鋁合金半固態(tài)二次加熱和觸變成形數值模擬與工藝參數優(yōu)化.pdf

1、隨著全球化經濟競爭的加劇，開發(fā)新型的凈加工成形技術，實現優(yōu)質、高效、清潔、敏捷生產和可持續(xù)發(fā)展已成為當今制造業(yè)發(fā)展趨勢。半固態(tài)技術正是適應這一趨勢而出現的一種新型的凈成形工藝。自從美國麻省理工學院D.B.Spencer等學者發(fā)現錫鉛合金半固態(tài)觸變性能之后，立刻引起了國內外學者及企業(yè)界的極大興趣，半固態(tài)技術的研究和應用得到了迅猛的發(fā)展。 半固態(tài)技術具有以下優(yōu)點：充型平穩(wěn)，無湍流和噴濺，加工產品質量高，兼具傳統(tǒng)鑄造和鍛造成形之優(yōu)點；

2、與鑄造相比，減輕了對模具的熱沖擊，大幅度提高了模具壽命；成形件表面質量高，內部結構致密，氣孔、偏析缺陷少，力學性能高等。適用于輕合金材料、難加工材料以及外觀復雜產品的凈加工成形。 但由于人們對半固態(tài)加工認識時間尚短，且該技術涉及多學科交叉，目前與半固態(tài)相關基礎理論及其在工業(yè)應用的研究還不夠完善，有待進一步探索和創(chuàng)新。本文通過對半固態(tài)鋁合金二次加熱的理論及實驗研究，揭示了半固態(tài)二次加熱組織演變之規(guī)律，建立了半固態(tài)材料模型、流動應力

3、模型及數值仿真模型，不僅對于半固態(tài)觸變成形基礎理論和計算機模擬仿真有重要的理論意義，而且對于優(yōu)化半固態(tài)生產工藝也具有重要的指導意義。具體研究內容如下： 實驗研究了加熱溫度、保溫時間和加熱速度對半固態(tài)組織的影響。在實驗數據的基礎上，得到了ZL101合金半固態(tài)體積分數與加熱溫度之間的關系式。 對ZL101 鋁合金試樣在各種不同工藝參數下的感應加熱溫度及溫度均勻性進行了研究。運用CAE技術模擬了加熱頻率、加熱時間、線圈電流強度

4、、線圈尺寸、加熱后停留時間等參數對坯料溫度場的影響；在此基礎上探討了多學科設計優(yōu)化方法在半固態(tài)二次加熱中的應用，對ZL101鋁合金試樣感應加熱過程中電磁場、溫度場等耦合場進行了模擬和多學科參數優(yōu)化，得到了加熱頻率、加熱時間、電流等參數的最優(yōu)組合，以及二次加熱中獲得均勻溫度場的所需的工藝條件和參數。 對ZL101鋁合金半固態(tài)流動特性進行了實驗研究。在實驗數據的基礎上，通過對半固態(tài)變形過程的變形機制及組織演變機理的研究，建立了ZL

5、101流動應力三段模型，進一步指導數值模擬仿真的研究。 進行了鋁合金半固態(tài)觸變成形熱力耦合有限元模擬及實驗研究，在deform平臺上，通過自定義材料庫和數學模型，分別對半固態(tài)鐓粗過程和擠出成形過程進行了計算機仿真研究，得到了變形力－行程曲線，應力應變場、溫度場和網格變形信息。為預測半固態(tài)材料成形過程的流動行為、控制和預防成形缺陷、優(yōu)化工藝參數和指導生產奠定了基礎。 最后對模擬結果與實驗結果進行了對比，證實了本文研究的可靠