铸件凝固温度场的计算机模拟

中国纺织大学机械工程系推出的铸件数值模拟计算是当前研究铸件凝固及探索铸件工艺的一种新方法,它具有定量描绘铸件凝固动态过程的特点。该系统利用 FORTRAN 语言在VAX-11/780机上编制了一套任意截面形状铸件温度场模拟计算通用程序和一套铸件浇注、凝固仿真通用程序。在凝固仿真过程中,只要输入必要的有关参数和图形信息,在计算机屏幕上将形象地显示出砂箱、冷铁、型芯骨、铸     

铸件凝固过程数值模拟技术在铸造生产中的应用

主要介绍了采用华铸CAE铸件凝固模拟分析软件对几类铸件的温度场和流动场进行分析，通过改进铸件工艺后，彻底消除了铸件缺陷。     

金属型铸造凝固过程温度场数学模型及定解条件的确定

一、概述 金属型铸造时生产量一般都很大，对铸件的质量要求很高，而且要求铸件是稳定的，也就是说同一副金属型中铸造出来的铸件质量应该是一样的。金属液的凝固过程对铸件质量影响很大，因此模拟凝固过程温度场的分布，对优化铸造工艺、预测与控制铸件质量和各种铸造缺陷，以及提高生产效率都非常重要。具体讲，凝固过程温度场模拟可实现如下目的。     

大型导叶铸件铸造缺陷分析及工艺优化

本文利用数值模拟技术分析了导叶铸件容易出现缩孔、缩松缺陷的位置。针对导叶铸件容易出现铸造缺陷的位置建立了导叶铸件合理的温度场，并设计出了环形本体补贴，形成了顺序凝固时所需要的温度梯度场，解决了导叶铸件长轴和瓣体上缩孔、缩松等缺陷的问题。     

铝合金汽车轮毂铸件凝固过程缺陷CAE分析

用对比定量的方法研究了浇注温度、模具预热温度对模具温度场的影响,探讨了冷却方式、浇注速度及模具结构对铸件缺陷的影响.运用某铸造模拟软件对其模具及铸件进行了压铸过程温度场分析和轮毂低压铸造充型及凝固过程做了模拟分析,介绍了铸件缺陷-缩松,缩孔的成因,利用CAE技术分析了铝合金汽车轮毂在凝固过程中浇注速度、冷却方式对缩松,缩孔的影响。     

一种铸件时效处理的新工艺──热冲击法

苏联《铸造生产》杂志1970年第7期,介绍了一种铸件时效处理的新工艺,称为热冲击法。现将内容译述如下,供参考。 热冲击法时效工艺的原理是使铸件快速加热,在加热过程中形成的热应力正好与铸造残余应力相叠加,引起塑性变形,从而达到降低残余内应力和强化铸铁基体的目的。 大家知道,铸件残余应力主要是由于铸件在型中冷却不均匀造成的。其应力场主要取决于铸件由塑性状态转变为弹性状态(下面简称塑弹性转变)的温度场。而快速加热时的热应力,显然只取决于加热时的温度场。若使快速加热时的温度场与铸件在型中塑弹性转变时的温度场相似,就可认为…     

强制风冷在大型铸钢件砂芯上的应用

通过活动横梁铸件简化模型研究了冷铁、自然风冷和强制风冷对厚壁回转体大型铸钢件凝固时间和砂芯温度场的影响。砂芯采用强制风冷铸件凝固时间最短,而采用冷铁不能缩短铸件凝固时间。通过对比不同冷却条件砂芯的温度场发现无强制冷却砂芯和冷铁砂芯分别在13 h和12 h出现热饱和现象,随后砂芯中心到铸件的温度梯度转为负值,砂芯向铸件输送热量;而砂芯采用自然风冷和强制风冷时从砂芯中心到铸件建立了正的温度梯度,能有效吸收铸件凝固期间释放的热量而改善其冷却条件;强制风冷对流换热系数高,冷却作用明显。对活动横梁铸件原始工艺改进,砂芯采用强制风冷;模拟结果与原始工艺相比缩孔位置上移,表明冒口补缩能力增强;同时砂芯实测温度场与模拟温度场相吻合,验证了模拟结果的可行性,由于砂芯在高温热作用下的时间短,经改进工艺所生产的活动横梁铸件中心孔表面无机械粘砂。     

