大型机床床身充型凝固及铸造热应力有限元分析

摘要

本文选用材料为HT250制造的机床床身为研究对象，设计了三种不同浇注方案，分别为无冷铁、冒口的方案，只有冷铁的方案以及既有冷铁又有冒口的方案，为了描述方便，将其分别命名为方案1、方案2和方案3。对这三种方案分别进行模拟浇注，得到了这三种方案的温度场与应力场的分布规律，并将这三种方案的模拟结果进行研究对比，然后对每种方案产生的缺陷进行研究讨论，最终比较出三种方案的优劣，从而为优化工艺、减少缺陷提供了参考的依据。
　　本文是利用三维实体造型软件UG对机床床身进行三维实体造型的，并且探讨了UG与模拟仿真软件ProCAST的网格剖分模块的接口方式，通过实际操作选用了PARASOLIDS格式的文件作为剖分模块MeshCAST的接口，所得到的网格文件能够很好的用于ProCAST后续的计算当中。
　　利用模拟仿真软件ProCAST对三种方案下床身的温度场以及应力场进行了数值模拟计算，分析对比了三种方案的模拟结果，通过曲线与图的对比分析，使得结果更加具有说服力。结果表明：方案2和方案3顺序凝固的效果是最好的，因此，就温度场而言，方案2与方案3的模拟效果是最理想的；就应力场而言，方案3的效果较好，它的应力场分布较均匀，没有明显的应力集中，而方案1和方案2的应力场分布不均匀，有较明显的应力集中，效果较差。
　　对于床身的变形，利用方案3对机床床身进行浇注所产生的变形是最小的，方案1与方案2床身所产生的变形较大。对于缩孔缺陷进行分析，得出方案1中床身的内部靠近浇注系统的区域产生缩孔缺陷的可能性较大，而方案2和方案3基本不会产生缩孔缺陷。对热裂纹进行比较分析，得出方案3的热裂倾向性最小，方案2的热裂倾向性最大。
　　综合对温度场、应力场、变形以及缩孔缺陷和热裂缺陷的分析对比，得出方案3为最优方案，在实际生产中，已经应用方案3对机床床身进行了浇注，效果非常的理想，证明模拟结果与实际情况相符。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1选题意义

1.2铸造过程中数值模拟发展概况

1.3铸造应力简介

1.4铸造过程中的应力场数值模拟发展现状

1.5应力场数值模拟计算模型与算法简介

1.6本课题的主要研究任务

第2章 铸造过程数学模型及有限元算法

2.1引言

2.2铸件充型、凝固过程中的数学模型

2.3应力与变形的数值模拟的热弹塑性模型

2.4热弹塑性模型的有限元算法

2.5本章小结

第3章 机床床身充型凝固及热应力有限元分析

3.1引言

3.2床身数值模拟的前处理

3.3床身温度场分布的对比分析

3.4床身应力场分布的对比分析

3.5本章小结

第4章 不同方案的床身变形与缺陷的对比分析

4.1引言

4.2三种方案床身变形的模拟结果与对比分析

4.3三种方案床身缺陷的模拟结果与对比分析

4.4实际床身的浇注情况

4.5本章小结

结论

参考文献

声明

致谢