铝合金半固态浆料制备过程的电磁-流体数值模拟

利用ANSYS软件时旋转型电磁搅拌作用下铝舍金半固态浆料内的电磁场、不同温度下浆料内流场进行了数值模拟。分析了励磁电流强度和频率的变化对半固态浆料内的磁感应强度、电磁力及流动状态的影响。结果表明：在相同频率下，半固态浆料内的磁感应强度、电磁力的大小随电流强度的增加呈线性增加的关系；在相同电流强度下，磁感应强度是随着频率的增大而减小的，而电磁力是增大的，但数值变化不大。随浆料中固相体积分数的增加，使半固态浆料的温度降低．粘度增大，流动速度降低。     

电磁搅拌法制备半固态浆料过程中电磁场的数值模拟

建立了电磁搅拌法制备半固态金属浆料电磁场的计算模型,采用商用ANSYS软件对电磁场分布进行了数值模拟,分析了线圈和坩埚间的缝隙、坩埚材质、电流和频率对磁感应强度的影响规律,并进行了相应的试验验证.研究结果表明,电磁场模拟结果与试验结果具有较好的一致性,验证了计算模型与软件算法的可行性.在电磁力的作用下,铝合金熔体在水平方向上产生旋转运动,由于感应电流的集肤效应,合金熔体中的电磁力由外向内依次减小;磁感应强度随频率的增大而依次减小,随电流的增大而依次增大;在选用不锈钢坩埚,坩埚和线圈间缝隙为5 mm时可以使铝合金熔体获得的磁感应强度最大;在电流为50 A,频率为10 Hz时电磁搅拌法可以获得更加细小均匀的半固态组织.     

电磁搅拌参数对椭圆坩埚中半固态铝合金熔体流动与凝固组织的影响

运用ANSYS有限元分析软件对半固态A356铝合金凝固过程中的流场进行模拟,研究电磁搅拌参数(电磁频率和电流强度)对合金熔体流动与凝固组织的影响。结果表明:随着电磁频率和电流强度的增大,半固态铝合金在椭圆坩埚长轴X和短轴Y上的最大电磁力和最大流速均呈现出先增大后减小的趋势,并且长轴X上的最大电磁力和最大流速均大于短轴Y上的;施加电磁搅拌后,电磁力从坩埚的中心处沿半径方向逐步增大,到0.8～0.9倍的坩埚半径处电磁力达到最大,超过该距离后,电磁力又开始急剧降低。椭圆坩埚中电磁力受电流强度的影响更大,而流速受电流强度和电磁频率的敏感度不如电磁力,但电流强度对流速的影响依旧略强于电磁频率;当电磁频率和电流强度分别为30 Hz和5 A时,半固态A356合金初生相的平均等积圆直径为106.1μm,平均形状因子为0.72,此时制备出的半固态合金组织最好。     

蛇形通道浇注制备7075铝合金半固态浆料

采用蛇形通道浇注制备7075铝合金半固态浆料,研究了浇注温度、弯道数量和弯道直径对7075铝合金半固态浆料组织的影响.结果表明,当浇注温度为660～675℃时,可以制备出质量较好的7075铝合金半固态浆料,且管道内挂料较少;在相同温度条件下,随着弯道数量增加或弯道直径减小,初生α-Al的平均晶粒尺寸减小、形状因子提高.在制备7075铝合金半固态浆料过程中,合金熔体在具有一定弧度且封闭的蛇形弯道内流动并多次改变流动方向,具有类似“搅拌”功能,使得初生晶核逐渐演变为球形或近球形晶粒.     

坩埚尺寸和电磁频率对半固态A356铝合金浆料流动的影响

采用数值模拟方法,通过改变坩埚长短轴比例R和电磁搅拌频率研究半固态A356铝合金浆料的流动规律,以及R对半固态A356铝合金浆料初生相组织的影响。结果表明:随着R增大,半固态A356铝合金在短轴上所受的最大电磁力和最大流速呈先增大后减小的趋势,在长轴上所受的最大电磁力和最大流速呈先增大后减小再增大的现象;频率越高,短轴和长轴上所受的电磁力差和流速差越明显,因而可使熔体流动时出现"加速-减速-加速"的循环运动现象。当电磁频率和R分别为30 Hz和1.1时,坩埚长轴和短轴上的最大流速分别为153.6和143.2 mm/s,流速差最小,此时可制备出较优的半固态A356铝合金浆料。     

复合材料制备中电磁搅拌电磁场的数值模拟

利用ANSYS软件,对电磁搅拌法制备复合材料的电磁场进行了数值模拟,并与实测值进行了比较。结果表明,电磁搅拌复合坩埚内磁感应强度呈三维分布,其数值在坩埚高度方向上中间处最大：相同频率下,磁感应强度均随着电流的增大而增大;相同电流强度下,磁感应强度随着频率的增加而减小。坩埚内金属中的电磁力分布与磁感应强度分布规律类似。     

蛇形通道浇注制备半固态7075铝合金浆料(英文)

