铸造用型砂热物性参数研究及校正

型砂的热物性参数对铸造凝固过程数值模拟结果有很大影响,得到准确的型砂热物性参数对提升铸造数值模拟的准确性意义重大.本文通过现场试验测得了实际铸造型砂的降温曲线,在仿真模拟软件中对型砂热物性参数进行反算优化,并与现场实测的降温曲线匹配拟合,最终确定出与现场匹配的型砂热物性参数用于今后的数值模拟计算中,提升数值模拟准确性,...     

凝固模拟所用砂型热物性参数的测定和研究

采用反算法对砂型的热物性参数进行实验研究，并用自制的实验测温装置对工厂实际生产的硅砂的热物性参数进行测量，测量值得到模拟结果的验证；为本厂生产汽车后制动鼓铸件进行数值模拟，提供了实用和可靠的热物性参数。     

熔模铸造ZL114A铝合金凝固过程界面换热系数研究

为获得ZL114A铝合金在凝固过程中温度场的分布规律,根据实际工况设计了测温实验方案,利用热电偶和热成像仪得到了金属及其型壳在凝固过程中温度场的变化曲线,并根据实际测得的温度曲线借助ProCAST模拟软件中的反算模块对铸件与型壳间的界面换热系数进行了反求,得到了更加符合实际的界面换热系数。随后对其进行验证,用该界面换热系数所模拟求得的金属液温度曲线与实测值最大温差为10℃,型壳温度曲线与实测值最大温差为15℃,该方法及结果为铝合金熔模精铸模拟界面换热系数的设置提供了参考依据。     

大型铸钢件热物性参数确定及在凝固模拟中的应用

为确定大型铸钢件砂型热物性参数,对17.5t铸钢试件进行了测温实验;将确定后的热物性参数应用于300t快锻机下横梁铸件凝固过程的模拟。结果表明,400℃时,砂型导热系数最小;温度大于600℃时,砂型比热随温度升高而增大的速度减小。优化设计下横梁铸件冷铁及补贴有利于补缩,可防止缩孔缩松。     

铝合金石膏型精密铸件凝固过程数值模拟与实验验证

应用自行开发的铸件充型及凝固模拟系统,对铝合金石膏型精密铸件的凝固过程进行了数值模拟。采用自行设计制备的多通道自动测温装置,对所模拟的铸件进行现场测温。为了提高模拟精度,对铸件铸型热物性参数进行了实测,并采用最小二乘法进行拟合。通过计算机模拟预测了铸件的缩孔区,分析了铸件缺陷产生的原因,提出了合理的工艺方案,消除了铸件内缩孔的发生。实验验证的结果表明,数值模拟结果与测试值拟合较好     

熔模铸造条件下Ti6Al4V合金铸件与陶瓷型壳间界面换热系数研究

建立了Ti6Al4V合金铸件/铸型界面换热系数(h)的一维反算模型,从数学及数值模拟的角度研究了型壳热物性参数和热电偶定位等参数对h计算的影响,分析了不同参数影响的不同特点,据此对型壳热物性参数和热电偶定位位置等进行了修正,提高了h反算精度.修正计算参数后的反算结果表明,Ti6Al4V合金熔模铸造条件下,h的变化可分为4个阶段:(1)铸件为液态,h维持约440 W/(m2·K);(2)铸件表面生成完整凝固层,此阶段h下降近60%;(3)凝固层不断增厚至铸件凝固,此阶段h下降接近峰值的20%;(4)铸件凝固后,h随温度缓慢下降.在三维模型中对反算得到的h进行了验证,得到的模拟温度与实测温度基本吻合,表明反算得到的h较为准确,可以应用于Ti6Al4V合金熔模铸造过程的数值模拟中.     

