立式离心铸造熔体充填量的研究与模拟

通过受力分析，建立了立式离心铸造钛合金熔体充填流动的数学模型，以及相应的数值模拟模型；通过水力学试验模拟进行验证，与试验结果的良好符合，证明了数学模型的正确性及数值模拟结果的准确性。理论分析和试验结果表明，充填量随充填时间和离心转速的增加而增加，但是过高的转速却会导致型腔中熔体充填量的下降。     

离心铸造充型及凝固过程数值模拟

采用数值模拟技术优化进而控制生产,使离心铸造科学化生产是离心铸造技术提高的关键.本文借助流体流动方程及传热方程建立并开发了离心铸造数值模拟模型及软件,为科学指导离心铸造生产提供了科学保障和有效手段.     

立式离心铸造过程中熔体横截面的变化规律

对Ti合金立式离心铸件的充填和凝固过程进行研究。结果发现,在离心场下,柯氏力对熔体运动方向的改变影响非常大,熔体沿着与旋转方向相对的型壁进行正向加速充填,当达到最远端后反向充填。在正向充填过程中,对没有内浇道的铸型,熔体在横浇道内的截面面积随充填长度的增加而逐渐减小,当横浇道侧壁存在内浇道时,熔体通过内浇道进入型腔,导致熔体在内浇道入口处产生速度降,熔体横截面面积在该处有所回升,然后随充填长度的增加而减少。同时,旋转方向对有内浇道铸型的充填顺序影响非常大。     

复杂钛合金铸件立式离心铸造过程的数值模拟

利用三维可视化离心铸造数值模拟技术模拟某钛合金薄壁件的充型凝固过程,预测缺陷可能的位置。重点分析缺陷区域在不同转速下的缩松、缩孔分布情况,给出最佳转速。结果表明,缩松缩孔出现在铸件热节部位,与实际铸件X光检测显示一致。对比发现,在150r/min时的铸件缩孔明显减小。这是由于转速增大离心力增大,熔体充填型腔的能力增强,有效减小了缩孔体积,改善了缺陷情况。     

立式离心铸造顶头模具设计及充型凝固模拟

根据Φ136mm的穿孔顶头外形,设计一种立式离心铸造顶头的模具。通过数值模拟软件模拟其充型过程及凝固过程,离心铸造工艺参数为离心转数300 r/min、浇注温度1530℃和充型速度0.25m/s。模拟结果表明:铸件的充型过程基本平稳、快速,大概10.7s充型完毕;凝固过程中铸件温度场分布符合顺序凝固的要求,需1237s完全凝固。另外,固相分数也证实了铸件凝固过程是合理的。     

汽缸套立式离心铸造机试验研究

研制了专用立式离心铸造机及其辅助工艺装备，谋求解决传统卧式离心铸造工艺在汽缸套生产中存在的问题。在现场生产条件下进行了试验研究，并与卧式离心机进行了对比     

立式离心场下钛合金铸件缩孔缩松数值模拟

立式离心场下,合金熔体的临界补缩固相率随铸型转速及旋转半径的变化而变化,研究结果显示,随着铸型转速以及旋转半径的增加,临界补缩固相率逐渐增大.通过试算法建立了立式离心场下动态临界补缩固相率.同时通过数值模拟方式,研究了铸型转速、旋转半径、熔体过热度以及铸型型温对钛合金铸件缩孔、缩松的影响.结果显示,随着铸型转速和旋转半径的增加以及熔体过热度及铸型温度的升高,铸件的缩孔、缩松逐渐减少.     

离心场对钛合金铸造性能的影响

在立式离心场下和重力场下对石墨型钛合金铸件在铸造过程的充填及凝固情况进行研究.结果表明:在立式离心场下钛合金熔体的铸造性能好,其流动性和充填性得到很大改善;尤其对3 mm壁厚薄壁件,在重力场下由于充填阻力大于充填力,合金熔体无法完全充填铸型,而在离心场下可以实现全部充填,且最小壁厚可达到0.3 mm.此外,离心场下由于离心力和科氏力的共同作用,铸件的缺陷明显减少,且随铸型转速的增加而不断减小.     

地下水管接头立式离心铸造工艺

介绍了管接头铸件立式离心铸造工艺,其中包括设计原则和工艺参数.该工艺和重力铸造相比,提高铸件工艺出品率15%～30%,极大地改善了材料性能,降低了生产成本,获得了无缺陷高质量的铸件.     

