汽車(chē)用鋁合金零件的半固態(tài)壓鑄數(shù)值模擬

王姣姣，尚淑珍，路貴民，張萬(wàn)寧，唐小玲，于建國(guó)

(1. 華東理工大學(xué) 承壓系統(tǒng)與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200237；2. 沈陽(yáng)國(guó)際工程咨詢(xún)中心，沈陽(yáng) 110014；3. 華東理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，上海 200237)

汽車(chē)用鋁合金零件的半固態(tài)壓鑄數(shù)值模擬

王姣姣1，尚淑珍1，路貴民1，張萬(wàn)寧2，唐小玲1，于建國(guó)3

(1. 華東理工大學(xué) 承壓系統(tǒng)與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200237；2. 沈陽(yáng)國(guó)際工程咨詢(xún)中心，沈陽(yáng) 110014；3. 華東理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，上海 200237)

對(duì)采用近液相線鑄造法制備的6061鋁合金半固態(tài)坯料進(jìn)行熱模擬壓縮試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)獲得的6061鋁合金不同溫度與應(yīng)變速率下的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，采用多元回歸線性方法建立能夠表征 6061鋁合金半固態(tài)變形行為的本構(gòu)方程。根據(jù)Stefan等研究學(xué)者提出的半固態(tài)漿料的表觀黏度與熱模擬壓縮試驗(yàn)中的應(yīng)變速率等參數(shù)間的關(guān)系式，對(duì)表觀黏度和剪切速率之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。應(yīng)用仿真軟件ANYCASTING模擬充填速度對(duì)6061鋁合金半固態(tài)觸變壓鑄過(guò)程的影響。結(jié)果表明：Bingham模型中表觀黏度等各個(gè)參數(shù)的確定符合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)值，為6061鋁半固態(tài)合金零件觸變壓鑄過(guò)程的研究提供了一定的理論基礎(chǔ)。

半固態(tài)6061鋁合金；本構(gòu)方程；表觀黏度；剪切速率；數(shù)值模擬

半固態(tài)金屬加工技術(shù)，因在節(jié)能、提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能、延長(zhǎng)模具壽命等方面具有普通液態(tài)和固態(tài)成形工藝無(wú)可比擬的優(yōu)越性，從其問(wèn)世之初就引起了相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)尤其是汽車(chē)工業(yè)的高度重視，得到國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注[1]。近年來(lái)，在理論、技術(shù)研究和工業(yè)化應(yīng)用上引起各國(guó)的重視。其中，鋁合金半固態(tài)觸變成形技術(shù)，因其工藝可控性強(qiáng)、過(guò)程較穩(wěn)定、易操作，被應(yīng)用于許多領(lǐng)域，尤其是在汽車(chē)、電子器件方面得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[2]。

半固態(tài)漿料含有兩相介質(zhì)，其流動(dòng)行為非常復(fù)雜，主要取決于漿料的固相體積分?jǐn)?shù)、固相顆粒形狀、成形溫度及其所固有的熱力學(xué)性能等因素。在過(guò)去的幾十年中，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，對(duì)半固態(tài)觸變成形的部分變形特點(diǎn)有了初步了解，然而，研究者[3-7]還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定論。對(duì)于穩(wěn)態(tài)而言，半固態(tài)材料存在強(qiáng)烈的剪切變稀特性，這點(diǎn)已經(jīng)得到了普遍認(rèn)可。但也存在下列現(xiàn)象：黏度隨著剪切速率的階躍變化而增加(剪切增厚變形行為)[8-11]或者黏度是個(gè)常數(shù)[4,12-13]，半固態(tài)合金是否存在屈服應(yīng)力或該應(yīng)力是否高于其物理屈服應(yīng)力仍然存在爭(zhēng)議[6,8]，從而給數(shù)學(xué)模型，即本構(gòu)方程的建立造成了一定的困難。建立本構(gòu)方程，最重要的是考慮半固態(tài)金屬漿料剪切變稀變形特性[14]，諸如塑性臨界值的存在與否、正常與非正常變形行為，即應(yīng)力—應(yīng)變速率之間硬化和軟化的關(guān)系[3,6,8]。實(shí)際上，由于實(shí)驗(yàn)得到的觸變參數(shù)存在差異，建立了多種不同的本構(gòu)方程，甚至建立了變形一段時(shí)候后得到的諸如平衡組織等的等溫穩(wěn)態(tài)條件下的本構(gòu)方程[15-16]。Bingham模型[17]是一種用得較多的經(jīng)典的本構(gòu)方程模型，其描述的是實(shí)驗(yàn)得到的穩(wěn)態(tài)黏度與剪切應(yīng)變速率之間的關(guān)系。本文作者正是應(yīng)用了該模型對(duì)汽車(chē)用鋁合金零件的半固態(tài)壓鑄成形過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。采用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)半固態(tài)金屬觸變鑄造過(guò)程進(jìn)行研究，掌握半固態(tài)合金在充填型腔時(shí)的流動(dòng)行為，指導(dǎo)半固態(tài)合金成形生產(chǎn)和模具設(shè)計(jì)、觸變鑄造工藝優(yōu)化及提高產(chǎn)品質(zhì)量等，推動(dòng)半固態(tài)金屬加工技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用具有重要的意義。

