Virtual Mold Technique in Thermal Stress Analysis during Casting Process

It is important to analyse the casting product and the mold at the same time considering thermal contraction of the casting and thermal expansion of the mold. The analysis considering contact of the casting and the mold induces the precise prediction of stress distribution and the defect such as hot tearing. But it is difficult to generate FEM mesh for the interface of the casting and the mold. Moreover the mesh for the mold domain spends lots of computational time and memory for the analysis due to a number of meshes. Consequently we proposed the virtual mold technique which only uses mesh of the casting part for thermal stress analysis in casting process. The spring bar element in virtual mold technique is used to consider the contact of the casting and the mold. In general, a volume of the mold is much bigger than that of casting part, so the proposed technique decreases the number of mesh and saves the computational memory and time greatly. In this study, the proposed technique was verified by the comparison with the traditional contact technique on a specimen. And the proposed technique gave satisfactory results.     

铸轧辊套热膨胀及热应力的有限元分析

本文在利用已有的有限差分法求解获得铸轧辊辊套温度场的基础上,采用有限元法分析了铸轧辊辊套相应的热变形和热应力。获得了热变形结果,以及在铸轧辊中产生的各种应力情况,其中第四强度理论的最大相当应力为703.7MPa,所得结果有助于解释辊套为何需采用用高强度钢材。     

金属型重力铸造高强度铝铜合金

目的 针对铝铜合金热裂敏感性高、难以进行金属型铸造的难题,研究其合金成分、铸造工艺、组织与性能的关系。方法 首先充分分析铸造铝铜合金的凝固机制与特点,在ZL205A合金基础上,设计了新型合金成分以及两种铸造试样模,经过熔炼、铸造与热处理,获得砂型铸造与金属型铸造试样,进行力学性能测试、组织分析,并观察试样的抗热裂性。结果 两种铸造试样都获得了较高的力学性能,铸态及T6态全部为等轴晶组织,成功避免了热裂问题,并提高了合金的力学性能;金属型铸造试制了油马达铸件。结论 证明了通过铝铜合金的成分优化设计,以及含钪复合细化剂的合理匹配,采用金属型铸造获得等轴晶组织,进而避免粗大枝晶组织,是克服热裂问题的关键,从而实现金属型铸造高强度铝铜合金。     

压铸模温度场与铸件质量关系的研究与应用

运用有限元分析软件ANSYS对薄壁铝合金压铸件的压铸过程进行温度场数值模拟分析,研究了浇注温度、模具预热温度对温度场分布的影响,分析了热应力集中的位置,从而有效控制了铸件因热应力引起的体积收缩,保证了铸件质量及其精度,优化了压铸工艺参数,为压铸模具的热应力分析奠定了基础。     

金属材料挤压铸造成形技术的研究进展

挤压铸造技术是一种结合了铸造和塑性加工特点的短流程、高效、精确成形技术,广泛应用于机械、汽车、家电、航空、航天、国防等领域生产高性能和高精度的零件。首先简要介绍了金属材料挤压铸造成形技术的特点和历史。重点分析了液态金属压力下结晶的物理冶金行为和力学过程,此外,还总结了挤压铸造技术涉及的材料体系、挤压铸造过程的工艺参数优化、挤压铸造过程的零件成形、挤压铸造过程的数值模拟、挤压铸造成形装备研究方面的研究进展。最后展望了金属材料挤压铸造成形技术的发展重点。     

Microsegregation and Improved Methods of Squeeze Casting 2024 Aluminium Alloy

The squeeze casting of a 2024 Al alloy was carried out to investigate the effect on microsegregation in the alloy of the application of pressure followed by diffusion annealing. The experimental results indicate that an optimum applied pressure followed by an optimum diffusion annealing process can markedly reduce the degree of microsegregation and improve the mechanical properties to a degree that can approach the level of forged 2024 Al alloy.     

Microstructure and Eutectic Transformation of Squeeze Casting Alumina／Zinc Alloy Composites

Alumina fiber-reinforced zinc alloy composites were manufactured by squeeze casting, and the eutectic transformation in the zinc alloy composites was studied. The results indicate that there is a fine and close interface between the fiber and the matrix,and the alloy elements can improve the combination between the fibers and the matrix in the composites. The fibers can serve as the sites of heterogeneous nucleation of the eutectic in the zinc alloy during the solidification of the composites, and the silicon on the interface between the fibers and the matrix plays a leading role during the coupled growth of the eutectic so that the eutectic transformation of the composites consists of Al-Si eutectic transformation and Zn-Al eutectic transformation.     

