铁型覆砂铸造凝固过程温度场的研究及对缩松缺陷的影响

论文摘要

铁型覆砂铸造是在金属型内腔上覆上一层一定厚度的覆膜砂而形成铸型的一种新型铸造技术,它兼具金属型铸造和壳型铸造的特点。铁型覆砂铸造的关键就是根据不同的铸件壁厚、材料和结构来选择合适的铁型厚度和覆砂层厚度,以得到所需的冷却速度,来提高铸件质量和避免铸造缺陷的产生,所以对铁型覆砂铸造凝固过程温度场的研究对控制铸件质量有重要意义。本文对球墨铸铁阶梯型铸件铁型砂铸造过程中,不同铸件厚度、覆砂层厚度和铁型厚度条件下凝固温度场的研究,分析三者对铸件冷却速度的影响;并运用ANSYS和MAGMAsoft软件对阶梯型铸件凝固过程进行数值模拟并分析温度场对缩松缺陷的影响;最后将实验和模拟结果运用到差速器壳铁型覆砂铸造工艺设计中,并模拟验证工艺的正确性。本文主要的工作和成果如下:1、运用测温仪和热电偶对阶梯型铸件不同铁型厚度和覆砂层厚度条件下,铁型覆砂铸造凝固过程各测试点冷却温度曲线测试,分析结果表明:覆砂层厚度是控制铸件冷却速度的最主要因素,覆砂层越厚,铸件冷却速度越慢;铸件壁厚越大,铸件冷却速度越慢;铁型厚度越大,铸件冷却速度越大。2、运用ANSYS对阶梯型铸件铁型覆砂铸造凝固过程进行温度场模拟,模拟得到各测试点温度曲线与实测温度曲线基本一致,说明模拟参数符合实际生产应用。3、运用MAGMAsoft对阶梯件进行数值模拟,预测得到缩松缺陷位置与ANSYS温度场模拟结果一致。4、根据铸件壁厚、覆砂层厚度和铁型厚度对铸件凝固冷却速度的影响规律,对球铁差速器壳铁型覆砂铸造工艺进行优化设计,并用MAGMAsoft对其铸造凝固过程进行数值模拟,得到结果为铸件无缩松缺陷,说明工艺设计合理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外铸造业发展现状及趋势
• 1.2 铁型覆砂铸造的概况
• 1.2.1 铁型覆砂铸造的基本原理和特点
• 1.2.2 传热原理
• 1.2.3 铁型壁厚和覆砂层厚度
• 1.3 铁型覆砂铸造工艺
• 1.3.1 工艺原理
• 1.3.2 覆砂造型工艺
• 1.3.3 铁型覆砂铸造生产线及主要设备
• 1.4 铁型覆砂铸造缺陷分析及优化
• 1.5 铁型覆砂铸造国内外发展现状
• 1.6 铸造凝固过程数值模拟国内外研究现状
• 1.6.1 铸件充型过程数值模拟
• 1.6.2 铸件凝固过程温度场数值模拟
• 1.7 本课题的研究目的和主要内容
• 第2章 研究方法
• 2.1 研究方案
• 2.2 实验材料及仪器
• 2.3 铁型覆砂铸造工艺装备设计
• 2.3.1 实验设计
• 2.3.2 实验铁型设计
• 2.3.3 实验覆砂装置设计
• 2.4 测试点位置
• 2.5 测试系统介绍
• 2.5.1 热电偶测温基本原理
• 2.5.2 热电偶
• 2.5.3 测温仪介绍
• 2.6 实验方案和过程
• 2.6.1 实验方案
• 2.6.2 实验过程
• 第3章 实验结果分析
• 3.1 阶梯型铸件凝固过程冷却曲线的测试
• 3.2 阶梯型铸件凝固冷却分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 铸件凝固过程温度场模拟及其对缩松缺陷的影响
• 4.1 基于ANSYS铸件凝固过程温度场模拟
• 4.1.1 铸件凝固过程的传热学
• 4.1.2 铸件凝固过程温度场数学模型
• 4.1.3 凝固潜热处理
• 4.1.4 热物性参数
• 4.1.5 阶梯型铸件ANSYS凝固过程三维温度场模拟
• 4.1.6 模拟结果与实验实测的比较分析
• 4.2 基于MAGMAsoft铸件凝固过程模拟
• 4.2.1 MAGMAsoft简介
• 4.2.2 阶梯型铸件MAGMAsoft模拟过程
• 4.2.3 模拟结果分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 铁型覆砂铸造实际生产应用
• 5.1 差速器壳铁型覆砂铸造工艺设计
• 5.1.1 铁型覆砂铸造球铁差速器壳工艺分析
• 5.1.2 铁型覆砂铸造工艺装备设计
• 5.2 基于MAGMAsoft的球铁差速器壳铸造数值模拟及缩松预测
• 5.2.1 差速器壳充型凝固过程模拟结果分析
• 5.2.2 差速器壳凝固过程缩松缺陷的预测
• 5.3 差速器壳铁型覆砂铸造生产实际应用
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果