為了進(jìn)一步了解半固態(tài)變形行為，對(duì)近液相線鑄造法制備的6061鋁合金進(jìn)行了熱模擬壓縮試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得的 6061鋁合金不同溫度下單道次壓縮變形的真實(shí)應(yīng)力—真應(yīng)變曲線，應(yīng)用多元回歸線性方法建立了能夠表征 6061鋁合金半固態(tài)變形行為的本構(gòu)方程。同時(shí)，根據(jù)半固態(tài)漿料的表觀黏度與熱模擬壓縮試驗(yàn)中的應(yīng)變速率等參數(shù)間的關(guān)系式[18]，本文作者還對(duì)表觀黏度和剪切速率之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，為汽車(chē)用鋁合金零件的半固態(tài)壓鑄的模擬計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。最后，本文作者利用仿真軟件ANYCASTING對(duì)6061鋁合金半固態(tài)觸變壓鑄成形過(guò)程進(jìn)行了分析。

1 模擬方法

1.1 模擬假設(shè)

在模擬 6061鋁合金半固態(tài)觸變壓鑄充型凝固過(guò)程前，作如下幾點(diǎn)模擬假設(shè)：在模擬過(guò)程中將半固態(tài)漿料視為連續(xù)不可壓縮的金屬流體，其流動(dòng)特性由表觀黏度來(lái)表征。在模擬過(guò)程中采用的流體模型為比較典型的非牛頓流體-Bingham模型；半固態(tài)流變壓鑄成形的充型過(guò)程近似為等溫流動(dòng)。

1. 2 Bingham模型

鋁合金半固態(tài)漿料的表觀黏度與溫度、固相分?jǐn)?shù)、剪切速率等有關(guān)，基于觸變壓鑄成形瞬間充型、溫度變化小的特點(diǎn)，在模擬過(guò)程中流體模型采用Bingham模型[17]描述黏度的變化。Bingham流體與牛頓流體相比，既有相同之處，又有不同之處，相同處為剪切應(yīng)力應(yīng)變曲線呈線性關(guān)系，不同處是Bingham流體的直線不通過(guò)原點(diǎn)，且只有當(dāng)剪切應(yīng)力達(dá)到一定值后才開(kāi)始流動(dòng)，該值稱(chēng)為屈服應(yīng)力。其表達(dá)式如下：

僅當(dāng)材料所受剪應(yīng)力超過(guò)屈服應(yīng)力時(shí)才會(huì)流動(dòng)，而小于屈服應(yīng)力時(shí)材料具有彈性固體的行為，忽略時(shí)間對(duì)半固態(tài)漿料黏度的影響。

1.3 Bingham模型中的參數(shù)確定

1.3.1 熱模擬壓縮試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)所用的材料為采用近液相線半連續(xù)鑄造方法制備的6061鋁合金半固態(tài)坯料，用差熱分析法(DSC)測(cè)得該合金的固液相線溫度分別為582 ℃和652 ℃。用線切割從棒材的中徑處割取尺寸為d 8 mm×15 mm的圓柱體試樣，對(duì)該試樣進(jìn)行了熱模擬壓縮試驗(yàn)。試驗(yàn)得到的流動(dòng)應(yīng)力—應(yīng)變曲線如圖1所示。

1.3.2 本構(gòu)方程

為了綜合考慮溫度 T、應(yīng)變速率ε˙和應(yīng)變?chǔ)艑?duì)流變應(yīng)力σ的影響，文獻(xiàn)[19]給出了一種本構(gòu)關(guān)系式，

