[00820279]铝合金半固态压铸成形过程的计算机模拟

铸造/压铸过程(含充型)的计算机模拟作为材料加工学科的前沿领域之一，经过数十年来的发展已逐渐进入工程实用化阶段，为传统产业注入了新的活力。铸造/压铸生产正在从经验型走向科学型，模拟可以帮助技术工程师详细地预测可能产生的缺陷以及大小，部位和时间，以便在事先采取必要的措施，确保产品的质量，优化工艺方案，缩短研发周期，降低生产成本。由于半固态金属的浆料成形具有比液态金属成形具有更为复杂的特点，从20世纪90年代开始，国内外投入了一定的力量对半固态金属浆料的计算机模拟技术开展研究，也取得了一些研究成果。但与商品化的液态金属模拟相对比还很不成熟，尤其是对物性参数的把握尚不充分。随着金属半固态成形技术的发展，对相应的计算机模拟技术提出更高的要求。该研究在前期实验研究工作的基础上，围绕铝合金半固态压铸成形工艺，主要进行了以下三个方面的系统研究：(1)通过对压铸过程的实验测试和模拟相结合的方法，取得模拟的初始参数，奠定计算机模拟的准确性；(2)分析和验证典型试样充型流场与铸造缺陷的关系，从改善流场的角度优化压铸模的设计；(3)针对在实际汽车重要部件(支撑座)的研发过程中所遇到的成形缺陷，利用计算机模拟技术进行预测和对策的探讨。该研究得到的关键结果及创新点可简要归纳如下：(a)系统地比较了压铸过程不同主要因素(溶体/型壁的摩擦系数，模具型腔的背压，溶体/型壁的换热系数和压铸机的推杆速度)对充型状态的影响，为确定后续模拟的主要使用条件打下了基础。(b)通过测试并验证压铸过程的位移曲线较为准确地推测压铸速度，有益于提高模拟的精度；通过型内充型轨迹实测和模拟的对比以及引入独特的Shortshot实验法为模拟提供了有力的支持和旁证手段。©试样铸造缺陷的分析与模拟以及Shortshot结果的反复对比表明，流场与缺陷形成有紧密的相关性，通过流场的模拟可以预测可能产生缺陷的位置和程度，从而提出改进的方向。(d)利用计算机模拟可以从流场，凝固场的角度优化模具型腔的设计，准确把握成形的模具条件，在对板形试样模具实施优化设计后的实践结果充分证明了计算机模拟在辅助模具设计优化上的有效性和实用性。(e)在实际复杂汽车零件的试制中有效地使用计算机模拟法取得了良好的效果，并被作为一种通用的技术手法得以进一步的验证和确立。其突出特点是具备以实验为基础的高精细度的计算机模拟方法。拥有诸多特长的铝合金半固态技术立足于为上海汽车工业服务，以提高零件的可靠性，降低制造成本为目的，符合上海经济建设的要求，特别是适应汽车行业面临着被要求降价零件成本的挑战。该课题建成并验证了的计算机模拟研究平台将用于一般的半固态铝合金成形(压力成形或重力成形)，可望为进一步开展该方面研究或生产提供技术服务，应用计算机模拟技术通过实现充型过程的可视化来指导生产的全过程，为从模具设计到产品试制阶段获得接近于最优化的工艺方案，提供强有力的支持，对于半固态铝合金压铸成形工艺有重要的辅助作用，并可大大降低研发成本，具有广泛的应用前景。同时通过后续完善数据库工作的深入开展，可拓宽应用范围，适用于其他合金的半固态成形以及液态成形零件的研发过程，将会有更广泛的适用前景和经济效益。该成果在上海大学和汇众公司研发各类汽车零件过程中已得到广泛的应用，技术方案的事先设计探讨到原因的详细分析，以及提出最佳的解决方案上均起着重要作用。随着汽车轻量化的步伐加快和对性能要求的提高，应用计算机模拟技术强有力辅助的半固态成形工艺研制生产汽车零件必将成为重要的方向之一。