本文關鍵詞：導流葉輪熔模鑄造數(shù)值模擬和工藝優(yōu)化

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【摘要】：鋁合金作為一種優(yōu)良的鑄造材料,廣泛應用于航空航天汽車等領域,尤其其輕量化的特性,不僅在能源方面,還在安全、環(huán)境等方面,起著至關重要的作用。鋁合金熔模精密鑄造作為一種先進的材料成型工藝,其成型的鑄件在表面質量和尺寸精度方面相比于傳統(tǒng)鑄造工藝鑄件有著明顯的優(yōu)勢,因此,鋁合金熔模鑄造工藝正持續(xù)受到關注。由于熔模精密鑄造工藝復雜工序繁多,實際生產過程中,待成型件特別是形狀復雜的薄壁零件,生產周期長,成品率不高。因此,借助計算機數(shù)值模擬技術對鑄件澆注過程進行模擬是一種行之有效的科學方法。本文以A356鋁合金導流葉輪熔模鑄造工藝為研究對象,運用數(shù)值模擬軟件ProCAST對澆注過程進行設計和優(yōu)化,減少鑄件缺陷,并通過實際澆注來檢驗優(yōu)化結果。首先分析了鑄件的結構特征和工作環(huán)境,并對初始工藝方案進行數(shù)值模擬,結果發(fā)現(xiàn),雖然充型過程總體平穩(wěn)有序,但是在凝固過程中由于導流葉輪薄壁處過薄,凝固順序優(yōu)先,此部分的熔液過早失去流動能力,因此鑄件底部部分難以得到補縮,出現(xiàn)了一片呈環(huán)形狀分布的縮孔縮松缺陷,在改變澆注工藝參數(shù),多次模擬后,這種缺陷依舊沒有得到解決。然后,對澆注系統(tǒng)進行了重新設計和優(yōu)化,設計了一套較為復雜的階梯式澆注系統(tǒng)。通過模擬結果表明,在此工藝方案下,鑄件的缺陷主要集中在澆注系統(tǒng)部分,鑄件的整體只出現(xiàn)了少量的縮孔縮松缺陷。以縮孔縮松分布和最大有效應力作為參考指標,以澆注溫度、型殼預熱溫度、澆注速度為變量,做數(shù)值模擬正交試驗。正交試驗結果表明,最佳澆注工藝參數(shù)組合為:澆注溫度750℃、型殼預熱溫度500℃、澆注速度80mm/s。在此澆注工藝參數(shù)下,導流葉輪得到了最佳表面質量,整體無任何缺陷。最后,通過實際澆注過程來驗證階梯式澆注系統(tǒng)和澆注工藝參數(shù)組合的可行性。整個實驗過程包括(1)蠟模的制作:以中溫蠟為材料,合理的壓注參數(shù)得到質量良好的蠟模。(2)型殼的制備:選擇硅溶膠作為粘結劑,石英玻璃為面耐火型材,選用鋁礬土作為背層耐火材料,制定了4層型殼,然后對型殼進行涂料、撒砂、干燥硬化處理,獲得了質量良好的型殼。(3)鋁合金熔液熔煉和澆注。鑄件成型,并進行清理和熱處理后,所得的導流葉輪質量良好,無明顯缺陷。上述實驗研究表明,在結構復雜的鋁合金鑄件熔模鑄造中,ProCAST的數(shù)值模擬技術能有效的優(yōu)化澆注工藝方案和工藝參數(shù),為鑄造生產過程提供科學可靠的指導。
【關鍵詞】：鋁合金 熔模鑄造 導流葉輪 數(shù)值模擬 正交試驗 工藝優(yōu)化
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG249.5
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 鑄造鋁合金13-15
• 1.2.1 傳統(tǒng)鑄造鋁合金簡述13-14
• 1.2.2 新材料的發(fā)展趨勢14-15
• 1.3 熔模鑄造技術簡介15-16
• 1.4 熔模鑄造的發(fā)展現(xiàn)狀及前景16-21
• 1.4.1 國外熔模鑄造現(xiàn)狀16-18
• 1.4.2 我國熔模鑄造現(xiàn)狀18-20
• 1.4.3 熔模鑄造的技術革新20-21
• 1.5 熔模鑄造CAE技術21-22
• 1.6 課題研究目的和主要內容22-24
• 第二章 熔模鑄造數(shù)值模擬模型及缺陷分析24-33
• 2.1 數(shù)值模擬理論基礎24-27
• 2.1.1 充型過程的理論基礎24-25
• 2.1.2 凝固過程理論基礎25-27
• 2.2 縮孔縮松形成機理與預測27-30
• 2.2.1 縮孔縮松形成機理27-28
• 2.2.2 縮松縮孔預測判據(jù)28-30
• 2.3 數(shù)值模擬軟件選用30-32
• 2.3.1 ProCAST軟件簡介30-31
• 2.3.2 GeoMESH自動劃分網(wǎng)格工具31-32
• 2.4 本章小結32-33
• 第三章 熔模鑄造數(shù)值模擬分析33-50
• 3.1 鑄件結構及工作環(huán)境分析33-34
• 3.1.1 導流葉輪初始澆注方案33-34
• 3.3 數(shù)值模擬前期處理34-37
• 3.3.1 三維模型有限元網(wǎng)格劃分34-35
• 3.3.2 材料熱物性參數(shù)設定35-36
• 3.3.3 界面換熱系數(shù)設定36-37
• 3.3.4 初始條件設定37
• 3.4 初始方案數(shù)值模擬及結果分析37-42
• 3.4.1 充型過程數(shù)值模擬37-38
• 3.4.2 凝固過程分析38-41
• 3.4.3 孔縮松預測和分析41-42
• 3.5 澆注工藝方案重新設計42-44
• 3.5.1 澆注類型分類42-43
• 3.5.2 澆注系統(tǒng)優(yōu)化改進43-44
• 3.6 改進方案數(shù)值模擬及結果分析44-49
• 3.6.1 充型過程模擬44-46
• 3.6.2 凝固過程模擬46-48
• 3.6.3 缺陷預測及方案總結48-49
• 3.7 本章小結49-50
• 第四章 澆注工藝參數(shù)優(yōu)化及實驗驗證50-63
• 4.1 澆注工藝參數(shù)優(yōu)化50-53
• 4.1.1 正交試驗設計50-51
• 4.1.2 實驗結果分析51-53
• 4.2 鑄件工藝制備53-61
• 4.2.1 蠟模的制做53-56
• 4.2.2 型殼的制備56-61
• 4.3 鋁合金熔液熔煉和澆注61
• 4.4 鑄件清理及澆注結果61-62
• 4.5 本章小結62-63
• 第五章 總結與展望63-65
• 5.1 全文總結63-64
• 5.2 問題與展望64-65
• 參考文獻65-68
• 致謝68-69
• 在讀學位期間發(fā)表的論文69

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本文編號：621128