工艺参数对SL原型钛合金快速离心精铸充填率的影响

通过栅格试样浇注实验研究了工艺参数对基于SL原型钛合金立式离心快速精密铸造充填率的影响.试验结果表明,试样铸件厚度越大,离心半径越大,离心转速越高,铸件型壳的充填率越高.同时通过离心加速度综合分析了离心半径和离心转速对充型率的影响,当离心加速度大于某一临界值时,即可充填满不同厚度的试样,且试样越厚,充填满试样所需的临界离心加速度越小.     

TiAl基合金排气阀立式离心铸造充型及凝固过程数值模拟

以N-S方程、连续性方程及Fourier导热方程为基础，结合离心力、重力及Coriolis力，在实验的基础上建立了立式离心铸造充型过程及凝固过程数学模型．并且依据此模型对TiAl基合金排气阀立式离心铸造过程温度场、流场及压力场进行了数值模拟．数值模拟结果表明，离心铸造的充型过程存在正向和反向两个充填过程，在入口处易出现卷气缺陷．凝固过程也存在正向和反向两个凝固顺序，在靠近先充填一侧易于形成偏轴线缩松缺陷．     

一种钛合金镜筒的石墨型离心铸造工艺

介绍了某光学设备上使用的钛合金镜筒铸件的石墨型离心铸造工艺.分析了铸件出现浇不足缺陷的原因,通过浇注系统的改进解决了铸件的成形问题,并最终获得了合格的钛合金镜筒铸件.     

大型环状钛合金铸件立式离心铸造螺旋形横浇道设计

为提升立式离心铸造大型钛合金铸件冶金质量,本文采用模流分析方法探讨了直线形和螺旋形横浇道浇注系统对熔体充型流态的影响。结果表明,传统直线形横浇道中存在熔体贴壁分布的现象,且缩小浇道截面尺寸无法避免横浇道空腔吸气区的形成,此外横浇道内出现熔体堆积和反流,充型铸件型腔的熔体呈射流态。基于达朗贝尔原理分析了熔体质点在横浇道二维平面内的运动行为,揭示了质点运动轨迹与直线形横浇道结构不匹配是上述问题的主要原因。进一步探讨了离心转速和质点初速度对轨迹线形状特征的影响,提出了适用于大型环状钛合金铸件的螺旋形横浇道浇注系统设计方法,模流分析结果验证了螺旋形横浇道可有效地减少吸气和湍流倾向,平衡铸件充型流场并形成自下而上的充型次序。     

离心铸造钛合金熔体充型流动物理模拟相似理论及实验研究

借助相似物理模拟理论,研究离心铸造钛合金熔体充型流动物理模拟相似准则。并采用相似物理模拟的方法,研究离心力场下钛合金熔体充型流动过程中,熔体流动的变化规律。实验结果表明:离心力场下物理模拟钛合金熔体充型流动时,同时满足Cn准则和雷诺准则;模拟流体充型流动时,沿着横浇道后壁进行充型;流体的自由液面是以转轴为圆心的规则圆弧面;流体横截面面积随着旋转速度和充型长度的增加相应减小;转速越高,在同一时间内,充填速度和长度越小。     

铸钢套筒离心铸造充型过程数值模拟

针对离心铸造铸钢套筒生产方法的工艺特点,对金属液体的流动、传热进行分析,考虑了向心加速度和科里奥利加速度,成功建立了描述这种铸造方法充型及凝固特性的数学模型.并利用数值模拟技术,在Visual C 6.0平台上,对铸钢套筒铸件的形成过程进行了可视化仿真.实际应用表明,可以达到验证现有方案,优化铸造工艺的目的.     

离心铸造钛合金熔体补缩过程渗流流动物理模拟

采用相似物理模拟法,研究了离心力场下钛合金熔体补缩过程中渗流流体体积的变化规律,并与大断面充型流动进行了对比.结果表明:随着补缩时间和旋转速度的增加,补缩过程中渗流流体体积增大;同时随着流体粘度和多孔介质孔眼数的减小,补缩过程中渗流流体体积也相应增大;当铸型顺时针旋转时,浇道左侧相对于右侧,先进行补缩渗流;补缩过程中渗流流动与大断面宏观充型流动相比,在相同时间内,渗流流体体积减少.     

轧辊新材料和新工艺的研究

根据轧辊的性能要求,通过设计化学成分、改进熔炼和浇注工艺,研制成功离心轧辊新材料,显著提高轧辊的表面及内在质量。经实际生产验证,新材料和新工艺的应用,可大幅提高离心轧辊芯部强度,解决断辊难题;避免气孔、夹渣、缩孔和疏松等铸造缺陷,提高轧辊的生产率。