铸件凝固过程中缩松、缩孔预测及数值模拟优化

结合板锤铸件现场铸造工艺情况,利用ProCast软件对其凝固过程进行数值模拟,预测其存在的缩孔和缩松缺陷.根据模拟结果对铸造工艺方案进行相应改进,选出一种最优的方案,为该铸件的实际生产提供一定的参考依据.     

气缸盖铸件凝固过程数值模拟及缩松缩孔预测

分析了铸件凝固过程结晶潜热释放和缩孔缩松形成条件,应用有限元法模拟了低压铸造铝合金气缸盖铸件的凝固过程,得到了在不同凝固阶段铸件的温度场,预测了铸件的缩松缩孔。在此基础上,对气缸盖铸件凝固过程进行了评价,数值模拟结果可为气缸盖铸造工艺参数设计提供参考。     

铸件凝固过程孤立域动态划分及缩孔缩松数值模拟

在铸钢件实际生产中，一般凝固过程同时存在着多个熔池孤立域，而各熔池孤立域的补缩行为只限于各自孤立的熔池中．利用“虚拟传热技术”，开发了一种铸件凝固过程数值模拟动态判定孤立熔池域的方法，快速而方便地实现了凝固过程存在多个可补缩域的判别．由此根据凝固过程收缩发生的区域，准确地进行缩孔缩松的预测．可有效地解决凝固过程中同时存在任意多个孤立补缩域的缩孔缩松预测，解决了凝固过程数值模拟中常出现的位置较低的侧暗冒口或铸件中可能出现的缩孔不能被正确预测的技术难题．     

灰铁凝固过程中缩孔缩松的预测

通过热分析实验及对灰铁试件的浇注实验,分析了碳当量及孕育对灰铁凝固过程的影响.在动态膨胀叠加法的基础上,综合考虑了初始温度、碳当量、孕育、初晶和共晶体积的收缩与膨胀,建立了灰铁缩孔预测模型.开发了灰铁凝固过程数值模拟分析系统,并对实际的灰铁浇注件进行验证分析,预测结果与实验结果吻合较好.     

汽轮机阀体铸造凝固过程数值模拟及缩孔、缩松的预测

在分析了铸件凝固过程结晶潜热释放和缩孔、缩松形成条件后,应用数值模拟软件模拟了砂芯铸造汽轮机阀体的凝固过程,得到阀体铸件凝固的温度梯度分布,并预测了铸件出现缩松、缩孔缺陷的部位。在此基础上,对铸件凝固过程进行了阐述。数值模拟结果可供阀体铸造工艺设计参考。     

汽车齿轮室凝固过程数值模拟及缩孔、缩松预测

通过分析铸件凝同过程结晶潜热释放和缩孔、缩松形成的条件,使用Flow-3D软件模拟了压铸铝合金汽车齿轮室铸件的凝同过程,得到了在不同凝同时间铸件的温度场,进而预测了铸件的缩孔、缩松.以此为基础,对汽车齿轮室铸件凝同过程进行了评价.数值模拟结果可为汽车齿轮室优化设计提供有利参考.     

铸钢锭凝固过程数值模拟和缩孔缩松预测

用有限元法对22t钢锭凝固过程进行了模拟,计算中采用了Galerkin方法和八节点等参数单元,同时考虑钢锭和锭模界面上初期紧密接触和后期气隙形成过程中界面热阻的变化。建立的模型具有通用性,能够处理各种不同类型的边界条件和变热物性参数,用等效凝固收缩量法预测钢锭冒口部位缩孔的位置和大小,用经适当修正后的G/(?)参数(G-温度梯度,R-冷却速度)预测钢锭内部缩松。计算温度与实测温度基本吻合。     

球墨铸铁件缩孔缩松的形成及其预测

回顾了球墨铸铁件的凝固特性、收缩特性及缩孔缩松形成方面的研究工作、存在的问题及进一步研究的方向,评价了铸件缩孔缩松预测的研究成果及进展。指出,球墨铸铁件缩孔缩松的形成及预测是一个有待于解决的课题,它需要综合考虑冶金、工艺及动力学因素的影响,将物理模拟试验与数值模拟预测紧密结合,系统地开展工作。     

铸件缩孔与缩松的图像模拟

为了直观地显示铸件缩机与缩松的数值计算结果，设计了1种称之为仿X－Ray探测效果的显示技术。采用该技术来显示铸件的缩孔、缩松，可以达到类似X－Ray无损探伤的效果，提供给用户1幅透明的铸件模型图象使缩孔、缩松的位置一目了然。该技术已成功地应用于BUAA－CAST铸造过程仿真系统中。     

铝合金铸件缩孔缩松预测新技术

在铝合金铸件三维温度场计算的基础上,提出了采用动态多熔池等效液面收缩量法对缩孔进行预测;并综合质量守恒方程、动量方程和氢含量守恒方程,建立了数学模型对缩松进行预测.通过实验验证了数学模型的正确性.     