圖1 6061鋁合金在不同溫度下高溫單道次壓縮變形真應(yīng)力—應(yīng)變曲線Fig. 1 True stress—true strain curves of 6061 aluminum alloy by high temperature single pass compression experiment at different temperatures: (a) 585 ℃; (b) 595 ℃; (c) 605 ℃

如式(2)所示。

式中：a1為常數(shù)；n為應(yīng)變硬化指數(shù)；m為應(yīng)變速率敏感系數(shù)；c為溫度系數(shù)。

根據(jù)流動(dòng)應(yīng)力—應(yīng)變曲線提取數(shù)據(jù)(σ, ε, ε˙和T)，進(jìn)行多元線性回歸，回歸結(jié)果如表1所列。

表1 6061鋁合金熱壓縮變形的本構(gòu)方程的多元線性回歸結(jié)果Table 1 Multiple regression of constitutive equation of 6061aluminum alloy in hot compression deformation

因此，6061鋁合金熱壓縮變形的本構(gòu)關(guān)系可表示如下

1.3.3 表觀黏度

利用壓縮實(shí)驗(yàn)得出的位移和時(shí)間函數(shù)可以計(jì)算黏度。根據(jù)熱模擬壓縮試驗(yàn)的應(yīng)力—應(yīng)變曲線關(guān)系，在KIM 等[18]研究學(xué)者驗(yàn)證并一直被其他學(xué)者引用的Stefan方程的基礎(chǔ)上可進(jìn)一步計(jì)算出半固態(tài)壓鑄數(shù)值模擬所需的黏度等模擬參數(shù)，Stefan方程如式(4)和(5)所示，式中給出半固態(tài)漿料表觀黏度與熱模擬壓縮試驗(yàn)應(yīng)變速率等參數(shù)間的關(guān)系。KIM等[18]以及YURKO和FLEMINGS等[20]也驗(yàn)證了式(4)和(5)的可用性。

ε描述了從試樣的初始高度h0壓縮到hε，試樣在熱模擬壓縮試驗(yàn)過(guò)程相對(duì)變形。表觀黏度 ηapp與壓縮力Fε、應(yīng)變速率ε˙和試樣的體積V等有關(guān)。

與表觀黏度ηapp相對(duì)應(yīng)的剪切速率avγ˙的表達(dá)式如下：

應(yīng)變與表觀黏度和剪切速率都有關(guān)，關(guān)系式如式(4)和(5)所示。兩個(gè)公式中的應(yīng)變?chǔ)诺闹导礊闊崮M壓縮試驗(yàn)中應(yīng)力—應(yīng)變曲線峰值應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值。在熱模擬壓縮試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，得出6061鋁合金在不同溫度下高溫單道次壓縮變形真實(shí)應(yīng)力—應(yīng)變曲線，溫度和應(yīng)變速率一定，則可以唯一確定應(yīng)力—應(yīng)變曲線的峰值應(yīng)變，根據(jù)6061鋁合金半固態(tài)變形行為的本構(gòu)方程(3)及式(4)和(5)即可計(jì)算不同溫度不同應(yīng)變速率下 6061鋁合金的表觀黏度值及其剪切速率值。式(4)和(5)為汽車(chē)用鋁合金零件的半固態(tài)壓鑄的模擬計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。

由計(jì)算可知，黏度和剪切速率關(guān)系滿足冪律定律，如式(6)所示。

式中：k為稠度系數(shù)，N·sn/m2；b為流體特性指數(shù)，無(wú)因次，表示與牛頓流體偏離的程度。此兩參數(shù)表示各種材料的特性常數(shù)。由此式可知，當(dāng)b=0時(shí)，ηapp=k，即k具有黏度的量綱，此時(shí)流體為牛頓流體；當(dāng)b＜0時(shí)表示剪切變稀，即偽塑性流體；當(dāng)b＞0時(shí)表示剪切增稠，即漲塑性流體。

