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灰铸铁件消失模铸造过程模拟研究

作　者: 张倩
导　师: 杜晓明
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 消失模铸造充型工艺因素数值模拟
分类号: TG249.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

消失模铸造作为一种精密近净成型技术，以其诸多优点，被誉为“21世纪的绿色铸造技术”，具有广阔的应用前景。在消失模铸造充型过程中，由于模样分解产生的气体对液态金属流动前沿的影响作用，使液态金属充型过程中的速度场和自由表面、凝固过程中的温度场以及充型和凝固中所产生的缺陷与普通砂型铸造有很大的不同。采用数值模拟手段可以有效地揭示消失模铸造中液态金属的充型规律和模样—金属液相互作用机理，预测铸造缺陷的产生。为优化铸造工艺设计、提高铸件质量提供理论指导。本文针对消失模铸造技术的特点，应用三维造型软件UG进行实体建模并采用铸造模拟软件ProCAST模拟了板形灰铸铁件的消失模铸造充型过程，获得了各种工艺因素对消失模铸造充型过程中金属液的充型速度、气膜压力、气膜厚度及金属液前沿温度的影响规律。得到以下主要结论：1、液态金属充型速度随浇注温度、负压度和涂层透气性的增大而增大，随模样密度和涂层厚度的增大而减小；2、气膜厚度和气膜压力随浇注温度、模样密度、涂料层厚度的增大而增大，随负压度和涂层透气性的增大而减小；3、金属液流动前沿温度随模样密度和涂层厚度的增大而下降，随负压度的增大而提高；4、通过模拟，获得板形灰铸铁件较为合理的工艺参数为：浇注温度1400℃，模样密度13kg/m³，负压度0.04MPa，涂料厚度为0.5mm，涂料透气性9.5×10^-9m²/Pa.s。在以上基础上，设计了进刀箱盖、衬铁铸件的消失模铸造工艺，模拟了其充型和凝固过程，预测了铸造缺陷，并进行了相应的工艺优化。按照优化后的工艺参数进行实际生产，得到了合格的铸件，验证了数值模拟的可靠性。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-26
  1.1 课题的背景及意义  12-18
    1.1.1 消失模铸造概况  12-13
    1.1.2 消失模铸造研究发展与现状  13-18
  1.2 消失模铸造工艺特点  18-19
  1.3 消失模铸造缺陷概述  19-22
  1.4 铸造充型过程的数值模拟的研究进程  22-24
  1.5 本课题的研究内容  24-26
第2章消失模铸造成型的理论基础  26-35
  2.1 消失模铸造基本理论论述  26-27
  2.2 消失模铸造充型过程的影响因素  27-29
    2.2.1 模样密度对充型能力的影响  27
    2.2.2 负压度对充型能力的影响  27
    2.2.3 注温度对充型能力的影响  27-28
    2.2.4 涂料层厚度及透气性对充型能力的影响  28
    2.2.5 直浇道高度对充型能力的影响  28-29
  2.3 消失模铸造数学模型的建立  29-33
    2.3.1 消失模铸造基本控制方程  29-30
    2.3.2 自由表面流动边界条件及型壁边界条件  30-31
    2.3.3 压力边界条件  31-32
    2.3.4 气隙压力数学模型  32-33
  2.4 本章小结  33-35
第3章消失模铸造的计算机模拟仿真  35-45
  3.1 ProCAST 软件的介绍  35-36
  3.2 三维造型软件 UG 的介绍  36
  3.3 ProCAST 与 UG 接口  36-37
  3.4 数值模拟的前处理  37-44
    3.4.1 消失模铸造工艺设计  37-38
    3.4.2 实体模型的建立  38-39
    3.4.3 模型的网格划分  39-40
    3.4.4 模拟参数的设置  40-43
    3.4.5 模拟运行参数的设置  43-44
  3.5 本章小结  44-45
第4章板形件的消失模铸造过程模拟研究  45-71
  4.1 消失模铸造的充型形态  45-47
  4.2 工艺因素对消失模充型速度影响的程度  47-50
  4.3 工艺因素对充型速度的影响规律  50-56
    4.3.1 负压度对充型前沿速度的影响规律  51
    4.3.2 模样密度对充型前沿速度的影响规律  51-52
    4.3.3 浇注温度对充型前沿速度的影响规律  52-53
    4.3.4 涂料对充型前沿速度的影响规律  53-54
    4.3.5 浇注系统对充型前沿速度的影响规律  54-56
  4.4 工艺因素对气膜压力的影响规律  56-61
    4.4.1 负压度对气膜压力的影响  56-57
    4.4.2 模样密度对气膜压力的影响  57-58
    4.4.3 浇注温度对气膜压力的影响  58-59
    4.4.4 涂料对气膜压力的影响  59-60
    4.4.5 浇注系统对气膜压力的影响  60-61
  4.5 工艺因素对气膜厚度的影响  61-65
    4.5.1 负压度对气膜厚度的影响  61-62
    4.5.2 模样密度对气膜厚度的影响  62-63
    4.5.3 浇注温度对气膜厚度的影响  63
    4.5.4 涂料对气膜厚度的影响  63-64
    4.5.5 浇注系统对气膜厚度的影响  64-65
  4.6 工艺因素对液态金属前沿温度的影响  65-68
    4.6.1 负压度对液态金属前沿温度的影响  65-66
    4.6.2 模样密度对液态金属前沿温度的影响  66-67
    4.6.3 涂料对液态金属前沿温度的影响  67-68
  4.7 灰铸铁件的消失模铸造凝固特性  68-70
  4.8 本章小结  70-71
第5章进刀箱盖与衬铁的工艺优化设计  71-83
  5.1 进刀箱盖的工艺优化设计  71-77
    5.1.1 箱盖充型过程模拟  72-73
    5.1.2 浇注系统改进方案  73-75
    5.1.3 箱盖的实际生产验证  75-77
  5.2 衬铁的工艺优化设计  77-81
    5.2.1 铸件充型及凝固过程的模拟分析  78-79
    5.2.2 铸件缺陷分析  79-80
    5.2.3 工艺方案优化  80-81
  5.3 衬铁的实际生产验证  81-82
  5.4 本章小结  82-83
结论  83-84
参考文献  84-88
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  88-89
致谢  89-90

灰铸铁件消失模铸造过程模拟研究

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