大型高档数控机床用滑枕的铸造工艺模拟研究

论文摘要

滑枕是高档数控机床上的关键零部件之一，其制造水平直接决定了高档数控机床的高精度、高质量与高性能。通过产学研技术攻关，实现高档数控机床零部件的自主设计制造来提高高档数控机床产业自主创新能力具有重要的意义。本文通过对厚大断面铸件滑枕的材质、结构与工艺进行分析，对其进行合理的铸造工艺设计，再结合有限元铸造CAE模拟软件ProCAST对其充型和凝固过程进行分析，不断优化铸造工艺参数。主要得出以下结论：1）结合实际生产情况及参考各方面资料，选用立浇底注、开放式浇注系统，直浇道、横浇道和内浇道的截面积分别为93cm2、86cm2和75cm2，形状分别为圆形、梯形和矩形。2）数值模拟的充型时间与生产实际基本相符，都约为61s。充型过程中的不平稳，铸件顶部布置高压油孔的厚大部位出现了搅动的液流，与生产实际中该部位出现缺陷最多相符。3）铸件薄厚不均、内腔复杂会引起金属液充型过程不平稳，从厚断面部位充填到薄壁部位时充型速度剧增以及充型路径中的砂芯引起金属液回流等因素，使总充型时间并不随铸件整体内浇口充型速度的提高而减少。4）顶部的出气冒口能减少充型阻力，加快金属液的充型速度，有利于合金液大流量的快速浇注，并能对铸件顶部进行补缩，消除铸件顶部缩孔和缩松缺陷。5）在铸件底部布置冷铁，铸件顶部的厚大部位出现的搅动的液流现象有所减轻，并可使铸件底部率先凝固，合理布置出气冒口和冷铁，使铸件实现顺序凝固可消除铸件在铸造生产中产生的缩孔、缩松缺陷。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 高档数控机床国内外发展概况
• 1.2 高档数控机床零部件国内外发展概况
• 1.3 球墨铸铁件
• 1.3.1 球墨铸铁件的组织和性能
• 1.3.2 球墨铸铁件凝固特点
• 1.3.3 球墨铸铁件的典型缺陷分析
• 1.3.3.1 球化不良和球化衰退
• 1.3.3.2 缩孔和缩松
• 1.3.3.3 夹渣
• 1.3.3.4 石墨漂浮
• 1.3.3.5 皮下气孔
• 1.3.4 大断面球墨铸铁件的生产现状
• 1.4 计算机模拟仿真技术
• 1.4.1 计算机仿真技术实现
• 1.4.2 铸造过程的计算机仿真模拟
• 1.4.3 铸造 CAE 软件 ProCAST
• 1.5 论文的主要目的及内容
• 第2章 滑枕的材质、结构及工艺分析
• 2.1 滑枕的材质分析
• 2.2 滑枕的结构分析
• 2.3 滑枕的工艺分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 滑枕的铸造工艺设计
• 3.1 铸造工艺参数
• 3.1.1 机械加工余量
• 3.1.2 铸造收缩率
• 3.1.3 铸件在砂型内的冷却时间
• 3.2 砂芯设计
• 3.2.1 垂直芯头设计
• 3.2.2 水平芯头设计
• 3.2.3 侧芯头设计
• 3.2.4 型芯
• 3.3 浇注系统设计
• 3.3.1 浇注系统的组成及其作用
• 3.3.2 浇注系统的类型确定
• 3.3.3 滑枕浇注系统设计
• 3.4 出气冒口设计
• 3.5 冷铁设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 滑枕的充型凝固过程数值模拟
• 4.1 数学计算模型
• 4.1.1 连续性方程与 N-S 方程
• 4.1.2 能量方程和体积函数方程
• 4.1.3 ProCAST 计算流程
• 4.2 球墨铸铁缩孔定量预测
• 4.3 滑枕的充型过程数值模拟
• 4.3.1 网格划分及具体步骤
• 4.3.2 充型过程模拟结果及分析
• 4.3.3 充型速度模拟结果及分析
• 4.4 滑枕的凝固过程数值模拟
• 4.4.1 铸件凝固顺序及分析
• 4.4.2 铸件缩孔、缩松预测结果及分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