臥式離心復(fù)合鑄造軋輥鑄造過程及工藝影響的數(shù)值模擬.pdf

1、離心復(fù)合鑄造是一種能夠生產(chǎn)雙層或多層復(fù)合鑄件的最簡便方法，已廣泛應(yīng)用于復(fù)合軋輥、復(fù)合鋼管的鑄造。但在雙層及多層復(fù)合鑄造過程中，由于內(nèi)外層材料的不同，如何保證各層材料良好結(jié)合的工藝控制成為關(guān)鍵問題。采用傳統(tǒng)的試錯法確定工藝成本高、浪費資源，研究開發(fā)專用軟件又需要大量的基礎(chǔ)工作，使其推廣和應(yīng)用受到很大限制。本文試圖利用通用有限元商用ProCAST軟件，建立臥式離心復(fù)合鑄造的有限元模型，為實現(xiàn)離心復(fù)合鑄造過程的流場、溫度場和應(yīng)力場的模擬，優(yōu)化

2、離心鑄造軋輥鑄造工藝，提高軋輥質(zhì)量，提供一種通用、簡便的技術(shù)手段。
　　離心鑄造過程是復(fù)合軋輥生產(chǎn)關(guān)鍵工藝階段，而商用的ProCAST軟件在模擬臥式離心鑄造過程中存在嚴重的失真問題。為解決這一問題，本文提出根據(jù)金屬質(zhì)點的受力特點，將筒形件臥式離心鑄造化分為符合重力流動規(guī)律的流道流動和接觸旋轉(zhuǎn)鑄型后的離心流動兩部分，分別建模的方法。用該方法對臥式離心鑄造充型過程進行模型，并利用已有水力學試驗對模型進行驗證，結(jié)果表明該方法能夠?qū)崿F(xiàn)筒形

3、件臥式離心流動的模擬。
　　利用分段建模方法對典型筒形件(濕式汽缸套)臥式離心鑄造過程的流場和溫度場進行了模擬研究，模擬結(jié)果與實際工藝符合的較好，進一步驗證了ProCAST模型在臥式離心鑄造流動充型和凝固過程模擬的正確性。通過模擬研究，分析了各種工藝參數(shù)對缺陷深度的影響，解決了臥式離心鑄造濕式汽缸套鑄造缺陷深度大、廢品率高的問題。
　　在臥式離心鑄造模擬的基礎(chǔ)上，提出了軋輥復(fù)合鑄造過程模擬的ProCAST模型。運用該模型模擬

4、了Cr4軋輥復(fù)合鑄造整個過程中的流場、溫度場及外層模具的溫度場，并實測了鑄型對應(yīng)位置的溫度和Cr4軋輥相應(yīng)位置的組織結(jié)構(gòu)，對比模擬結(jié)果及實驗結(jié)果，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果相一致。
　　通過測定外層Cr4鋼和中間層材料的力學性能，利用ProCAST軟件建立了軋輥復(fù)合鑄造過程的應(yīng)力場模型并進行了模擬，獲得了軋輥復(fù)合鑄造凝固過程的應(yīng)力場和殘余應(yīng)力場。對比軋輥外層實測應(yīng)力，模擬結(jié)果與實測結(jié)果具有相同的分布規(guī)律。
　　分析了影響軋輥外層與中

5、間層間界面結(jié)合質(zhì)量因素，給出了中間層與外層能否實現(xiàn)冶金結(jié)合和結(jié)合層厚度最小的質(zhì)量判據(jù)；研究了不同鑄造工藝參數(shù)條件下能夠保證全部結(jié)合的外層離心時間，以及各種參數(shù)對外層有效厚度的影響程度，給出了各因素影響外層有效厚度的主次順序為：中間層澆鑄溫度>內(nèi)表面換熱系數(shù)>中間層厚度>涂層厚度>端蓋砂材料。針對軋輥下軸頸存在縮孔的實際問題，研究了冷鐵壁厚、材料、長度和下箱砂材料等因素對下軸頸中心縮孔位置及尺寸的影響，設(shè)計了合理的工藝技術(shù)，能夠完全消除了