热加工过程的模拟与仿真分析报告.ppt

* 计算机模拟的充型时间为600（10分钟）秒。能够充满浇道的横截面积。 充型过程平稳，无卷气缺陷。温度下降平均为30度。 * 缩孔预测判据：临界固相分数法。 铸钢件：Niyama判据等。 * 方案1：辊身金属型厚度为350mm，直径为2167mm，挂砂厚度为16mm。下辊颈金属型直径为2500mm，挂砂厚度为25mm。冒口保温材料厚度为100mm，保温覆盖剂厚度200mm。 * 下辊颈金属型直径为2167mm，辊身直径为2617mm. 16mm, 25mm * 设计轧辊重约500公斤，其结构与大型铸钢轧辊相似，浇注系统的尺寸按照流量相等原则计算，设定浇注时间为40秒，得到轧辊的各部分尺寸如图1所示。辊身铁模壁厚10mm, 上下辊颈、冒口铁模壁厚为8mm，浇注系统铁模壁厚5mm。辊身挂砂厚度16mm。为了保证整套装置的稳定性和在浇注过程中不跑火，把整套装置放在水玻璃砂型中。 本文设计了500公斤的模拟轧辊，采用该工艺进行了3次实验，综合的考察铬铁矿砂、碱性酚醛树脂及其固化剂、水基和醇基锆英粉涂料、保温板和发热保温覆盖剂的使用性能，并确定了其操作工艺。 用碱性酚醛树脂做粘节剂的铬铁矿砂导热性能好，具有良好的高温退让性能，能够起到激冷的作用，不阻碍铸件的收缩，树脂的发气量低、整体系统排气顺畅。铸件中没有气孔和裂纹缺陷。树脂的加入量为铬铁矿砂的1.5%，固化剂的加入量为树脂的20%。对于大型的轧辊，根据使用的季节，可选用可操作时间较长的固化剂。 保温板和发热保温覆盖剂的保温效果良好。 通过实验确定对于大型的轧辊应采用醇基锆英粉涂料，水基涂料刷每刷完一遍都要上窑烘烤以除去水气，操作不方便，而采用醇基涂料每刷完一遍后点燃燃烧就可以除去易分解的有机气体。 三次实验结果表明浇注系统冲刷严重，涂料层可能冲掉，造成砂眼。横交道采用耐火砖时，情况有所改善。对于大型轧辊，冲刷会更严重，对直浇道的下部也采用耐火砖，会更安全。 * 底注充型，液面不稳定。充型时间为80秒，实际浇注时间为70秒。 * 浇注时间504s，浇注温度1559，打开塞杆时间为59s.高度1000mm 铸型预热温度150。浇注钢水49吨。 * 加冷铁的模拟结果 * 轧辊的铸造毛坯 铸钢支承辊毛皮粗检 铸件整体表面质量完好,粗加工后探伤内部没有缩孔缺陷 应力场模拟及热裂预测 铸造过程应力模拟的数学模型 热弹性模型 热弹塑性模型 热粘弹塑性模型 Heyn模型 Perzyna模型 内部统一变量模型 准固相区间的流变学模型 精确度高，应用广泛 热裂理论与热裂判据 热裂理论 液膜理论 强度理论 晶间搭桥 凝固收缩补偿 热裂预测判据 基于凝固条件与补缩能力的热裂模拟 基于铸件高温应力应变场的热裂模拟 当铸件中的薄弱环节(如热节中的脆性区或液膜等)的应力或者变形超过某一临界值时就会导致热裂纹的产生 模拟中采用基于应变的判据 第一次浇注工艺的轴向应力模拟结果 (a) t=10h 10min (b) t=13.5h 改进工艺方案的轴向应力模拟结果 (a) t=5h (b) t=6.8h 两种工艺方案的最大应力相同，但改进方案作用时间短 热裂倾向预测结果 第一次浇注方案 t=10h 10min 改进方案 t=5h 第一次浇注工艺的热裂倾向是改进工艺的2.5倍 3、宏观工艺模拟研究方向 1） 单一分散→耦合集成 模拟功能由单一的温度场、流场、应力/应变场、组织场模拟进入耦合集成阶段。包括：流场←→温度场；温度场←→应力/应变场；温度场←→组织场；应力/应变场←→组织场等之间的耦合，以真实模拟复杂的实际热加工过程。 2） 共性、通用→专用、特性 由于建立在温度场、流场、应力/应变场数值模拟基础上的常规热加工，特别是铸造、冲压、铸造工艺模拟技术的日益成熟及商业化软件的不断出现，研究工作已由共性通用问题转向难度更大的专用特性问题： (1) 解决特种热加工工艺模拟及工艺优化问题 铸造专业中的压铸、低压铸造、金属型铸造、实型铸造、连续铸造、电渣熔铸等；锻压专业中的液压胀形、楔横轧、辊锻等；焊接专业中的电阻焊、激光焊等。 (2) 解决热加工件的缺陷消除问题 大型铸钢件的缩孔、缩松，模锻件的折叠及冲压件的断裂、起皱问题，铸件的热裂、气孔、偏析；大型锻件的混晶；冲压件的回弹；焊接件的变形、冷裂、 热裂；淬火中的变形等常见缺陷的预防和消除方法的研究。 3） 重视提高数值模拟精度和速度的基础性研究 数值模拟是热加工工艺模拟的重要方法，提高数值模拟的精度和速度是当前数值模拟的研究热点，为此非常重视在热加工基础理论、新的数理模型、新的算法、前后处理、精确的基础数据获得与积累等基础性研究，为此需要多个专业学科的研究人员通力