基于匀加速料筒孕育半固态压铸制备薄壁复杂空腔手模的研究与实践

随着全球节能减排、碳达峰、碳中和的发展需求,各行业零部件轻量化、绿色化成为必然发展之路。生产医疗用橡胶、丁腈手套所需要的手模一直以来都采用陶瓷型,虽能满足功能性要求,但其存在能耗大、易破损、无回收等缺点。改用易回收的金属材料成为研究热点,铝合金以其质轻成为研究首选。由于手模部件具有薄壁、内腔复杂等特点,并需要与挤压成型部件进行焊接,采用铝型材冲压制备成本高,普通压铸存在复杂内腔难以成形和铸件不能焊接等难题。本研究基于自主开发的匀加速料筒孕育半固态压铸技术,通过数值模拟分析优化压铸工艺,采用优选的树脂砂芯,成功制备出铝合金复杂空腔手模压铸件。开发出的产品满足了项目要求,也为复杂空腔压铸件研发提供了很好的技术实例和参考。

烧结温度对Ti-TiC/Ti层状复合材料组织与性能的影响

向钛合金中引入均匀分布的增强相可以提高其强度和刚度,但是不可避免地会引起塑性和韧性的下降。受自然界珍珠贝壳结构和组分的启发,以纯钛片作为金属层材料,钛粉与碳粉作为强性层材料,采用放电等离子烧结法成功制备出Ti-TiC/Ti层状复合材料,并探索了烧结温度对Ti-TiC/Ti层状复合材料力学性能的影响。结果表明:当强性层中的混料摩尔比为Ti∶C=1.1时,烧结温度不易控制;当混料摩尔比为Ti∶C=1.2,烧结温度为1100℃时,制备出的Ti-TiC/Ti层状复合材料组织均匀,层状结构保持良好,抗弯强度性能最佳,达到819.8 MPa,且强性层中的硬度分布均匀。烧结温度为1150℃时,复合材料的抗弯强度下降。

电动滑板车前叉的低含气量压铸工艺研究与实践

基于压铸CAE云计算平台智铸超云,对电动滑板车前叉铸件的压铸工艺进行了设计及优化,分析了不同压射工艺对压铸件质量的影响,同时进行了实际铸件生产的压射工艺试验验证。结果表明:模拟结果与实际生产结果基本一致,采用优化后的压射工艺设计获得了外形轮廓清晰、表面光滑、尺寸精度高、无缺陷的前叉压铸件,实现了压铸件的T6处理,从而进一步提高了其力学性能。经上机实测,铸件达到了电动滑板车产品的前叉零件技术要求,可实现“以铸代锻”。

二元合金非等温凝固枝晶生长的相场法模拟

利用相场模型与溶质场、温度场进行耦合计算,以Al 4 5%Cu合金为例模拟了二元合金非等温凝固和等温凝固的等轴枝晶生长过程。研究了扰动对过冷合金熔液中的等轴枝晶生长以及溶质场和温度场的分布的影响。结果表明:扰动的引入可以促进枝晶的二次晶臂生长,并使固相中的最高温度提高,但基本不影响枝晶尖端稳定行为;在枝晶生长过程中枝晶尖端的浓度和温度的梯度最大;在非等温凝固时枝晶没有等温凝固时发达,并且凝固界面的溶质浓度也会降低。

微观组织数值模拟发展概述

介绍了计算机微观组织模拟的几种主要研究方法,概述了目前国内外凝固组织模拟的研究进展,评述了当前使用的数学模型的特点及局限性,展望了凝固组织数值模拟技术的发展方向。

数值模拟在消除球墨铸铁轮毂缩孔中的应用

采用华铸CAE软件对球墨铸铁轮毂的凝固过程进行了模拟。通过模拟优化了铸造工艺 ,成功地消除了轮毂铸造过程中产生的缩孔、缩松缺陷。模拟结果与实际生产情况符合较好。结果表明 :计算机模拟能为工艺方案的评价和改进提供有效的参考依据。

二元合金非等温凝固过程的相场法模拟

基于Ginzburg Landau理论 ,发展了一个新的相场模型。并利用该相场模型与溶质场、温度场进行耦合计算 ,以Al 6.5Cu合金为例模拟了二元合金非等温凝固和等温凝固的等轴枝晶生长过程。研究了凝固潜热对过冷合金熔液中的等轴枝晶生长以及溶质场和温度场的分布的影响。结果表明 :潜热的释放在一定程度上抑制了枝晶的生长 ,使非等温凝固时枝晶没有等温凝固时发达 ,并且凝固界面的溶质浓度也会降低 ,但不会改变在枝晶生长过程中浓度分布情况。

