螺旋推進(jìn)-斜坡冷卻法制備半固態(tài)坯料裝置設(shè)計(jì)及過(guò)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(diǎn)，且以上傳統(tǒng)工藝制備坯料尺寸過(guò)小。因此針對(duì)這些問(wèn)題，通過(guò)螺旋推進(jìn)和斜坡控制冷卻的雙重工藝，來(lái)制備較大尺寸的坯料以及實(shí)現(xiàn)組織的均勻性。
　　本項(xiàng)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(guò)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(shí)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(dòng)時(shí)被迅速冷卻，同時(shí)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(shù)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(jì)及雙螺桿攪拌流場(chǎng)的模擬。這套裝置主要包括動(dòng)力裝置，傳動(dòng)裝置，工作裝置及其它部分的設(shè)計(jì)和選用，其中重點(diǎn)是機(jī)筒及工作主體螺桿的設(shè)計(jì)。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(shí)，

3、在機(jī)筒中設(shè)計(jì)冷卻室和冷卻管來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)漿料的冷卻。螺桿采用自?huà)咝停嗷Ш?，具有自清潔功能，其螺桿幾何學(xué)是根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理推導(dǎo)出來(lái)，是螺桿設(shè)計(jì)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(duì)嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)螺紋流道中漿料流動(dòng)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(chǎng)、壓力場(chǎng)、粘度場(chǎng)、剪應(yīng)力場(chǎng)、漿料流動(dòng)和不同錯(cuò)列角嚙合塊的速度場(chǎng)。結(jié)果表明螺