论文摘要
液态金属充型是铸件成形过程中最重要的阶段，许多铸造缺陷（如卷气、夹渣、浇不足和冷隔等）都是由于工艺设计不当在充型过程中产生的。同时，充型对铸件凝固过程也有直接的影响。因此，了解并控制充型过程是获得优质铸件的重要条件。本文采用大型有限元分析软件ANSYS，在对低压铸造过程流场和温度场深入分析的基础上，合理地设置边界条件和初始条件，并对紊流、相变等问题进行了合理地处理，打破“瞬时充型”的假设，耦合计算了低压铸造盘体铸件充型过程中流场和温度场。盘体铸件的数值模拟将为后续此类低压铸件数值模拟提供参考。本文所做工作和主要结论如下：（1）正交模拟试验结果表明，影响铸件充型能力的显著因素依次为充型速度、浇注温度和模具温度。经模拟验证，本文中盘体件适合的浇注温度为700℃，模具温度为310℃，充型速度为0．04m／s。（2）由模拟试验及其分析结果可推导出盘体铸件升液管浇口处的平均上升速度计算公式为lgv充=187．4-39．2411gV-36．31lgδ+10．39lgh+31．68lgT浇+7．34T模。该表达式可用于指导形状简单的低压铸造铝合金盘体类铸件的充型过程。（3）流场模拟表明，对于壁厚较小的铸件，充型时为减少缺陷的产生，应减小充型速度；为避免出现流空现象，在拐角处不应采用直角形状。（4）不同的对流换热系数可表征不同的铸型条件，在施加不同对流换热系数模拟计算铸件充型过程流场和温度场时，温度场的变化趋势基本一致，但对流换热对充型过程中型腔内金属液温度的高低影响明显。对流换热系数较大时，充型结束后型腔内的金属液温度较低。（5）利用热电偶法测量了铸件不同点在凝固过程中温度随时间的变化，所得的实测结果与模拟结果基本一致，验证了模拟结果的准确性。由于各种因素的影响，实测结果与模拟结果存在一定的误差。
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摘要Abstract1 绪论1.1 选题背景及意义1.2 国内外研究现状1.2.1 铸造领域数值模拟研究概况1.2.2 低压铸造充型与凝固过程数值模拟的发展与现状1.3 铸件充型与凝固过程数值模拟的计算方法1.3.1 数学模型1.3.2 数值模拟计算方法简介及比较1.3.3 耦合温度计算的充型过程数值模拟1.4 有限元及ANSYS软件简介1.4.1 有限元简介1.4.2 ANSYS软件简介1.4.3 ANSYS软件分析模块及应用1.5 论文的主要研究内容2 几何模型和数学模型2.1 有限元模型的建立2.1.1 几何模型的建立2.1.2 网格划分及有限元模型的建立2.2 基本假设2.3 低压铸造铸件充型过程数学模型2.3.1 数学模型2.3.2 模型的求解2.4 低压铸造铸件凝固过程数学模型2.4.1 传热学基础2.4.2 数学模型2.5 小结3 低压铸造工艺参数的设计3.1 铸型材料的选用及壁厚的确定3.1.1 铸型材料的选用3.1.2 铸型壁厚的确定3.2 低压铸造主要工艺参数的设计3.2.1 低压铸造基本原理3.2.2 充型压力3.2.3 结壳时间的确定3.2.4 增压压力和增压时间的确定3.2.5 浇注温度和模具温度的控制3.3 设计正交模拟试验3.3.1 正交试验设计原理3.3.2 正交模拟试验的影响因素4 数值模拟过程中关键问题的处理4.1 耦合过程数值模拟流程图4.2 金属液与铸型的热物理性能4.3 初始条件和边界条件的处理4.3.1 铸件充型过程初始条件的处理4.3.2 铸件充型过程边界条件分析及数值稳定性4.3.3 铸件凝固过程初始条件的处理4.3.4 凝固过程数值模拟中边界条件和相变问题的处理4.4 关键问题的处理4.4.1 紊流问题4.4.2 模拟效率的提高4.5 ANSYS软件之流场模拟分析的主要命令及步骤5 模拟试验结果及工艺参数的优化充min的确定'>5.1 浇口处充型速度v充min的确定5.2 正交模拟试验结果分析5.2.1 浇注温度对充型时间的影响5.2.2 模具温度对充型时间的影响5.2.3 充型速度对充型时间的影响5.3 基于ANSYS-CFD模块数值模拟优化工艺参数5.4 影响充型过程模拟结果的因素5.5 本章小结6 低压铸造盘体铸件凝固过程数值模拟及实验验证6.1 流场与温度场耦合过程模拟6.1.1 耦合模拟过程的实现6.1.2 耦合模拟结果分析6.2 铸件凝固过程温度场数值模拟6.2.1 铸件截面温度场模拟结果及分析6.2.2 铸型条件对铸件凝固温度场的影响6.3 实验验证及结果分析6.3.1 实验方案6.3.2 实验结果分析6.4 本章小结结论致谢参考文献作者在攻读硕士学位期间发表论文
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标签：充型过程论文; 流场论文; 数值模拟论文; 低压铸造论文; 耦合论文;
