典型箱体铸件成形过程的数值模拟研究

作     者：韩董董 

作者单位：安徽理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王成军

授予年度：2015年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：箱体 砂型铸造 铸造工艺 ProCAST 耦合 固液两相流 数值模拟 

摘      要：铸造CAE技术的研究与发展使铸造成形数值模拟技术在实际生产中的应用成为现实,铸造成形过程中温度、速度的变化以及凝固缺陷和微观组织均能够以图像的形式被清晰的显示出来,从而通过分析缺陷产生的原因,来改进工艺方案。运用铸造模拟软件对典型箱体类铸件的充型和凝固过程进行模拟,为今后制定适合箱体铸件的浇注工艺方案提供依据。 本论文总结了数值模拟技术在铸造成形过程中的研究现状,以及对箱体零件的结构特点进行概述。以数值模拟理论为基础,以典型减速机箱体类零件为对象,利用铸造软件ProCAST,对金属液的充型和凝固过程进行计算,并对其产生缺陷的位置和原因进行分析。本论文具体研究成果如下： 对初步设计的不同浇注方案进行模拟,观察铸件充型和凝固的状态以及速度场和温度场的变化情况。结果显示,只有阶梯式浇注系统的充型状态良好,没有出现卷气和浇不足现象,因此确定本论文的浇注方案为阶梯式浇注。 在阶梯式浇注系统的基础上对金属液的浇注温度、浇注速度等因素进行模拟,根据模拟结果预测产生缺陷的位置。结果表明,不同浇注温度对铸件充型时间没有明显的影响,但是对内浇口凝固固相率以及凝固后产生的缺陷有明显的影响,最优浇注温度为1400℃;不同的浇注速度对充型和凝固的时间的影响不同,充型时间随浇注速度的增大而减小,凝固时间随浇注速度的增大先减小后增大,本论文最优的浇注速度为6.8kg/s。 对箱体铸件的凸台以及热节处出现缺陷的原因进行分析,通过增加冒口尺寸以及数量、增加冷铁、改变铸件的圆角大小等方式有效地控制了缩孔、缩松缺陷的产生,提高了铸件质量。 利用EDEM与Fluent耦合的方法,在固液两相流的条件下研究多维振动对铸件充型能力的影响。分析多维振动对铸件充型时间的影响以及充型过程中考察区域内颗粒数对不同振动参数的敏感度。结果表明,考察区域内充型颗粒数对各因素敏感程度最大为自由度,频率次之,振幅最弱,且振动自由度为3、振动频率为30HZ、振幅为0.5mm时,充型过程考察区域内颗粒数最多。