本文選題：壓力鑄造　切入點：表面張力　出處：《清華大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：卷氣氣孔和壓室預結晶粗大組織是壓鑄工藝中最常見的兩種缺陷,而這些缺陷的形成及后續(xù)變化又都與壓鑄的充型過程相關。因此借助計算機數(shù)值模擬技術研究壓鑄充型過程,預測卷氣及壓室預結晶組織分布,對優(yōu)化壓鑄工藝設計、提高壓鑄件的質(zhì)量具有重要的意義�；赮oungs界面假設開發(fā)了三維空間自由表面重構算法;基于算子不分裂原則開發(fā)了流體運輸算法;基于切網(wǎng)格剖分系統(tǒng)開發(fā)了對應的控制方程求解算法和后處理程序;分別驗證了上述算法的可靠性和優(yōu)越性。通過求解各類表面的法向量,考慮表面張力,建立了壓鑄充型過程的數(shù)值模擬模型,并利用有限差分法離散求解控制方程;搭建了水力學模擬實驗平臺,進行兩套模具的水模擬實驗;將實驗結果與模擬結果進行定性與定量的對比,驗證了模型的準確性以及考慮張力后的模擬精度變化�；诰砣霘馀菰诔湫瓦^程中的演變過程,開發(fā)了氣泡搜索、氣泡破碎、氣泡移動的算法,建立了壓鑄卷氣缺陷預測模型;分別比較宏觀氣泡和微觀氣泡的模擬結果與實驗結果,驗證了模型的預測能力�；趬鸿T充型模型和顆粒軌道模型建立了壓室預結晶組織流動分布預測模型;對壓室預結晶顆粒進行了受力分析,并利用實驗參數(shù)設置了模型的初始條件;對比了壓室、鑄件整體、鑄件剖面上預結晶組織分布的模擬結果和金相結果,驗證了模型的預測能力。對拉伸棒展開多參數(shù)模擬實驗,觀察了拉伸棒各方向截面上預結晶組織的移動趨勢,統(tǒng)計了預結晶顆粒的無量綱平均距離及其周期性波動,總結了預結晶組織的主要分布規(guī)律,進而提出了分布規(guī)律對缺陷帶形成影響的假說,并用不同參數(shù)條件下的實驗結果進行了驗證。綜合運用各類模型,對實際的壓鑄階梯件、支架件、碰撞盒件進行了充型、卷氣分布、壓室預結晶分布的模擬,將模擬結果與X射線檢測結果、工業(yè)CT斷層掃描結果、金相照片統(tǒng)計結果對比,驗證了模型程序能應用于實際壓鑄工藝,并通過改進壓鑄件設計來體現(xiàn)模擬對壓鑄工藝優(yōu)化的指導作用。
[Abstract]:The two most common defects in the die casting process are the air volume porosity and the coarse pre-crystallization structure of the pressure chamber, and the formation and subsequent changes of these defects are related to the filling process of the die casting, so the mold filling process of the die casting is studied by computer numerical simulation technology. It is important to predict the distribution of precrystalline structure in the volume gas and pressure chamber for optimizing the design of die casting process and improving the quality of die casting. Based on the assumption of Youngs interface, a 3D free surface reconstruction algorithm is developed. Based on the principle of operator non-splitting, the fluid transportation algorithm is developed, and the corresponding control equation solving algorithm and post-processing program are developed based on the tangent mesh generation system. The reliability and superiority of the above algorithms are verified respectively. By solving the normal vectors of various surfaces and considering the surface tension, the numerical simulation model of the die casting filling process is established, and the governing equations are discretized by the finite difference method. The hydraulic simulation experiment platform was built to carry out the water simulation experiment of two sets of molds, and the qualitative and quantitative comparison between the experimental results and the simulation results was carried out. The accuracy of the model and the change of simulation accuracy after considering the tension are verified. Based on the evolution of the involved bubble in the filling process, the algorithms of bubble searching, bubble breaking and bubble moving are developed, and the prediction model of the gas defect in the die casting coil is established. The prediction ability of the model is verified by comparing the simulation results of macro and micro bubbles with the experimental results. Based on the die casting mold model and the particle orbit model, the prediction model of the flow distribution of precrystalline microstructure in the pressure chamber is established. The stress of precrystalline particles in the pressure chamber is analyzed, and the initial conditions of the model are set up by using the experimental parameters, and the simulation results and metallographic results of the distribution of precrystalline microstructure in the die chamber, the whole casting and the section of the casting are compared. The prediction ability of the model was verified. The multi-parameter simulation experiment was carried out on the tensile rod. The moving trend of the precrystalline structure on each cross section of the tensile rod was observed, and the dimensionless average distance and its periodic fluctuation of the precrystalline particles were calculated. The main distribution laws of precrystalline structure are summarized, and the hypothesis of the influence of distribution law on the formation of defect band is put forward, and the experimental results under different parameters are verified. The supporting parts, impact box parts were simulated with filling, roll air distribution and pressure-chamber pre-crystallization distribution. The simulation results were compared with the results of X-ray examination, the results of industrial CT tomography, and the statistical results of metallographic photographs. It is verified that the model program can be applied to the actual die casting process, and the simulation can be used to guide the die casting process optimization by improving the die casting design.
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG249.2

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