螺旋推進(jìn)-斜坡冷卻法制備半固態(tài)坯料裝置設(shè)計及過程模擬.pdf

1、半固態(tài)坯料的制備方法有很多種，例如機(jī)械攪拌法、應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法、噴射沉積法、超聲波處理法、粉末冶金法等。但這些傳統(tǒng)工藝或者適用合金范圍小，或者存在自身難以克服的缺點，且以上傳統(tǒng)工藝制備坯料尺寸過小。因此針對這些問題，通過螺旋推進(jìn)和斜坡控制冷卻的雙重工藝，來制備較大尺寸的坯料以及實現(xiàn)組織的均勻性。
　　本項目研究的螺旋推進(jìn)-斜坡控制冷卻半固態(tài)坯料的制備技術(shù)，是一種全新的半固態(tài)制坯技術(shù)。漿料通過傾斜的機(jī)筒，在螺旋推進(jìn)作用下，在近固相

2、的條件下，快速進(jìn)入到坯料結(jié)晶器，結(jié)晶器可實現(xiàn)水冷卻，得到均勻、細(xì)密的坯料組織。漿料在傾斜管中流動時被迅速冷卻，同時受到重力的剪切和螺桿的剪切攪拌作用，形核率非常大，粗大枝晶被打碎，半固態(tài)合金逐漸由樹枝晶演化為細(xì)小的球形晶。
　　本課題主要任務(wù)是裝置的設(shè)計及雙螺桿攪拌流場的模擬。這套裝置主要包括動力裝置，傳動裝置，工作裝置及其它部分的設(shè)計和選用，其中重點是機(jī)筒及工作主體螺桿的設(shè)計。采用組合式機(jī)筒，在保證加工工藝和提高工作效率的同時，

3、在機(jī)筒中設(shè)計冷卻室和冷卻管來實現(xiàn)對漿料的冷卻。螺桿采用自掃型，相互嚙合，具有自清潔功能，其螺桿幾何學(xué)是根據(jù)相對運動原理推導(dǎo)出來，是螺桿設(shè)計的基礎(chǔ)。采用同向旋轉(zhuǎn)螺桿，以提供更大的剪切速率，可以更好的細(xì)化晶粒。本文對嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)螺紋流道中漿料流動進(jìn)行了三維非牛頓等溫模擬。由雙螺桿幾何學(xué)建立了螺桿的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用ANSYS軟件進(jìn)行有限元求解，得到螺紋流道的速度場、壓力場、粘度場、剪應(yīng)力場、漿料流動和不同錯列角嚙合塊的速度場。結(jié)果表明螺