面向床身铸件的铸造过程数值模拟及实验研究

发布时间：2020-11-09 20:22

　　 铸造过程难以直接观察,一般是根据工艺工程师的经验来确定初始铸造工艺,采用试浇法改进工艺,浇注后才能确定铸造工艺的合理性;铸造过程仿真结果的正确性难以验证,没有实现铸造生产数据的实时采集。本文为解决以上问题,提出了一种在铸造过程中进行温度数据的采集,用实验数据验证仿真结果来证明工艺合理性的通用型方法,并用实例加以验证。具体研究成果如下:利用计算机仿真方法对铸件的铸造生产过程进行了模拟。以一个机床床身铸件实例,利用ProCAST仿真软件对其铸造过程的充型阶段、凝固阶段分别进行讨论,并对其缺陷分布情况进行分析。提出了浇冒系统的改进,并对其工艺参数作适当优化。最后将原工艺和改进工艺的凝固过程、缺陷分布分别作了对比,验证其工艺改进的合理性。设计并开发了一套面向铸造生产过程的通用型温度数据采集系统的硬件和软件。针对铸造生产的温度采集系统的特殊需求,提出了该温度采集系统的框架结构和功能模块。对系统的上位机显示端设计开发,完成了下位机检测端关键组件的选型,并完成了上位机和下位机端的通信及其通信协议的制定。研究了用于铸造生产领域的传感器在铸造型腔中的布置方法。最后以机床床身铸件的实际生产过程为例,对铸件生产过程的重要部位进行温度监测和数据采集,并重点分析了各部位的凝固过程温度变化,与仿真结果作对比,验证了仿真改进工艺的浇冒系统和工艺参数的合理性,证明了该改进工艺的可行性。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG248
【部分图文】：

东南大学硕士学位论文口设计时，设计人员只需要针对不同种类和尺寸大小的铸件模型，选择从三维铸造工艺设计系统的元件库中选取合适形状的浇注系统和冒口，对其尺寸参数稍作调整，并且确定浇注系统摆放位置和冒口的放置位置即可。以某机床床身铸件为例，在本课题组开发的三维铸造工艺设计系统中导入*.prt 格式的铸件零件，并依据工艺要求，建立其浇注系统和冒口，如图 3-3 所示。其中，铸件的三维设计模型如图 3-3(a)所示，完成浇注系统和冒口的添加后，可到如图 3-3(b)所示。

可观测铸造缺陷在铸件内部的分布情况，并对其进行切片定位。3.4 实例验证3.4.1 面向床身铸件的铸造工艺设计3.4.1.1 铸件特点分析本文以南通国盛铸造有限公司的 MV 系列“通用型数控立式加工中心”的床身重要铸件为例，铸件工作时承受重载和反复冲击，因此床身件的质量对数控机床的使用性能和工作寿命具有重要的影响。要求铸件材质强度、韧性良好，同时对性能方面如良好的焊接性、易于切削加工等都有要求。如图 3-5 所示，该铸件结构复杂，结构上具有交错的薄壁肋板和多空腔。其轮廓尺寸为 1893mm×1200mm×455mm，净重 1.24t。机床床身十字型热节和“T”型热节多，筋板壁厚约 15mm，床身铸件的导轨一般比较厚大，厚度为 80~120mm，导轨中充填金属液含量多，凝固缓慢，最后凝固容易产生铸造缺陷。若整个铸件的温度场梯度较大难以保证顺序凝固或均匀凝固。床身材质选用抗拉强度为 300MPa 的 HT300。该材质综合性能优良，专门适用于中大型机床床身类铸件。

图 3-6 底注式平均静压头浇注系统各组元截面积用半封闭式浇注系统，对于中小型铸件来说，浇注系统各组元的界面比为积Σg：横浇道总截面积Σru：直浇道总截面积Σs=1:1.5:1.2。横浇道截面可以充满浇注系统，具有一定的撇渣能力，充型平稳度高。计算可得：g=G0.31μt√Hp(3计算得Σg=3900 mm2，Σru=5850mm2，Σs=4680 mm2。铸件底部肋板交错的位置设置 10 个下截面直径为 50mm 的均布排列冒口到的浇注系统和冒口分布如图 3-7 和 3-8 所示：
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本文编号：2876923