炉排片熔模铸造充型与凝固过程的数值模拟及验证

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1、金属铸锻焊技术Casting·Forging·Welding2009年8月炉排片熔模铸造充型与凝固过程的数值模拟及验证刘太权。朱权利，白砚飞，黄江涛(1．华南理X-大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心，广东广州510640；2．广州环保投资有限公司，广东广州510663)摘要：基于有限元直接差分的方法，对炉排片熔模铸造充型过程流场的分布和凝固过程温度场的变化进行数值模拟，预测铸造过程中缩孔、缩松缺陷产生的位置，解释了这些缺陷产生的原因。通过对实际炉排片铸件取样及其在光学显微镜下微观组织的观察，对模拟结果进行了进一步的验证。关键词：炉排片；熔模铸造；数值模拟；缩孔中图分类号：TG249．5

2、文献标识码：A文章编号：1001．3814(2009)15．0046-04NumericalSimulationofMoldFillingandSolidificationandExperimentalAnalysisinFurnaceGrateInvestmentCastingsL1UTaiquan，ZHUQuanli，BAIYanfei，HUANGJiangtao(1．StateEngineeringResearchCenterforMetallicMaterialsNet-shapeProcessing,SouthChinaUniversofTechnology,Guangzhou51

3、0640，China；2．GuangzhouEnvironmentScience&TechnologyCo．，Ltd,Guangzhou510663，China)Abstract：Themoldfillingandsolidificationofapracticalfurnacegrateinvestmentcastingsweresimulatednumericallybasedondirectfinitediferencemethod，andthelocationsofformingshrinkageandporositieswereforecasted，andthenthereason

4、sfordefectswereexplained．Furthermore，themicrostructureoflocalsectionwereobservedandtheexperimentalresultswerecomparedwiththesimulationresults，theywereaccordant．Keywords：furnacegrate；investmentcasting；numericalsimulation；shrinkageporosities熔模铸造是一种近净形成形工艺，由于其诸已有研究采用数值模拟与实验分析相结合的方法多优点(如铸件尺寸精度高、表面粗糙度低、

5、机械来开发新产品，实践证明行之有效。加工量少、合金材料不限)而被广泛应用到航空航本研究以实际炉排片为研究对象，采用数值模天、造船、汽轮机和燃气轮机、兵器、电子、石油、化拟。分析了炉排片充型过程流场的分布和凝固过程工、医疗机械等诸多行业】。而熔模铸件内部常存温度场的变化，预测了缩孔产生的位置。通过对炉在缩孔、缩松等缺陷，使其力学性能和使用可靠性排片取样及微观组织观察．对模拟结果进行了验降低。为获得性能良好的熔模铸件，必须设计合证，并对不同位置缩孔的形成原因进行了探讨。理的铸件结构和生产丁艺在传统的铸件结构和1数学模型工艺设计过程中，主要依靠工程技术人员的实际工作经验．而缺乏科学的理论依据。某些

6、产品还在使用DFDM进行充型过程模拟中[7_8】。为了需要反复修改结构和工艺方案才能达到最终的技描述自由表面在单元中的形状和位置，如图1所术要求．导致产品的研制周期长、成本高、质量可示，提出了表面无量纲距离：。表面充填比靠性差，已不能适应．【业快速发展的要求。目前率m：l6)、体积充填比率。对于DFDM单元．根据上述自由表面的描述方法，考虑自由表面对动量传输的影响，得出充型收稿日期：2009—05—12过程的动量方程式：作者简介：刘太权(1984一)，男，安徽宿州人，硕士，主要从事熔模t+．I铸造方向的研究：电话：15989182821；p¨。：)=Mc+++(1)E—mail：taiqua

7、nliu@126．cornHotWorkingTechnology2009，Vo1．38，No．15上半月出版Casting▲Forging▲Welding金属铸锻焊技术流速；上标t和位为模拟时间，&为时问步长；腹、慨、帆和慨分别为对流项、粘性项、重力项和压力项。面忽略充型过程液体金属密度的变化，考虑自由表面在单元中的形状和位置，结合上述定义的单元变量，液体金属流动所引起的单元质量变化可以由下式给出：&P。V