟通常，铸造工艺的压力条件下，熔融金属流被视为粘性湍流和具有恒定特性的可压缩流体。

根据质量，动量，能量和湍流量的守恒，在笛卡尔守恒方程的一般形式的坐标系可表示如下：()()()[1]j j j jS t x x x φφφρφρμφ∂∂∂∂+=Γ+∂∂∂∂这种求解算法（SOLA ）被广泛应用于求解流体容积（VOF ）方程来处理液体熔体的自由表面。

再生铝合金铸造工艺中的仿真与模拟技术应用铝合金作为一种重要的工程材料，在各个领域中的应用越来越广泛。

而再生铝合金铸造工艺作为一种环保、节能的铸造技术，逐渐受到了人们的关注。

而在再生铝合金铸造工艺中，仿真与模拟技术的应用起到了重要的作用。

本文将从模拟技术的种类、应用领域和优势等方面来探讨再生铝合金铸造工艺中的仿真与模拟技术应用。

一、模拟技术的种类在再生铝合金铸造工艺中，常用的仿真与模拟技术有数值模拟和物理模拟两种。

1. 数值模拟数值模拟是通过计算机将实际的物理过程转化为数学模型，并利用数值计算方法求解出其中的各个参数。

在再生铝合金铸造工艺中，数值模拟通常包括有限元分析、计算流体力学等方法。

有限元分析可以通过划分材料为小的有限元，对整个工艺过程中的应力、变形、温度等进行计算，从而预测铸件的形状和性能。

计算流体力学可以模拟液态铝合金在浇铸过程中的流动和凝固，进而优化铸造参数和工艺。

2. 物理模拟物理模拟是通过实验来模拟再生铝合金铸造工艺中的各种物理过程。

物理模拟主要包括铸型材料模拟（如聚苯乙烯泡沫模型）、模具材料模拟、铸造设备模拟等。

通过物理模拟，可以验证数值模拟结果的准确性，并且可以得到更真实的铸造过程和铸件性能信息。

二、应用领域再生铝合金铸造工艺中的仿真与模拟技术在各个环节都有广泛的应用。

下面主要介绍几个典型的应用领域。

1. 浇注系统设计再生铝合金铸造工艺中，浇注系统的设计直接影响到铸件的质量和性能。

利用仿真与模拟技术，可以通过优化浇注系统的结构和参数，提高铸件的充型性能，减少缩孔、砂眼等缺陷的产生。

2. 温度场分析在再生铝合金铸造过程中，温度分布的均匀性直接关系到铸件的质量。

通过仿真与模拟技术，可以模拟铸型和熔铝的传热过程，预测铸件在凝固过程中的温度场分布，为制定合理的冷却措施提供依据。

3. 塑性变形分析再生铝合金铸造过程中，塑性变形对铸件的形状和性能有着重要影响。

通过仿真与模拟技术，可以模拟铸型在充型和凝固过程中的变形情况，分析应力和应变分布，为选择合适的铸造工艺和优化模具结构提供科学依据。

一种半固态压铸铝合金及制备半固态压铸铝合金铸件的方法
一种半固态压铸铝合金是以铝及其合金为原料，通过湿法压铸或者半固态压铸的形式加工而成的一种金属材料。

由于它的物理性能良好，易于加工和表面处理，是经济的制造材料。

制备半固态压铸铝合金铸件的方法：
1、准备原料和压铸模具：根据不同的尺寸，准备足够多的原料，并根据要求准备相应的压铸模具。

2、加工：将原料加工成所需尺寸的形状，然后将其放入压铸模具中，加热到适宜的温度。

3、压铸：将加热后的原料以一定的压力和速度压入模具中，使原料形成所需的形状和尺寸。

4、冷却：将压铸完成的铸件放入水中进行冷却，使其快速冷却，保证铸件的尺寸精度。

5、粗加工：将冷却后的铸件取出，对其进行粗加工，如锉削、钻孔等，使其符合要求的尺寸。

6、细加工：对粗加工完的铸件进行细加工，如打磨、拋光等，使其表面光滑，达到预期的效果。

铍铝合金半固态压缩变形数值模拟
李明力;喻东
【期刊名称】《科技创新与应用》
【年(卷),期】2023(13)7
【摘要】采用有限元分析软件Deform-3D对半固态铍铝合金进行数值模拟,获得变形量对样品不同位置固相率的影响。

