圓錠電磁鑄造電磁力數(shù)值計(jì)算及金屬電磁成型性研究.pdf

1、電磁鑄造技術(shù)是建立在電磁流體力學(xué)基礎(chǔ)上,并與冶金工程相結(jié)合的先進(jìn)材料加工方法.由于生產(chǎn)的鑄錠具有表面光亮、缺陷少、組織致密、機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn),電磁鑄造技術(shù)已成為鋁合金生產(chǎn)的主要方法.隨著鋁合金電磁鑄造技術(shù)的日益完善,以及電磁鑄造生產(chǎn)的鑄錠的優(yōu)越性,鋼、銅及鎂合金都已成為電磁鑄造實(shí)驗(yàn)與研究的對(duì)象.電磁鑄造的關(guān)鍵技術(shù)在于金屬熔體在電磁場(chǎng)作用下的無(wú)接觸立柱成型.由于不同金屬具有不同的物性參數(shù),因而電磁成型可行性及難易程度各不相同.本文以獲得不

2、同金屬電磁鑄造成型實(shí)驗(yàn)參數(shù)為著眼點(diǎn),采用數(shù)值計(jì)算、數(shù)學(xué)分析以及實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法對(duì)不同金屬的電磁鑄造成型可行性及難易程度進(jìn)行了研究.論文主要包括以下內(nèi)容:從電磁鑄造基本原理出發(fā),建立了圓錠電磁鑄造電磁力數(shù)值計(jì)算模型,該計(jì)算模型在計(jì)算電磁力時(shí)考慮了磁場(chǎng)分布梯度對(duì)電磁力大小及分布的影響.采用互感耦合模型對(duì)不同金屬熔體內(nèi)磁場(chǎng)分布以及感應(yīng)器傾角、感應(yīng)器電流及頻率對(duì)磁場(chǎng)分布的影響進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算研究;并在電磁場(chǎng)計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上,采用電磁力計(jì)算模型計(jì)

3、算研究了不同條件下金屬熔體內(nèi)電磁力分布規(guī)律.通過(guò)研究不同條件下熔體內(nèi)電磁壓力與液柱靜壓力的平衡關(guān)系,對(duì)鋁、銅、鋼及鎂鋁合金電磁鑄造成型的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行研究,計(jì)算得到了鋁、銅、鋼及鎂鋁合金實(shí)現(xiàn)電磁鑄造成型所需的磁感應(yīng)強(qiáng)度.以金屬電磁鑄造成型基本條件為依據(jù),提出了判定不同金屬電磁鑄造成型可行性與難易程度的無(wú)量綱判據(jù).利用該判據(jù)對(duì)不同條件下金屬的電磁成型可行性進(jìn)行分析,得到了不同金屬電磁成型所需磁感應(yīng)強(qiáng)度,所得結(jié)果與電磁力數(shù)值計(jì)算方法所得結(jié)果基

4、本吻合.實(shí)驗(yàn)研究了鋁、錫鉛合金的電磁約束成型可行性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果基本吻合,從而驗(yàn)證了電磁成型無(wú)量綱判據(jù)的實(shí)用性.電磁成型無(wú)量綱判據(jù)及電磁力數(shù)值計(jì)算結(jié)果指出,不同金屬電磁鑄造成型時(shí)所需磁感應(yīng)強(qiáng)度不同:以50mm高的液柱為標(biāo)準(zhǔn),鋁電磁成型所需磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.045~0.05T;而鋼的約為0.08~0.085T,銅的約為0.094~0.099T;而鎂鋁合金則較小,約為0.038~0.043T;研究表明,金屬電磁鑄造所需感應(yīng)器電流及磁感應(yīng)