螺旋推進-斜坡冷卻法制備半固態(tài)坯料裝置設計及過程模擬.pdf

1、半固態(tài)坯料的制備方法有很多種，例如機械攪拌法、應變誘發(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-斜坡控制冷卻半固態(tài)坯料的制備技術，是一種全新的半固態(tài)制坯技術。漿料通過傾斜的機筒，在螺旋推進作用下，在近固相

2、的條件下，快速進入到坯料結晶器，結晶器可實現(xiàn)水冷卻，得到均勻、細密的坯料組織。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小的球形晶。
　　本課題主要任務是裝置的設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計和選用，其中重點是機筒及工作主體螺桿的設計。采用組合式機筒，在保證加工工藝和提高工作效率的同時，

3、在機筒中設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，其螺桿幾何學是根據(jù)相對運動原理推導出來，是螺桿設計的基礎。采用同向旋轉螺桿，以提供更大的剪切速率，可以更好的細化晶粒。本文對嚙合同向雙螺桿擠出機螺紋流道中漿料流動進行了三維非牛頓等溫模擬。由雙螺桿幾何學建立了螺桿的數(shù)學模型，應用ANSYS軟件進行有限元求解，得到螺紋流道的速度場、壓力場、粘度場、剪應力場、漿料流動和不同錯列角嚙合塊的速度場。結果表明螺