大型数控镗铣床滑枕铸造过程数值模拟研究

发布时间：2017-09-01 01:07

  本文关键词：大型数控镗铣床滑枕铸造过程数值模拟研究

  更多相关文章： 滑枕 砂型铸造 数值模拟 有限元

【摘要】：滑枕是大型数控镗铣床、龙门铣床等大型机床的重要核心部件,其本身质量对在机床的质量和精密程度有着重大影响。现阶段国内主流的制造方法一般采用砂型重力铸造生产滑枕铸件,其本身结构复杂、几何尺寸较大,属于大型铸件,铸件使用过程中既要求有较高的强度,也要求有较高加工精度,这就要求铸件要有较高的外观质量,以及内在质量,不能有气孔、缩孔、缩松、石墨漂移等铸造缺陷。本文对大型镗铣床滑枕铸件的铸造过程进行了实地调研、铸造过程理论分析、基于有限元理论的数值模拟,获取大型机床铸件砂型铸造成型充型和凝固过程中流场、温度场、应力场等,对原铸造工艺系统铸造过程得出结论并为进一步改进原工艺系统和后续进行时效处理提供依据。同时针对该产品在铸造中出现的一些问题,设计出了新的工艺方案(主要是浇注系统)进行了现场试验。对大型数控镗铣床滑枕铸造过程数值模拟时,根据了解现场滑枕铸件的实际铸造工艺系统,应用Pro-E三维造型软件建立了铸件、浇注系统和砂型的三维模型并进行了装配。就该机床滑枕铸造工艺应用基于有限元数值模拟方法的铸造专用计算机辅助工程软件P ro-CAST仿真软件对其铸造充型过程和凝固过程进行了有限元数值模拟,具体对三维模型进行了有限元法的离散化建立了铸造系统的有限元模型即划分网格,再进行前处理即对实际铸造工艺过程进行抽象和理想化建立了其铸件的本构模型,根据现场工艺条件设置了初始条件和边界条件,然后设置运行参数进行模拟,最后进行后处理计算得到流场、温度场和应力场的分析结果。通过数值模拟分析和新的工艺方案现场试验表明,Pro-CAST对原铸造工艺系统进行数值模拟与理论分析和现场生产基本一致具有工程实用价值,原铸造工艺滑枕原铸造工艺系统进行生产可以保证金属液体全部充满型腔,不存在浇不足、冲砂等工艺缺陷。凝固阶段温度场分布中主轴孔厚大部位温度降较慢,其它较薄部位温度降较快。按滑枕原铸造工艺系统进行应力分析得出了最大等效应力和得到等效应力分布,滑枕铸件主要受拉应力作用。反雨淋式铸造工艺系统浇道的热量传导对铸件生产中的温度分布影响较少,而且由于冷铁的激冷作用,使得铸件厚大部位冷却速度加快,得到的铸件质量更高。
【关键词】：滑枕 砂型铸造 数值模拟 有限元
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659;TG24
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 国内外研究现状与发展趋势11-19
• 1.1.1 国内外铸造成型的发展现状与发展趋势11-14
• 1.1.2 铸造过程模拟技术研究现状与发展趋势14-19
• 1.2 本课题研究意义及目的19
• 1.3 本课题主要研究内容及技术路线19-21
• 第二章 铸造过程中的数理模型21-43
• 2.1 液态金属充型过程的数学物理模型21-27
• 2.1.1 液态金属流动的控制方程21-26
• 2.1.2 液态金属流动过程求解的初始条件和边界条件26-27
• 2.2 铸造凝固过程的数学物理模型27-36
• 2.2.1 铸造凝固过程的传热形式及其温度场控制方程27-31
• 2.2.2 铸造凝固过程温度场定解初始条件和边界条件31-34
• 2.2.3 铸造凝固过程结晶潜热的处理34-36
• 2.3 铸造过程热应力的数学物理模型36-40
• 2.3.1 固液两相区流变学模型36-37
• 2.3.2 固相区热弹塑性模型37-40
• 2.4 流体-传热-应力耦合分析方法40-41
• 2.5 本章小结41-43
• 第三章 铸造过程有限元数值方法43-49
• 3.1 温度场的有限元法43-46
• 3.1.1 温度场的泛函表达式43-44
• 3.1.2 温度场的有限元方程及其求解44-46
• 3.2 热应力的有限元法计算46-47
• 3.2.1 单元刚度矩阵与等效节点载荷46-47
• 3.2.2 求解节点位移和热应力47
• 3.3 本章小结47-49
• 第四章 铸造过程流场、温度场有限元仿真分析49-77
• 4.1 主要应用软件简介49-53
• 4.1.1 Pro-E建模软件简介49-51
• 4.1.2 Pro-CAST建模软件简介51-53
• 4.2 铸造过程流场、温度场有限元仿真分析53-76
• 4.2.1 建立三维模型54-58
• 4.2.2 划分网格58-61
• 4.2.3 前处理61-70
• 4.2.4 运行解算70-72
• 4.2.5 结果分析72-76
• 4.3 本章小结76-77
• 第五章 铸造过程铸件热应力限元仿真分析77-81
• 5.1 构建热应力分析弹塑性模型77-78
• 5.2 热应力模拟结果分析78-79
• 5.3 本章小结79-81
• 第六章 反雨淋式铸造工艺试验81-87
• 6.1 改进后的工艺试验方案81-82
• 6.2 试验操作82
• 6.3 试验结果和分析82-87
• 第七章 结论与展望87-89
• 7.1 结论87
• 7.2 展望87-89
• 致谢89-91
• 参考文献91-95
• 附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文95