结果表明,随着变形量的增加,样品中的固相率增大,而大变形区的固相率增加最多,边缘处的固相率增加较少;变形后,中心区域的固相率最高,且随着应变量的增加,样品轴向上的固相率差值先增大后减小,径向上的固相率差值持续增大。

【总页数】4页(P51-53)
【作者】李明力;喻东
【作者单位】中国工程物理研究院材料研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.2
【相关文献】
1.半固态ZL201铝合金的压缩变形行为
2.半固态5083铝合金压缩变形行为及组织特性
3.控制结晶法制备半固态铝合金的压缩变形特性
4.YL112压铸铝合金的半固态压缩变形特性
5.半固态Y112铝合金的压缩变形力学行为
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复杂零件半固态压铸充型过程的计算机仿真
张恒华;邵光杰;许珞萍
【期刊名称】《铸造》
【年(卷),期】2003(052)010
【摘要】使用二次开发的ANSYS有限元软件,对铝合金半固态压铸复杂件的充型过程与模具内浇道形貌之间关系进行详细的计算机仿真.首先对仿真模型进行了合理的简化处理,然后分别模拟和分析了压铸速度及浆料粘度等主要工艺参数对压铸件质量的影响,进而对半固态模具的内浇道进行改进.X射线探伤证实,铝合金半固态压铸模具的内浇道是影响其性能的关键因素,同时也表明,文中提出的简化仿真模型可以较好地仿真铝合金复杂件半固态压铸过程.
【总页数】4页(P769-772)
【作者】张恒华;邵光杰;许珞萍
【作者单位】上海大学材料学院,上海,200072;上海大学材料学院,上海,200072;上海大学材料学院,上海,200072
【正文语种】中文
【中图分类】TG249.2;TG21+1-39
【相关文献】
1.AM60镁合金半固态触变压铸充型过程的数值模拟 [J], 贺雄伟;揭小平;闫洪
2.铝合金半固态压铸与液态压铸充型过程的模拟 [J], 史立峰;赵大志;王平;崔建忠
3.半固态AZ91D镁合金触变压铸充型过程的数值模拟 [J], 李强;毛卫民;白月龙;徐
宏;侯华
4.半固态镁合金压铸充型过程的数值模拟研究 [J], 常庆明;栗晨星;王涛;武琳;柯燕;田巧珍;邓焕喜
5.A356半固态触变充型与压铸充型过程模拟比较 [J], 薛跃腾;李国禄;刘金海;代学蕊;袁允社;李双寿;杜平
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铝合金半固态挤压成形工艺及理论研究的开题报告一、选题背景与意义铝合金半固态挤压成形技术是近年来发展起来的一种新型成形工艺，这种成形技术通过在半固态状态下进行挤压，既可充分利用了固态挤压的优点，又能克服其局限性。

因此，它不仅可以大幅节约材料和成本，而且能够生产出结构更为复杂、性能更为优异的零部件，具有广泛的应用前景。

在工业生产中，铝合金是一种重要的金属材料，广泛应用于航空、汽车、机械电子等领域。

铝合金半固态挤压成形技术可以提高铝合金制品的性能，增强其质量，并在一定程度上缓解了环境问题。

因此，深入研究铝合金半固态挤压成形技术，对提高铝合金制品的质量和性能，推动相关领域的发展，具有重要的理论和实践意义。

二、研究内容及方法本文将以普通铝合金为研究对象，通过控制铝合金的半固态挤压成形工艺参数，研究其在半固态状态下的流变特性和变形行为。

具体研究内容包括：1. 铝合金半固态挤压成形的基本原理和工艺流程；2. 分析铝合金在半固态状态下的应力-应变特性和塑性行为；3. 模拟铝合金半固态挤压成形的流动场和应变场；4. 对铝合金半固态挤压成形工艺过程中的温度场和微观组织进行分析；5. 对铝合金半固态挤压成形工艺参数进行控制和优化。

研究方法主要包括：理论分析、数值模拟和实验研究。

其中，理论分析主要是通过对铝合金的力学特性进行分析和计算，为后续的数值模拟和实验研究提供理论依据。

数值模拟是通过基于有限元分析的方法，对铝合金半固态挤压成形过程中的流动场和应变场进行模拟和计算。

实验研究则是通过对铝合金半固态挤压成形工艺参数的控制和优化，进行实验验证和结果分析。

三、预期成果及创新点本研究的预期成果主要包括：1. 对铝合金半固态挤压成形技术进行理论分析和数值模拟研究，揭示其流变特性、变形行为和微观组织的变化规律；2. 对铝合金半固态挤压成形工艺参数进行控制和优化，生产出性能更为优异的铝合金制品；3. 提出了一种全新的铝合金半固态挤压成形工艺，实现了对铝合金制品性能的提高和工艺的优化，并对相关领域的发展产生重要的推动作用。

