导流叶轮熔模铸造数值模拟和工艺优化

发布时间：2017-08-04 18:40

  本文关键词：导流叶轮熔模铸造数值模拟和工艺优化

  更多相关文章： 铝合金 熔模铸造 导流叶轮 数值模拟 正交试验 工艺优化

【摘要】：铝合金作为一种优良的铸造材料,广泛应用于航空航天汽车等领域,尤其其轻量化的特性,不仅在能源方面,还在安全、环境等方面,起着至关重要的作用。铝合金熔模精密铸造作为一种先进的材料成型工艺,其成型的铸件在表面质量和尺寸精度方面相比于传统铸造工艺铸件有着明显的优势,因此,铝合金熔模铸造工艺正持续受到关注。由于熔模精密铸造工艺复杂工序繁多,实际生产过程中,待成型件特别是形状复杂的薄壁零件,生产周期长,成品率不高。因此,借助计算机数值模拟技术对铸件浇注过程进行模拟是一种行之有效的科学方法。本文以A356铝合金导流叶轮熔模铸造工艺为研究对象,运用数值模拟软件ProCAST对浇注过程进行设计和优化,减少铸件缺陷,并通过实际浇注来检验优化结果。首先分析了铸件的结构特征和工作环境,并对初始工艺方案进行数值模拟,结果发现,虽然充型过程总体平稳有序,但是在凝固过程中由于导流叶轮薄壁处过薄,凝固顺序优先,此部分的熔液过早失去流动能力,因此铸件底部部分难以得到补缩,出现了一片呈环形状分布的缩孔缩松缺陷,在改变浇注工艺参数,多次模拟后,这种缺陷依旧没有得到解决。然后,对浇注系统进行了重新设计和优化,设计了一套较为复杂的阶梯式浇注系统。通过模拟结果表明,在此工艺方案下,铸件的缺陷主要集中在浇注系统部分,铸件的整体只出现了少量的缩孔缩松缺陷。以缩孔缩松分布和最大有效应力作为参考指标,以浇注温度、型壳预热温度、浇注速度为变量,做数值模拟正交试验。正交试验结果表明,最佳浇注工艺参数组合为:浇注温度750℃、型壳预热温度500℃、浇注速度80mm/s。在此浇注工艺参数下,导流叶轮得到了最佳表面质量,整体无任何缺陷。最后,通过实际浇注过程来验证阶梯式浇注系统和浇注工艺参数组合的可行性。整个实验过程包括(1)蜡模的制作:以中温蜡为材料,合理的压注参数得到质量良好的蜡模。(2)型壳的制备:选择硅溶胶作为粘结剂,石英玻璃为面耐火型材,选用铝矾土作为背层耐火材料,制定了4层型壳,然后对型壳进行涂料、撒砂、干燥硬化处理,获得了质量良好的型壳。(3)铝合金熔液熔炼和浇注。铸件成型,并进行清理和热处理后,所得的导流叶轮质量良好,无明显缺陷。上述实验研究表明,在结构复杂的铝合金铸件熔模铸造中,ProCAST的数值模拟技术能有效的优化浇注工艺方案和工艺参数,为铸造生产过程提供科学可靠的指导。
【关键词】：铝合金 熔模铸造 导流叶轮 数值模拟 正交试验 工艺优化
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG249.5
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 铸造铝合金13-15
• 1.2.1 传统铸造铝合金简述13-14
• 1.2.2 新材料的发展趋势14-15
• 1.3 熔模铸造技术简介15-16
• 1.4 熔模铸造的发展现状及前景16-21
• 1.4.1 国外熔模铸造现状16-18
• 1.4.2 我国熔模铸造现状18-20
• 1.4.3 熔模铸造的技术革新20-21
• 1.5 熔模铸造CAE技术21-22
• 1.6 课题研究目的和主要内容22-24
• 第二章 熔模铸造数值模拟模型及缺陷分析24-33
• 2.1 数值模拟理论基础24-27
• 2.1.1 充型过程的理论基础24-25
• 2.1.2 凝固过程理论基础25-27
• 2.2 缩孔缩松形成机理与预测27-30
• 2.2.1 缩孔缩松形成机理27-28
• 2.2.2 缩松缩孔预测判据28-30
• 2.3 数值模拟软件选用30-32
• 2.3.1 ProCAST软件简介30-31
• 2.3.2 GeoMESH自动划分网格工具31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 熔模铸造数值模拟分析33-50
• 3.1 铸件结构及工作环境分析33-34
• 3.1.1 导流叶轮初始浇注方案33-34
• 3.3 数值模拟前期处理34-37
• 3.3.1 三维模型有限元网格划分34-35
• 3.3.2 材料热物性参数设定35-36
• 3.3.3 界面换热系数设定36-37
• 3.3.4 初始条件设定37
• 3.4 初始方案数值模拟及结果分析37-42
• 3.4.1 充型过程数值模拟37-38
• 3.4.2 凝固过程分析38-41
• 3.4.3 孔缩松预测和分析41-42
• 3.5 浇注工艺方案重新设计42-44
• 3.5.1 浇注类型分类42-43
• 3.5.2 浇注系统优化改进43-44
• 3.6 改进方案数值模拟及结果分析44-49
• 3.6.1 充型过程模拟44-46
• 3.6.2 凝固过程模拟46-48
• 3.6.3 缺陷预测及方案总结48-49
• 3.7 本章小结49-50
• 第四章 浇注工艺参数优化及实验验证50-63
• 4.1 浇注工艺参数优化50-53
• 4.1.1 正交试验设计50-51
• 4.1.2 实验结果分析51-53
• 4.2 铸件工艺制备53-61
• 4.2.1 蜡模的制做53-56
• 4.2.2 型壳的制备56-61
• 4.3 铝合金熔液熔炼和浇注61
• 4.4 铸件清理及浇注结果61-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 总结与展望63-65
• 5.1 全文总结63-64
• 5.2 问题与展望64-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 在读学位期间发表的论文69

