夾渣運動軌跡分析及其對鑄件服役性能的影響研究.pdf

1、夾渣是鑄造生產(chǎn)過程中最常見的缺陷之一，由于高溫金屬液在空氣中的氧化反應以及澆鑄過程中外來夾渣物的卷入，從而很難獲得完全不含有夾渣缺陷的鑄件。由于夾渣物縮減了金屬基體的有效作用面積破壞了金屬基體的連續(xù)性，從而降低了鑄件材料的力學性能，在高周循環(huán)載荷的作用下容易在夾渣物位置處萌生微裂紋，并最終發(fā)展成為宏觀裂紋而致使整個零件失效，這嚴重影響了鑄件的服役性能和疲勞壽命，同時這些夾渣缺陷包含在鑄件的內(nèi)部，一般的方法較難準確的發(fā)現(xiàn)和計量它們的位置及

2、數(shù)量，這也增加了對夾渣缺陷防治的難度。本文正是基于對鑄件澆鑄過程中夾渣粒子的軌跡及位置分析，并預測鑄件的服役性能和疲勞壽命。
　　 澆鑄過程中夾渣粒子的全運動軌跡分析是預測夾渣出現(xiàn)位置的前提，本文基于DPM分散粒子模型、金屬液澆鑄過程中的湍流流動模型及型內(nèi)傳熱凝固模型，建立了夾渣粒子運動行為的數(shù)學模型。詳細的研究了澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、澆注時間、澆注溫度等澆鑄因素對夾渣運動軌跡及停留位置的影響，并采用夾渣數(shù)據(jù)信息提取技術(shù)和有限元網(wǎng)格映射

3、技術(shù)，獲取了夾渣缺陷的信息并建立了含夾渣缺陷的非均質(zhì)材料鑄件模型，在此基礎(chǔ)上研究了夾渣缺陷對鑄件的服役性能及疲勞壽命的影響規(guī)律。本研究對鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計及澆鑄工藝參數(shù)優(yōu)化有著重要的作用。本文的主要的研究內(nèi)容及成果如下:
　　 (1)基于分散粒子運動模型，建立了澆鑄過程中夾渣粒子運動行為的數(shù)學模型，并進行了鑄件澆鑄及凝固全過程中渣粒運動軌跡跟蹤，為鑄造夾渣缺陷數(shù)值模擬研究提供了研究基礎(chǔ)。
　　 (2)進行不同工藝條件下的夾渣澆

4、鑄實驗，分析了在不同位置的夾渣的分布形態(tài)及規(guī)律，實驗結(jié)果表明夾渣位置及分布特征與模擬結(jié)果有較高的相似度，證明了夾渣預測模型的可靠性。
　　 (3)研究了澆鑄工藝對鑄件夾渣缺陷的影響，針對澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、澆注時間、澆注溫度3個因素進行了多水平正交分析，得出對夾渣粒子運動軌跡影響大小排序為澆注系統(tǒng)＞充型時間＞澆注溫度，并得到了降低鑄件夾渣率的最優(yōu)組合參數(shù)，為合理的設(shè)計澆鑄工藝方案最大程度的減少停留在鑄件中的渣粒數(shù)量提供了參考。

5、　　 (4)基于渣粒數(shù)據(jù)提取技術(shù)和有限元網(wǎng)格映射技術(shù)建立了非均質(zhì)材料模型，采用VB6.0編寫了夾渣信息提取映射程序，基于目前常用的非連續(xù)性缺陷力學模型建立了含夾渣缺陷的非均質(zhì)材料模型。為對含夾渣缺陷鑄件的服役性能分析提供了橋梁。
　　 (5)研究了夾渣缺陷對鑄件服役性能的影響，通過對含夾渣缺陷的螺旋槳鑄件進行服役性能分析，結(jié)果表明夾渣缺陷導致應力集中增大了螺旋槳受力后的最大應力值，使得螺旋槳疲勞壽命值下降顯著。對于準確預測含夾