大型铸钢件的数值模拟与工艺优化

论文摘要

铸造过程是极其复杂的高温动态过程,在传统铸造工艺理论和大规模实践经验积累和试验研究基础上,建立基于计算机数值分析技术的铸造工艺虚拟现实和工艺优化方法,不仅能够虚拟再现产品生产全过程、预测产品质量和导出最佳工艺方案,达到有效规避单件小批量生产大型铸件的技术风险、控制生产成本、缩短生产周期的目的。因此,应用基于计算机数值分析技术的铸造工艺虚拟现实和工艺优化,是铸造工艺设计从经验设计走向最佳优化设计的重要手段。铸件的宏微观组织是在凝固过程中形成的,铸件的缩孔、缩松、变形、热裂等多种铸造缺陷的产生也与铸件的凝固行为密切相关。面对不可直接观察的充型流动、凝固换热、凝固行为、缺陷形成机理,如何应用现代科学和计算机技术进行形象描绘,获得优化最佳方案并形成工艺文件,是铸造凝固过程数值模拟的主要任务。本文用数值模拟方法对大型铸钢件缺陷预测的研究,利用计算机数值模拟技术,进行大型铸钢件的最终过程虚拟现实,对充型流动、凝固换热、凝固行为、缺陷形成进行仿真再现,为优化工艺,防止供应废品的产生、降低铸造成本奠定技术基础。本文还选取典型的铸钢件如叶片、阀体、汽缸体等具体构件,应用数值模拟软件MAGMASQFT,重点对补缩斜度与探伤等级的对应关系进行研究,以减少增肉,减少清理切割量,以期最大限度地提高铸造生产的技术经济综合效益。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题概况
• 1.1.1 铸造数值模拟的发展
• 1.1.2 铸件数值模拟的应用
• 1.2 本课题的背景
• 1.2.1 二重大型铸件的技术状况
• 1.2.2 二重应用铸钢件数值模拟技术状况
• 1.3 本课题研究目的、内容、技术路线
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 技术路线
• 1.4 本章小结
• 2 数值模拟软件
• 2.1 数值模拟软件
• 2.2 MAGMASOFT数值模拟软件特点
• 2.2.1 MAGMASOFT模拟软件实现的主要步骤
• 2.2.2 MAGMASOFT模拟软件技术特点
• 2.3 MAGMASOFT数值模拟软件的工作流程
• 2.3.1 工作流程
• 2.3.2 模拟过程
• 2.4 本章小结
• 3 凝固过程的计算方法
• 3.1 凝固过程的传热
• 3.2 凝固过程数学模型的建立
• 3.2.1 微分方程转变为差分方程
• 3.2.2 凝固潜热
• 3.2.3 初始条件和边界条件
• 3.3 本章小结
• 4 铸钢件缩孔缩松形成机理及外冷铁的应用研究
• 4.1 铸钢件缩孔缩松形成机理
• 4.1.1 铸钢件缩孔缩松形成机理
• 4.1.2 铸钢件缩孔缩松预测判据
• 4.2 外冷铁的应用研究
• 4.2.1 外冷铁的作用
• 4.2.2 外冷铁的设计
• 4.3 本章小结
• 5 基于MAGMA数值模拟软件对典型铸钢件的工艺优化
• 5.1 基于MAGMA数值模拟对叶片的铸造工艺优化
• 5.1.1 叶片铸件的概况
• 5.1.2 工艺改进前叶片铸件的质量状况
• 5.1.3 本课题研究的工艺优化方案
• 5.2 基于MAGMA数值模拟对火电阀体的铸造工艺优化
• 5.2.1 本课题研究前的原工艺
• 5.2.2 本课题研究的工艺优化方案
• 5.3 基于数值模拟技术在新产品、新材料中的应用
• 5.3.1 12%Cr型不锈钢的凝固收缩值
• 5.3.2 12%Cr型不锈钢铸件的补缩斜度与探伤等级的对应关系
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录