蠕墨铸铁喂线蠕化处理数值模拟与控制方法

发布时间：2020-03-01 03:07

【摘要】：随着汽车不断向高速、重载以及频繁制动等方向发展,原有材质制动鼓的性能已经不能满足日益增长的需求,开发出同时具有高强度、高耐热疲劳性、高耐磨性和良好导热性等综合性能优良的制动鼓材料成为当务之急。蠕墨铸铁,因其兼有球墨铸铁和灰铸铁的综合优良性能,很快就成为了高速、重载以及频繁制动重卡汽车制动鼓铸件生产的首选材料。针对高质量蠕墨铸铁生产技术难度大的难题,本文提出了一种蠕墨铸铁喂线蠕化-孕育处理的新工艺,用于高质量蠕墨铸铁制动鼓铸件的大批量、稳定而可靠的生产,对于促进高质量蠕墨铸铁制动鼓铸件在高速、重载以及频繁制动汽车领域的应用与发展有着重要的战略意义。本文以合金包芯线线皮作为研究对象,建立了合金包芯线线皮在铁液中的熔化分解物理模型,并运用传热和传质基本理论对合金包芯线线皮在待处理铁液中的熔化分解过程进行了数值模拟研究。分析研究了不同的铁液处理温度、不同的线皮厚度以及不同的合金包芯线线径等对合金包芯线在待处理铁液中的喂给速度的影响；分析研究了不同的合金包芯线喂给速度以及铁液处理温度等对合金包芯线内合金元素收得率的影响；分析研究了不同的喂线处理工艺参数对铸件蠕化率和性能的影响；建立了可用于指导实际工业化批量处理高质量蠕墨铸铁制动鼓铸件的“一步法”喂线蠕化-孕育处理过程数学模型。本文选用线径为10 mm的RE合金包芯线、Mg合金包芯线和硅铁合金包芯线,对待处理铁液依次进行喂线蠕化处理和喂线孕育处理,通过控制铁液中目标残余Mg含量和残余RE含量在适合高质量蠕墨铸铁生成的含量范围,从而实现高质量蠕墨铸铁铸件的研究和开发。“一步法”喂线蠕化-孕育处理工艺,是以RE元素为主导、Mg元素为辅助直接对待处理铁液进行喂线蠕化处理,最后用硅铁孕育合金包芯线对铁液进行喂线孕育处理的处理工艺。长期的实践经验和试验结果表明,喂线蠕化处理后的铁液中残余Mg含量在0.013%～0.017%、残余RE含量在0.019%～0.025%的范围内时,可稳定获得蠕化率在80%以上,且不存在片状石墨的高质量蠕墨铸铁铸件。本文在经典控制理论的基础上,对“一步法”喂线蠕化-孕育处理设备传动电机的无级变频调速控制算法进行最优化处理,设计了喂线处理过程自适应模糊PID控制器,并在Matlab/SimuLink环境下建立喂线处理设备传动电机的仿真模型,分别将传统的PID控制系统和自适应模糊PID控制系统应用于“一步法”喂线蠕化-孕育处理设备传动电机的变频调速中,通过仿真试验,证明了相对于传统的PID控制系统,自适应模糊PID控制系统具有响应速度较快、超调量较低以及系统调节时间短的优点,可以实现“一步法”喂线蠕化-孕育处理过程控制系统比较理想的静态性能和动态性能。最后,应用工业控制计算机、西门子S7-300系列PLC CPU模块及相应的I/O控制模块、FM350-2高速计数器模块、HMI触摸屏等对喂线蠕化-孕育过程控制系统进行PLC程序编程,为“一步法”喂线蠕化-孕育处理过程自适应模糊PID控制算法的实现提供了硬件平台。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG250

【参考文献】