ZM6镁合金铸件应力与工艺特性分析

发布时间：2020-10-27 21:09

　　 ZM6镁合金是在实际航天航空材料中应用广泛的材料,航空航天领域应用的铸件多以复杂件为主,其中壁厚突变结构常见于各类薄壁复杂构件中。壁厚突变结构因其各部位凝固时间差异且受到机械阻碍的影响,故而为充型凝固过程的控制带来了困难,部分位置产生了应力集中,影响铸件的使用寿命等。目前对于ZM6镁合金构件的应力研究不系统,缺乏过程控制的依据。因此本文针对复杂构件中常见的壁厚突变结构,开展ZM6镁合金铸件应力的工艺基础研究,内容如下:本文通过对粘弹塑性力学模型中Perzyna模型公式进行转化,设计常温、高温实验并根据实验结果转化计算应力场模型计算所需参数。使用Pro CAST模拟软件,分别采用线弹性、弹塑性和粘弹塑性模型对热裂进行应力场模拟,进行浇注实验,比较模拟数据与实际数据。结果表明:ZM6应力场模拟中粘弹塑性力学模型更精确。针对典型壁厚突变结构-工字型构件,分析了铸件结构对应力场的影响规律。结果表明:壁厚比控制在1/2到3/4的区域内可以有效避免因冒口对温度梯度影响造成的热裂;过渡结构对于受到冒口影响的顶部和芯部应力有较好的削弱,45°三角形过渡结构对两个位置的应力分别削弱了37.77%和54.92%。分析了铸造工艺中加强筋厚度与冷铁厚度对应力场的影响规律。结果表明:壁厚比1/5的加强筋设置方式对于交界面的应力有一定的削弱作用;冷铁的设置会增大壁厚突变交界面附近的应力。但冷铁的厚度对应力峰值影响不大。进行了实际浇注,通过激光散斑-小孔测量的应力值与模拟结果对比,验证了铸造工艺对应力场的影响规律。最后,分析了实际机匣构件中进行铸造工艺优化前后应力的变化规律:实际机匣构件中厚壁处安放的冷铁增加了壁厚突变交界面应力,计算得到应力值增加了6.85%。在温度梯度较大的壁厚突变部位添加加强筋,应力值削弱了21.8%。模拟结果与铸造工艺对工字型应力场的影响规律有较好的匹配。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG292
【部分图文】：

热粘弹性模型、热弹塑性模型和热粘弹塑性模型、Heyn 模内状态变量模型等[25]。其中热弹性模型、热粘弹性模型、热性模型都属于热粘弹塑性模型的范畴，通过设置材料合适数可以从一个模型转化到另一个模型。其中热弹塑性模型接计入粘性效应，它认为材料屈服前为弹性，屈服后为塑是温度的函数，且当材料接近熔点时，弹性模量与屈服应力程应力数值模拟中一般将热弹塑性模型中的材料非线性问即将应力-应变曲线简化为双线性，弹性阶段和塑性阶段都/应变模型初始用于土壤等地质问题[26,27]，后来，随着高分展，以及对高温下的金属的研究的展开，粘弹塑性理论有着此，开展对于粘弹塑性理论的研究，对于工业、工程和理论义[28]。性模型可由弹性元件、阻尼器和塑性元件组合而成，下图式，阻尼器与塑性元件并联，再与弹簧串联[29]。

图 1-2 通过改进后的力学模型计算温度-应力与实际对比[38]人使用经典弹塑性模型来预测压铸件的残余应力和变形，根 ANSYS 模拟软件探究不同几何形状铸件的变形行为，结果结构，影响应力和变形的因素不用。对于厚壁铸件，零件冷重要的过程影响，在水中淬火的样品的应变约为通过自然应变的两倍。对于薄壁铸件，模具的充型时间是对铸造变形形行为也受合金成分，特别是合金延展性以及热膨胀系数的Mg 和 AlSi12(Fe)两种材料，变形的灵敏度受铸造合金材料特AlSi12(Fe)合金具有比 AlSi10MnMg 合金更低的热膨胀和更高和计算的应变值结果更低[40]。Iwata1 阐明了铝合金铸造过程中壳模开裂的机理及预测裂纹于实验相结合，浇注三组实验并通过在外表面的三个位置从而获得杯形模具的应变曲线，根据验证的模拟结果提出据公式[41]。国外目前的研究主要针对热-力耦合模型对铸件

图 1-3 模拟与测量的时间-应变对比图像[41] 铸件凝固过程应力场数值模拟国内研究现状在国内，大连理工大学的郑贤淑、金俊泽等[42,43]，在 20 世纪 80 年应力场数值模拟研究，研究了铸型对铸造过程的阻碍应力计算模型均参量为基础并利用所预设的加权平均参量对大型铸件的铸造过过程并优化了工艺参数。第一次在国内提供了大型铸件的热裂判法。随后刘弛[44]通过研究应力框的热节处应力应变的变化得到热部分的最大残余应力应变，而由于应变在热节处发生，所以会导致是由于热节处的温度梯度最大，而温度梯度越大冷却速度越不均度越大，导致成形后残余应力越大。廖敦明[45]等开发了采用 FDM 进行铸件热应力场模拟软件包，使得采用相同的 FD 网格，从而避免了 FDM/FEM 等不同模型之间结使流动场、温度场、应力场统一于有限差分模式下，技术路线如
【参考文献】

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1 房元明;徐骏;高志华;张志峰;;浇注温度对7075铝合金连杆压铸件缺陷及组织的影响[J];特种铸造及有色合金;2015年11期

2 李轶楠;姜文勇;辛北平;赵思聪;商继章;;低温预时效对ZM6镁合金组织和性能的影响[J];特种铸造及有色合金;2015年10期

3 徐秀玲;张婷;;基于AnyCasting的镁合金盖罩压铸件充型流场数值模拟[J];热加工工艺;2015年11期

4 S.Y.Kwak;H.Y.Hwang;C.Cho;;Thermal stress analysis method considering geometric effect of risers in sand mold casting process[J];China Foundry;2014年06期

5 石远进;马波;;某大型精密铸钢件铸造裂纹仿真分析及改善[J];特种铸造及有色合金;2014年03期

6 徐耀增;杜振拴;宋绪丁;;离心铸造凝固过程的流场和温度场数值模拟[J];热加工工艺;2012年21期

7 陈涛;廖敦明;庞盛永;周建新;;有限差分法铸造热应力模拟的铸件变形显示技术研究[J];铸造;2012年10期

8 于彦东;崔林林;李超;乔昕;王松涛;;ZM6镁合金大型薄壁铸件数值模拟[J];铸造;2012年04期

9 王狂飞;周志杰;王有超;米国发;;铸造镁合金ZM6砂型铸造工艺研究[J];热加工工艺;2011年19期

10 ;Using finite difference method to simulate casting thermal stress[J];China Foundry;2011年02期

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10 杜建锋;ZM6合金组织及高温性能研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

本文编号：2859069