ZM6机匣的凝固过程数值模拟及工艺方案优化

论文摘要

航空镁合金机匣的结构复杂,尤其以某型航空机匣壳体铸件为代表,它铸造缺陷较多而且难以克服。航空机匣壳体铸件是国内最难生产的镁合金铸件,在铸件的生产过程中准备了多套及多种样式的模具、测具及冷铁,该机匣从制芯到浇注周期较长,这样就给浇注带来了很大的困难,而且工艺出品率很低。所以本文采用计算机数值模拟方法对其进行工艺改良,提高工艺出品率。鉴于以上原因,本文采用AnyCasting软件对铸造镁合金机匣充型及凝固过程进行模拟,并对合金铸件的铸造缺陷进行了预测,并探讨对其工艺改进,从而用于生产。依通常经验确定了首个工艺方案,以此为起点分步骤开展了ZM6机匣凝固过程数值模拟工艺方案的优化研究。方案一结果表明,镁合金机匣在凝固过程中由于得不到外来液体补缩,所以铸造缺陷较多;方案二,在对镁合金机匣设置合理的冒口后进行凝固过程模拟,铸件中的缺陷明显减少,但有些部位的缺陷仍未消除,原因在于冒口不能完全发挥其补缩作用;方案三,针对方案二的缺陷,对铸件设置合理的冷铁后进行凝固过程模拟,结果表明,冒口和冷铁的配合使用有效的改善了铸件质量,铸件中的缺陷已基本消除;方案四,为了与实际情况更加吻合,对铸件设置合理的浇注系统,并对充型及凝固过程进行模拟,结果表明,在充型过程中,充型基本平稳,说明浇注系统设置合理;在凝固过程中充型速度影响铸件在凝固开始时的温度场分布,充型速度过快,不利于热量散失,在铸件的厚大部位形成热节。但充型速度过慢,会导致局部先凝;最后得出充型速度为0.6m/s时,充型平稳,温度场分布均匀,铸件中缺陷基本消除。通过使用AnyCasting软件,对铸造镁合金机匣的冒口、冷铁设置的合理性进行了预测,而且在设置完浇注系统后,得出最佳的工艺为:浇注温度为770℃,浇注速度为0.6m/s。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及目的意义
• 1.2 镁合金材料的研究进展
• 1.2.1 镁及镁合金概述
• 1.2.2 镁合金的分类
• 1.2.3 镁合金的应用现状
• 1.3 数值模拟技术在铸造过程中的应用及发展
• 1.3.1 国内铸造过程计算机数值模拟的研究现状
• 1.3.2 国外铸造过程计算机数值模拟的研究现状
• 1.3.3 铸造过程计算机数值模拟的发展趋势及应用
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第2章 计算机模拟的理论依据和原理
• 2.1 基于STL 的网格剖分原理
• 2.1.1 一般层层分割法
• 2.1.2 非均匀网格剖分与均匀网格剖分的比较
• 2.2 充型过程数值模拟的理论依据和原理
• 2.2.1 连续性方程——质量守恒方程
• 2.2.2 Navier-Stokes 方程——动量守恒方程
• 2.2.3 能量守恒方程
• 2.2.4 体积函数方程
• 2.2.5 SOLA-VOF 法模拟充型过程
• 2.3 凝固过程数值模拟的理论依据和原理
• 2.3.1 铸件凝固传热数值模型控制方程
• 2.3.2 铸件凝固传热初始条件
• 2.3.3 铸件凝固传热边界条件
• 2.3.4 铸件凝固数值模型潜热处理
• 2.4 本章小结
• 第3章 ZM6 机匣的模拟前处理
• 3.1 引言
• 3.2 数值模拟流程图
• 3.3 三维实体模型特点
• 3.4 网格剖分
• 3.5 铸造工艺参数的设定
• 3.6 本章小结
• 第4章 数值模拟过程及结果分析
• 4.1 引言
• 4.2 方案一凝固过程数值模拟
• 4.2.1 方案一凝固过程结果分析
• 4.2.2 方案一铸造缺陷的预测
• 4.3 方案二凝固过程数值模拟
• 4.3.1 方案二凝固过程结果分析
• 4.3.2 方案二铸造缺陷的预测
• 4.4 方案三凝固过程数值模拟
• 4.4.1 方案三凝固过程结果分析
• 4.4.2 方案三铸造缺陷的预测
• 4.5 方案四充型及凝固过程的数值模拟
• 4.5.1 充型速度0.8m/s 时的模拟结果分析
• 4.5.2 充型速度为0.6m/s 的模拟结果分析
• 4.5.3 充型速度对铸件充型及凝固的影响
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