搅拌法铸造空心微珠-铝复合材料组织和性能的研究

采用半固态搅拌铸造法制备了铝-空心微珠复合材料,分别对金属型铸造和挤压铸造方法制备的铝-空心微珠复合材料的组织和性能进行了研究,并对其拉伸断口形貌进行了扫描电镜分析。结果表明:两种铸造方法制备的复合材料的抗拉强度都低于基体铝合金,随着空心微珠加入量的增加,复合材料的抗拉强度有所降低,密度减小,比强度增大,韧性降低,使复合材料的断裂形态从塑性断裂发展为脆性断裂。

多元合金化对Nb/Nb_5Si_3复合材料高温抗氧化性能的影响

采用放电等离子烧结技术(SPS)制备了Nb-20Si-5Al-15Ti-3Cr-5W(原子百分数)多元铌硅系原位复合材料。采用循环氧化试验研究了其高温氧化行为。利用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)和电子探针微区分析(EPMA)进行了微观组织结构分析。结果表明,该复合材料的组织主要由(Nb,Ti,W)_(ss)、Ti、α-Nb_5Si_3、γ-Nb_5Si_3和(Nb,Ti)_5Si_3组成;该材料分别经800℃/100 h、1100℃/100 h循环氧化后,都会在表面生成一层氧化膜。800℃下的氧化膜主要成分为AlNb_(11)O_(29)、Ti_2Nb_(10)O_(29)、TiO_2、SiO_2、Nb_2O_5、Nb_4W_3O_(47)和Cr_2Ti_6O_(15),在多孔氧化膜下,会发生严重的内氧化现象。在1100℃时的氧化膜主要成分为AlNb)_(11)O_(29)、Ti)2Nb_(10)O_(29)、TiO_2、SiO_2、Nb_2O_5及Cr_2WO_6,氧化膜致密性较好,可减缓氧的扩散速率,从而提高合金的抗氧化性,经1100℃,100 h循环氧化后仍有基体剩余。

Ti含量对A357铝合金组织与力学性能的影响

以A 357合金为对象,研究了Ti含量对其组织与力学性能的影响。结果表明,A 357合金铝液中加入Ti,可以使铝液在较小的过冷度下出现大量细小的非自发晶核,抗拉强度和相对伸长率都随着Ti加入量的增加而增大。当Ti含量为0.14%时,合金的抗拉强度和相对伸长率最好,分别为311.26 MPa和3.3%。

合金凝固过程再辉现象的数值模拟

本文采用二元合金的等温相场模型,在假定温度在计算区域空间上保持一致的情况下耦合计算热平衡方程,以Al-4.5%Cu合金为例模拟了在不同冷却速率下二元合金凝固过程的枝晶生长过程及其再辉现象。结果表明:利用相场模型可以逼真地模拟二元合金过冷熔体中的枝晶生长过程,与试验得到的枝晶形貌吻合较好;凝固潜热和冷却速率显著影响枝晶的生长行为,再现其凝固过程的再辉现象,模拟的结果与经典枝晶生长理论相吻合。

CAE技术在铸造模具工艺优化中的应用

采用华铸CAE软件对铝合金壳体铸件的金属型铸造过程进行了数值模拟,通过对几种铸造模具工艺方案的数值模拟和实验,优选出了一种最佳的铸造工艺用于生产,成功地消除了壳体铸件生产过程的缩孔、缩松缺陷。模拟结果与实际生产中的情况吻合较好。结果表明:CAE技术能为工艺方案的评价和改进提供科学的依据,能缩短新产品的开发周期,为企业带来了显著的经济效益。

高能超声时间对原位自生TiB_(2)/Al复合材料组织和性能的影响

采用原位合成Al-K2TiF6-KBF4熔盐体系,通过熔体反应法成功制备了颗粒增强铝基复合材料。采用扫描电镜、X射线衍射(XRD)、万能力学试验机及摩擦磨损试验等研究了高能超声时间对复合材料的组织、力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明:复合材料中存在TiB_(2)颗粒和少量Al3Ti颗粒,颗粒大小为1~2μm,TB_(2)颗粒的截面形貌接近于正六边形,且在基体中均匀分布。复合材料的抗拉强度和伸长率随着超声处理时间的增加而提高。当超声时间为4 min时,复合材料的抗拉强度和伸长率达到最大值,分别为172 MPa和11.1%,比A356母合金分别提高了20.3%和126%,断裂模式也从准解理断裂转为韧性断裂,耐磨性也相对最好,摩擦系数达到最小值0.44,磨损量为-0.5 mg。

