复杂铸钢件变胞振动铸造工艺及设备研究

发布时间：2017-07-06 06:09

  本文关键词：复杂铸钢件变胞振动铸造工艺及设备研究

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【摘要】：铸造是现代机械制造工艺的基础,铸件的性能及质量标志着国家工业的水平,近年来,随着工业技术的不断革新,传统的砂型铸造工艺难以满足现代工业的需求,铸造CAE技术及振动成形技术的应用能够显著的减少铸造缺陷,提高铸件的力学性能,降低产品设计周期及人工成本,进而达到改善铸件品质,提高铸造企业竞争力的优点。论文总结铸造数值模拟技术和振动技术在铸造成形过程中的研究现状,以及对并联变胞机构的研究现状进行概述。利用ProCAST软件对铸钢件熔模铸造过程进行仿真分析,并在此基础上设计了—种并联变胞振动铸造机用来满足不同结构铸件的振动铸造工艺。论文主要研究内容如下：根据船用高锰钢支架的结构以及铸钢件的工艺特点,设计了两种不同的浇铸系统,绘制出两种浇铸系统的三维图。利用铸造仿真软件ProCAST模拟熔模铸造过程,并对两种方案的充型、凝固过程进行分析,根据正交试验法,选出最优参数的组合方案。利用EDEM与FLUENT固液耦合模似属液颗粒的运动情况,研究变胞振动工艺对铸造充型过程的影响,通过图像显示充型过程颗粒的运动状态,得出不同的振动条件对颗粒充型状态的影响,利用正交试验方法得出考察区域内充型颗粒数对自由度、频率及振幅的敏感程度。基于并联机构理论,设计了一种三平移并联胞振动铸造机,以2-PRRR并联机构为主体,运用螺旋理论原理,分析其自由度,然后根据D-H矩阵求得振动平台运动轨迹,进而求得雅克比矩阵,得出该机构产生奇异性的条件,并利用ADAMS软件分析并联变胞振动铸造机不同振动参数下的运动性质。通过对初代三维并联铸造机工作缺陷分析,基于TRIX理理论优化设计出并联变胞振动铸造机,根据样机的原始参数,利用ANSYS分别对所设计的并联变胞振动铸造机的底座和振动链进行模态分析与疲劳分析,为样机的加工提高参考。
【关键词】：熔模铸造 数值模拟 振动铸造 固液两相流 并联变胞机构 TRIZ
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG260
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 引言14-16
• 第一章 绪论16-26
• 1.1 研究背景及意义16-17
• 1.1.1 研究背景16-17
• 1.1.2 研究意义17
• 1.2 国内外研究现状17-23
• 1.2.1 铸造数值模拟技术的研究现状17-19
• 1.2.2 并联变胞机构的研究现状19-22
• 1.2.3 振动技术在铸造成形过程的应用研究现状22-23
• 1.3 课题的主要研究内容以及创新点23-24
• 1.3.1 研究内容23
• 1.3.2 创新点23-24
• 1.4 本章小结24-26
• 第二章 熔模铸造的数值模拟26-44
• 2.1 引言26
• 2.2 铸件工艺设计26-28
• 2.2.1 建立模型26
• 2.2.2 结构分析26-27
• 2.2.3 浇铸系统的设计27-28
• 2.3 数值模拟理论28-30
• 2.3.1 充型过程的数学模型28-30
• 2.3.2 凝固过程的数学模型30
• 2.4 模拟参数设置30-33
• 2.4.1 网格划分30
• 2.4.2 模似参数设置30-31
• 2.4.3 界面赋值31-32
• 2.4.4 边界条件32
• 2.4.5 初始条件及运行参数设置32-33
• 2.5 不同浇注方案模拟结果及分析33-39
• 2.5.1 方案一充型凝固过程分析33-36
• 2.5.2 方案二充型凝固过程分析36-39
• 2.6 工艺参数优化39-42
• 2.6.1 工艺参数的确定39
• 2.6.2 模拟方案设计39-41
• 2.6.3 优化模似41-42
• 2.7 本章小结42-44
• 第三章 基于EDEM-FLUENT耦合的变胞振动铸造工艺研究44-58
• 3.1 引言44
• 3.2 变胞振动铸造工作原理44-46
• 3.3 振动参数对金属液充型效果的影响46-57
• 3.3.1 试验试样47
• 3.3.2 EDEM-CFD固液耦合介绍47-48
• 3.3.3 耦合时间步长的匹配48
• 3.3.4 EDEM-CFD耦合参数设置48-49
• 3.3.5 EDEM-CFD耦合流程49-50
• 3.3.6 不同振动条件对充型时间的影响50-53
• 3.3.7 复杂熔模铸件在变胞振动参数下充型过程的影响研究53-57
• 3.4 本章小结57-58
• 第四章 并联变胞机构的主体设计58-72
• 4.1 引言58
• 4.2 机构简介及自由度分析58-59
• 4.3 并联机构的位置正解分析59-65
• 4.3.1 位置正解分析59-61
• 4.3.2 位置反解分析61-63
• 4.3.3 机构奇异性分析63-65
• 4.4 并联机构的运动学仿真分析65-70
• 4.4.1 运动仿真65
• 4.4.2 并联变胞机构主体运动学仿真65-66
• 4.4.3 典型工况运动学仿真66-70
• 4.5 本章小结70-72
• 第五章 并联变胞振动铸造机优化设计及分析72-88
• 5.1 引言72
• 5.2 基于TRIZ并联变胞振动铸造机的优化设计72-79
• 5.2.1 TRIZ理论体系72-73
• 5.2.2 工程描述73-74
• 5.2.3 TRIZ问题描述74
• 5.2.4 因果轴分析74-75
• 5.2.5 矛盾分析75-78
• 5.2.6 TRIZ最终方案78-79
• 5.3 基于ANSYS振动铸造机模态分析79-83
• 5.3.1 模态分析基础79-80
• 5.3.2 模态计算及结果分析80-83
• 5.4 振动链疲劳寿命83-85
• 5.4.1 静力学分析83-84
• 5.4.2 疲劳分析84-85
• 5.5 实验样机85-86
• 5.6 本章小结86-88
• 第六章 结论与展望88-90
• 6.1 结论88
• 6.2 展望88-90
• 参考文献90-94
• 致谢94-96
• 作者简介及读研期间主要科研成果96

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本文编号：524991