铸造过程中型芯发气的数值模拟研究

摘要

气孔是铸造过程中常见的缺陷之一,它严重影响铸件的力学性能和可靠性,制约着铸件质量的提高.型芯发气是产生侵入性气孔的重要原因,因为其升温快,排气路径漫长.本研究将以温度场为基础,以化学反应动力学的基本原理为依据,计算型芯粘结剂在高温下的分解情况,并运用计算流体动力学的方法研究气体产物在砂芯中的传播.首先对铸造过程中铸件、型芯等各部分温度进行数值模拟,并采用温度回升法对金属的结晶潜热进行处理.在此基础上,利用阿伦尼乌斯方程计算了粘结剂在铸造温度场中的分解情况,并获得了型芯内气体密度的分布.根据理想气体的状态方程,可由气体密度场和温度场计算出型芯内的压强分布,进而利用多孔介质的达西定律获得气体的速度分布,以此来探讨排气情况与气孔缺陷的可能.本文的研究能考虑到型芯形状的复杂性,通过边界条件与外部的温度、压强耦合起来,为深入地解释侵入性气孔产生的原因、过程及条件提供理论基础,并为进一步的工艺优化提供参考依据,对实际的铸造生产有较大的实用价值.