FTSC薄板坯连铸结晶器内的热/力行为研究

基于SPHC钢在H2结晶器内的凝固过程,利用有限元软件ANSYS中的单元生死技术,通过改变薄板坯单元的状态建立其在结晶器内随时间变化的二维非稳态模型。模拟出薄板坯在结晶器不同部位处的温度场及应力场分布情况,其结果可为优化结晶器锥度及改善薄板坯质量提供理论依据和技术基础。     

镁合金挤压铸造凝固过程数值模拟

利用有限元法对镁合金挤压铸造凝固过程进行数值模拟,分析了铸件的凝固收缩和凝固时间,预测铸件可能发生缺陷的位置,对比挤压压力对铸件缺陷的影响。 结果发现,与重力铸造相比,挤压铸造的凝固收缩小,铸件在挤压铸造的压力作用下可缩短凝固时间;缺陷模拟结果与实验相符,加大挤压铸造压力有助于减少缺陷的产生。     

快速软模浇注成型用聚氨酯树脂

利用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、液化MDI、聚醚多元醇及小分子扩链剂、交联扩链剂,分别采用半预聚物法及一步法合成了两类适用于硅胶模真空浇注成型的二组分聚氨酯(PU)树脂。分析了树脂黏度及釜中寿命。对PU试样进行了差示扫描量热分析(DSC)、热重分析(TGA)及力学性能分析。结果表明,PU树脂两组分及其混合物的黏度较小,釜内寿命适中,浇注性能优良;玻璃化温度在110℃以上,热重损失为5%时的热失重温度在260℃以上;具有较高的力学性能。     

热型连铸柱晶CuAlNi合金丝记忆状态下的拉伸疲劳

用热型连铸法连铸了柱晶组织CuAlNi合金丝,在记忆状态下分别以4%,6%,8%应变量循环拉伸,以研究其疲劳性能.4%,6%应变下循环拉伸,变形以γ1'→β1"进行,断裂次数高达30000次以上.8%应变下以β1"的弹性变形进行,断裂次数急降到几百次.疲劳拉伸使晶界形成由马氏体组成的带状组织,松弛了应力集中,提高疲劳寿命.     

热型连铸法制取CuAINi形状记忆合金丝

用热型链铸法从金属液直接成形制取直径１．５ｍｍＣｕＡＩＮｉ合金丝。将铸型温度设定为１１１０℃,可以拉铸出表面光洁、内部含有几个平行晶粒的定向凝固合金丝。拉铸速度５０ｍｍ／ｍｉｎ时,晶粒数较少,晶界平直;拉铸速度８０ｍｍ／ｍｉｎ时,晶粒数较多,晶界较曲折。试样经１０００℃固溶处理后,拉伸强度达５０２Ｎ／ｍｍ＾２,延伸率１４．４％,其中塑性应变８％。在４％固定应变下,反复拉伸的疲劳断裂次数高达７０６次,比文献的列单晶的断裂次数提高４４％。热型连铸法制取铜基形状记忆合金,既可免疫塑性加工的困难,又可获得定向凝固组织,提高合金性能,具有巨大的优越性。     

钛合金阀体件“一模多件”铸造工艺优化设计

目的 对钛合金阀体件“一模多件”铸造工艺进行优化研究,达到降低成本、保证铸件产品质量的目的。方法 以ZTA2钛合金阀体件为研究对象,基于零件壁厚范围较宽的结构特点、零件的技术要求与生产实际现状,结合经验分析及数值模拟仿真技术进行铸造工艺设计。结果 确定分型面和浇冒口的设计,在热节点及孤立液相区域设置补缩冒口,通过数值模拟对铸件模拟结果的缩孔缩松情况进行分析,优化冒口的设计,增加补缩通道,最终确定合理的“一模多件”开放式浇注系统。对于“一模多件”铸造工艺,通过合理设计浇注系统,可以有效保证浇注过程中各层铸件的平稳浇注。浇注系统宜采用开放式的浇注系统,直浇道、横浇道、内浇口的截面积比例为1∶2∶4。结论 采用机加工石墨型铸造,在真空凝壳炉完成熔炼,在浇注温度为1 770 ℃、模壳预热温度为200 ℃的情况下,采用重力浇注的形式在真空凝壳炉中铸造生产出钛合金阀体件,所获得的铸件无铸造缺陷,其成分和力学性能均满足质量要求。研究结果表明,在铸造过程中使用数值模拟技术可以优化铸造工艺设计,缩短产品试制周期,大大提高生产效率。     

熔模精铸型壳预热转移过程温度场及换热规律研究

目的 为了获得不同工艺条件对高温合金熔模铸造型壳在预热及转移过程中温度分布的影响规律.方法 根据实际工况设计了测温实验方案,采用热电偶测温的方法研究型壳在无保温措施、外加保温棉、填砂以及保温棉复合填砂4种工艺条件下对型壳在预热及转移过程中温度分布的影响.获得了型壳升温、保温和转移过程中的温度场变化曲线,并根据实际测温曲...     