采用蛇形通道浇注技术制备半固态7075铝合金浆料,研究浇注温度和弯道数量对半固态7075铝合金浆料微观组织的影响。结果表明:当浇注温度为680~700°C时,可以制备出质量较好的半固态7075铝合金浆料;在相同浇注温度条件下,随着弯道数量的增加,初生α(Al)的平均晶粒尺寸减小,形状因子提高。在浇注制备半固态7075铝合金浆料过程中,合金熔体在具有一定弧度且封闭的蛇形弯道内流动并多次改变流动方向,具有类似"搅拌"的功能,使得初生晶核逐渐演变为球形或近球形晶粒。     

电磁搅拌法制备半固态浆料过程电磁场、流场和温度场的数值模拟

建立了铝合金半固态浆料电磁搅拌过程宏观传输物理量耦合的数学模型,采用有限元和有限差分相结合的方法实现电磁搅拌条件下电磁场、流场和温度场的耦合模拟分析,研究电磁搅拌工艺参数对流场和温度场的影响规律,并进行实验验证。结果表明:水平旋转的电磁力场在铝合金熔体内均匀分布,其方向与交变电磁场的旋转方向一致,大小则因集肤效应从边部到中心递减;熔体内速度场分布与电磁力相似,但随着搅拌时间的延长,熔体温度降低,速度不断降低;电磁搅拌条件下熔体凝固速度加快,熔体心部和边部的温度梯度变小;搅拌电流强度和频率对电磁场、速度场和温度场分布的影响非常明显。     

坩埚半径对电磁搅拌制备半固态A356浆料电磁场分布的影响

提出了坩埚半径的设计思路,研究了坩埚半径对电磁搅拌制备半固态A356铝合金浆料时磁感应强度和电磁力分布的影响。通过ANSYS 15.0模拟了不同坩埚半径中半固态A356铝合金浆料受到的磁感应强度和电磁力沿坩埚径向的变化趋势。模拟结果表明,磁感应强度从坩埚中心沿坩埚径向0.85倍距离左右逐渐增大;电磁力整体上随坩埚半径的增大而增大,且增加的幅度越来越大,电磁力从坩埚中心到坩埚径向上0.9倍距离左右逐渐增大,而在边缘处急剧减小。对不同坩埚半径的试验结果进行对比,发现最佳的坩埚半径为30mm。     

水冷铜质蛇形通道制备半固态7075铝合金浆料

采用自制的水冷铜质蛇形通道装置制备了半固态7075铝合金浆料,研究了浇注温度、弯道数量和冷却水流量对半固态7075铝合金浆料组织的影响。结果表明,当浇注温度为680~700℃时,能获得理想的半固态7075铝合金浆料,其初生α-Al的平均晶粒尺寸小于41μm,形状因子大于0.79。相同温度下,随着弯道数量增加,半固态浆料组织中初生α-Al的平均晶粒尺寸减小、形状因子提高;冷却水流量为450L/h时,获得的半固态浆料组织较好。采用低过热度浇注制备半固态7075铝合金浆料过程中,合金熔体在具有一定弧度且封闭的蛇形弯道内流动并多次改变流动方向,具有类似搅拌功能,使得初生晶核逐渐演变为球形或近球形晶粒。     

TC21钛合金锻件淬火过程温度场及热应力场数值模拟

通过利用ANSYS有限元分析软件对TC21钛合金锻件淬火过程进行数值模拟,获得TC21钛合金锻件淬火不同时刻温度场分布及热应力场分布,以及锻件上所选节点温度、热应力随淬火时间的变化关系,并观察从锻件心部至边部的组织变化,研究冷却速率对组织变化的影响规律。结果表明,当淬火3600 s时,锻件表面已冷却至室温,而心部仍然保持较高温度;从锻件心部至表面冷却速度逐渐增加,并且越靠近表面,组织越细小。 淬火开始阶段,锻件各点热应力迅速升至最大值,随着淬火时间延长,锻件表面及心部热应力均逐渐减小,至淬火结束时,锻件最大残余应力仅为77 MPa。     

变形体温度场和位移场的计算

本文用热源法对简单热传导问题进行了解析解的计算，并应用PDE工具箱求解热传导偏微分方程得到数值解。通过两种温度场的计算结果求出相应的位移场结果，比较可知MATLAB中PDE工具箱对难以用解析法求解的热传导问题有一定的指导作用。     

弱磁场下管件表面磁场的分布特征

根据磁偶极子理论，建立稳恒微弱垂直弱磁场作用下高压管类试件线状缺陷产生的漏磁场模型。根据磁偶极子空间磁场分布，导出了在外部垂直方向弱磁场下管状工件表面细长缺陷产生的弱磁场法向分量的计算公式。分析了不同纵向磁化强度下，作为磁记忆检测方法重要判据的磁场法向零值线形状及分布特点。     

培训园地

应广大读者的要求,本刊已从2003年第7期起,陆续刊登全国各地较好的模具技术培训学校或基地,由此进一步推动中国模具人才的培训工作,共同促进中国模具工业的发展。同时希望能有更多的同志加入我国的模具工作行列,为中国的模具工业发展作出贡献。欢迎各界有兴趣参加培训的朋友踊跃报名。     

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