国内外铸造过程应力场数值模拟技术的研究进展

近几年来，出于分析铸件中常出现的热裂、变形等问题的需要，凝固过程应力场、应变场数值模拟技术的研究日益受到重视，铸造过程温度场、应力场数值模拟技术的研究是铸造工程领域的前沿课题。本文介绍这一领域的研究进展情况，分析了存在的问题及发展方向。     

铸铁件铸造缺陷的有限元分析

采用有限元法建立了铸件凝固过程的数学模型，考虑材料随温度变化的非线性因素和相变中结晶潜热问题，对铸造凝固过程进行了数值模拟，得到了铸件在凝固过程的瞬态温度场、温度梯度场的分布和变化规律。预测出了铸件可能出现缩孔、缩松等铸造缺陷的位置，结果表明模拟预测与生产验证结果基本一致。     

基于ANSYS的三维铸铁件缩孔缩松形成的数值模拟

采用有限元方法及有限元分析软件ANSYS，对生产中实际铸件进行凝固过程数值模拟，得出铸件随时间变化的温度场。在此基础上采用新山判据，并结合所开发的软件，判断出铸件可能出现缩孔和缩松的部位，为工程技术人员提供了一种简便的判断方法，同时为改进铸造工艺设计提供了理论依据。     

异形坯连铸离线动态二冷控制模型的研究与开发

针对异型坯连铸二次冷却过程,基于凝固传热理论建立其二维凝固传热模型,采用非等间距网格离散空间区域,采用显式有限差分算法离散传热方程。以铸坯温度为控制目标建立了PID反馈控制模型。应用Visual Basic 6.0程序设计语言,开发了连铸二冷区离线动态配水控制软件,在铸坯拉速、浇铸温度和钢种发生变化后,该配水控制软件能够对进入二冷区的铸坯信息实行全程跟踪、记录、显示并动态地分配二冷各区的水量,保持铸坯温度分布的稳定。该软件界面友好、通用性强,运行结果证明其控制效果良好,从而为异型坯二冷水量实时动态控制系统的开发奠定了基础。     

连铸轻压下过程极限压下量及工艺参数分析

针对连铸铸坯在各个扇形段中坯壳厚度、温度场分布变化剧烈的特点,系统地研究铸坯在不同压下区间内极限压下量的变化规律。以A36钢连铸坯为研究对象,建立包括铸坯、铸辊以及它们之间多体接触的三维热力耦合模型,在保证工艺质量的前提下对铸坯的极限压下量、压下区间和分配进行系统研究。结果表明,A36钢铸坯从弧形段第一区段到水平段第十区段全过程的极限压下量范围是3.87~6.96 mm,在凝固末端适宜的压下区段为第8～10段,并且在这些压下区域内压下量均匀分配比较适宜。     

Thermal analysis of casting dies with local temperature controller

In high pressure die casting processes, a die plays a critical role in removing heat from the molten metal during the cavity filling and solidification stages. Proper control of die temperature is essential for producing superior quality components and yielding high production rates. In this paper, a computerized intelligent real-time monitoring and control system (IRMCS) is developed for die casting processes involving cooling of a die with multiple channels. A local temperature controller is designed to monitor temperature signals from the die insert and flow rate signals from the cooling lines. The performance of the controller is evaluated, and the effect of the controller on local temperature and heat transfer of casting dies is analyzed. The experimental results obtained from a laboratory die casting process simulator indicate that the developed control system is capable of adjusting the desired supply of cooling water into multiple cooling lines, which effectively controls the local temperature of the die insert within a given range. Hence, the desired thermal pattern of the die becomes achievable.     

温度梯度对致密厚壁铸钢件工艺设计的重要性

对精加工表面磁粉探伤后出现大量微细磁痕的铸钢大链轮的原铸造工艺进行了凝固数值模拟分析 ,认为缺陷是由于顺序凝固方向上温度梯度过于平缓所致的微小缩松 ,对缺陷部位进行纵横截面的切片金相分析印证了模拟分析是正确的。据此 ,本着增大凝固方向上的温度梯度的原则用数值模拟技术进行了 15种方案的工艺优化计算并结合现场生产确定了优化方案 ,实际浇注结果表明 ,方案是成功的。用同样的原理和方法对系列轴承座的铸造工艺进行了优化并在实际中获得了成功。进一步讨论说明 ,要获得致密的铸钢基体 ,在铸造工艺设计中应注意使凝固方向上的温度梯度足够大以使液 -固界面的推进方式向逐层凝固的方式靠近。     

