真空压铸流体动力学卷气行为及孔洞形貌分析

摘要

随着轻量化要求的不断提高，大型化、集成化与薄壁化是压铸件设计的必然趋势，这对压铸成型技术提出了更高的要求，高真空压铸技术是实现这一目标的最具潜力手段之一。但我国在高真空压铸理论和技术方面还面临诸多瓶颈性难题，对高真空压铸型腔流体的动力学行为缺乏深入了解，对压铸过程型腔卷气作用机理研究还缺乏统一的认识。
　　本文以发动机缸体压铸件的数值模拟仿真结果和性能试验结果为基础，针对现有的真空压铸理论基础尚不充分，对压铸过程卷气机理没有深入的认识问题，进行真空压铸流体流动动力学行为的理论研究，取得以下成果：
　　①在深入分析我国压铸技术应用现状的基础上，提出我国高真空压铸理论需要予以完善和丰富的内容；
　　②对发动机曲轴箱缸体进行了传统压铸和真空压铸充型过程的仿真模拟，抽真空减少型腔中的气体但不会影响型腔中流体的充填流动模式；随着试样的密度的增大，试样的拉伸性能增大；
　　③设计了压铸充型过程中压室、型腔、排气槽的CFD数值仿真实验，分析了压铸各区域的流动特点及流体作用规律；其中压室中流体容易形成翻卷波、型腔中易出现由于金属液体自身相互作用形成的涡流环和初级气泡、排气槽口易出现气体的扰动现象；
　　④对压铸型腔卷气行为进行了深入分析，指出流体运动过程中形成的漩涡对卷气有重要影响，并分析了压铸过程中漩涡的形成、演变、破裂和扩散规律；
　　⑤采用分形学原理对压铸件的孔洞进行了分形维数的计算，进而表征孔洞的形貌特征。

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1 绪 言

1.1 压力铸造成形技术

1.2 真空压铸技术

1.3 压铸过程流体流动行为研究现状

1.4 本课题研究意义

1.5 课题研究内容

2 压铸过程中流体流动理论

2.1 压铸过程涉及的无量纲数[39]

2.2 研究流体运动的两种方法[40]

2.3 压铸过程涉及的流体动力学运动方程

2.4 边界条件

2.5 气体流动理论分析

2.6 小结

3 发动机缸体压铸件分析

3.1 发动机缸体数值模拟分析

3.2 发动机缸体压铸件对比分析

3.3 小结

4 压铸过程流体动力学行为数值仿真

4.1引言

4.2 压铸慢速压射过程流体的流动

4.3 压铸型腔充填过程流体的流动

4.4 排气溢流系统中气体的流动

4.5 小结

5 气孔形成及形貌特征分析

5.1引言

5.2 金属流体-金属流体流动行为分析

5.3 压铸件孔洞的形貌特征分析

5.4 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献