喷射成形柱状坯生长及传热过程研究

论文摘要

喷射成形是二十世纪六十年代发展起来的一种新型的金属成形技术,它既克服了传统铸造过程中存在的晶粒粗大、偏析严重的缺点,又摒弃了粉末冶金工序繁多,氧化严重等不足,同时又兼有粉末冶金技术的优点,是一种极具竞争力的快速凝固工艺。但是影响喷射成形过程的参数很多,直接进行实验研究工作量大、成本高、周期长,采用计算机数值模拟技术对喷射成形过程进行工艺优化可有效的解决这些问题。本文建立了喷射成形柱状坯生长和传热过程的数学模型。针对宝钢喷射成形沉积室设备利用沉积坯生长过程数学模型模拟了不同工艺参数下沉积坯的生长过程,研究结果表明:采用直喷方式进行单喷嘴喷射成形,当喷嘴喷射夹角为0°时,不能形成柱状沉积坯,喷嘴喷射夹角为20°和35°时,能够形成柱状沉积坯;采用直喷方式进行双喷嘴喷射成形时,均能形成柱状沉积坯,但20°和35°的组合最稳定。采用斜喷方式进行单喷嘴、双喷嘴喷射成形时均能生成柱状沉积坯,但当初始时刻沉积器距喷嘴距离小时,易发生严重的过喷,金属收得率明显下降。利用沉积坯传热过程数学模型模拟了两组不同工艺参数下得到沉积坯的传热过程,研究结果表明:稳定生长条件下得到的柱状沉积坯除底部区域外各处温度比较均匀,且温度随时间变化趋势相似,因而可得到整体性能良好的沉积坯;非稳定生长条件下得到的沉积坯除中心区域外其余各处温度相差较大,顶部和底部冷却速度明显大于中心部分,因而得到沉积坯整体性能较差。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 喷射成形概述
• 1.2 喷射成形技术的发展历程
• 1.3 喷射成形技术的特点
• 1.4 喷射成形技术的原理及工艺
• 1.4.1 喷射成形技术的原理
• 1.4.2 喷射成形技术的工艺
• 1.4.3 喷射成形工艺的改进与最新进展
• 1.5 喷射成形技术在我国的发展
• 1.5.1 我国喷射成形技术的发展现状
• 1.5.2 与国外的主要差距
• 1.6 喷射成形技术的应用
• 1.6.1 喷射成形技术在钢铁材料方面的应用
• 1.6.2 喷射成形技术在其他金属材料方面的应用
• 1.7 喷射成形未来研究方向
• 1.8 选题目的及主要研究内容
• 1.8.1 选题目的
• 1.8.2 主要研究内容
• 2 喷射成形柱状坯形状模拟
• 2.1 数学模型的建立
• 2.1.1 单喷嘴喷射成形数学模型的建立
• 2.1.1.1 雾化锥内雾滴射流密度的分布
• 2.1.1.2 单喷嘴柱状坯形状预测模型的建立
• 2.1.1.3 屏蔽系数的计算
• 2.1.1.4 问题的简化
• 2.1.2 双喷嘴喷射成形数学模型的建立
• 2.2 计算结果及分析
• 2.2.1 宝钢喷射成形设备沉积室示意图
• 2.2.2 模型参数的选取
• 2.2.2.1 喷嘴雾化参数的选取
• 2.2.2.2 初始偏心距和喷射距离的确定
• 2.2.3 柱状沉积坯生长过程模拟结果及分析
• 2.3 小结
• 3 喷射成形柱状坯形状模拟
• 3.1 数学模型的建立
• 3.1.1 模型假设
• 3.1.2 沉积坯的传热控制方程
• 3.1.3 初始条件
• 3.1.4 边界条件
• 3.1.5 潜热项的处理
• 3.1.6 空间离散化
• 3.1.7 喷射成形材料的物性参数
• 3.2 沉积坯传热过程模拟结果及讨论
• 3.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