铝合金半固态二次加热和触变成形数值模拟与工艺参数优化

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1、上海交通大学硕士学位论文铝合金半固态二次加热和触变成形数值模拟与工艺参数优化姓名：何贵申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：周雄辉20060101上海交通大学硕士学位论文铝合金半固态二次加热和触变成形数值模拟与工艺参数优化摘要随着全球化经济竞争的加剧开发新型的净加工成形技术实现优质高效清洁敏捷生产和可持续发展已成为当今制造业发展趋势半固态技术正是适应这一趋势而出现的一种新型的净成形工艺自从美国麻省理工学院D.B.Spencer等学者发现锡铅合金半固态触变性能之后立刻引起了国内外学者及企业界的

2、极大兴趣半固态技术的研究和应用得到了迅猛的发展半固态技术具有以下优点充型平稳无湍流和喷溅加工产品质量高兼具传统铸造和锻造成形之优点与铸造相比减轻了对模具的热冲击大幅度提高了模具寿命成形件表面质量高内部结构致密气孔偏析缺陷少力学性能高等适用于轻合金材料难加工材料以及外观复杂产品的净加工成形但由于人们对半固态加工认识时间尚短且该技术涉及多学科交叉目前与半固态相关基础理论及其在工业应用的研究还不够完善有待进一步探索和创新本文通过对半固态铝合金二次加热的理论及实验研究揭示了半固态二次加热组织演变之规律建立了

3、半固态材料模型流动应力模型及数值仿真模型不仅对于半固态触变成形基础理论和计算机模拟仿真有重要的理论意义而且对于优化半固态生产工艺也具有重要的指导意义具体研究内容如下实验研究了加热温度保温时间和加热速度对半固态组织的影响在实验数据的基础上得到了ZL101合金半固态体积分数与加热温度之间的关系式对ZL101铝合金试样在各种不同工艺参数下的感应加热温度及温度均匀性进行了研究运用CAE技术模拟了加热频率加热时间线圈电流强度线圈尺寸加热后停留时间等参数对坯料温度场的影响在此基础上探讨了多学科设计优化方法在半固

4、态二次加热中的应用对ZL101铝合金试样感应加热过程中电磁场温度场等耦合场进行了模拟和多学科参数优化得到了加热频率加热时间电流等参数的最优组合以及二次加热中获得均匀温度场的所需的工艺条件和参数–1–上海交通大学硕士学位论文对ZL101铝合金半固态流动特性进行了实验研究在实验数据的基础上通过对半固态变形过程的变形机制及组织演变机理的研究建立了ZL101流动应力三段模型进一步指导数值模拟仿真的研究进行了铝合金半固态触变成形热力耦合有限元模拟及实验研究在deform平台上通过自定义材料库和数学模型分别对半

5、固态镦粗过程和挤出成形过程进行了计算机仿真研究得到了变形力行程曲线应力应变场温度场和网格变形信息为预测半固态材料成形过程的流动行为控制和预防成形缺陷优化工艺参数和指导生产奠定了基础最后对模拟结果与实验结果进行了对比证实了本文研究的可靠性关键词二次加热触变成形数值模拟多学科优化–2–上海交通大学硕士学位论文THEFEMANALYSISANDOPTIMIZATIONONRE-HEATINGPROCESSANDTHIXO-FORMINGPROCESSOFALUMINUMALLOYSABSTRACTGlob

6、aleconomicalcompetitionneedstherealizationofhighquality,highefficiency,cleanandagilemanufacturetodevelopnewwaysofnear-netornet-shapeformingtechnologies,toreducethewasteofmaterialsandenergy.Ithasbecomeatrendofmanufacturinginthecomingcentury.Semi-solidfo

7、rmingissuchakindoftechnology,whichisdevelopingquicklyafterthethixothropicpropertiesofPb-SnalloyswasdiscoveredbyD.B.Spenceretal.atMIT.Semisolidforminghasthefollowingcharacteristics:Stablefillingprocess;noturbulenceandspraying;excellentproductquality;hav

8、etheadvantagesofbothcastingandforging;moldlifeisextendedbecauseofreducingthermalchock;theproducedproductpossessesgoodsurfacequalityandmechanicalproperty,littleinteriorporeandsegregation,finemicrostructure.Thesemisolidformingtechnologyca