摘要
随着计算机信息技术的飞速发展，数字化时代的到来，计算机应用的主要领域已经由科学计算逐步转向事务处理，计算机辅助技术成为其重要应用之一。铸造过程的计算机模拟仿真技术可以有效地缩短生产周期，降低生产成本，节省资源和能源，已经进入工程实用化阶段，为越来越多的铸造企业应用于铸件充型凝固过程的模拟仿真。 本课题结合铸件的生产条件以及铸件的工作情况，确定大型机床床身铸件的铸造工艺方案，并应用AnyCasting铸造模拟软件，对铸造过程进行数值模拟仿真，具体内容如下： 利用UG建立铸件的三维模型，分析铸件的结构特点，失效形式等确定铸件材质，并进行配料熔炼，获得符合成分要求的金属液；根据铸造工艺设计原则，综合考虑合金类型及生产情况，采用地坑造型消失模铸造，确定了铸造工艺参数，并设计了阶梯式多内浇道的浇注系统。
根据确定的铸造工艺，在AnyCasting模拟软件中设置所需要的参数并划分网格，然后，对铸造充型凝固过程在设定的10种浇注条件下进行温度场流场模拟，经过计算求解获得模拟结果。
对结果进行分析，预测可能出现的铸造缺陷，并针对缺陷消除进行工艺优化，在优化后工艺下再次对铸造过程进行模拟，并对比模拟结果，确认缺陷得以消除。
研究结果表明，采用地坑造型，阶梯式多内浇道的浇注系统，改进冒口、冷铁工艺后，进行数值模拟，当浇注温度为1350℃，浇注速度为2.10m/s时，铸件不仅能够快速、平稳、完整的充型，获得尺寸精确，轮廓清晰的铸件，而且，铸件内部缺陷得以有效控制。
关键词：床身；结构分析；铸造工艺；数值模拟；缺陷预测；工艺优化
Abstract
With the rapid development of information technology and the arrival of the digital age,The main areas of computer applications has gradually shifted transaction processing from scientific computing.Computer-aided technology has become one of the most important applications.Computer simulation technology of casting process can effectively shorten the production cycle,reduce production costs.The project has stepped in practical stage and been used to predict and simulate mold filling and solidification processes by more and more casting companies.
In this paper,we design the casting process of large machine bed casting combined with the actual situation of production,and apply AnyCasting-casting simulation software for filling and solidification of the cast.Details are as follows:
Build three-dimensional model of the bed by UG,analyze the structural characteristics and failure modes of the casting,determine the casting material,melt the ingredients,get the liquid of the metal that meet the requirements of component.According to and the principles of casting processing design,considering the alloy type and production condition,determine pit model EPS casting and the process parameters and stepped gating system with multi-runner.According to the casting processing set the parameters needed in AnyCasting and mesh the model.
Simulate the temperature field and the flow field of the casting processing under the 10kinds of casting conditions.After calculation solving,obtain the results of simulation.
Analyze the simulation results to predict the possible casting defects,improve riser and chill casting process,optimize the casting process，simulate again，compare the result test the defect can be eliminated.
The result shows that when pit modeling and stepped gating system with Multi-runner were applied,the filling temperature is1350℃,the filling velocity is2.10m/s,pouring system enables fast,smoothly and completely filling,and obtain castings of precise size and outline clear.The internal defects of casting will be effectively controlled.
Key words:Bed;Structural Analysis;Casting process;Numerical simulation;Defect prediction;Technology optimization
目录
摘要.......................................................................................................................................II 目录.....................................................................................................................................III 第一章绪论 (1)
1.1课题背景 (1)
1.2机床铸造技术发展现状 (1)
1.3铸造过程数值模拟的研究发展概况 (3)
1.3.1凝固过程数值模拟 (3)
1.3.2充型过程的数值模拟 (4)
1.3.3铸造模拟软件的应用及存在的问题 (4)
1.3.4数值模拟的发展趋势 (6)
1.4本课题的主要研究内容 (7)
1.4.1所用模拟软件介绍 (7)
1.4.2AnyCasting™模块介绍 (8)
1.4.3AnyCasting™工作流程 (9)
1.4.4本课题的主要研究内容 (10)
第二章铸造模拟理论 (11)
2.1铸件充型过程的数学物理模型 (11)
2.2凝固过程的数学物理模型 (12)常德水表厂
关天经济区发展规划
2.3铸件缩孔缩松预测 (14)
2.3.1缩松缩孔形成机理 (14)
2.3.2缩松缩孔预测方法 (15)
2.3.3本课题所选判据 (16)
2.4本章小结 (16)
第三章床身铸件结构和工艺性能分析 (17)
3.1床身结构及缺陷分析 (17)
3.2材料的选择 (18)
鸟的天堂课堂实录3.3灰铸铁的熔炼 (19)
3.3.1铁液出炉温度 (19)
3.3.2铁液的化学成分 (20)
3.4铸造工艺方案设计 (20)
3.4.1造型工艺 (21)
甘胆酸
3.4.2浇注位置的确定 (22)
3.5铸造工艺参数设计 (22)
3.5.1铸件收缩率 (22)
3.5.2铸件尺寸公差 (23)
3.5.3机械加工余量 (23)
3.5.4铸件的重量公差 (24)
3.5.5反变形量 (24)
3.6浇注系统设计 (24)
3.6.1浇注时间的确定 (24)
3.6.2浇口杯形状尺寸设计 (25)
3.6.3浇注系统截面尺寸计算 (25)
3.7冒口和冷铁 (26)
3.7.1冒口设计 (26)
3.7.2冷铁设计 (26)
3.8本章小结 (27)
第四章铸造过程模拟仿真 (28)
止水帷幕4.1前处理设置 (28)
4.1.1材质及参数设定 (28)
4.1.2初始及边界条件设定 (30)
4.1.3网格剖分 (30)
4.1.4仪器设置 (32)
4.2铸件充型过程模拟仿真 (32)
4.2.11350℃，1.98m/s浇注条件下的充型过程的模拟仿真 (33)
4.2.21400℃，1.98m/s浇注条件下的充型过程的模拟仿真 (34)
4.2.31350℃，2.30m/s浇注条件下的充型过程的模拟仿真 (36)
4.3凝固过程 (37)
4.3.11350℃，1.98m/s浇注条件下的凝固过程的温度场 (37)
4.3.21400℃，1.98m/s浇注条件下的凝固过程的温度场 (39)
4.3.31350℃，2.30m/s浇注条件下的凝固过程的温度场 (40)
4.3.4凝固时间 (41)
质量风险管理
4.4浇注工艺评价 (41)
4.5本章小结 (42)
第五章铸件内部质量预测及工艺优化 (43)
5.1缺陷预测 (43)
5.2工艺优化 (44)
5.2.1冒口、冷铁工艺改进 (44)
5.2.2浇注工艺优化 (45)
5.3工艺对比结果 (46)
5.4本章小结 (47)
结论 (48)
参考文献 (49)
致谢 (52)
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