熔模铸件凝固过程冷却曲线的测量方法

熔模铸件凝固过程冷却曲线对ProCAST模拟参数的反算求解和优化有重要作用。通过对熔模铸钢件凝固过程冷却曲线的测量方法进行研究并确定铸件内部冷却曲线的测量方法,试验测试出了精度较高的铸件冷却曲线。     

铸造模拟关键热参数的反求优化及应用研究

铸造过程数值模拟技术已经得到广泛应用,想要获得准确的模拟结果,就需要输入准确的条件参数。然而,通过实验直接测量条件参数却比较困难,部分条件参数甚至无法直接测量获得。应用DOE设计方法进行重力砂铸凝固模型热物性参数敏感性实验,以实验实测温度曲线作为反算优化的初始输入条件,按热物性参数敏感性由高到低依次用ProCAST铸造模拟软件对数值模型的材料热属性、边界散热参数、界面传热系数等热物性关键参数进行反算优化,并将优化获得的热参数进行凝固模拟验证。结果表明,反算优化后的热参数可以准确匹配实测结果,达到无需直接测量而优化条件参数的目的。     

AZ91D镁合金反重力铸造充型及凝固过程计算机模拟

给出了AZ91D镁合金的相关热物性参数，采用ProCAST铸造模拟软件对镁合金力学试棒反重力铸造充型与凝固过程进行了模拟，并通过反重力铸造工艺实验对模拟结果进行了验证。结果表明：铸造模拟软件ProCAST可用于镁合金铸件反重力铸造充型及凝固过程的模拟，能够提供较为准确的流场、温度场等信息，实现缺陷及其位置的预测。     

铝铸锭凝固边界热交换规律及温度场模拟

研究铝铸锭凝固边界热交换的变化规律及数学模型,并对不同浇注温度下凝固过程的温度场进行模拟。利用实时数据采集系统获得凝固过程中铸锭和金属模温度变化历史数据,采用非线性反算法和一维传热差分法对试验数据处理,建立界面换热模型并将其应用于凝固温度场模拟中。结果表明：在铸锭表面凝固前后凝固界面热流密度可分段用指数函数来描述其变化规律,而所建立的热交换系数与边界温度的对应关系可更好地反映实际的传热情况。模拟结果与实验测温结果相符,验证了该铸件/铸型边界热交换规律的可靠性。     

基于反热传导法的消失模铸件/铸型界面传热系数研究

基于反热传导法,建立了铸件/铸型界面传热系数反求数学模型。将铸铁件实际冷却曲线作为输入条件,成功获取了消失模铸件/铸型界面传热系数,同时建立了消失模铸件/铸型界面传热系数随时间变化的数学模型。当铸型温度为20℃时,传热系数服从h(t)=182.8-182.1×(7.23×10~(-5))~t;当铸型温度为50℃时,传热系数服从h(t)=181.7-237.1×(1.45×10~(-4))~t。采用反求获取的铸件/铸型界面传热系数对铸件凝固过程的温度场进行模拟。结果表明,与采用经验常数界面传热系数相比,采用反求法获取的界面传热系数的温度场模拟更接近实际。     

TiB_2/A356复合材料的热物性参数计算系统开发与熔模铸造数值模拟

使用Matlab软件开发了复合材料的热物性参数计算系统,并使用该系统获取了TiB_2/A356复合材料的热物性参数,并导入PROCAST的数据库对其热物性参数进行二次开发,对铸件熔模铸造过程进行模拟。模拟结果显示,铸件缩孔、缩松严重,且空隙率较大。分析缺陷产生的原因为增强体的加入使得液体流动性变差,补缩能力较弱。最后通过正交试验法获得流动性较好的A356铝合金,并通过提高浇注温度得到浇注结果合格的铸件。     

铸件凝固过程的温度场模拟及缩孔、变形和热裂缺陷的预测

本文以板锤铸件凝固过程温度场变化为研究对象，通过有限单元法，对铸件温度场进行模拟。基于模拟结果，采用温度曲线法和温度梯度法对铸件的缩孔进行预测，并结合温度—应力偶合对铸件的热变形和热裂缺陷进行预测。研究结果表明：对缺陷的预测情况与该产品实际生产结果完全相符，所以该数值模拟CAX技术在实际生产中完全可行。     

ZL102凝固过程瞬态温度场的模拟与验证

在Fourier导热微分方程基础上,充分考虑材料和边界条件等参数的非线性特征,采用等价比热容法处理结晶潜热,利用有限元法求解砂型铸造凝固过程的瞬态温度场。并对砂型铸造工艺进行测温实验,分别得到铸件、型芯和砂型内的测温曲线,测量温度与相应的计算温度基本吻合。针对计算温度与测量温度的偏差情况,从测温误差和计算模型两方面进行分析,提出了降低热电偶测温误差和提高模拟精度的具体措施。     

