铁型覆砂铸造凝固过程分析及其无冒口铸造技术研究

论文摘要

由铁型覆砂铸造工艺生产的铸件精度高、加工余量小、整体质量高。但是铁型覆砂铸造工艺工装设备比较昂贵,铁型一旦确定就无法更改。较普遍的方法是通过多次实验测量来确定工艺参数,但是这种方测试方法费用高、周期长、实验难度高。所以制定一种方便、实用的工艺参数确定方法并实现铸件的无冒口铸造是这个领域的研究热点。论文从研究凝固过程入手,运用动态温度监控和ANSYS、MAGMAsoft软件为基础的计算机模拟相结合的方式修正并得到材料在实际生产下的物理参数,继而对实际生产铸件的生产过程进行计算机模拟,为铸件实现无冒口铸造得出铸造工艺参数。本文的主要工作和成果如下:1、设计了合理并且操作简便的实验方法测量铁型覆砂铸造浇铸过程中不同的铁型厚度和覆砂层厚度条件下铸件各部位的凝固冷却曲线,得到铁型厚度、覆砂层厚度对铸件凝固过程的影响关系。设计的温度测量仪器方便、高效,也可以应用到其他铸造过程的温度场测量中。2、运用ANSYS和MAGMAsoft软件对铸件凝固过程进行温度场模拟。首先根据工具书和文献获得的参数,运用ANSYS模拟软件对实验铸件进行温度场模拟,得出凝固温度曲线。再对比实验所得数据,修正材料的热物性参数,得出球墨铸铁在生产应用条件下的物理参数,进一步运用MAGMAsoft软件对铸件的无冒口铸造工艺可行性进行初步分析判断。3、根据球墨铸铁四缸曲轴特点进行分析,设计出了铁型覆砂无冒口铸造工艺。经过计算机模拟和实际生产,证实了球墨铸铁铁型覆砂铸造的无冒口工艺是可行的。本课题运用实际测量和计算机模拟相结合的方式,对铸件的凝固过程进行研究,并得到合理的工艺参数,设计并实现了球墨铸铁四缸曲轴的无冒口铸造工艺。进过进一步的优化,可以使无冒口铸造工艺得到更广泛的应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外铸造业的发展趋势
• 1.1.1 国内铸造技术发展现状
• 1.1.2 国外铸造业的发展状况
• 1.2 现代铸造方法
• 1.2.1 砂型铸造
• 1.2.2 特种铸造
• 1.3 铁型覆砂铸造
• 1.3.1 工艺原理
• 1.3.2 铁型覆砂铸造的热交换特点
• 1.3.3 铁型覆砂铸件冷却速度的影响
• 1.3.4 铁型覆砂的铸造设备
• 1.4 铁型覆砂铸造的研究进展
• 1.4.1 铁型覆砂铸造的发展历史
• 1.4.2 计算机模拟技术的应用
• 1.4.3 凝固过程热传递数学模型
• 1.5 铁型覆砂铸造工艺研究现状
• 1.5.1 缺陷
• 1.5.2 铁型厚度、覆砂层厚度、铸件厚度对铸件冷却凝固的影响
• 1.5.3 射砂工艺
• 1.6 本课题研究意义及主要内容
• 第2章 实验方法、材料及设备
• 2.1 实验设备材料
• 2.2 总体实验方案设计
• 2.2.1 实验铸件设计
• 2.2.2 实验模具设计
• 2.2.3 测温仪器设计
• 2.2.4 测量点设计
• 2.3 实验过程
• 2.4 本章小结
• 第3章 实验结果分析
• 3.1 实验冷却曲线
• 3.2 铸件冷却凝固分析
• 3.3 铸件球化效果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 计算机模拟应用
• 4.1 铸造工艺计算机模拟现状
• 4.1.1 铸造工艺的CAD技术
• 4.1.2 铸造过程模拟技术
• 4.2 铸造凝固过程数学模型
• 4.2.1 铸造模拟计算机算法简介
• 4.2.2 热分析有限元法数学模型
• 4.3 基于ANSYS的铸件凝固冷却模拟
• 4.3.1 ANSYS模拟过程
• 4.3.2 材料的热物性参数
• 4.3.3 模拟结果分析
• 4.4 基于MAGMAsoft的铸造收缩缺陷模拟
• 4.4.1 球墨铸铁凝固收缩缺陷模拟
• 4.4.2 MAGMAsoft简介
• 4.4.3 MAGMAsoft模拟过程
• 4.4.4 模拟计算分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 球墨铸铁无冒口铸造工艺生产应用
• 5.1 铁型覆砂工艺无冒口铸造可行性设计
• 5.1.1 无冒口铸造的机理
• 5.1.2 无冒口铸造工艺措施
• 5.2 球墨铸铁四缸曲轴的无冒口铸造工艺设计
• 5.2.1 四缸曲轴铁型覆砂无冒口工装设计
• 5.2.2 四缸曲轴无冒口铸造计算机模拟
• 5.2.3 四缸曲轴无冒口铸造工艺的实际应用
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 附录A
• 附录B
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果