任明星, 李邦盛,, 傅恒志

微尺度铸件充型过程的数值模拟

任明星1, 李邦盛1,2, 傅恒志2

(1. 哈尔滨工业大学 微纳米技术研究中心, 哈尔滨 150001；2. 哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院, 哈尔滨150001)

修正了传统Navier-Stoke方程，并利用该方程和Fluent软件对Zn-4Al合金充填微齿轮铸件的充型过程进行数值模拟。结果表明：在运动惯性的作用下，Zn-4Al合金在进入微齿轮型腔后途径齿轮盘部位时，合金并未横向扩展，而是保持入射状态首先填充对面的齿轮轴，撞击型腔壁后，产生二次压头，然后再向齿轮外围的各齿部位反充；型腔内气体被高速运动的金属液搅拌和切割，形成许多微气泡，然后被带入主流区，从排气道排除。关键词：ZnAl合金；微齿轮铸件；数值模拟；充型过程

随着微机械研究的深入和应用领域的扩展，三维复杂形状金属微构件的制备受到越来越广泛的重视[1]。2002年前后，借助于传统铸造工艺在成形三维复杂构件方面的优势，BAUMEISTER等[2−5]提出了微熔模精密铸造工艺，并制备了轮廓尺寸在亚毫米级的微齿轮和微涡轮。随后，CHUNG等[6]、NOGUCHI和ABE[7]及HIROYUKI和MASAO[8]也相继提出了具有不同特点的微熔模精铸工艺。任明星等[9−11]则提出了生产效率更高的金属型微精密铸造工艺，也制备了整体尺寸在微米级的微齿轮铸件。上述研究多侧重于工艺开发与产品试制，对于微铸件成形过程的理论研究稍显滞后。由于微铸件型腔尺寸微小，一些研究液态金属充型流动过程的(如水模拟、示踪粒子及铺设热电偶等)传统方法不再适应。……