离心充型凝固有限元模拟及铸件-铸型界面换热系数确定

摘要

本文利用实验室自制的离心浇铸实验系统，采用可在非真空条件下离心铸造的铝合金(A356和Al-4.5Cu合金)作为模拟合金，研究金属液的离心充型与凝固行为。并结合铸造CAE软件模拟和数学建模的方法，研究重力和离心力以及铸型表面粗糙度等因素对界面换热系数的影响。
　　本论文具体完成了以下内容：结合所用离心浇铸实验装置中拔塞坩埚的具体结构，建立了凝固模拟所需的金属液浇注入口速度的数学模型；利用Pro-E软件对铝合金离心浇铸系统进行了实体造型；结合铸造工程软件ProCAST利用反算法确定了重力浇注实验中的界面换热系数平均值；建立了一种计算金属熔体凝固结壳前，与粗糙铸型表面之间等效界面换热系数的简化数学模型；利用本实验室实验装置进行了重力浇注实验和离心浇注实验；评定了冷却速度对铸件凝固组织(二次枝晶间距)的影响。
　　研究结果表明:根据反算法确定的本文重力浇注实验中的界面换热系数约为2000W/m2K；根据浇注坩埚流速模型求得的金属液入口流速、反算法计算的界面换热系数和其余实验参数模拟计算的铸件的充型体积与实际浇注的充型体积基本一致；根据本文实验粗糙铸型表面的电镜观测数据，及所建立的界面换热系数模型计算结果表明：离心转速超过一定临界值后，离心力对界面换热系数产生的影响较大，不可忽略。

目录

离心充型凝固有限元模拟及铸件-铸型界面换热系数确定

FEM SIMULATION OF CENTRIFUGAL MOLDFILLINGAND DETERMINATION OF INTERFACIAL HEAT-TRANSFER COEFFICIENT BETWEEN CASTING AND MOLD

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 离心铸造技术及其国内外发展现状

1.3 离心铸造数值模拟技术及其现状

1.4 本论文的主要研究内容

第2章 实验材料及实验方法

2.1 实验研究方法及设备

2.2 本章小结

第3章 铸造充型凝固传热有限元分析模型与方法

3.1 铸造充型的流场模拟

3.2 ProCAST 铸造工程有限元软件简介

3.3 充型凝固传热过程有限元计算模拟实例

3.4 本章小结

第4章 离心铸造界面换热系数的确定

4.1 浇注坩埚流速模型

4.2 ProCAST 反算法确定铸件-铸型界面换热系数

4.3 重力及离心力场下合金熔体-铸型界面传热模型

4.4 离心转速对界面换热系数的影响

4.5 铸型表面粗糙度对界面换热系数的影响

4.6 本章小结

第5章 铝合金重力/离心浇铸实验与数值模拟

5.1 铝合金金属型充型凝固数值模拟研究

5.2 离心浇注实验结果对比

5.3 二次枝晶间距d2 的测定及与冷却速度的关系

5.4 本章小结

结论

参考文献

附 录1 计算机采集系统(ECON 系列)接线图

附 录2 温度采集数据转换程序

附 录3 实验合金化学成分检测报告单

附 录4 不同离心转速对应的等效界面换热系数

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致 谢