Effect of the casting temperature on temperature field and microstructure of A2017 alloy during an innovative continuous semisolid rolling process with a vibrating sloping plate device

In this paper, the effect of temperature field on microstructure of A2017 alloy during an innovative continuous semisolid rolling process with a vibrating sloping plate device was studied. The results show that the alloy temperature decreases gradually from the entrance to the exit of the roll gap. In the backward slip zone, the isothermal lines have twice buckling. In the forward slip zone, the isothermal lines have once buckling. Semisolid region moves forward from the filling mouth to the exit of the roll gap with the increment of casting temperature, and the solid fraction increases from the entrance to the exit of the roll gap. The average grain size of the product increases with the increment of casting temperature, and the plastic deformation along the rolling direction happened obviously. According to the simulation and experiment, the proper casting temperature between 650 and 680 °C is suggested. A2017 alloy strip with good surface quality was obtained. The microstructure of the product is mainly composed of fine spherical or rosette grains which were elongated along rolling direction.     

基于二分束的三角法激光测距研究

为了实现激光测距仪小型化和低成本制作,提出了一种新型的基于高斯光束二分束的三角法激光测距方法,采用双PIN管探测器来替代传统三角法激光测距系统中的CCD或PSD光电检测单元,实现光束的二分束;利用光度学和高斯光束理论,推导出两分束的光功率比与待测距离及发射角的关系,并通过数值计算获得其关系图,进而通过测量分束比计算出目标距离。试验结果表明,本方法具有结构简单、精度高、对目标物颜色深浅不敏感等优越特性,并具有良好的应用前景。     

连铸单晶铜的力学性能及断裂特征

研究了同纯度的连铸单晶铜和连铸多晶铜的力学性能及断裂特征,并分析了二者范性变形特点的异同及原因。结果表明,连铸单晶铜与连铸多晶铜都没有屈服点,连铸单晶铜与连铸多晶铜相比,具有更好的塑性。连铸单晶铜表现出明显的各向异性,圆柱形拉伸试样变形成椭圆柱形,其长短轴之比为1.36;连铸单晶铜的断口呈扁平状剪切唇口,其断裂机理为微孔长大型断裂,显微孔洞在拉伸轴线上形核。连铸多晶铜宏观断口表现为各向同性和明显的变形不均匀性,在试样的表面出现了凹凸不平的印花,其断裂机理是微孔聚合型断裂,显微孔洞是在以拉伸轴线为对称中心的区域内的形核。     

汽车缸套离心铸造凝固数值模拟研究

建立汽车缸套离心铸造凝固过程的数学及物理模型,对汽车缸套离心铸造的凝固过程进行数值模拟,得到汽车缸套离心铸造过程中的温度场、液固相分布及缩孔缩松状况。结果表明:采用数值模拟分析能够使汽车缸套的高速、高温、复杂的卧式离心铸造过程可视化,并可方便地通过改变铸造参数来分析对铸造效果的影响;合适的铸型转速会对充型产生较大的影响,过小则会产生雨淋现象,过大则会使充型不连续;为减少铸件外表面及端面与内表面中心部分凝固速度的差距,可以适当提高铸型的预热温度。     

Analysis of ceramic shell cracking in stereolithography-based rapid casting of turbine blade

Rapid casting (RC) of freeform-surface parts can be realized via replacing wax patterns by stereolithography (SL) patterns to overcome the disadvantage of time-and-cost consuming in traditional investment casting. It has a promising application prospect in single and small batch production. But ceramic shell cracking during the pyrolyzing of SL patterns limits the application and popularization of RC. In this paper, a simplified thermo-mechanical model was first built and the distribution rule of circumferential stress on the contact boundary between SL patterns and ceramic shell was theoretically derived using displacement method to predict dangerous area of freeform-surface parts. Subsequently, the variation rule of circumferential stress at the predicted dangerous area with changing temperature was revealed by applying transient thermo-mechanical finite element analysis (FEA) on a turbine blade cross section. The comparison of theoretical and FEA results indicated that the circumferential stress was enlarged by the freeform shape of turbine blade instead of being relieved due to the softening of resin. Dangerous temperature range was then determined, so polyimide was added to increase strength under corresponding temperature to prevent shell cracking. An experimental validation was offered to verify our point.