基于ProCAST船用柴油機(jī)汽缸套離心鑄造工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化.pdf

1、船用柴油機(jī)汽缸套是船舶動(dòng)力系統(tǒng)核心工作零件,在使用過程中對(duì)汽缸套的材質(zhì)與力學(xué)性能有很高的要求。因此對(duì)汽缸套的立式離心鑄造過程的相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬分析,可以有效的預(yù)測(cè)缺陷,優(yōu)化工藝,提高鑄件的質(zhì)量。論文研究的主要內(nèi)容與工作如下:
　　(1)闡述論文研究的數(shù)值模擬的基本理論,其中包括鑄造充型過程、凝固過程、應(yīng)力場(chǎng)以及鑄造微觀組織等方面的數(shù)值模擬分析。立式離心鑄造基本理論與特點(diǎn),依據(jù)鑄造設(shè)計(jì)理論計(jì)算鑄造工藝參數(shù)確定原始的鑄造工藝參

2、數(shù)方案。
　　(2)通過對(duì)鑄造實(shí)際工況的分析,運(yùn)用Pro/E對(duì)汽缸套澆注系統(tǒng)進(jìn)行三維實(shí)體建模和有限元面網(wǎng)格劃分,通過ProCAST完成汽缸套澆注系統(tǒng)體網(wǎng)格劃分以及前處理相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。
　　(3)在立式離心鑄造汽缸套成型的過程中,汽缸套內(nèi)部有時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣孔與夾雜物的缺陷,一般情況下氣孔與夾雜物會(huì)在汽缸套的內(nèi)部偏上方的位置出現(xiàn),這主要是因?yàn)闅馀葙|(zhì)輕,在鑄造成形的過程中受到浮力先上運(yùn)動(dòng),同時(shí)質(zhì)量大的溶質(zhì)在離心力的作用不斷甩向汽缸套

3、外壁,氣泡與夾雜物被擠向汽缸套內(nèi)壁。在金屬液凝固時(shí),氣泡沒有完全逸出而留在汽缸套內(nèi)部,夾雜物沒有完全排擠到汽缸套內(nèi)壁邊緣而留在汽缸套內(nèi)部。
　　(4)在鑄造成型過程中,汽缸套在徑向方向上是按照從外向內(nèi)順序凝固,汽缸套內(nèi)部基本上不存在縮松、縮孔的缺陷,而傳統(tǒng)的砂型鑄造汽缸套是糊狀凝固,汽缸套內(nèi)部很容易在產(chǎn)生縮松、縮孔缺陷。
　　(5)立式離心鑄造汽缸套時(shí),金屬液中的枝晶是沿著徑向從外向內(nèi)生長(zhǎng),這樣鑄造出來的汽缸套在工作過程中耐

4、磨性能非常好,而臥式離心鑄造汽缸套時(shí),金屬液中的枝晶是沿著軸向生長(zhǎng),鑄造出來的汽缸套在工作過程中,耐磨性能相對(duì)立式鑄造的汽缸套差,使用壽命也低。
　　(6)立式離心鑄造汽缸套的上端部易產(chǎn)生白口。金屬液在成型過程中,最后達(dá)到型腔上端部的金屬液,在充型過程中已經(jīng)損失一部分熱量,型腔的上端屬于自由表面,冷卻快,所以,該處的金屬液在較大過冷度下迅速凝固而產(chǎn)生白口缺陷。
　　(7)立式離心鑄造汽缸套過程中,汽缸套使用合金鑄鐵材料,在凝

5、固過程中,硬質(zhì)合金氧化物形成硬質(zhì)骨架,增強(qiáng)了汽缸套的耐磨性能,同時(shí)汽缸套微觀組織晶粒細(xì)小,也提高了汽缸套的布氏硬度、拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能。
　　(8)立式離心鑄造汽缸套的過程中,金屬液要以平穩(wěn)的澆注速度澆注型腔。這樣做可以確保金屬液在平穩(wěn)充型,以順序凝固的方式凝固,同時(shí)在平穩(wěn)的充型過程中,可以減少氣泡和夾雜物的缺陷;此,在確保氣泡與夾雜物缺陷很少的前提下,選擇較小的轉(zhuǎn)速。
　　研究表明:在鑄造過程中,采取優(yōu)化后的工藝參數(shù):澆注