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球墨铸铁长叉消失模铸造工艺研究及模拟

熊芳喜  
【摘要】:铸造模拟技术已经广泛应用于实际生产中,在新产品的开发试制、老产品的工艺优化以及实现低成本质量控制等方面发挥着巨大的作用,但消失模铸造模拟技术在复杂三维铸件上成功应用的案例较少。为了研究计算机模拟技术在复杂铸件消失模铸造中的应用,推动先进铸造CAE技术在国内消失模行业的发展,本文使用UG软件对铸件、浇注系统及冒口等进行了三维建模,为了保证模拟结果的实用价值,模拟时必须先对软件进行合理的参数设置,因此,本文首先探讨了消失模铸造成型过程模拟以及球墨铸铁缩孔缩松模拟的特殊参数设置,根据实例模拟结果分析了不同参数设置对模拟准确性的影响,并提出了实现ProCAST球墨铸铁件消失模充型及凝固模拟的一般过程。 然后,为了准确解析球铁长叉消失模铸造这一复杂的热物理情景,使用ProCAST软件对长叉的底注式和顶注式两种试制方案进行了充型和凝固过程的模拟,通过模拟结果与试制结果的对比,建立了能准确模拟长叉消失模铸造成型过程的热物理模型。 最后,为了获得合理的浇注方案,根据长叉结构特点和两种试制方案的优缺点,制定了阶梯式改进方案,并采用得到的热物理模型对改进方案进行了成型过程模拟,模拟结果表明该改进方案能够解决试制产品存在的显著缩孔缩松问题,但存在少量缩松;通过浇注验证,表明改进方案模拟的结果符合实际,阶梯式方案能够消除缩孔缺陷,但铸件下部仍有少量集中缩松出现;为了使铸件缺陷最小化,本文根据关于不同砂型对球铁件缩孔缩松缺陷的影响的探讨结论,提出了采用在阶梯式方案的上下壁窝和圆筒阶梯孔内预埋铬铁冷砂的补充优化措施的新工艺,最终浇注试验结果表明该新工艺能最大限度减轻铸件内部缩孔缩松问题。 本文在应用计算机模拟技术进行消失模铸造工艺优化与质量控制方面进行了有益研究,研究表明在合理的参数设置和准确的热物理模型的保障下,应用计算机模拟技术能够准确地把握消失模铸造成型过程、准确地判断铸件缺陷,指导铸造工作者进行工艺方案设计与优化;表明在实际生产中应用“电脑试铸”能尽可能地避免“人工试错”的次数,降低人力、财力损耗,节约高额生产成本。本文的所得研究结论能够切实地指导消失模铸造模拟实践以及消失模球墨铸铁铸件的实际生产。


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