轮毂的铸造工艺优化及其二次氧化渣仿真研究
发布时间:2020-08-12 04:25
【摘要】:轮毂铸件作为风力发电机组的重要部件,承受较大的工作载荷,并且在恶劣的环境下运行,因而对其组织及力学性能提出较高要求,需要通过设计合理的铸造工艺方案,配合以相应的生产条件方可保证其铸造质量。本论文通过分析轮毂的结构特点和技术要求,基于铸造工艺设计基本原理,利用三维软件完成轮毂铸件的铸造工艺方案。采用Flow 3D仿真软件对轮毂铸件充型过程的温度场、速度场和压力场进行数值仿真计算,根据其速度场和内浇口入水速度的大小,分析判定充型初期是否出现金属液飞溅等严重的紊流现象,依据压力场判定是否产生侵蚀现象,结合速度判据和压力判据的综合分析,完成适合于轮毂铸件生产的较优铸造生产工艺方案。熔炼工艺及炉前处理是铸造一次渣的根源,扒渣处理可较为彻底地清除一次渣,而浇注过程则是形成二次氧化渣的关键阶段。本文基于RNG双方程紊流模型,对比分析三个铸造工艺方案的平均质量湍动能、平均质量湍流耗散率和湍流剪切生成项等物理参数,比较三个方案的充型过程金属液平稳性。使用Flow 3D表面缺陷追踪模型,对比分析三个方案充型过程中的二次氧化渣浓度变化,根据二次氧化渣浓度判据分析结果可知:在轮毂铸件的顶面、浆叶孔拐角处和型腔底面出现二次氧化渣的可能性较高。内浇道正对轮毂的弧面大凸台时,能够有效降低浆叶孔拐角处的二次氧化渣浓度;适当提高充型速度,可以降低型腔底面的二次氧化渣浓度。横浇道处于未充满状态时,速度方向杂乱无章,内浇道的二次氧化渣浓度较高;横浇道处于全充满状态时,速度方向趋于一致,此时内浇道的二次氧化渣的浓度有最小值,且逐渐趋于稳定。本文采用Flow 3D仿真计算手段,结合工厂实际生产提出了紊流速度判据和二次氧化渣缺陷判据,采用优化的铸造工艺方案,可有效减少二次氧化渣缺陷的出现,轮毂铸件无损检测达标,为铸造生产实践提供了可靠的理论指导,缩短了铸件试制周期,提高了轮毂铸件的工艺出品率。
【学位授予单位】:大连交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG24
【图文】:
FAVOR(Fractional邋Area/Volume邋Obstacle邋Representation)是将需要计算的几何体嵌入逡逑网格中,此方法计算几何体的开放面积分数(AFT,邋AFR,AFB)以及开放体积分数(VF),逡逑并基于这些参数重建几何图形,在网格内处理复杂几何形状。如图2.2所示,为How邋3D逡逑软件中的FAVOR检视窗口,域中复杂的曲面完全可以用该种方法准确的表示出来。点逡逑击该图标可以快速查看网格剖分后的几何,另外用户也可查看初始流体区域。当网格剖逡逑分完成时,可以通过切割几何查看内部网格剖分是否完整。逡逑FAVORTM是基于完全离散Navier-Stokes控制方程将几何体计算在内的一种非常强逡逑大的方法,但与所有离散方法一样,它受计算网格精确度的影响。因为在Flow邋3D预处逡逑理器中可以定义几何体内部面的分布,并为网格中的每个单元面生成面积分数。如果单逡逑元格面的所有四个角都位于几何体内,则整个面被定义为在几何体内。同样,如果所有逡逑12逡逑
大型风电轮毂铸件的铸造工艺设计是基于铸造合金种类、铸造方法和生产条件来确逡逑定的。本章通过三维设计软件确定轮毂铸件的浇注系统和分型面等工艺参数,三维建模逡逑完成后,文件由Parasolid格式转化成相应的STL格式,利用How邋3D数值仿真软件对逡逑风电轮毂铸件进行网格剖分、铸造工艺参数以及求解方式的设定,并对风电轮毂铸件充逡逑型过程的速度场、压力场进行仿真计算和分析,寻求最佳的铸造工艺方案,为实际生产逡逑提供可靠的理论基础。逡逑3.1铸造工艺方案的确定逡逑3.1.1轮毂铸件的结构分析逡逑如图3.1所示为风电轮毂三维实体图,轮毂作为风电机组的重要部件,是将风电叶逡逑片和主轴相连接的球形壳体,浆叶孔拐角处结构较为复杂,轮廓尺寸为逡逑4000mm><3800mm:<3700mm,主要壁厚约为50mm ̄170mm。因其在质量、体积和横截面逡逑都是相当大的,且风电机组大都运行在海拔较高地段,工作温度在-20?-40°C,运行环逡逑境相当恶劣,为保证风电机组铸件质量,轮毂全身需要进行无损检测,如若出现故障维逡逑修成本较高,故轮毂使用寿命必须保证20年之久。逡逑
