射砂过程数值模拟的技术现状

铸造技术的发展使得砂芯在铸造生产中的作用越来越大 ,被称为“精确砂型铸造”的组芯造型对砂芯的尺寸精度要求非常高。传统的芯盒设计周期长、成本高 ,利用数值模拟技术来优化芯盒设计就显得至关重要。近年来 ,射砂过程数值模拟已经受到了国内外研究者的重视 ,并且取得了一些成果 ,为优化芯盒设计、制备优质砂芯提供了科学的指导。介绍了射砂过程数值模拟方面所取得的研究进展。     

射砂过程的数值模拟

利用新兴的两相流理论,采用双流体模型来描述射砂过程,对射砂过程进行了数值模拟,在数学模型中,把气体和砂粒作为研究对象,并且将它们都看作连续的流体。此外,还利用调整摄像的方法记录了射砂的全过程,流动过程的计算结果和试验结果是一致的。     

射砂过程数值模拟的应用

随着铸造技术的发展，砂芯在铸造生产中所起的作用越来越大。通常采用射砂的方法来制作砂芯。随着计算机技术和流体力学理论的发展，借助两相流理论来对射砂过程进行数值模拟成为可能。本文利用两相流理论，采用双流体模型来描述射砂过程，对多种情况下的射砂过程进行了数值模拟，并且利用高速摄像的方法记录下射砂全过程。流动过程的计算结果和试验结果是基本一致的。     

脱箱造型机射砂充填不良的原因及对策

AMF-Ⅱ垂直造型水平脱型造型机是从日本东久株式会社引进的,图1为其射砂挤压机构示意图。     

射砂过程初始条件的试验研究

砂芯通常是用射砂的方法来制造的。随着计算机技术以及流体力学理论的发展,使得对射砂过程进行数值模拟成为可能。对射砂过程进行数值模拟时,芯盒入口处的砂流和气流的速度是必不可少的初始条件之一。本文利用高速摄影的方法,对射砂过程的初始条件进行了研究,得到了砂流在射入芯盒时的初速度。根据空气动力学原理,利用皮托管测量了芯盒入口处的气流速度。结果表明,射砂孔位置的气流和砂流速度有显著差别。本文的研究结果为准确     

低压射砂-高压压实造型型砂充填过程的数值模拟

ACE造型方法是一种先进的粘土砂湿型造型方法.ACE造型包括低压射砂充填过程和高压压实过程.本文在颗粒动力学的基础上,采用两相流模型来描述气流充填过程,对气流充填过程进行数值模拟.     

利用两相流模模拟射砂过程的进展

近年来,利用两相流理论对射砂过程进行数值模拟已经受到国内、国外研究者的重视,并取得了一些进展;在回顾利用方法对射砂过程进行模拟的基础上,详细介绍了两相流理论的发展,包括稀疏两相流理论以及稠密两相流理论;还介绍了利用两相流理论来模拟射砂过程的研究进展以及重点研究方向。     

喷射沉积过程计算机模拟

在分析喷射沉积过程主要特点的基础上,着重分析了影响喷射沉积过程各参数之间的复杂关系.这种复杂关系难以用一个简单的物理模型加以描述.目前国内外普遍使用计算机模拟的方法来预测沉积坯锭的形状与性能.讨论了模拟过程的一般方法,比较详细地叙述了金属释放、金属雾化和金属凝固等三个物理过程的模拟方法,举例说明了模拟结果和实际相符合的事实,表明了模拟结果的可靠性.最后,说明了模拟的前沿问题和热点问题.     

喷射成型过程中雾化粒滴的数值模拟

在对金属熔气雾化过程分析的基础上,建立了喷射成型过程中雾化粒滴在飞行阶段的数学模型,选取纯铝为模拟雾化金属,计算了雾化气体速度、粒滴速度、粒滴温度、雾化锥固相含量等过程参量的变化过程。     

射砂过程紧实机理的研究

在现代化的铸造生产中，砂芯通常是采用射砂的方法来制造的，而射砂过程通常会受到多方面因素的影响。为了获得优质的砂芯，必然对射砂过程有充分的了解。本文利用高速摄影直接观察的方法对射砂过程进行了研究，同时还对砂芯内的密度分布进行了测试。在此基础上，对射砂过程的紧实机理进行了探讨，认为对砂子的紧实起作用的因素主要是砂料的动能作用，并且气体的压力也有一定的作用。整个射砂过程可以分为三个阶段，在不同的阶段，起主要作用的因素也各不相同。     

