大型铸钢件保温冒口计算模型及计算软件的研究

论文摘要

大型铸钢件在浇注后的凝固过程中由于体收缩会产生缩孔和疏松,采用保温冒口可以消除这些缺陷,并提高冒口补缩率,节约金属液。用于保温冒口工艺设计的计算模型有很多,能否选择合适的计算模型、优化计算模型中的主要参数并设计出相应的保温冒口计算软件以指导大型铸钢件保温冒口的工艺设计已成为目前急需解决的问题。本文对两种典型铸钢材料ZG0Cr13Ni4Mo和ZG230-450以及两种保温材料保温砖和保温板,研究了大型铸钢件保温冒口的计算模型,并对大型铸钢件保温冒口计算模型中的主要参数进行优化,并以该计算模型为基础设计了大型铸钢件保温冒口计算软件,最后以大型铸钢机架的凝固过程数值模拟实验以及验证实验对计算软件的准确性进行了验证。采用数值计算和作图分析的研究方法,从计算原理、限制条件、适用范围及计算结果等角度,详细探讨了Q参数法、周界商法和三次方程法三种计算模型的优缺点,结果显示:三次方程法作大型铸钢保温冒口设计的计算模型理论依据强、适用范围广且计算结果更准。对于计算模型,通过热物性参数测量实验和计算机数值模拟优化了保温砖的’的取值范围,优化结果为’=0.74630.7576,但是为了安全起见,取’=0.7576;以相同尺寸Foseco保温冒口与砂型冒口模数关系优化了保温板’的取值范围,优化的结果为’=0.78130.8064,通过线性拟合,取’=0.8054。利用MFC基于对话框创建了大型铸钢件保温冒口计算软件;采用该软件计算了大型ZG230-450机架的保温砖冒口,对机架凝固过程进行了数值模拟实验,其缩孔缩松的预测结果显示:用该软件设计的保温砖冒口能满足机架的补缩,即软件计算的结果是准确的。通过浇注实验和超声波探伤实验进一步验证了大型铸钢件保温冒口计算软件的准确性,并得出了用该软件设计的大型铸钢件保温冒口比砂型冒口的补缩率提高了4.7%,铸件工艺出品率提高了17%。另外,本文设计的软件也适用于其它类型的大型铸钢件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 铸钢件保温冒口
• 1.2.1 保温冒口的原理
• 1.2.2 铸钢件保温冒口的研究现状
• 1.3 冒口计算模型的发展现状
• 1.3.1 国外冒口计算模型的研究进展
• 1.3.2 国内冒口计算模型的研究进展
• 1.4 冒口工艺CAD 的发展现状
• 1.4.1 国外冒口工艺CAD 的研究进展
• 1.4.2 国内冒口工艺CAD 系统的研究进展
• 1.5 主要研究内容
• 第2章 大型铸钢件保温冒口计算模型的研究
• 2.1 引言
• 2.2 冒口计算模型的分析
• 2.2.1 周界商法
• 2.2.2 三次方程法
• 2.2.3 三种计算模型的分析
• 2.3 三次方程法的保温冒口计算模型
• 2.4 保温冒口计算模型中相关参数的探讨
• 2.5 本章小结
• 第3章 大型铸钢件保温冒口计算模型中δ’的优化
• 3.1 引言
• 3.2 热物性参数的测量实验
• 3.2.1 典型铸钢材料热物性参数的测量
• 3.2.2 保温材料热物性参数的测量
• 3.2.3 铸型材料热物性参数的测量
• 3.3 大型铸钢件计算机凝固模拟
• 3.3.1 计算机凝固模拟技术优化δ’的原理
• 3.3.2 温度场模拟的前处理
• 3.3.3 结果分析
• 3.4 残余保温冒口几何表面积缩小系数的优化
• 3.4.1 保温砖δ’的优化结果
• 3.4.2 保温板δ’的优化
• 3.5 本章小结
• 第4章 大型铸钢件保温冒口计算软件设计及验证实验
• 4.1 引言
• 4.2 软件系统主要功能模块的设计
• 4.2.1 铸件热节计算模块
• 4.2.2 保温冒口计算模块及结果输出模块
• 4.3 软件系统辅助功能模块的设计
• 4.3.1 保温冒口工艺参数数据库模块
• 4.3.2 结果打印模块
• 4.4 软件应用实例
• 4.4.1 保温冒口工艺的制定
• 4.4.2 保温冒口的计算结果
• 4.4.3 缩孔缩松预测验证软件计算结果
• 4.5 实验验证
• 4.5.1 浇注实验
• 4.5.2 超声波探伤实验
• 4.5.3 冒口补缩率及铸件工艺出品率的计算
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