水輪機(jī)葉片的水玻璃砂型鑄造過程數(shù)值模擬研究.pdf

1、鑄造過程計(jì)算機(jī)模擬與仿真是鑄造學(xué)科發(fā)展的前沿領(lǐng)域。鑄造過程的數(shù)值模擬可以幫助工程技術(shù)人員預(yù)測鑄件缺陷,確保鑄件質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本。大型水輪機(jī)葉片由于截面尺寸大,三維曲面復(fù)雜,具有小批量生產(chǎn)的特點(diǎn),其內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)缺陷不可能通過反復(fù)的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)來加以改善和控制,因此需要通過數(shù)值模擬優(yōu)化工藝設(shè)計(jì),確保葉片鑄件質(zhì)量。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　 1、砂型熱物性參數(shù)和界面換熱系數(shù)是決定鑄造過程仿真模擬結(jié)果準(zhǔn)確性的重要因素。為獲得水玻璃砂準(zhǔn)

2、確的熱物性參數(shù)和界面換熱系數(shù)值,本文采用澆注法,通過自行設(shè)計(jì)試驗(yàn)裝置,實(shí)測水玻璃砂型溫度變化曲線,結(jié)合反算法測得水玻璃砂的熱物性參數(shù),建立了該工藝條件下水玻璃砂的熱導(dǎo)率和比熱數(shù)學(xué)模型。并在此試驗(yàn)基礎(chǔ)上,通過ProCAST反求模塊進(jìn)行逆運(yùn)算,得到水玻璃砂與鑄鋼材料界面換熱系數(shù)值。
　　 2、利用ProCAST軟件對水輪機(jī)葉片鑄件鋼液充型過程的流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,對傳統(tǒng)澆注系統(tǒng)和改進(jìn)后的澆注系統(tǒng)分別進(jìn)行了模擬分析,結(jié)果表明傳統(tǒng)澆注系

3、統(tǒng)澆注過程容易使鋼液發(fā)生紊流狀充型,而改進(jìn)后的澆注系統(tǒng)充型平穩(wěn)。
　　 3、對水輪機(jī)葉片凝固過程的溫度場進(jìn)行了數(shù)值模擬,預(yù)測了水輪機(jī)葉片鑄件容易產(chǎn)生縮孔、縮松的位置全在冒口處,葉片鑄件本體無缺陷,證明了鑄造工藝的合理性;對水輪機(jī)葉片凝固過程的應(yīng)力場進(jìn)行了數(shù)值模擬,預(yù)測了凝固過程中應(yīng)力場對葉片鑄件變形量的影響,并指出葉片鑄件本體發(fā)生的最大變形量和變形位置,為葉片鑄件生產(chǎn)過程中變形量的施加提供了指導(dǎo)意見。
　　 本文測得的水