压力铸造Al-SiCw/Al复合材料中热残余应力的调整

通过理论分析,证实了预变形调Al-SiCw/Al复合材料热残余应力的可行性。采用压力铸造方法制造Al-SiCw/Al复合材料,试验研究了预奕形对其残余应力及拉伸性能的影响。结果表明,Al-SiCw/Al复合材料经预变形处理后残余应力明显降低,力学性能得到改善。     

挤压铸造6082铝合金的高温流变行为和变形激活能分析

目的 研究不同挤压铸造压力下所制备的6082铝合金的高温应力应变关系。方法 对100 MPa和50 MPa挤压铸造压力下制备的6082铝合金进行高温压缩实验,建立了相应的本构模型,并分析了挤压铸造压力和变形参数对流变行为和变形激活能的影响。结果 相同变形条件下,挤压铸造压力为100 MPa时,6082铝合金流变应力更高。当温度较高和应变速率较低时,两种不同的6082铝合金流变应力值差距明显缩小。挤压铸造6082铝合金的激活能随着变形温度和应变速率的增加而降低。结论 高挤压铸造压力下制备的6082铝合金变形激活能更大,变形更困难,但高温中低应变速率时,挤压铸造6082铝合金的变形难易程度相近。     

复杂结构ADC12铝合金汽车支架挤压铸造工艺参数优化

目的 解决ADC12铝合金汽车发动机支架在挤压铸造成形工艺下的缺陷问题。方法 利用ProCAST模拟软件对该汽车发动机支架的挤压铸造充型和凝固过程进行模拟,对挤压铸造工艺参数进行正交试验设计并模拟得到最佳工艺参数,对铸件浇注远端厚壁部位采取局部加压优化措施,并对厚壁部位进行X-Ray探伤,观察铸件的缺陷情况。结果 对挤压铸造的工艺参数进行正交试验极差分析后,发现各工艺参数按对铸件凝固后质量的影响程度从大到小的顺序依次为挤压比压、浇注温度、模具温度。通过正交试验得到优化后的工艺参数为浇注温度730 ℃、模具温度300 ℃、挤压比压150 MPa。局部加压时挤压销的最佳激活时间为4 s,此时可以完全消除铸件内部的缩孔缩松缺陷。选择优化后的工艺参数生产该汽车发动机支架,产品外观完整,没有出现表面裂纹等缺陷。在X-Ray探伤下无明显缺陷,内部质量良好。结论 选择合理的浇注温度、模具温度和挤压比压可以有效减少铸件内部的缩孔缩松缺陷,采用局部加压并合理控制挤压销的激活时间可以完全消除缩孔缩松缺陷。     

Thermal Residual Stress Distribution in Carbon Fiber/Novel Thermal Plastic Composite

Thermal residual stress is one of the major factors affecting composite mechanical performance. In this paper, a 3-D FEA technique was utilized to analyze the thermal residual stress distribution in Carbon fiber/PPESK composite. Parabolic failure criterion was used to predict composite potential failure zone. Results indicate that, thermal residual stress distributions in different parts of the composite are different. At composite free end zone, the maximum thermal residual stress is located at fiber surface; in composite inner zone, the maximum stress is located in the matrix; at composite defect zone, stress concentration is located at defect surface. Thermal residual stress at composite free end zone will lead to fiber–matrix interfacial de-bonding. Thermal residual stress concentration at composite defect zone will decrease composite mechanical performance.     

铝合金车轮低压铸造充型工艺设计

目的运用科学计算的方法对铝合金车轮低压铸造充型工艺进行优化设计。方法通过对铸造铝合金车轮充型过程进行研究,分析在充型过程中各部位尤其是截面较小的浇冒口部位的铝液流动状态。结果运用数学计算的方法对充型工艺进行优化设计,既提高了铸造效率,又使铸造过程充型平稳,缩短了新产品的试制周期,使铸造工艺由通过试生产阶段的工艺摸索变为试生产阶段的工艺验证。结论经过科学计算可以使液态铝合金的充型按每个阶段预期效果进行,为优化铸造工艺、改进模具设计提供了有效的手段。