(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111604732.8 (22)申请日 2021.12.24 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 (72)发明人 李小强　杨立栋　潘存良　王令姣　 朱德智　屈盛官　 (74)专利代理 机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 代理人 林奕聪 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/18(2020.01) (54)发明名称 基于半固态粘度方程的数值模拟技术制造 半固态铝合金挤压铸造零件的方法 (57)摘要 本发明公开了基于半固态粘度方程的数值 模拟技术制造半固态铝合金挤压铸造零件的方 法。 包括以下步骤： 将7050半固态铝合金材料进 行热压缩试验， 测得其真应力 ‑真应变曲线； 将获 得的真应力 ‑真应变数据进行转换计算， 建立 7050半固态铝合金的粘度方程； 建立待加工零件 模具的三维模 型， 将建立的半固态粘度方程输入 到数值模拟软件中， 并添加实际生产成型过程中 的工况条件， 包括环境参数及材料的热物性参数 等。 对零件和模具进行装配并进行网格划分； 输 入挤压铸 造工艺参数并进行计算， 得到数值模拟 挤压铸造结果。 本发明采用导入自己测试拟合的 半固态粘度方程进行挤压铸造的数值模拟， 显著 提高数值模拟软件的准确度， 有效提高模拟软件 的可靠性。 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 CN 114372325 A 2022.04.19 CN 114372325 A 1.基于半固态粘度方程的数值模拟技术制造半固态铝合金挤压铸造零件的方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： (1)将7050半固态铝合金 试样进行 热压缩试验， 测得其真应力 ‑真应变曲线； (2)将获得的真应力 ‑真应变数据进行转换计算， 建立70 50半固态铝合金的粘度方程； (3)根据零件的几何特征， 采用建模软件建立待加工零件模具的三维模型， 将建立的半 固态粘度方程输入到数值模拟软件中， 并添加实际生产成型过程中的工况条件， 包括环境 参数及材 料的热物性 参数； 与此同时， 对零件和模具进行装配并进行网格划分； (4)输入挤压铸造 工艺参数并进行计算， 得到数值模拟挤压铸造结果。 2.根据权利要求1所述的基于半固态粘度方程的数值模拟技术制造半固态铝合金挤压 铸造零件的方法， 其特 征在于， 所述70 50半固态铝合金 试样是由电磁搅拌铸造法制备获得。 3.根据权利要求1所述的基于半固态粘度方程的数值模拟技术制造半固态铝合金挤压 铸造零件的方法， 其特 征在于， 所述热压缩试验在Gle eble‑3800试验机上进行。 4.根据权利要求1所述的基于半固态粘度方程的数值模拟技术制造半固态铝合金挤压 铸造零件的方法， 其特 征在于， 所述热压缩试验为恒温恒定应 变速率压缩。 5.根据权利要求1所述的基于半固态粘度方程的数值模拟技术制造半固态铝合金挤压 铸造零件的方法， 其特 征在于， 所述热压缩试验的变形温度取490 ‑510℃。 6.根据权利要求1所述的基于半固态粘度方程的数值模拟技术制造半固态铝合金挤压 铸造零件的方法， 其特 征在于， 所述的热压缩试验的应 变速率取0.1 ‑10s‑1。 7.根据权利要求1所述的基于半固态粘度方程的数值模拟技术制造半固态铝合金挤压 铸造零件的方法， 其特 征在于， 建立70 50半固态铝合金的粘度方程； 表达式为： 式中： ηα为粘度(Pa ·s)； γ为剪切速率(s‑1)； K为稠度因子； n 为流动指数。 8.