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 康献民;滑枕移动重心位置变动及补偿的研究[J];机械设计与制造;2000年03期

2 康献民;消除滑枕低头的平衡补偿法[J];机械;2000年S1期

3 王建中;黄成军;;大型落地铣镗床方滑枕精度变形补偿措施[J];制造技术与机床;2006年07期

4 黄成军;王哲元;;大型落地铣镗床方滑枕挠度补偿[J];机械工程师;2007年06期

5 孙德洲;;滑枕下垂变形的分段补偿方法[J];组合机床与自动化加工技术;2008年06期

6 丛明;王贵飞;宋健;;高速立式镗铣加工中心滑枕动态特性有限元分析[J];组合机床与自动化加工技术;2011年06期

7 包秀杰;;滑枕重力卸荷结构[J];机械工程师;2011年12期

8 于鑫;;基于有限元的重型落地铣镗床滑枕的结构分析[J];机械工程师;2012年09期

9 武锋;王传洋;刘新宁;余志斌;;落地镗铣加工中心滑枕变形分析[J];组合机床与自动化加工技术;2014年01期

10 胡汝凯;黄美发;张奎奎;杨武军;;数控龙门铣床滑枕的动态特性分析及改进[J];组合机床与自动化加工技术;2014年05期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 尚红;李正男;;滑枕体深腔精密孔加工及测量方法[A];第八届沈阳科学学术年会论文集[C];2011年

2 王亚刚;王秀平;;滑枕深腔精密孔加工及测量技术[A];2011年“天山重工杯”全国机电企业工艺年会暨第五届机械工业节能减排工艺技术研讨会论文集[C];2011年

3 黄松宁;邵斌;周建祥;代德利;;重型镗铣床滑枕铸造工艺的改进[A];首届中国大型铸锻件制造技术发展论坛论文集[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 马瑗瑗;新型滑枕床身式机庆[N];中国乡镇企业报;2003年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 孙文才;方滑枕变形处理及补偿的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

2 张奎奎;数控龙门钻铣床滑枕组件热结构分析及改进研究[D];桂林电子科技大学;2015年

3 陈艳;动梁龙门机床方滑枕动静态特性分析及优化设计[D];山东大学;2015年

4 李岩;大型数控镗铣床滑枕铸造过程数值模拟研究[D];昆明理工大学;2015年

5 刘殿崇;重型数控落地铣镗床滑枕组件热误差补偿技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

6 周震东;落地铣镗加工中心主轴滑枕组件误差补偿技术研究[D];苏州大学;2013年

7 杨建民;重型立式车床滑枕部件的结构研究与设计[D];燕山大学;2014年

8 华小龙;大型落地镗铣床滑枕的分析与优化[D];苏州大学;2014年

9 武锋;落地镗铣加工中心滑枕挠度补偿与数值模拟[D];苏州大学;2014年

10 罗攀;龙门加工中心滑枕组件的热特性分析及误差建模[D];湖北工业大学;2013年

，

本文编号：768993