消失模鑄造泡沫珠粒充填過程數(shù)值模擬.pdf

1、干砂負壓消失模鑄造技術(shù)(簡稱LFC)是新一代的精確鑄造成型技術(shù),被譽為“代表21世紀的鑄造新技術(shù)”。泡沫模樣是消失模鑄造成敗關鍵,而泡沫珠粒的充填是獲得優(yōu)質(zhì)泡沫模樣的關鍵工序之一。泡沫珠粒在模具中充填不均或不密實會使模樣出現(xiàn)殘缺不全或融合不充分等缺陷,影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量。利用計算機對泡沫珠粒射料充填過程的流動場進行數(shù)值模擬,定量地模擬射料過程的影響因素,有利于優(yōu)化射料工藝、提高效率和減少廢品,具有重要的理論及應用價值。
　　本文基

2、于分子動力學模擬,建立模擬離散顆粒流動的離散單元模型(DEM)。采用硬球模型處理高濃度顆粒相中離散顆粒間的碰撞過程,并提出搜索顆粒碰撞事件的優(yōu)化技術(shù),以減少計算機計算顆粒間碰撞事件的工作量,為數(shù)值模擬奠定了堅實的理論基礎。開發(fā)了基于DEM硬球模型的消失模射料充填過程數(shù)值模擬通用程序,預報模具型腔內(nèi)泡沫珠粒的運動規(guī)律及特性。
　　采用可視化實驗研究三維模具型腔內(nèi)泡沫珠粒充填規(guī)律,將可視化實驗的結(jié)果與DEM模擬結(jié)果對比,驗證模型物理概

3、念的合理性和計算方法的正確性,考察泡沫珠粒的受力情況,進而討論充填運動機理。模擬結(jié)果中的泡沫珠粒的流動趨勢與實驗結(jié)果基本上是一致的,證明使用該數(shù)學模型對射料充填過程進行數(shù)值模擬是一種行之有效的方法。利用現(xiàn)有商業(yè)化軟件Arena-flow模擬的結(jié)果與自行開發(fā)的仿真系統(tǒng)模擬的結(jié)果進行對比驗證,發(fā)現(xiàn)在兩把料槍射料充填情況下,兩種模擬結(jié)果非常接近,更進一步證實本研究具有較好的可信度。
　　泡沫模樣的質(zhì)量除與發(fā)泡模具、發(fā)泡成型工藝有關外,射

4、料工藝也是影響模樣質(zhì)量的關鍵因素。射料是成型的基礎,不同結(jié)構(gòu)的模具必須選用合適的射料工藝。射料工藝不合理會導致模具型腔內(nèi)珠粒不緊實,使泡沫模樣上產(chǎn)生收縮和變形的缺陷。因此用數(shù)值模擬方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)試錯法的實驗手段優(yōu)化射料工藝可大大提高效率,節(jié)約成本。影響射料充填的主要因素有:射料口的位置、排氣塞數(shù)量和位置、射料壓力、原始珠粒的選擇等。本文根據(jù)DEM模型對不同工藝條件下的射料充填過程進行數(shù)值模擬,為實際生產(chǎn)中工藝參數(shù)的確定提供可靠依據(jù)。

5、>　　發(fā)動機缸體作為發(fā)動機中最重要的部件之一,其尺寸較大、結(jié)構(gòu)復雜、壁厚較薄又很不均勻(最薄處僅為3~5mm),同時其工藝范圍狹窄,影響因素眾多,是典型難以成型的復雜鑄件。消失模鑄造的特點決定了它比較適合于缸體鑄件生產(chǎn),其工藝為分片制取泡沫模樣,模樣粘合成箱體零件再進行鑄造。合理的分片是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的關鍵。本研究采用水平分型與豎直分型相結(jié)合工藝,既保證了曲軸箱的原始結(jié)構(gòu)設計不變又減輕了零部件的重量。分片模具制取泡沫模樣過程中,泡沫珠粒在