液态模锻模具关键参数的设计准则研究

摘要

液态模锻凭借其诸多优点在近些年得到了迅速发展。随着液态模锻工艺在高温金属材料领域应用研究的增多，模具寿命低和模具设计准则不规范成了影响液态模锻技术推广应用的限制环节，同时也是构成液态模锻产品成本的重要方面，液态模锻模具在服役过程中所经受的高温高压作用是造成模具失效的根本原因，同时也是液态模锻模具设计必须要考虑的方面。本文采用理论推导与实验验证相结合的方法对液态模锻模具关键参数的设计准则进行研究分析。
　　通过对不同形状压室内凝固壳长大规律的分析，得到了圆柱形压室的热量损失最少、金属利用率最高的压室设计准则;通过对金属液过热量对破碎凝固壳重熔作用的分析，得到了消除液锻件中冷夹层的数学模型;结合PC200一模两件异向充填间接液锻模具、一模四件截齿液锻模具和轮型件液锻模具进行了验证。
　　以运动副压头-压室为例，结合液态模锻服役过程中的高温高压作用，通过理论分析得到了运动副压头-压室的间隙设计准则。结合针对ZG55SiMn轮形件设计的液态模锻模具，对ZG55SiMn材料和6066铝合金两种材料进行了验证，实验过程中发现ZG55SiMn材料压头-压室间隙处无漏液现象，而6066铝合金发生了漏液现象。针对不同的两种材料对间隙进行了核算，发现6066铝合金的间隙要小于ZG55SiMn的间隙。
　　以合金熔体在圆管内充型为例，结合合金熔体流变充型过程中粘度的变化，通过理论分析导出了可以定量表征合金熔体充型能力的极限充型长度的数学模型。通过对不同形状的内浇道内合金熔体流变充型过程的物理分析，结合间接液锻补缩条件，得到了充型过程的力学条件和定量表征内浇道设计准则的数学模型。该模型包括了设备参数、工艺参数、材料参数和模具参数，通过实验验证，可以用来指导液态模锻模具设计、设备选型。
　　通过对液态模锻模具温度场的分析，结合高温高压作用下模具的受力分析，得到了液态模锻冷却系统的设计准则。以轮形件液态模锻模具为实验模具，以ZG55SiMn为实验材料，对冷却系统进行了验证。验证结果表明:通过设计准则计算和设计的实验模具，在实验过程中能够很好的控制模具温度。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 液态模锻技术概述

1．2 液态模锻设备现状

1．3 液态模锻工艺设计研究现状

1．4 液态模锻模具研究现状

1．5 液态模锻应用前景

1．6 论文的研究目标、内容和意义

1．6．1 目标和意义

1．6．2 主要研究内容

2 间接液态模锻压室设计研究

2．1 压室设计的必要性

2．2 凝固壳厚度的计算与推导

2．3 压室几何尺寸设计

2．3．1 压室内径和高度的设计

2．3．2 压室壁厚的计算

2．4 压室内激冷层的运动分析及消除激冷层的温度条件

2．5 应用与验证

3 运动副间隙设计研究

3．1 热作用下材料弹性模量的变化

3．2 热作用对压头和压室尺寸的影响

3．3 液锻力对压头-压室尺寸的影响

3．4 热力耦合作用下对压头-压室尺寸的影响

3．5 压头-压室的最大间隙

3．6 应用与讨论

4 内浇道设计准则研究

4．1 内浇道设计的必要性

4．2 内浇道类型及其位置设计

4．3 内浇道等效直径设计——与最大充型速度相关

4．3．1 单位充型长度上的压降

4．3．2 内浇道等效直径的计算

4．4 内浇道极限长度设计

4．4．1 节流面积的计算

4．4．2 间接液锻的补缩力学条件

4．4．3 内浇道极限长度设计

4．5 应用与讨论

5 液态模锻冷却系统设计研究

5．1 冷却系统设计的必要性

5．2 对模具温度控制的要求

5．3 冷却系统设计的基本思想

5．4 模具温度场分析

5．4．1 模具一维瞬态温度场分析

5．4．2 铸件／模具界面热阻对模具温度场的影响

5．5 确定冷却水道位置和间距

5．5．1 确定冷却水道的间距

5．5．2 确定冷却水道的距离型腔表面的距离

5．6 计算冷却系统冷却介质流量

5．6．1 铸件产生的总热量

5．6．2 冷却介质带走的热量

5．7 应用与讨论

6 结论

参考文献

作者简历

学位论文数据集