Experimental and mathematical modeling of metal spray forming process

The metal spray forming process was examined using mathematical simulation and verified through the prototyping evaluation at Baosteel’s test and development facilities.The mathematical model comprised of four sections,including jet gas flow in the deposition chamber;single droplet behavior along its trajectory path;probability and statistical analysis of droplet mass behavior,and forecast of the shape and temperature distribution of the billet during the spray forming process.     

A study on mathematical simulation of spray forming process

An integrated approach for modeling the entire spray forming process is presented in this paper, and the program for the simulation is developed. The whole spray forming process can be divided into four calculation processes and the basis for the analysis is the classical k -ε turbulence model which was used to simulate the flow field of gas formed in the chamber. In the atomization model the flow field of gas is coupled with formation, velocity and location of droplet. By means of the above mathematical model, the process of spray forming was simulated.     

喷射成型锭坯形状的数值模拟研究

建立了描述喷射成型过程中沉积坯外轮廓动态生长的三维数学模型,该模型考虑了喷射成型过程中各种工艺参数的影响,这些工艺参数包括喷嘴的雾化特性值、偏心距离、沉积盘的旋转速度和下拉速度,在计算后进行数据处理得出了锭坯生长的三维外形轮廓,通过与实际喷射成型设备成形的锭坯对比,两种结果符合较好,并可用此模型来预测不同工艺条件下锭坯的外形生长轮廓。     

非规则管坯喷射沉积成形工艺优化及试验验证

提出了基于往复式喷射成形工艺制备大璧厚非规则管坯的近终形成形工艺及其工艺参数优化方法,以实现坯件从CAD设计到喷射成形的快速制备过程。该工艺方法包括三个阶段:非规则管坯的三维CAD设计、分层处理和单层沉积厚度计算;基于沉积厚度与往复速度和质量流率的对应关系,计算满足各层沉积厚度所对应的控制参数;利用控制系统和执行机构对控制参数进行实时控制和调节,采用往复式多层喷射成形工艺制备满足设计轮廓的管坯。通过试验进行了验证,喷射成形制备的管坯形状和轮廓与CAD设计模型较好地一致,表明了该工艺方法的可行和正确性。     

斜轧磷铜球成形过程的数值模拟

确定了斜轧磷铜球轧辊孔型曲面方程,通过VC++编程得到轧辊孔型曲面上的特征曲线.利用Pro/E的曲面建模功能建立了轧辊的三维实体几何模型.利用DEFORM-3D软件,采用三维刚-塑性有限元法对斜轧磷铜球进行了数值模拟,获得轧件变形区的应力-应变场分布规律.     

喷射沉积的影响因素及沉积体性能控制

详细分析了喷射沉积的影响因素,归纳了建立数学模型、制定统一工艺标准和实行实时控制3种方式来控制沉积体性能。     

喷射成形棒坯中沉积距离和回缩速度的选择

利用计算机数值模拟技术采用平均质量流率法建立了喷射成形空间质量流率分布和棒坯生长模型，通过讨论喷射成形空间质量流率分布得出沉积器的最佳位置hm和最佳回缩速度vo并计算了不同喷射参数对沉积坯端面形貌的影响。     

Laval喷管内流动特征的数值模拟

借助商业软件CFX4．4，对laval喷管内的流场进行数值模拟，从理论上分析了不同滞止压力下管内的流动状态以及激波的产生情况，并验证了k-ε湍流模型的适用性。     

Numerical simulation of the UOE forming process based on MSC. Marc secondary development technology

U-ing-O-ing-Expanding (UOE),the main process for making longitudinal submerged arc welded pipe(LSAW) with steel plate,is famous for its superior quality and reliability.Based on the famous non-linear finite element analysis (FEA) software MSC.Marc,a finite element model (FEM) has been established to simulate the whole UOE forming process by using the secondary development technology with the Python language.Research has also been conducted systematically on the crimping,U-ing,O-ing and mechanical expanding processes.The practice has shown that the simulation calculation is in close conformity with the actual site production data.The FEM has been successfully applied in the UOE production at Baosteel.     

Numerical simulation of temperature distribution and solidification behaviour during spray forming

A mathematical, two-dimensional model for the analysis of the temperature and solidification behaviour in the substrate and deposit for the spray forming process of metals has been developed. Due to the irregular shape of the growing deposit, which changes with spraying time, a grid transformation method was successfully developed for the calculation of the temperature distribution and solidification front in the growing deposit. The influence of process parameters, i.e. thermal conditions of the metal spray at impact, heat transfer coefficient at the surface of the deposit and geometrical parameters, are qualitatively and quantitatively discussed.     

喷射成形高钒高速钢环坯制备技术研究

采用喷射成形技术制备高钒高速钢环坯,阐述了喷射成形制备过程方法及工艺参数,制备得到的沉积坯收得率为83.5%。对比观察沉积坯不同位置组织及碳化物形貌,发现:组织均匀细小,碳化物颗粒细小、形状较为规则、分布均匀,合金元素无宏观偏析;孔隙及缺陷主要位于沉积坯与基体的结合界面附近,产生于喷射沉积未完全稳定的试验初期。对热处理后的沉积坯试样进行硬度测试,喷射成形高钒钢淬火硬度为63HRC,高于粉末冶金高钒钢;经过3次回火,硬度逐渐下降,未出现二次硬化现象。     

卧式喷淋塔烟气脱硫的数值模拟

卧式喷淋塔技术是北京科技大学环境中心开发的一种新型烟气脱硫系统工艺,在某些方面克服了立式喷淋塔的缺点,具有脱硫效率高、压力损失小、运行成本低、易检修等特点.但在实际工程中仍然需要进一步的改进.为了研究不同喷淋的布置格局对卧式喷淋塔的内部流场的影响,构建了卧式喷淋塔物理模型,采用Icem软件划分网格,利用Fluent软件数值模拟计算.模拟中选择k-ε湍流模型及随机轨道模型,数值模拟计算采用SIMPLE算法.模拟结果表明：双层喷淋设置时喷雾锥角为90°,上部喷淋高度为距顶部0.9 m,下部喷淋高度为距顶部2.4 m,喷淋层间距为1.5 m时,有效的减少脱硫塔压力损失,降低能耗,塔内吸收区烟气流动的速度均匀,增大了气液接触的频率.烟气的温度适宜于气液反应.总体上提高了烟气的脱硫效率,为实际工程的设计和应用提供指导.     