半固态压铸工艺（ Semi-Solid（Metal（Casting，简称SSM或SSMC）是一种介于传统铸造和锻造之间的先进金属成型技术。

它利用金属在半固态状态下的流变特性进行成型，结合了铸造和锻造的优点。

半固态压铸工艺过程主要包括以下几个步骤：
1.（金属熔炼：首先将金属原料加热至熔点，形成液态金属。

2.（半固态处理：将液态金属冷却至半固态，即部分凝固状态。

这一过程可以通过搅拌、振动或其他方法实现，目的是使金属在半固态时形成均匀的微观结构，包括细小的固态颗粒和液态金属相。

3.（半固态金属的预热：将半固态金属加热至适当的温度，以确保其具有良好的流动性和可塑性。

这一步骤对于保证成型质量至关重要。

4.（压铸成型：将预热后的半固态金属注入压铸模具中。

由于半固态金属的流动性好，可以在较低的压力下填充模具，减少成型缺陷。

5.（冷却与凝固：半固态金属在模具中冷却并凝固，形成所需的零件形状。

6.（脱模与后处理：冷却后的零件从模具中取出，进行必要的后处理，如去毛刺、热处理、表面处理等，以满足最终产品的性能要求。

半固态压铸工艺的优点包括：
提高材料利用率：由于半固态金属的流动性好，可以减少材料浪费，提高材料利用率。

减少成型缺陷：半固态金属的流动性和可塑性有助于减少成型过程中的缺陷，如气孔、缩孔等。

提高生产效率：半固态压铸工艺可以在较低的压力下成型，缩短了生产周期，提高了生产效率。

改善产品性能：半固态压铸工艺可以产生细小的晶粒结构，提高材料的力学性能和耐磨性。

半固态压铸工艺广泛应用于汽车、航空航天、电子和消费品等领域，用于生产各种复杂的金属零件。

下壳体半固态压铸件数值模拟的开题报告一、选题背景下壳体是航空发动机中一个关键的部件，起着支撑、过滤、导流、密封等多种作用。

而下壳体的制造工艺对其质量和性能有直接的影响，传统的下壳体生产采用铸造技术，但由于该工艺需要较长的时间进行冷却，导致生产效率低下，成本高昂。

因此，半固态压铸成为了一种广泛应用于下壳体制造的工艺。

半固态压铸是一种集铸造和挤压于一体的新型材料成形技术，在快速结晶下，可以得到具有高密度、细小均匀组织的零件，特别适用于高强度铝合金、镁合金及铜合金零件的制造。

针对下壳体半固态压铸件的形成过程及性能研究，本课题旨在针对下壳体半固态压铸组织演变和变形行为进行模拟及分析，为相关工程领域提供技术支持。

二、研究目的和内容目的：通过建立下壳体半固态压铸件的数值模拟模型，对其组织演变和变形行为进行模拟和分析，探究下壳体半固态压铸件制造工艺的优化及其在航空发动机设计中的应用。

内容：1. 建立下壳体半固态压铸件的数值模拟模型，包括模具和铸件几何模型及工艺参数模型。

2. 通过有限元分析方法，探究下壳体半固态压铸件组织演变和变形行为，并对其性能进行分析。

3. 针对下壳体半固态压铸件制造工艺的问题，提出解决方案，探究其对零件性能和质量的影响。

4. 设置不同参数条件，对下壳体半固态压铸件数值模拟模型进行优化和验证。

三、研究意义1. 为下壳体半固态压铸件制造工艺提供技术支持和理论指导。

2. 探究下壳体半固态压铸件组织演变和变形行为，对优化工艺参数、提高零件性能和质量具有重要意义。

3. 建立下壳体半固态压铸件数值模拟模型，为类似零件的制造提供科学参考，方便快捷。

四、研究方法1. 借助有限元分析软件，建立下壳体半固态压铸件的数值模拟模型，模拟其组织演变和变形行为。

2. 通过本研究中提出的优化方案，尝试解决下壳体半固态压铸件制造工艺的问题，进一步提高其制造效率。

3. 通过参数优化和验证，对下壳体半固态压铸件数值模拟模型进行调整和测试，以达到最佳效果，保证零件质量和性能。