根据权利要求1所述的基于半固态粘度方程的数值模拟技术制造半固态铝合金挤压 铸造零件的方法， 其特征在于， 所述将获得的真应力 ‑真应变数据进行转换计算， 转换计算 的表达式为： 式中： ηα为粘度(Pa ·s)； 为剪切速率(s‑1)； h为压缩过程中试样瞬时高度(m)； F为载荷 (N)； 为试样体积(m3)； 为应变速率(s‑1)。 9.根据权利要求1所述的基于半固态粘度方程的数值模拟技术制造半固态铝合金挤压 铸造零件的方法， 其特征在于， 所述将获得的真应力 ‑真应变数据进行转换计算， 建立7050 半固态铝合金的粘度方程； 最终 获得的粘度方程表达式为： 式中： ηα为粘度， 单位 为Pa·s； γ为剪切速率， 单位 为s‑1； T为温度， 单位 为℃。 10.根据权利要求1所述的基于半固态粘度方程的数值模拟技术制造半固态铝合金挤 压铸造零件的方法， 其特征在于， 所述的建模软件为SolidWorks， 所述的数值模拟软件为 ProCAST软件。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114372325 A 2基于半固态粘度方程的数值模拟技术制造半固态铝合金 挤压 铸造零件的方 法 技术领域 [0001]本发明属于半固态铝合金材料加工成型技术领域， 具体涉及基于半固态粘度方程 的数值模拟技 术制造半固态铝合金挤压铸造零件的方法。 背景技术 [0002]7系铝合金因其较高的力学性能和较低的密度， 在航空航天和军工国防等领域有 着广泛的应用。 挤压铸造相 较于传统压铸可以有效减少铸件中的气孔， 使铸件可以进行热 处理强化， 显著提高铸件的力学性能。 [0003]采用7系铝合金铸造大型零件时， 常常因为成型后的零件内部缩松缩孔过多， 从而 导致零件的力学性能差， 难以满足实际工程应用。 采用7系铝合金进 行塑性变形加工大型零 件时， 往往对零件的复杂度有很多限制， 难以成型较复杂的零件。 [0004]半固态7系铝合金由于其浇注时的温度处于固液两相区， 因此， 半固态7系铝合金 中同时含有固液两相， 且经过电磁搅拌方法处理的半固态7系铝合金， 其固相以一个个等轴 的铝合金颗粒均匀分布在液相中， 这种状态的半固态7系铝合金材料相比于普通铸造的铝 合金可以较好的保证材料的流动性， 提高铸造零件的成型性。 半固态7系铝合金结合挤压铸 造技术生产零件， 在保证零件成型性较好的前提下， 能够显著减少零件内部缩松缩孔， 提高 零件的力学性能。 [0005]传统的挤压铸造铝合金零件大都是根据经验， 先进行试生产， 当生产的零件存在 缺陷时， 再对生产工艺参数进 行反复修改， 以获得成型性较好、 性能良好的零件。 然而， 这种 生产方式往往需要花费大量的人力和财力。 目前， 数值模拟软件已经开始用于指导挤压铸 造铝合金零件， 然而， 对于半固态挤压铸造， 由于半固态材料独特 的流动特性， 数值模拟软 件往往无法准确计算零件的成型过程， 从而导致零件的模拟结果与实际生产结果明显不 符。 徐蕾等利用ProCAST软件对Al ‑Zn‑Mg‑Cu合金进行了挤压铸造数值模拟研究， 其采用软 件内置的模块计算 获得铝合金的热物性参数， 如密度、 固相率、 粘度等； 然而， 目前软件的集 成模块主要是根据常规铸造方法设计的， 实际生产实践中相同合金成分的铝合金材料， 其 实采用电磁搅拌铸造法制备的半固态铝合金材料与常规铸造方法制备的铝合金材料之间 的热物性参数差距较大。 因为铸造方法的不同， 铝合金材料凝固冷却后的晶粒尺寸、 晶粒形 态以及第二相形态都有各自明显的特征， 这就导致固相率和粘度等热物性参数也具有比较 明显的差别， 难以通过 软件直接计算获得。 [0006]本发明通过直接对电磁搅拌铸造法制备的半固态铝合金材料进行热压缩试验， 将 获得的真应力 ‑真应变数据进 行转换计算， 建立7050 半固态铝合金的粘度方程。 这一方法获 得的粘度方程相比软件计算， 精度会显著提高。 发明内容 [0007]本发明的目的是采用数值模拟的方法对半固态铝合金挤压铸造零件进行模拟计说　明　书 1/6 页 3 CN 114372325 A 3