油膜轴承离心浇铸的数值模拟与工艺优化研究

发布时间：2017-08-11 06:05

  本文关键词：油膜轴承离心浇铸的数值模拟与工艺优化研究

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【摘要】：油膜轴承因承载性能好、摩擦系数低和运转精度高等优点，广泛应用于各种机械、钢铁行业。衬套是油膜轴承的主要径向承载件和易损件，其材料选取、结构设计和加工制造是决定轴承运行性能和使用寿命的关键因素。实际中常使用离心浇铸工艺在轴瓦钢背上浇铸适当厚度的合金材料来获得衬套。因此，离心浇铸工艺与系统的优化对提高轴承衬套的浇铸质量及工作性能至关重要。 为提高轴承衬套的浇铸质量，本文首先以油膜轴承衬套为研究对象，在考虑科氏力的影响下，分析了金属液流体质点在卧式离心浇铸过程中的受力情况，建立了衬套在离心浇铸充型及凝固过程中的理论模型。 其次，通过运用ProCAST软件对轴承衬套合金层的离心浇铸过程进行数值模拟仿真，针对衬套在离心浇铸中存在的铸造缺陷问题，对浇注系统进行了优化。结果表明：优化后的浇铸模型在充型时可减缓金属液的冲击，使金属液能够实现由外向内的顺序凝固，提高了金属液的补缩能力。优化后浇铸模型的缩孔率最大值比原模型减少了约为5.5%，缩孔率平均值比原模型减少了约为8.3%，在凝固后期出现的孤立部位较少，，使浇铸质量得到了改善。 另外，研究了不同转速、浇注温度和预热温度分别对离心浇铸中金属液的充型及凝固行为的影响规律，研究表明：转速的增加提高了金属液的填充速率；浇注温度与预热温度的升高减缓了金属液的凝固速率，增加了热应力；但当浇注温度过高时反而提高了凝固速率，减小了热应力；当预热温度过低时反而会引起较大的热应力；预热温度对金属液充型及凝固行为的影响比浇注温度的影响更大。并且通过对六组工艺参数对离心浇铸过程的影响结果进行对比分析，最终得到了此油膜轴承衬套离心浇铸的最佳工艺参数，即：金属液的最佳浇注温度为440℃，铸型的最佳预热温度为250℃，最佳转速为400r/min。 最后，通过采用不同的水冷工艺，对最佳工艺参数下浇注完毕的轴瓦进行了水冷却实验，分别获得了油膜轴承钢背在不同水冷条件下的冷却实验数据。通过对水冷实验数据进行处理并结合实际生产验证，得出了轴承钢背的最佳水冷工艺。实验结果表明：在最佳工艺参数和水冷工艺下所得的衬套的浇铸质量符合实际生产要求，为生产中控制和优化离心浇铸工艺提供了科学理论依据。
【关键词】：油膜轴承 离心浇铸 ProCAST 数值模拟 工艺参数
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG249.4;TH133.3
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题的研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究进展与现状13-19
• 1.2.1 充型过程的数值模拟概况13-14
• 1.2.2 凝固过程的数值模拟概况14-16
• 1.2.3 离心浇铸的数值模拟概况16-19
• 1.3 课题的主要研究内容19-21
• 第二章 轴承衬套离心浇铸过程的理论基础21-33
• 2.1 离心浇铸原理及特点概述21-22
• 2.2 离心浇铸下液态金属质点的动力学模型22-25
• 2.2.1 液态金属质点的受力分析22-23
• 2.2.2 液态金属质点的加速度模型23-24
• 2.2.3 金属液质点所受离心压力的计算24-25
• 2.3 充型过程的理论计算25-27
• 2.3.1 金属液质点充型过程的理论模型25-26
• 2.3.2 充型过程理论模型的求解26-27
• 2.4 凝固过程的理论计算27-30
• 2.4.1 金属液质点温度场的数学模型27-29
• 2.4.2 凝固潜热的处理方法29
• 2.4.3 初始条件和边界条件的确定29-30
• 2.4.4 金属液质点应力场的数学模型30
• 2.5 缩孔缺陷的形成机理及预测方法30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第三章 轴承衬套离心浇铸过程的数值模拟及结果分析33-47
• 3.1 衬套离心浇铸过程模拟预处理33-38
• 3.1.1 ProCAST 软件简介及模拟步骤33-34
• 3.1.2 浇铸模型的建立及优化34-36
• 3.1.3 相关参数的设置36-38
• 3.2 衬套离心浇铸过程的仿真结果分析38-45
• 3.2.1 温度场的模拟结果及分析38-42
• 3.2.2 衬套缩孔缺陷部位的预测及分析42-45
• 3.3 本章小结45-47
• 第四章 轴承衬套离心浇铸过程中不同参数的影响分析47-57
• 4.1 铸型转速的影响分析47-49
• 4.2 金属液浇注温度的影响分析49-51
• 4.2.1 浇注温度对温度场的影响50
• 4.2.2 浇注温度对应力场的影响50-51
• 4.3 铸型预热温度的影响分析51-53
• 4.3.1 预热温度对温度场的影响51-52
• 4.3.2 预热温度对应力场的影响52-53
• 4.4 最佳浇铸工艺参数的确定53-55
• 4.4.1 六组工艺组合参数的影响分析53-54
• 4.4.2 最佳浇铸工艺的计算结果分析54-55
• 4.5 本章小结55-57
• 第五章 轴瓦钢背的水冷却实验研究57-75
• 5.1 实验目的及意义57
• 5.2 实验方法及内容57-58
• 5.3 五种工况的实验结果及分析58-64
• 5.3.1 工况 1 的实验结果及分析58-59
• 5.3.2 工况 2 的实验结果及分析59-60
• 5.3.3 工况 3 的实验结果及分析60-62
• 5.3.4 工况 4 的实验结果及分析62-63
• 5.3.5 工况 5 的实验结果及分析63-64
• 5.4 各位置在不同工况下的实验结果及分析64-70
• 5.4.1 角 1 位置的实验结果分析64-65
• 5.4.2 角 2 位置的实验结果分析65-67
• 5.4.3 角 3 位置的实验结果分析67-68
• 5.4.4 角 4 位置的实验结果分析68-69
• 5.4.5 中心点位置的实验结果分析69-70
• 5.5 不同工况冷却速度的分析结果70-72
• 5.5.1 水冷速度的分析结果70-71
• 5.5.2 空冷速度的分析结果71-72
• 5.6 最佳水冷工艺的确定72-74
• 5.6.1 水冷实验的分析结果72-73
• 5.6.2 最佳工艺的实验验证73-74
• 5.7 本章小结74-75
• 第六章 结论与展望75-77
• 6.1 结论75
• 6.2 展望75-77
• 参考文献77-83
• 致谢83-85
• 攻读学位期间发表的学术论文及研究成果85-86

【参考文献】

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