铸件三维凝固模拟新技术

建立了应用有限元法进行复杂铸件凝固数值模拟的数学模型，讨论了铸件／铸型等效边界条件、结晶潜热处理及确定缩孔缩松预测判据临界值的新方法，从而使计算时间和内存节省７０％～９０％，提高了计算和预测精度，模拟预测结果与实际结果基本一致．     

基于枝晶间渗流理论的砂型铸件缩孔缩松判据G／的讨论及应用

对广泛用于铸件缩孔、缩松预测的判据Ｇ／Ｔ＜Ｋ经验公式（常数Ｋ没有任何物理意义）进行了理论推导，得出判据的理论公式为对其物理意义进行了讨论，从理论上解释了判据对厚大型件取上限值，而薄壁件取下限值的原因。文章给出了该判据的应用实例。     

低压铸造下凝固过程缩孔缩松的预测方法研究

基于铸件铸型的传热学基础,详细研究了低压铸造下铸件缩孔缩松缺陷的形态,考虑到低压铸造补缩具有重力补缩和压力补缩双重性质的规律,以及压力对临界固相率的影响,提出了一种新的预测低压铸造下缩孔缩松预测的方法,并建立了数学模型.该预测技术基于中北大学特种液态成形技术研究中心所开发的EasyCast软件进行研究,并集成到该软件中.最后将模拟结果与实验结果进行对比,显示该模型能够较好地表现低压铸件的缩孔缩松.     

大型轧辊铸造凝固中的缩孔预报

大型轧辊在铸造中很容易产生缩孔缺陷 ,本文采用Magma软件模拟分析了两种不同工艺下轧辊浇注凝固过程中的温度场变化及产生的缩孔缺陷。由模拟结果可知 ,在原始工艺条件下 ,大型轧辊在凝固过程中 ,在下辊颈和辊身结合部位易产生热节 ,导致集中缩孔。改进工艺后 ,增大下辊颈砂型的激冷能力 ,轧辊上的热节转移到了辊身上部和上辊颈中 ,在此部位产生集中缩孔。由此可以推断出 ,如在轧辊的上辊颈部位增加一个电加热冒口 ,则在辊身与上辊颈的电加热冒口间产生温度梯度 ,缩孔缺陷将转移到电加热冒口中 ,消除轧辊上的集中缩孔。模拟发现 ,金属型在凝固过程中内外壁的温差很大 ,达到 5 0 0℃以上 ,易导致铸件变形 ,因而在优化工艺设计中对上下辊颈进行了覆砂处理。     

低压铸造缩孔缩松判据预测技术

本文考虑了压力对临界固相率的影响,提出了压力下的缩孔预测判据,及与压力、温度梯度和冷却速度相关的缩松预测判据,该判据已成功的应用于华北工学院铸造工程中心开发的Castsoft软件的低压铸造模块.     

Ti-Al合金精密铸件的疏松预测

应用铸造软件ViewCast模拟精密铸造Ti-46%Al合金叶片的充型与凝固过程,预测了疏松的形成,模拟结果与实验结果相吻合.通过分析凝固温度场、凝固收缩百分数并结合实验结果,对原浇注系统进行改进:摒除了原先的顶注及顶、底联合浇注的方式,只采用底注方式,有效克服了充型不平稳、易卷气的缺点;提高壳型预热温度、增大冒口尺寸,使铸件实现顺序凝固.改进后的模拟结果显示,铸件凝固顺序合理,疏松完全转移至凝固后的冒口中,保证了叶片的致密性.     

考虑充型过程对初始温度场影响的缩孔缩松缺陷分析

使用Sola-Vof法计算了三维实际铸件的充型过程,提供了随时间变化的充型过程体积函效的变化和分布,并据此计算了充型过程中的传热现象,得到了考虑充型过程影响的初始温度场分布。计及初始温度场的分布,进行了凝固过程的数值模拟和缩孔缩松缺陷分析。针对工厂实际铸钢件蒸汽室盖进行了模拟计算和验证。结果表明,对大中型铸件,虽然浇注过程中很少发生凝固,但初始温度分布相当不均匀,考虑充型过程传热现象,可以使随后的凝固模拟及缺陷分析精度显著提高。