基于ProCAST的船用螺旋桨铸造工艺优化研究

论文摘要

螺旋桨铸造的质量好坏不仅影响其使用寿命,而且还会影响到船舶航行的安全性。铸造缺陷直接影响了螺旋桨的铸造质量,因此在铸造螺旋桨时应采取严格的工艺措施,防止铸造缺陷的产生。利用数值模拟软件对其在铸造过程中可能产生的缺陷进行预测分析以便达到减少缺陷、缩短周期、降低成本的目的,这就显得尤为必要。本文采用ProCAST软件作为数值模拟工具,从影响螺旋桨铸造质量的缺陷出发,确定影响铜合金螺旋桨质量的工艺参数,采用多组模拟数据,模拟铸造过程充型和凝固中的流场和温度场,通过这些物理场对螺旋桨的工艺参数进行优化选择。通过浇注温度、浇注速度、模具温度等因素对充型、凝固过程的影响和对缩孔缩松缺陷产生的影响进行分析可以发现,浇注温度对铸件的充型和凝固过程以及缩孔缩松的产生都有较大影响,在铸造过程中起主要作用；浇注速度的快慢对充型时间的长短有一定影响,浇注过快会容易产生紊流,浇注过慢容易产生浇不足等缺陷；模具温度对充型过程影响较小,但对凝固时间会产生影响,模具温度越高,则凝固时间就越长,反之亦然。因此,较优的浇注温度、浇注速度、模具温度,对螺旋桨的充型、凝固过程和预防缺陷的产生具有极为重要的意义。本文通过多次模拟对比分析,确定了螺旋桨铸造的一组较优的工艺参数为：浇注温度1170℃、浇注速度1.85m／s、模具温度100℃。通过对比可以发现此组参数充型平稳,可以减少裹气、氧化夹渣、缩孔缩松等铸造缺陷,并且充型和凝固时间都较为理想,缩短了生产周期。本试验参数对实际的生产过程,提高铸造质量具有指导和参考意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的目的及意义
• 1.2 螺旋桨材料概述
• 1.2.1 螺旋桨材料的选择
• 1.2.2 铝青铜的铸造性能
• 1.3 铸造数值模拟的研究现状
• 1.4 论文的主要研究工作
• 第2章 ProCAST软件及数值模拟基本理论
• 2.1 ProCAST软件的选用
• 2.2 ProCAST软件概述
• 2.2.1 ProCAST主要功能模块
• 2.2.2 ProCAST的应用范围
• 2.3 ProCAST软件的模拟流程
• 2.4 数值模拟基本理论
• 2.4.1 充型过程数值模拟数学描述
• 2.4.2 凝固过程数值模拟数学模型
• 2.5 凝固过程缩孔缩松的特征及预测
• 2.5.1 缩孔缩松的特征
• 2.5.2 缩孔缩松的预测
• 2.6 本章小结
• 第3章 螺旋桨数值模拟三维造型及模拟前处理
• 3.1 螺旋桨浇注系统的设计
• 3.1.1 浇注系统的设计要求
• 3.1.2 螺旋桨浇注方式的选择
• 3.1.3 冒口的设计
• 3.1.4 底注式浇注系统的设计
• 3.2 螺旋桨及浇注系统各参数
• 3.3 网格的划分
• 3.3.1 ProCAST与UG的接口
• 3.3.2 螺旋桨铸件的网格的划分
• 3.3.3 面网格的修复
• 3.3.4 体网格的划分
• 3.4 热物性分析
• 3.5 虚拟模具及参数设置
• 3.5.1 虚拟模具（砂型）的建立
• 3.5.2 参数的相关设置
• 3.6 本章小结
• 第4章 船用螺旋桨铸造过程模拟及分析
• 4.1 浇注条件相关分析
• 4.2 螺旋桨充型过程数值分析
• 4.3 螺旋桨凝固过程数值分析
• 4.4 缩孔缩松的判断与分析
• 4.5 工艺参数的优化
• 4.5.1 充型过程的分析与优化
• 4.5.2 凝固过程的分析与优化
• 4.5.3 模拟结果的分析讨论
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