式中:t-浇注时间,s;逡逑-铁液消耗总质量,kg。逡逑其中S是铸件质量有关的系数,S取0.8,预估浇注铁液重量=1.6xl04邋kg.逡逑合多年的实践经验,t修正为S280S,取280S。逡逑砂型铸造生产的大型铸铁件内浇道总面积的经验计算公式:逡逑F内=K-^Gn逦(3.2)逡逑式中:-内绕道总截面积,cm2;逡逑Gft-金属液质量,kg;逡逑K-形状系数,取0.75?0.8。逡逑由厚壁球铁件浇注系统各组元截面比例N希撼В奁保担浚矗海ǎ玻浚矗海保扑愕茫剑叮常叮荆迹保埃常恚恚玻危剑保罚矗埃埃卞
本文编号:2790046
【学位授予单位】:大连交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG24
【图文】:
FAVOR(Fractional邋Area/Volume邋Obstacle邋Representation)是将需要计算的几何体嵌入逡逑网格中,此方法计算几何体的开放面积分数(AFT,邋AFR,AFB)以及开放体积分数(VF),逡逑并基于这些参数重建几何图形,在网格内处理复杂几何形状。如图2.2所示,为How邋3D逡逑软件中的FAVOR检视窗口,域中复杂的曲面完全可以用该种方法准确的表示出来。点逡逑击该图标可以快速查看网格剖分后的几何,另外用户也可查看初始流体区域。当网格剖逡逑分完成时,可以通过切割几何查看内部网格剖分是否完整。逡逑FAVORTM是基于完全离散Navier-Stokes控制方程将几何体计算在内的一种非常强逡逑大的方法,但与所有离散方法一样,它受计算网格精确度的影响。因为在Flow邋3D预处逡逑理器中可以定义几何体内部面的分布,并为网格中的每个单元面生成面积分数。如果单逡逑元格面的所有四个角都位于几何体内,则整个面被定义为在几何体内。同样,如果所有逡逑12逡逑
大型风电轮毂铸件的铸造工艺设计是基于铸造合金种类、铸造方法和生产条件来确逡逑定的。本章通过三维设计软件确定轮毂铸件的浇注系统和分型面等工艺参数,三维建模逡逑完成后,文件由Parasolid格式转化成相应的STL格式,利用How邋3D数值仿真软件对逡逑风电轮毂铸件进行网格剖分、铸造工艺参数以及求解方式的设定,并对风电轮毂铸件充逡逑型过程的速度场、压力场进行仿真计算和分析,寻求最佳的铸造工艺方案,为实际生产逡逑提供可靠的理论基础。逡逑3.1铸造工艺方案的确定逡逑3.1.1轮毂铸件的结构分析逡逑如图3.1所示为风电轮毂三维实体图,轮毂作为风电机组的重要部件,是将风电叶逡逑片和主轴相连接的球形壳体,浆叶孔拐角处结构较为复杂,轮廓尺寸为逡逑4000mm><3800mm:<3700mm,主要壁厚约为50mm ̄170mm。因其在质量、体积和横截面逡逑都是相当大的,且风电机组大都运行在海拔较高地段,工作温度在-20?-40°C,运行环逡逑境相当恶劣,为保证风电机组铸件质量,轮毂全身需要进行无损检测,如若出现故障维逡逑修成本较高,故轮毂使用寿命必须保证20年之久。逡逑
式中:t-浇注时间,s;逡逑-铁液消耗总质量,kg。逡逑其中S是铸件质量有关的系数,S取0.8,预估浇注铁液重量=1.6xl04邋kg.逡逑合多年的实践经验,t修正为S280S,取280S。逡逑砂型铸造生产的大型铸铁件内浇道总面积的经验计算公式:逡逑F内=K-^Gn逦(3.2)逡逑式中:-内绕道总截面积,cm2;逡逑Gft-金属液质量,kg;逡逑K-形状系数,取0.75?0.8。逡逑由厚壁球铁件浇注系统各组元截面比例N希撼В奁保担浚矗海ǎ玻浚矗海保扑愕茫剑叮常叮荆迹保埃常恚恚玻危剑保罚矗埃埃卞
本文编号:2790046
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