立式离心铸造充型过程物理模拟平台的开发与应用

摘要

立式离心铸造作为一种高效的材料成形方法，广泛应用于军事、航空航天等领域。物理模拟可以实现对立式离心铸造充型过程科学定量地分析，摆脱目前工艺生产基于经验的困境，实现智能化的性能预测及工艺优化。本文基于立式离心铸造工艺特点及相似准则，设计开发了立式离心铸造充型过程物理模拟平台。
　　首先本文分析了物理模拟平台开发的理论基础。根据立式离心铸造工艺特点，分析了浇注速度、转速及粘度等工艺参数的选取及影响，阐述了离心力场下流体自由表面形状；利用相似原理，推导出相似准则，确定雷诺数为决定性相似准数。
　　其次本文设计开发了立式离心铸造充型过程物理模拟平台。包括立式离心铸造机、流量控制系统和图像采集系统三大部分。平台可以实现离心转台的无极调速及瞬时转速测定，实现浇注、调速、测速的一体化控制。同时可以实现任意流速的测定及调节，获取流体瞬间充型过程图，为后续流体三维流动分析提供数据支持。
　　最后本文应用该物理模拟平台定性定量地研究了工艺参数对流体充型过程的影响。研究发现充型速度与浇注速度成正比，与转速及时间成反比；粘度越大，充型时间越长。根据相似准则，可以将个别现象推广到与模型相似的一系列实际现象中去，为实际生产提供指导。

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1 绪论

1.1课题背景与意义

1.2离心铸造工艺国内外发展现状

1.3液态金属充型过程研究现状

1.4本课题的主要研究内容

2 立式离心铸造物理模拟平台开发的理论基础

2.1引言

2.2立式离心铸造工艺特点分析

2.3立式离心铸造充型过程物理模拟相似准则

2.4本章小结

3 立式离心铸造物理模拟平台的设计与开发

3.1总体设计

3.2立式离心铸造机开发

3.3流量控制系统开发

3.4图像采集系统开发

3.5本章小结

4 立式离心铸造物理模拟平台的应用

4.1引言

4.2实验方案

4.3实验结果分析

4.4本章小结

5 总结与展望

5.1全文总结

5.2后期展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表论文