冪律定律兩邊同時(shí)取對(duì)數(shù)后成線性關(guān)系，如圖 2所示，黏度隨著剪切速率的升高而降低，由此可證明6061鋁合金半固態(tài)材料存在強(qiáng)烈的剪切變稀特性；溫度越高，變形阻力越低，黏度下降越明顯。冪律模型中的系數(shù)k和b分別為與固相分?jǐn)?shù)及剪切速率有關(guān)的系數(shù)，它們與溫度的關(guān)系見(jiàn)圖 3，隨著溫度的升高，稠度系數(shù)k呈下降趨勢(shì)，這是由于稠度隨溫度的升高而降低，稠度系數(shù)k的變化符合這一規(guī)律；而指數(shù)b值隨溫度的變化基本無(wú)變化，從圖3中還可以看出，指數(shù)b的值小于零，由此再一次證明了6061鋁合金半固態(tài)材料具有剪切變稀的特性，為偽塑性流體。6061鋁合金在不同剪切速率條件下，黏度隨著溫度的升高而下降，剪切速率為0.01 s-1時(shí)黏度下降最明顯，如圖4所示，同時(shí)也驗(yàn)證了6061鋁合金是一種應(yīng)變速率敏感材料。當(dāng)充型溫度為625 ℃，根據(jù)熱模擬壓縮試驗(yàn)及式(3)～(5)，可計(jì)算出各個(gè)模擬參數(shù)，計(jì)算出的表觀黏度值與從文獻(xiàn)中查到的值相符[21-22]，可以用于數(shù)值模擬計(jì)算。

圖2 6061鋁合金不同溫度下的黏度—剪切速率關(guān)系圖Fig. 2 Relationship between viscosity and shear rate of 6061 aluminium alloy at various temperatures

圖3 冪律模型中6061鋁合金常數(shù)k和b與溫度的關(guān)系圖Fig. 3 Constants (k and b) at power law of viscosity as function of shear rate of 6061 aluminium alloys according to temperatures

圖4 不同剪切速率條件下6061鋁合金黏度—溫度關(guān)系圖Fig. 4 Variation with apparent viscosity of 6061 aluminium alloys for different shear rate obtained from compression test at various temperatures

2 充型及凝固過(guò)程模擬

2.1 數(shù)值模擬工藝參數(shù)設(shè)定

利用ANYCASTING鑄造過(guò)程仿真分析軟件進(jìn)行半固態(tài)觸變壓鑄成形過(guò)程的數(shù)值模擬，實(shí)體模型如圖5所示，支架材料為6061鋁合金，熱物性參數(shù)見(jiàn)表2，模具材料為 4Cr5MoSiVl(H13)。本文作者所采用的半固態(tài)流變壓鑄模擬系統(tǒng)中，需要設(shè)置一些初始條件，包括壓射速度、澆注溫度、模具預(yù)熱溫度、傳熱系數(shù)、初始黏度等。這些初始條件共同作用，決定了成形件的質(zhì)量，壓射速度為本研究所設(shè)變量，其他數(shù)值固定，具體設(shè)置見(jiàn)表3。設(shè)定澆注溫度為625 ℃，模具的預(yù)熱溫度為220 ℃，在充型60%時(shí)進(jìn)行速度切換，進(jìn)行速度切換是為了縮短充型時(shí)間，也為終壓階段提供必要的增壓速度，使壓鑄件在高壓下凝固，以獲得組織致密、輪廓清晰、表面光潔的壓鑄件。

表2 6061鋁合金的物理性能Table 2 Physical performances of 6061 Al alloys

表3 6061鋁合金半固態(tài)壓鑄過(guò)程數(shù)值模擬參數(shù)Table 3 Constitutive parameters simulation of semi-solid die-casting process of 6061 Al alloy

由傳統(tǒng)鑄造經(jīng)驗(yàn)可知：低速一般為0.3～0.5 m/s，高速為2～4 m/s，好的壓鑄機(jī)能達(dá)到10 m/s。由于半固態(tài)漿料中含有一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的固相，漿料黏度比傳統(tǒng)鑄造高，半固態(tài)漿料壓鑄時(shí)，低速壓射階段的壓射速度可比液態(tài)金屬壓鑄時(shí)快些，高速壓射階段的壓射速度要比液態(tài)金屬壓鑄時(shí)慢些[23]。為了研究低速壓射速度對(duì)充型過(guò)程的影響，假設(shè)高速壓射速度為2 m/s，低速壓射速度分別為0.6、0.5、0.4 m/s。在研究高速階段壓射速度的影響時(shí)，低速階段壓射速度為0.4 m/s，設(shè)定高速階段壓射速度分別為2、3、4 m/s。

圖5 6061鋁合金半固態(tài)壓鑄過(guò)程數(shù)值實(shí)體模型Fig. 5 Entity model used for simulation of semi-solid die-casting process of 6061 Al alloy