管坯钢夹杂物成因分析及工艺控制

针对管坯钢非金属夹杂物的形态、组成及形成原因进行了分析,据此采取了相应的工艺控制措施,使管坯钢的冶金纯净度得到了很大提高。     

喷射成型沉积坯组织及机械性能分析

喷射成型是近年来发展极其迅速的一种崭新的金属和合金成型技术,它不仅具有快速凝固的优点,可以生产低偏析、细晶粒、高致密度和近终形尺寸的坯料,而且简化了生产工序,从而比一般粉末冶金生产工艺降低了成本。用光学显微镜和扫描电子显微镜观察喷射成型制造的GCr15沉积坯,分析其组织结构和晶粒度的分布状况。同时,对沉积坯的密度、硬度进行测定分析。结果表明,沉积坯具有细小的等轴晶粒,化学成分比较均匀。在此基础上提出了一些改进微观组织和性能的措施。     

低翅片管换热过程的数值模拟及其结果分析

以用于冷凝器中的低翅片管为研究对象,利用ANSYS中的流体传热分析模块FLOTRAN CFD,建立管内通R22制冷剂,管外通空气的翅片管换热过程的二维模型,并对其进行流固耦合模拟分析.研究采用正交实验的方法,探究了换热过程中流场与温度场的分布状况,并结合传热学、流体学理论对结果进行了分析,研究表明:在等热流的情况下,翅片管的换热性能明显优于光管,在指定范围内,翅片管换热性能随翅片间距的增加而增强,随翅片厚度的增大而减弱,随翅片高度的增大而增强,但管外压降却随翅高的增大而显著变大,综合考虑换热性能与压降,对翅片管的结构参数进行了优化.      

冷弯成型过程的有限元模拟

利用MARC软件对角钢板坯进行了三维大变形模拟，分析了在辊弯成型过程中不同道次辊压所造成的角钢各部位应变的分布情况，揭示了角钢在成型过程中金属的变形规律，其结果在一定程度上反映了实际的冷弯成型过程，对实际生产有一定的参考价值。     

方管铝型材喷水冷却温度场模拟及影响因素分析

为了解决方管铝型材冷却不均的问题,利用有限元分析软件Fluent,对方管铝型材喷水冷却的温度场进行了三维瞬态数值模拟,分析了方管铝型材特征点的温度场变化规律,研究了挤出成形速度、喷嘴纵向间距及喷嘴横向间距对方管铝型材冷却温度场的影响.结果表明:挤出成形速度和喷嘴纵向间距对方管铝型材纵向温度场影响明显,而喷嘴横向间距对温度场的影响主要表现在横向上.采用最大的挤出成形速度、最小的喷嘴纵向间距和80mm的喷嘴横向间距可以得到较均匀的冷却温度场.     

喷射成形高锌Al-Zn-Mg-Cu合金的时效行为

系统研究了喷射成形高锌Al-Zn-Mg-Cu合金在不同时效处理条件下的显微组织与力学性能.结果表明自然时效合金在晶界处已析出强化相;单级时效合金随时效时间的延长,晶内和晶界析出相逐渐粗化;双级时效合金的析出相进一步粗化,并且晶界析出相为断续特征;回归再时效合金具有较细的晶内组织及类似于双级时效的晶界组织.同时发现,双级时效合金的抗拉强度比峰时效合金的强度下降了13%左右,而回归再时效合金的强度优于峰时效合金的强度.     

铝合金半固态挤压扩展成形过程三维数值模拟

以半固态挤压扩展成形A2017铝合金扁型材为研究对象,采用有限元方法对半固态挤压扩展成形过程热流耦合场进行三维数值模拟,建立了热流耦合数学模型,确定了计算模型的边界条件以及所研究合金的热物性参数,获得了不同工艺参数和模具设计参数下合金动态凝固过程的温度场和速度场,特别是模具设计参数对模腔内合金流动规律的影响,从而为合理设计成形模具,调整成形工艺,提高制品质量找到依据．     

锭坯双喷嘴扫描喷射成形雾化锥沉积轨迹及其耦合研究

双喷嘴扫描喷射成形是提高生产效率和制备大直径锭坯的主要工艺方式.研究了双喷嘴扫描喷射成形工艺雾化锥扫描沉积轨迹及其耦合产生条件.建立了雾化锥沉积轨迹坐标及扫描沉积区域数学模型,分析了工艺参数对沉积轨迹的影响规律,从理论上推导了沉积轨迹耦合条件.对沉积轨迹模型和耦合特性进行了图形仿真.研究表明:沉积轨迹呈"花瓣"形状,由喷嘴偏心距、初始倾斜角、扫描范围角、喷射高度、扫描频率、沉积盘旋转速度确定.通过喷射成形试验对建立的理论模型和研究结论进行了验证,表明了其正确性.