铜合金T形件压力铸造成形数值模拟研究

发布时间：2016-11-26 10:29

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《合肥工业大学》 2007年

铜合金T形件压力铸造成形数值模拟研究

汪昌盛

【摘要】： T形三通件是电子雷达上的重要零件，对于其成形问题的研究一直是各国学者研究热点。目前，T形三通件的生产工艺是先机械加工主通件和侧通件，再将两者焊接成形。此种生产工艺效率低、成品率低。压力铸造作为一种金属零件的净成形技术，近年来发展迅速。其实质是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸模型腔，并在压力下成形和凝固而获得铸件的方法。因此考虑用压铸工艺代替目前工艺进行生产T形三通件。本文采用传热-流动-应力耦合的铸造模拟软件PROCAST，对研究零件的充型凝固过程进行了数值模拟，并进行了实验验证。利用模拟结果，可以充分认识充填规律，客观评价模拟结果，有效地预测了压力铸造成形的可行性。首先运用UG软件对T形件进行几何实体造型并导出PARASOLIDS格式文件*.xmt_txt。然后在PROCAST模拟运算环境中，导入该文件，并建立有限元几何模型，，对其施加压力铸造的边界条件和初始条件，建立完整的有限元模型，进行压力铸造的充型过程速度场和凝固过程温度场的数值模拟。通过对模拟结果的分析，预测了工件可能具有的缺陷类型和产生位置及其形成原因。最后通过实际压力铸造和砂型铸造以及金属型铸造三种样件试制，发现压力铸造样件缺陷较少，而砂型铸造和金属型铸造样件缺陷较多，此结果对仿真结果进行了进一步的验证。结果证明采用压铸成型工艺进行生产具有可行性。本研究结果对提高铸件质量，降低生产废品率，减少设计和生产成本，增加合作企业的产品竞争力提供了科学依据与手段。

【关键词】：
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TG249.2
【目录】：

摘要5-6

ABSTRACT6-14

第一章前言14-22

1.1 铜及铜合金研究应用现状14-15

1.2 压力铸造工艺技术概论15-18

1.2.1 压力铸造历史和概况15

1.2.2 压力铸造基本原理及相关填充理论15-17

1.2.3 压力铸造特点17

1.2.4 压力铸造的发展趋势17-18

1.2.5 国内外压力铸造研究现状18

1.3 铸造充型凝固过程数值模拟研究现状和发展趋势18-21

1.3.1 铸造充型凝固过程数值模拟研究现状18-19

1.3.2 铸造充型凝固过程数值模拟发展趋势19-21

1.4 本课题的提出和主要研究内容21-22

第二章压力铸造过程数值模拟基本理论22-29

2.1 压力铸造充型过程数值模拟22-26

2.1.1 粘性流体流动的基本方程23-25

2.1.2 初始条件和边界条件25-26

2.1.3 数值稳定性条件26

2.2 压力铸造凝固过程温度场数值模拟26-28

2.2.1 凝固温度场分析基本方程26-27

2.2.2 凝固过程的初始条件和边界条件27-28

2.3 压力铸造凝固过程缩孔、缩松形成预测28

2.4 本章小结28-29

第三章 T形件CAD设计和工艺参数设计29-38

3.1 T形件CAD设计29-30

3.2 T形件成形模具设计30-32

3.2.1 T形件压铸浇注系统设计30-31

3.2.2 T形件压铸模抽芯机构设计31

3.2.3 T形件铸型的工艺设计31-32

3.2.4 T形件压铸模具结构设计32

3.3 压力铸造工艺参数设计32-36

3.3.1 压射比压确定34-35

3.3.2 压铸速度的确定35

3.3.3 浇注温度确定35-36

3.3.4 压铸型的工作温度的确定36

3.3.5 充填和保压时间确定36

3.4 压铸机的选择36-37

3.5 本章小结37-38

第四章铸造数值模拟实施中的关键问题处理38-47

4.1 PROCAST2004.0软件简介38

4.1.1 ProCAST适用范围38

4.1.2 ProCAST模拟分析能力38

4.1.3 ProCAST组成模块38

4.2 有限元网格生成38-41

4.2.1 UG与ProCAST的接口方式的分析39

4.2.2 CAD模型输入39

4.2.3 网格剖分39-41

4.2.4 网格的二次处理41

4.3 数值模拟条件施加41-45

4.3.1 导入体网格文件41-42

4.3.2 初始条件和参数设置42-45

4.4 本章小结45-47

第五章压力铸造数值模拟结果及其分析47-53

5.1 压力铸造充型过程数值模拟及结果分析47-49

5.2 压力铸造凝固过程数值模拟49-50

5.3 压力铸造凝固温度场数值模拟50-51

5.4 压力铸造缩孔缩松缺陷数值模拟51

5.5 本章小结51-53

第六章样件试制及其对比分析53-56

6.1 三种样件试制工艺53

6.2 三种样件对比及分析53-55

6.3 本章小结55-56

结论56-58

参考文献58-61

硕士期间发表文章61

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