镁合金真空压铸充型流动实时表征与分析方案研究

摘要

随着世界各国对生态环境和能源消耗问题的重视，轻量化已成为工业发展的趋势，在结构材料中，镁合金的重量很轻且性能良好，比强度和比刚度较高，减震性和电磁屏蔽性能良好，在各个领域都有很大的发展潜力。目前镁合金产品大部分都是通过压力铸造生产的。压铸技术的主要特点是高速高压，能生产出性能良好的压铸件，经济效益良好，但存在容易产生气孔缺陷的倾向，随着对产品质量的要求越来越高，真空压铸成为研究的热点。镁合金的真空压铸充型流动过程非常复杂，利用数值模拟的方法可对充型情况进行一定的了解和分析，但与实际情况存在差距。本文主要对镁合金真空压铸充型流动的实时表征与分析方案做研究，为直接观察并分析金属液的流动充型过程奠定基础，对镁合金的真空压铸技术的发展具有重要意义。　　为实现对流动充型情况的的实时表征需建立可视化平台，主要包括需改造的压铸部分、高速摄像部分和数据采集及处理部分。可视化平台能实现对整个充型过程进行拍摄存储并显示到计算机当中。在此基础上，为实现真空压铸，将压铸设备连接真空泵、负压罐、抽真空块和真空阀等设备，以保证压铸过程在稳定的真空状态下进行。　　为了研究镁合金真空压铸充型流动实时表征和分析，设计了气体和金属液的充型流动方案，以及后续的分析方案。主要内容是：①气体流动表征，向模具型腔内通入有色气体，抽真空达到一定的条件后进行空压射，观察和分析真空状态对气体流动形态的影响。②金属液充型流动表征，向型腔通入有色气体取代原有气体，对镁合金进行真空压铸，观察和分析金属液的具体流动充型情况，有色气体的存在可更直接的观察发生的卷气、涡流和紊流等行为，甚至可直接观察缺陷的产生过程。③分析方案，对试样进行金相分析和力学性能测试，结合Nano Measurer软件统计出孔洞的体积分数。将金相组织和孔洞的体积分数、力学性能特点与充型流动过程中的各种情形进行对应分析，探究不同流动情况对综合力学性能的影响。此外，使用ProCAST软件对AZ91D镁合金真空压铸下的流动充型情况进行了模拟和分析，为具体实验后得出的流动情形做对比作基础。

目录

1 绪论

1.1 引言

1.2.1 镁合金的简介

1.2.2 镁合金的应用

1.2.3 压铸镁合金概况

1.2.4 压铸镁合金中的合金元素及作用

1.3.1 真空压铸的简介及特点

1.3.2 压铸件孔洞的形成机理

1.3.3 压铸件孔洞的影响因素

1.3.4国内外真空压铸技术的发展

1.4 镁合金的真空压铸技术

1.5.1 压铸充型理论

1.5.2 充型过程数值模拟

1.6.1 研究意义

1.6.2 研究内容

2 真空压铸辅助系统

2.1.1 流体动力学运动方程

2.1.2 压铸过程中的流体动力学运动方程

2.1.3 气体流动理论

2.2 抽真空过程的数学理论模型

2.2.1 负压罐抽真空过程的计算

2.2.2 模具型腔抽真空过程的计算

2.3 真空压铸辅助系统的确定

2.4 本章小结

3 可视化平台

3.1 可视化平台的工作方式

3.2 压射部分

3.3 拍摄部分

3.4 温控部分

3.5 数据采集与处理部分

3.6 可视化平台的调试

3.7 本章小结

4 实验及分析方案设计

4.1 试样及浇注系统

4.2 实验方案设计

4.2.1 充型表征方法设计

4.2.2 型腔气体压力测试实验设计

4.3 充型流动方案设计

4.4 分析方案设计

4.5 充型流动过程数值模拟

4.6 本章小结

5 结论

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士期间发表的论文题目

B. 学位论文数据集

致谢