[发明专利]一种合金半固态流变成形的分析及流变成形数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种合金半固态流变成形的分析及流变成形数值模拟方法，该模型简单、准确、参数少，可精确反映金属半固态浆料固相率＜70%时温度(固相率)‑剪切速率‑黏度三者之间关系，精确反映非牛顿流体流动剪切过程黏度动态变化情况。将该黏度模型与流体力学及流动基本方程耦合，建立金属流变成形过程数学模型，可用于金属半固态流变成形数值模拟，不仅可准确获取流变成形过程半固态浆料流动特点、充型和凝固规律及缺陷预测，而且有利于成形工艺和模具设计优化，对半固态浆料制备、输送和流变成形全过程的精确控制有着良好的指导作用。

技术领域

本发明涉及镁或铝合金性能测定技术，特别是涉及一种合金半固态流变成形的分析及流变成形数值模拟方法。

背景技术

半固态成形是一种先进的金属成形技术，半固态浆料在压力下的成形过程复杂，浆料流动和成形过程的数值模拟技术发展较晚。从上世纪90年代开始，国内外学者对半固态金属浆料成形过程进行了数值模拟。采用数值模拟有助于优化半固态金属成形工艺、模具设计及缺陷预测，促进半固态成形的研究和应用。目前对半固态成形过程的模拟大多立足于一些商业化有限元或有限差分软件，如Magmasoft、Procast、ANSYS等，模拟结果尚不能准确描述半固态成形过程中的一些现象，比如浆料的流动特点和充型规律等。

半固态金属浆料表观粘度模型的建立一直是半固态成形加工过程数值模拟技术研究的热点。目前人们在对半固态浆料成形行为大量研究工作的基础上，提出了几种不同的表观粘度模型，大致可分为两类：(1)稳态流变行为的数学模型；(2)非稳态流变行为的数学模型。但是目前所提出的黏度模型仍难以准确反映出半固态浆料的流变性和触变性。半固态金属浆料流变行为的表观粘度数学模型的建立是半固态金属成形加工过程进行数值模拟的先决条件，直接关系到模拟结果准确与否。从目前资料反映的情况看，半固态金属浆料的表观粘度数学模型描述虽然取得了一些成果，但是由于半固态金属浆料流变行为的复杂性，普遍使用且能正确描述半固态金属浆料流变行为的统一表观粘度并没有建立。

发明内容

针对上述存在的问题和不足，本发明提供一种合金半固态流变成形的分析及流变成形数值模拟方法，以满足半固态浆料制备和流变成形模拟仿真，准确反映浆料特性、充填和凝固规律及缺陷预测。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种合金半固态流变成形的分析方法，所述方法具体包括以下步骤：

S1)采用黏度仪采集待分析的半固态合金在不同温度T和不同剪切速率γ下的黏度值μ；

S2)将S1)获得到待分析的半固态合金的数据输入到金属半固态黏度模型中，通过拟合计算，获得待分析的半固态合金的η₁，μ”，μ₁，n₁，n₂，n₃和k的值，获得待分析半固态合金的黏度模型。

进一步，所述金属半固态黏度模型的数学表达式为：

式中，μ为合金浆料黏度，μ”为剪切速率无穷大时合金浆料稳态黏度，μ₁为无剪切时合金浆料黏度，η₁为相转换系数，γ为剪切速率，k为幂指数，且1＜k＜3，T为浆料温度，n₁，n₂和n₃为常数。

进一步，所述模型适用于描述固相率≤70％时的半固态合金浆料黏度。

进一步，所述半固态温度区间为≥20℃。

进一步，所述半固态合金浆料为铝合金或镁合金。

本发明还提供一种用于半固态流变成形数值模拟方法，所述模拟方法的具体方法为：

S1)将流体力学及流动方程与获得所述半固态合金的黏度模型进行耦合，建立金属半固态流变成形过程数学黏度模型；