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轧机机架水玻璃砂型铸造过程数值模拟研究

余军  
【摘要】: 大型铸钢件的铸造过程是一个复杂的高温动态凝固过程。由于大型铸件具有断面尺寸大、凝固时间长及收缩严重等特点,在其铸造成形过程中容易形成缩孔疏松、裂纹和应力变形等缺陷。铸造过程的数值模拟技术是铸造学科的前沿领域,运用它对铸造过程进行模拟,能够预测铸造缺陷、优化工艺参数,从而降低生产成本。本文中结合某大型轧机铸钢机架的水玻璃砂型铸造工艺方案,运用数值模拟方法对铸件的凝固冷却过程进行分析,并对缺陷进行预测,为铸造生产工艺的制订提供可靠依据。 1、概述了铸造过程数值模拟技术的研究内容、国内外的发展现状以及仿真用材料热物性参数的研究现状。分析了数值模拟的计算方法;介绍了铸件缩孔疏松缺陷的形成机理及预测判据;总结了铸件凝固过程中温度场、应力场的有限元理论以及材料热物性参数的测定方法。 2、制订了用于测定水玻璃石英砂型热物性参数的试验方案,运用自制的试验装置测定了砂型中的温度场分布。利用热物性参数的反算法,对实际生产用砂型的热物性参数—热导率和比热容进行了计算,得到可用于数值模拟的热物性参数数据。同时对传热过程中铸件—铸型的界面换热系数进行了确定,得到的换热系数值可用于温度场的数值模拟。 3、根据某大型轧机铸钢机架的水玻璃砂型铸造工艺方案,对铸造中的冒口、冷铁等进行了设计,建立了数值模拟的三维有限元模型。运用ProCAST软件,对机架的凝固过程的温度场进行了分析,预测了可能产生缩孔疏松的位置;分析了凝固冷却过程中的热应力和残余应力分布规律,讨论了机架的变形情况,对可能产生裂纹的位置进行了预测。


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