2.2 模擬結(jié)果與分析

2.2.1 壓射速度的影響

圖6所示為高速壓射速度為2 m/s、低速壓射速度分別為0.6、0.5、0.4 m/s時(shí)半固態(tài)金屬漿料的充型順序圖，均是在充型60%時(shí)進(jìn)行速度切換，已充型20%時(shí)的模擬結(jié)果。當(dāng)漿料充型填充到零件相同部位(充型20%)時(shí)，充填速度越快所需的時(shí)間越短，充型速度為0.6、0.5及0.4 m/s時(shí)，所需的充型時(shí)間分別為0.081 8、0.086 7及0.088 2 s，如圖6(a)、(b)和(c)所示。當(dāng)壓射速度為0.6、0.5 m/s時(shí)，金屬漿料通過(guò)內(nèi)澆口后速度增快，金屬漿料將向上充填型腔，一部分金屬漿料沿著型腔壁向上充填型腔，另一部分金屬漿料將回流向內(nèi)澆口處充填，如圖6(a)和(b)中所示，漿料以紊流的方式充填型腔，充型面非常不平穩(wěn)，同時(shí)漿料發(fā)生噴濺，在內(nèi)澆口附近產(chǎn)生渦流，這種充填順序易使回流的金屬漿料包裹氣體，不利于型腔內(nèi)氣體的排出，造成鑄件內(nèi)部夾氣、疏松等缺陷，嚴(yán)重影響半固態(tài)壓鑄件的質(zhì)量，速度越高，這種現(xiàn)象越明顯，如圖 6(a)和(b)所示。

當(dāng)?shù)退賶荷渌俣葹?.4 m/s時(shí)，由于速度較低，金屬漿料通過(guò)內(nèi)澆口后首先在內(nèi)澆口附近堆積，金屬漿料流動(dòng)平穩(wěn)，由下向上順序充填型腔，這種充填狀態(tài)有利于氣體的排出，減少了包裹氣體的傾向，是比較理想的充填過(guò)程，如圖6(c)所示。

綜合以上分析可知，低速階段的壓射速度不能過(guò)快，否則，半固態(tài)金屬漿料將在高速作用下發(fā)生噴濺，以紊流的方式充填型腔。低速階段的壓射速度為 0.4 m/s時(shí)，半固態(tài)金屬漿料充型過(guò)程較為理想。

圖7所示為高速階段壓射速度分別為2、3和 4 m/s，低速階段壓射速度為0.4 m/s時(shí)半固態(tài)金屬漿料充型過(guò)程的充型順序圖，均是在充型60%時(shí)進(jìn)行速度切換，已充型90%時(shí)的模擬結(jié)果。圖中左邊的顏色條及數(shù)字表示漿料填充到零件各個(gè)部位所需的時(shí)間，比如藍(lán)色表示的填充部位為澆注系統(tǒng)料餅部位，所需的時(shí)間大致為0～0.02 s。紅色表示漿料最后到達(dá)的部位，顏色條最上面的數(shù)字即表示充型結(jié)束的時(shí)間(如當(dāng)速度從0.4 m/s切換至4 m/s時(shí)，充型完成所需的時(shí)間為0.176 05 s，如圖7(a)所示)。圖6僅表示已充型20%的模擬結(jié)果，漿料還沒(méi)到達(dá)最后填充部位，所以圖6中顯示的漿料顏色沒(méi)有紅色。

當(dāng)速度從0.4 m/s切換至4 m/s和3 m/s時(shí)，如圖7(a)和(b)所示。由于充填速度較快， 金屬漿料獲得較高的動(dòng)能，很容易發(fā)生噴濺，有包裹氣體的現(xiàn)象，半固態(tài)漿料以紊流的方式充填型腔，內(nèi)部明顯有氣孔出現(xiàn)，并且充型速度大對(duì)模具的沖擊較大，會(huì)降低模具的使用壽命。通過(guò)模擬可以看到，隨著壓射速度的增大，由于充型過(guò)程中漿料內(nèi)流動(dòng)引起的剪切作用增強(qiáng)，使半固態(tài)漿料的黏度逐步降低，流動(dòng)明顯加快，漿料容易出現(xiàn)噴濺現(xiàn)象，并形成卷氣，如圖7(a)和(b)所示，使得零件接近溢流槽的區(qū)域在凝固時(shí)由于無(wú)法得到液相的補(bǔ)充而形成縮松或縮孔。

