半固态成形过程流场和温度场耦合数值模拟研究

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1、东北大学硕士学位论文摘要半固态成形过程流场与温度场耦合数值模拟研究摘要在半固态铸造过程中，充型过程占有重要地位。充型过程的工艺参数不合理，就会导致氧化物夹杂、冷隔及浇不足等缺陷。因此，设计优良的浇注系统，进行合理的充型，是生产品质优良铸件的关键；而充型过程的数值模拟为此提供了极大的便利。本文的主要内容是应用大型通用有限元分析软件ANSYS，并利用不可压缩粘性流体的控制方程和标准k—s模型，采用Carreau粘度模型，对A356铝合金轮毂试样在590*(2、605℃、615℃压铸充型过程的自由表面、温度场进行了深入的研究。考察了粘度、充型速

2、度对充型过程自由表面和温度的影响。最后通过实验验证了模拟结果的正确性并得到了以下研究成果：(1)A356铝合金温度为590"C的充型过程要比605℃和615℃充型平稳不容易产生气孔、缩松等缺陷，表面质量完好。(2)温度为590℃的A356铝合金充型，其压铸速度为5m／s时的充型过程比10m／s时平稳。(3)A356铝合金以5m／s的压铸速度充型时，铸件的各个部位的温度在充型结束时都高于固相线，在适当的模具温度下以此速度充型一定能充满。(4)模拟结果和实验结果吻合的很好，说明粘度随剪切速率变化的Carreau粘度模型适用于温度为590℃、6

3、05℃和615℃的A356铝合金充型数值模拟。关键词：数值模拟；自由表面；温度场；粘度模型；半固态东北大学硕士学位论文ABSTRACTStudyoilnumericalsimulationofcouplingheattransferandfluidflowduringsemi-solidformingAbstractMoldfillingisimportanttoadie—castmgsemi-solidforming．Manycastingdefects，suchasslag，coldshutsandpouredshort，occurd

4、uetofillinginsufficiencycondition．Therefore，itisimportanttothefinecastingpiecestodesignthesoundmoldfillingandreasonablegatingsystem．Thesimulationofthemoldfillingprocessprovidesconvenienceforit，sothatsimulationofthefreesurfaceandtemperaturefieldinthemodelfillingprocessofth

5、edis：wheelofA356alloyat590,0、605,0、615,0wascarriedoutbymeansofthesoftwareANSYS，basedontheuncompressed-viscositycontrolequation、standardk-smodelandCarreauviscositymodel．Afterreviewingaffectofviscosityandfillingspeedtofreesurfaceandtemperatureandcomparingsimulationresultswi

6、thexperimentalones，theconclusionsofthispaperarefollowings：(1)ThemoldrulingofA356alloyat590'0ismoresmooththan605*{2、615,0andagoodqualityofcastpartswasobtainedwitIlglabroussurfaceandwithoutvoidandshrinkageporosity．(2)Whenthefillingtemperatureis590"0，themodelfillingat5m／sism

7、oresmooththanlOm／s．(3)ItisfeasiblethatfillingspeedofA356discwheelsampledie-castingadopts5m／satcertainmoldtemperature，becausethetemperatureofcastpartsishi曲erthansolidustomperaturewhenfinishingfillingisfinished．(4)Comparingthesimulationresultandtestresult，itCanbeobtainthatC

8、arreauviscositymodeliSsuitedtonumericalsimulationofmoldfillingofA356alloyat590℃、605℃and615"0．Key