喷射成形过程模拟研究

喷射成形将快速凝固技术与金属材料的直接成形技术有机地结合起来，是一种先进的材料制备技术，可用于制备晶粒细小、成分均匀、合金元素过饱和度高的管坯、板坯或圆柱坯等。为了认识喷射成形过程，优化设计喷射成形工艺，近年来人们对喷射成形过程开展了大量的模拟研究工作。介绍了雾化液滴冷却凝固过程模型和喷射成形沉积坯形状演变过程模型。     

管状喷射沉积坯成形过程数值模拟

喷射成形是一种近终形材料加工技术,针对管状沉积坯的成形过程进行了模拟。首先建立了管状沉积坯成形过程的数学模型,然后模拟了沉积坯厚度变化过程。结果表明：沉积器平移速度、沉积器半径、喷射距离对沉积层厚度均产生影响;而沉积器旋转速度超过30r/min时,该参数对沉积层厚度影响可以忽略。     

射砂过程气砂两相运动的研究

本文利用高速摄影直接观察的方法对射砂过程进行了研究，同时还对射砂过程芯盒的压力场进行测量，研究射砂过程中气砂两相运动特点。     

喷射沉积耐热铝合金管材挤压过程的数值模拟

采用DEFORM有限元软件研究了非致密大规格喷射沉积耐热铝合金管材挤压制备的外径为417 mm、内径为340mm管材的变形过程,并模拟了挤压过程中应力场、应变场、致密度以及挤压力的变化情况.模拟结果表明:挤压初期为压实阶段,挤压力增加缓慢;随着挤压过程的不断进行,从挤压尾部到挤压头部,管坯的致密度呈阶梯式增加,等效应变、应力和应变速率的变化规律与致密度相类似;在挤压变形区应变、应力和应变速率变化剧烈;挤压后的管材为致密材料,最大挤压力为6.45×104 kN,与实际挤压过程中挤压力和致密度相比较,计算机模拟结果与实验结果基本相符.     

射砂紧实过程的实验研究

本文通过工艺实验研究了百气塞的分布与数量、射砂压力、射砂孔数量、芯盒内腔形状改变等因素对射砂过程中芯僵内应力场变化及砂芯的密度分布等特性的影响。     

回火过程数值模拟的研究

在淬火过程数值模拟基础上 ,进一步提出了回火过程的数值计算模型 ,其中着重考虑了应力松弛现象。将模拟计算结果与实测结果进行了比较 ,结果表明 ,本文所采用的数学模型是可靠的 ,用回火过程的数值模拟软件对回火过程进行初步的近似计算是完全可行的。     

复杂形状铸件凝固过程的数值模拟研究

形状复杂的铸件热节多，相互之间又有较大的影响，其凝固过程不易准确掌握，这就为铸造工艺设计带来困难。本文以２３Ｌ柴油机缸盖零件为例，利用凝固过程数值模拟技术对铸件的凝固过程，进行了研究，结果表明，这一技术可以观察到铸件中各个热节及整个铸件凝固过程能够解释生产中质量问题的原因。凝固过程数值模拟技术可使铸件的工艺设计更准确、更科学。     

喷射成形中金属液滴凝固过程的计算机模拟

在群体动力学方法的基础上，提出了描述合金雾化液滴凝固过程动力学的数学模型，并将其与液滴的传热方程和运动方程相耦合，对A1—4．5％Cu(质量分数)合金液滴的冷却凝固过程进行了分析．结果表明，液滴冷却至一定温度时开始形核，随后晶粒长大；在形核过程中，晶粒尺寸分布区间较宽，形核后晶粒尺寸分布区间逐渐减小；液滴直径越小，冷却速度越快，晶粒数量密度越大，凝固结束时晶粒越细小．     

铸件充型凝固过程数值模拟研究

概述了铸件充型及凝固过程数值模拟研究的最新进展。采用并行计算技术，对压铸充型模拟过程数值计算方法进行了改进。提出了用动态膨胀收缩累积法来预测球墨铸铁缩孔缺陷，在球铁件上进行了缩孔形成的模拟和工艺改进。采用的有限差分与有限元相结合的方法模拟铸件应力场。实现了有限差分温度载荷到有限元模型的自动转换与传递，并采用有限元法计算出铸件应力场。     

薄壁筒收口旋压过程的数值模拟

本文采用动态显式有限元程序LS-DYNA 3D对薄壁筒收口旋压变形进行数值模拟, 分析了毛坯的纬向应变、经向应变及壁厚的分布和变化过程, 从而首次建立起对收口旋压变形过程的整体认识。