模具CAD/CAE/CAM技术教学改革的研究

市场对模具专业人才的需求旺盛,特别是对掌握CAD/CAE/CAM技术的模具设计人才优为紧缺。本文根据目前模具行业的发展状况和发展趋势,提出充分采用现代化的教学手段和方法,全面改革完善模具CAD/CAE/CAM专业方向的课程体系,加强实验课程和实践环节,以深化模具CAD/CAE/CAM技术的教学改革。

放电等离子烧结制备Ti/TiC/C层状复合材料的研究

以Ti和C片状材料为原料,利用放电等离子烧结(SPS)技术制备了具有层状结构特征的Ti/TiC/C复合材料,研究反应界面的性质和状况,讨论了烧结温度对界面反应层的影响。结果表明:采用放电等离子烧结技术可制备出Ti/C叠层复合材料;材料的界面反应程度与烧结温度有关。随着烧结温度的升高,反应层的厚度增大,烧结温度达到1500℃时界面反应程度较好,反应层的厚度达到32.6μm;进一步提高烧结温度,将会使Ti发生熔化,无法得到Ti/C叠层复合材料。

中小型铝合金铸件半固态流变压铸技术研究

基于智铸超云—压铸领域专业CAE云平台,采用扣手铝合金铸件为研究对象,模拟分析了压射工艺参数对半固态流变压铸充型过程的影响,优选出了一种最佳的匀加速料筒孕育半固态流变压铸工艺方案进行实际产品的生产试验。结果表明:采用五段低速射出模式B压铸工艺方案,可使合金液在压室中流动平稳,呈层流状态,没有出现紊流;根据模拟结果优化了料筒孕育半固态流变压铸工艺,成功实现了扣手铸件的半固态流变压铸成形,得到了合格的压铸件,组织中初生α-Al相主要呈近球状或颗粒状,内部无气孔缺陷,可进行T6处理和焊接加工。

改善高硅耐酸铸铁机械性能的研究

本文采用正交试验方法系统地研究了铜、钒、稀土钙钡和熔炼工艺对高硅耐酸铸铁机械性能的影响。通过研究获得了能较好改善高硅耐酸铸铁机械性能的最佳工艺参数。

Ti对Nb-20Si-5Al超高温合金组织的影响

以Nb、Si、Al和Ti粉末为原料,采用放电等离子烧结法(SPS)原位合成了Nb-20Si-5Al-xTi(x=0、18、20、22 at%)合金。利用扫描电镜(SEM)、电子探针微区分析(EPMA)和X射线衍射(XRD)等手段对合金的组织结构进行了分析,研究了Ti对Nb-20Si-5Al合金的组织的影响规律。结果表明:Ti元素的加入会明显改变合金的组织,随着Ti加入量的增加,合金的相组成由Nb_(SS)、Nb_5Si_3和Al_3Nb相转变成为Nb_(SS)、(Nb,Ti)_5Si_3和Ti相;Ti元素的加入消除了合金中的Al_3Nb相,促进了Al元素的均匀分布,同时使得合金中Nb_(SS)相的点阵常数有所增大,衍射峰向左偏转。

碳纳米管增强Nb-Si基复合材料界面应力传递的研究

基于均匀化理论,建立了碳纳米管增强Nb-Si基复合材料的代表体积元模型,并采用剪切滞后模型对碳纳米管增强Nb-Si基复合材料界面上的应力分布和传递机制进行了研究,探讨了分子间作用力、杨氏模量比β、长径比α、体积分数?等对其应力分布和传递机制的影响。结果表明,复合材料界面应力分布的变化主要集中在碳纳米管的两端,最大的应力都是分布在加载端或拔出端,然后向另一端传递;分子间作用力、杨氏模量比、长径比、体积分数等参数对界面应力的传递均有一定的影响,其中长径比和体积分数的影响最明显,体积分数为0.02时拔出端的界面剪切应力值相对于体积分数为0.0025时增大幅度达到近7倍,而长径比从200减小到50时,其应力传递距离增大了近8倍。

湍流作用下过冷度对铝合金枝晶生长的影响

以改进的KKS模型为基础,通过耦合湍流情况下的流动控制方程组,模拟了紊流作用下Al-2.5%Cu合金在等温凝固过程中过冷度对枝晶生长形貌和溶质场分布的影响。结果表明,随着初始温度的升高,过冷度降低,枝晶生长速度变慢,固相和固-液界面前沿溶质浓度降低。