《大型複雜鋁合金零件擠壓鑄造精確成形的技術基礎研究》是依託華南理工大學，由李元元擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：大型複雜鋁合金零件擠壓鑄造精確成形的技術基礎研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：李元元
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
擠壓鑄造是結合鑄造和塑性加工特點的短流程、高效、精確成形技術，可套用於汽車、航空、航天、國防等領域生產高精度和高性能的大型輕合金零件。本項目擬研究擠壓鑄造的鋁合金材料成分－工藝－組織－性能內在關係、大型複雜零件成形規律、工藝最佳化、數值模擬、成形設備壓射系統的最佳化設計理論與方法。揭示擠壓鑄造條件下兼顧力學性能和成形性能的鋁合金材料凝固組織形成及演變機制；闡明大型複雜零件外擠壓力下傳熱與凝固行為、壓力傳遞與衰減規律，提出鑄件缺陷預防、組織性能及尺寸精度控制的關鍵技術；完成外擠壓力下對流、非穩態傳熱、結晶凝固、熱粘彈/塑性變形多場耦合的數值模擬；總結壓射系統工作過程中的熱變形規律，並提出相應的設計與控制方法。本項目可望在大型複雜輕合金零件精確鑄造的關鍵技術與套用基礎理論方面取得突破，提高我國，特別是廣東省零部件產業的自主創新能力，推動相關產業的結構調整和最佳化升級。
結題摘要
擠壓鑄造是結合鑄造和塑性加工特點的短流程、高效、精確成形技術，可套用於汽車、航空、航天、國防等領域生產高精度和高性能的輕合金零件。隨著結構件向大型化、複雜化、高性能化和輕量化發展，迫切需要從材料、成形工藝、數值模擬、成形設備等方面開展技術基礎研究，實現大型複雜輕合金零件擠壓鑄造精確成形規模化套用。本項目組在NSFC-廣東聯合基金項目（U1034001）的資助下，取得了以下重要成果：（1）研製了一種高強韌擠壓鑄造Al-Zn-Mg系鋁合金，其抗拉強度的典型值為520MPa，伸長率典型值達到了15.8%。（2）系統研究了鐵在擠壓鑄造Al-Cu合金中的存在形式和作用機制，為獲得高性能、低成本的擠壓鑄造鋁合金開闢了新的途徑。（3）針對一種高強韌擠壓鑄造鋁銅合金，通過低周疲勞性能測試和組織分析，揭示了擠壓壓力對合金低周疲勞行為的影響，豐富了該合金的力學性能資料庫。（4）考察了工藝參數和鑄件壁厚對擠壓鑄造鋁銅合金凝固組織形成的影響規律，分析了擠壓鑄造條件下偏析、縮孔、熱裂等鑄造缺陷的形成機理，可為擠壓鑄造工藝參數最佳化提供理論指導。（5）提出了一種新的複合擠壓鑄造工藝，該工藝具有擠壓力傳遞距離短、建壓速度快、壓力損失少、成形效率高等優點，有利於大型複雜零件的擠壓鑄造成形。（6）在分析金屬熔體擠壓鑄造條件下的傳熱、壓力傳遞、凝固體積收縮和鑄件/模具邊界接觸、不同狀態金屬變形特徵的基礎上，建立了擠壓鑄造熱力耦合數學模型，並進行了有限元求解和實驗驗證。研究結果表明，熱-力耦合數值模擬動態模型可以更合理、準確地描述擠壓鑄造過程中鑄件的凝固行為和力學行為。（7）建立了壓射系統的非穩態傳熱、變形、流動多場耦合數值計算模型，進行了壓射過程的數值模擬，研究了壓室與沖頭在壓射成形各個時刻的溫度與變形分布，以及兩者之間配合間隙的動態變化，並結合機械可靠性理論進行了壓射機構卡擦可靠性分析，提出了有利於保證壓射系統工作的穩定性和精度的結構改進。已在國內外學術期刊和學術會議發表論文44篇，被SCI收錄9篇、EI收錄19篇、ISTP收錄8篇，申請發明專利18件，其中5件已獲授權。研究成果為我國大型複雜鋁合金零件擠壓鑄造成形技術的工業套用奠定了理論和技術基礎。