圖7(c)所示為速度從0.4 m/s切換到2 m/s時(shí)，半固態(tài)金屬漿料首先以低速通過(guò)內(nèi)澆口后，在內(nèi)澆口附近堆積充填型腔，金屬漿料以層流的方式流動(dòng)，逐次充滿型腔。從圖 7(c)中可以看出，漿料在填充接近溢流槽的部位沒(méi)有噴濺現(xiàn)象發(fā)生，半固態(tài)漿料流動(dòng)平穩(wěn)，模具型腔內(nèi)的氣體能夠被順序排出，金屬漿料不易發(fā)生回流， 降低了漿料包裹氣體的傾向性。這種充填過(guò)程是比較理想的充填過(guò)程。

圖6 低速壓射階段充型過(guò)程Fig. 6 Filling process during low filling speed: (a) 0.6 m/s; (b) 0.5 m/s; (c) 0.4 m/s

圖7 高速壓射階段充型過(guò)程Fig. 7 Filling process during high filling speed: (a) 4 m/s; (b) 3 m/s; (c) 2 m/s

對(duì)于半固態(tài)壓射速度確定的一般原則是：低速壓射階段的壓射速度可比液態(tài)金屬壓鑄時(shí)快些，高速壓射階段的壓射速度要比液態(tài)金屬壓鑄時(shí)慢些[23]。根據(jù)鑄造經(jīng)驗(yàn)值，低速為0.3～0.6 m/s，高速為2～4 m/s。分析結(jié)果表明，速度從0.4 m/s切換到2 m/s時(shí)更有利于氣體的排出，半固態(tài)金屬漿料充型過(guò)程較為理想，數(shù)值模擬得出的結(jié)果與上述原則相符。

3 結(jié)論

1) 對(duì)近液相線鑄造法制備的6061鋁合金進(jìn)行了熱模擬壓縮試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得的6061鋁合金不同溫度下單道次壓縮變形的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，應(yīng)用多元回歸線性方法建立的能夠表征6061鋁合金半固態(tài)變形行為的本構(gòu)方程如下：

2) 基于6061鋁合金半固態(tài)變形行為的本構(gòu)方程和Stefan等研究學(xué)者提出的半固態(tài)漿料的表觀黏度與熱模擬壓縮試驗(yàn)中的應(yīng)變速率等參數(shù)間的關(guān)系式可知：黏度隨著剪切速率的升高而降低，溫度越高，變形阻力越低，黏度下降越明顯；6061鋁合金在不同剪切速率條件下，黏度隨著溫度的升高而下降，剪切速率為0.01 s-1時(shí)黏度下降最明顯。

3) 在半固態(tài)觸變充型過(guò)程中，由于漿料的入流速度直接影響充填流態(tài),進(jìn)而影響半固態(tài)制件的成形質(zhì)量。壓鑄溫度625 ℃，模具溫度220 ℃，低速階段的壓射速度0.4 m/s，高速階段的壓射速度2 m/s，在充型60%時(shí)進(jìn)行速度切換，半固態(tài)漿料將以層流方式充填型腔，充型完好。

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Numerical simulation of semi-solid die-casting process of automobile aluminum alloy part

WANG Jiao-jiao1, SHANG Shu-zhen1, LU Gui-min1, ZHANG Wan-ning2, TANG Xiao-ling1, YU Jian-guo3
(1. Key Laboratory of Pressure Systems and Safety, Ministry of Education,East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China;2. Shenyang International Engineering Consulting Center, Shenyang 110014, China;3. School of Resource and Environmental Engineering, East China University of Science and Technology,Shanghai 200237, China)

The thermal simulation compression tests on semi-solid billet of 6061 aluminum alloy prepared by near-liquids semi-continuous casting method were carried out. According to the experiment results of the stress-strain curves at different temperatures and strain rates, the constitutive equation of semi-solid 6061 aluminum alloy was established through multiple regressions. The relationship between apparent viscosity and the shear rate was investigated based on the equations about semi-solid slurry viscosity and shear rate in the thermal simulation compression tests presented by Stefan. The software ANYCASTING was applied to simulate and analyze the effects of the filling speed on the semi-solid die-casting process of 6061 aluminum alloy. The results show that, the parameters determination of Bingham model, such as apparent viscosity, is adjusted empirically during the simulation study, which provides a technological reference for the study of semi-solid die-casting simulation of 6061 aluminum alloy parts.

semi-solid 6061 aluminum alloy; constitutive equation; apparent viscosity; shear rate; numerical simulation

TG292

A

1004-0609(2012)04-1045-08

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51104065)

2011-03-07；

2011-11-15

尚淑珍，講師，博士；電話：021-64252601；E-mail: shangshuzhen@ecust.edu.cn

(編輯 李艷紅)