一种新的基于FDM/FEM挤压铸造温度场计算模型

构建了一种新的挤压铸造过程中基于FDM/FEM的温度场计算模型,从而实现将FDM网格直接转化为FEM网格,之后建立了AM50A镁合金压力变化和熔化温度变化的关系曲线,修正熔化温度值的大小,修正其他与温度有关的热物性参数,通过建立温度与热物性参数关系数据库,为解决大型复杂铸件FEM网格剖分困难的问题提供了一种参考.为了验证模型的正确性,选用AM50A镁合金进行挤压铸造实验,实际测量结果与模拟结果基本一致.     

铸型物性值的测定方法及计算机辅助校正

铸型物性值已成为铸造工艺计算机铺助设计急待解决的问题.作者通过浇注试验法,提出了一种铸型表观物性值的方法.为使测得的结果更适用于铸件凝固温度场计算机模拟,还利用铸件温度模拟软件,用插值计算法对测得的铸型物性值进行校正,使修正后的铸型物性值更趋于准确.     

浇注系统设计对反重力铸造薄壁板件凝固过程的影响

采用底注式浇注系统模拟反重力铸造条件,通过实浇测温法,研究了不同浇注系统浇注时薄壁平板铸件的凝固规律。发现内浇口的形状和尺寸对铸件凝固过程中的温度分布及铸件品质影响很大。实验结果可为正确制定反重力铸造薄壁件的工艺规范提供参考,也可作为计算机数值模拟反重力铸造薄壁件凝固过程的验证依据。     

U-2Nb合金凝固过程的计算机模拟

用ViewCast软件对U-2Nb合金管形铸件的凝固过程进行了计算机模拟,初步分析了夹杂、疏松缺陷形成的原因.采用具有一定温度梯度的铸型温度初始条件以及经最小二乘法拟合的热物性参数.充型过程的速度矢量图表明,顶注式使金属液呈现紊流特征,造成夹杂物在铸件内随机分布;温度场的变化表明,铸件自下而上顺序凝固,计算温度值与实测温度值符合较好;由于U-Nb合金具有较宽凝固温度区间,在凝固过程中因枝晶阻碍液体金属的流动而不能有效地补缩,容易产生疏松缺陷,模拟预测的疏松缺陷定性地与实际铸件经过γ射线无损探伤结果一致.     

PROCAST数值模拟在高温合金精密铸造中的应用

计算材料科学是一门处于高速发展的交叉学科,利用数值模拟技术对熔模精密铸造过程进行仿真模拟正在逐步发展和实际应用。介绍了PROCAST有限元模拟软件的工作模块构成和数值模拟分析流程,通过研究高温合金凝固缺陷形成机制,预测缩孔、热裂纹、冷隔、浇不足等宏观冶金缺陷;通过模拟不同参数并对比实际产品质量情况,用以确定较理想的铸造工艺,包括冶炼参数和浇注系统设计。研究表明:模拟软件PROCAST能够较准确地预测铸件在充型凝固过程中产生的缺陷,通过多次模拟预测,优化浇注系统、模壳温度、浇注温度、浇注速度和定向凝固拉伸速度,确定最优工艺方案,可以明显减少铸件缺陷,提高铸件质量,降低生产成本。     

基于ProCAST的改性中锰钢衬板的温度场模拟

采用Jmatpro软件对改性中锰钢的合金相图和热物性参数进行分析计算,确定了铸造初始温度。根据衬板的材料及形状,确定了倾斜浇注+波浪形冷铁的铸造工艺,建立凝固过程温度场的数学模型、几何模型及有限元模型。采用有限元仿真软件ProCAST对铸造过程温度场进行了模拟仿真计算。结果表明,在共晶转变阶段,共晶转变产生的热量不能及时顺畅向外散失,温度降低,曲线逐渐趋于平缓。通过比较5个关键点的速度冷却曲线发现,铸件中心位置首先凝固,两端随后凝固,达到了顺序凝固的预期目的,消除了缩孔、缩松缺陷。