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;型壳焙烧浇注生产线[J];铸造机械;1977年03期

2 姜不居,黄将胜,阎双景,尚桂芳;冷壳吸铸型壳的研究[J];特种铸造及有色合金;1986年06期

3 赵恒义;熔炼铸造型壳废弃物组成及其再利用分析[J];现代铸铁;2004年06期

4 蒋文明;樊自田;廖德锋;赵忠;;铝(镁)合金消失模-型壳复合铸造型壳制备[J];华中科技大学学报(自然科学版);2010年03期

5 ;铝矾土型壳工艺[J];机械工程师;1977年Z1期

6 ;混合料在高强度型壳中的应用[J];铸工;1976年03期

7 童本义 ,索红兵;型壳高温透气性的变化规律及测量型壳高温透气的性简易方法[J];甘肃工业大学学报;1984年02期

8 曾训先;铝矾土型壳回收砂的应用[J];特种铸造及有色合金;1984年02期

9 张立同;杨兴华;;电熔刚玉型壳的抗蠕变性与显微结构[J];西北工业大学学报;1985年03期

10 荣忠祥;无风干快速制壳新工艺研究[J];特种铸造及有色合金;1990年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 胡贤祥;;铝矾土熟料对型壳高温强度的影响[A];2009重庆市铸造年会论文集[C];2009年

2 黄东;赵嘉琪;谢成木;彭楚峰;;钛合金精铸用氧化钙型壳试验研究[A];中国机械工程学会第十一届全国铸造年会论文集[C];2006年

3 宁英;于兴福;王铁军;苏润涛;;硅溶胶中二氧化硅浓度对单晶型壳性能的影响规律[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

4 董茵;;大平面精铸件型壳面层裂纹分析及改进[A];2008中国铸造活动周论文集[C];2008年

5 贾清;崔玉友;杨锐;;级配粉料对型壳表面质量影响的初步探讨[A];2000年材料科学与工程新进展（下）——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年

6 叶文辉;李飞云;王兰芳;;钛熔模铸造型壳干燥过程中温湿度对其质量的影响[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年

7 刘宏葆;沈彬;毛协民;李重河;;氮化硼基复合型壳及其与钛合金Ti-6Al-4V的界面反应[A];2007高技术新材料产业发展研讨会暨《材料导报》编委会年会论文集[C];2007年

8 赵成志;姚卓;;级配法用于钛合金精密铸造型壳的研究[A];第七届全国材料科学与图像科技学术会议论文集[C];2009年

9 沈彬;刘宏葆;孔孛;毛协民;李重河;周星;朱明;蒋留全;;钛精密铸造用hBN-Y_2O_3复合型壳的制备工艺[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年

10 费晶;;某机调节片解决铸造裂纹的工艺实践[A];2010年中国铸造活动周论文集[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 谭德睿;我艺术铸造业新工艺不断涌现[N];中国工业报;2004年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 刘宏葆;氮化硼基精铸复合型壳及制备工艺[D];上海大学;2009年

2 肖树龙;钛合金低成本氧化物陶瓷型壳熔模精密铸造技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘蕾;宝珠砂在熔模铸造面层材料中的应用研究[D];沈阳大学;2015年

2 杨爱新;面层材料对钛合金熔模精密铸造型壳性能的影响[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 王凤;基于增材制造的涡轮壳快速铸造工艺数值模拟及优化[D];西安工程大学;2015年

4 毛蒲;复合纤维含量对硅溶胶浆料及增强精铸型壳性能的影响[D];南昌航空大学;2015年

5 高超;抛丸机典型零件制造工艺的标准化[D];济南大学;2015年

6 张弛;镍基单晶叶片用短切碳纤维改性型壳的制备与性能研究[D];江苏大学;2016年

7 奚磊;导流叶轮熔模铸造数值模拟和工艺优化[D];江苏大学;2016年

8 李建伟;钛合金用复合粘结剂陶瓷型壳研制及界面反应研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

9 姚建省;陶瓷型壳的制备及其与定向合金的界面反应研究[D];天津大学;2008年

10 姚卓;钛合金精密铸造型壳材料及制备工艺的研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

，

本文编号：621128