发动机缸体浇注系统的优化设计与数值模拟

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1、合肥工业大学硕士学位论文发动机缸体浇注系统的优化设计与数值模拟姓名：周建荣申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：李辉20090301发动机缸体浇注系统的优化设计与数值模拟摘要缸体、缸盖是发动机上最重要、最大的铸件，是整个发动机生产中的难点和重点，其铸造工艺水平是决定发动机质量的基础条件。近年来随着计算机技术的发展，计算机数值模拟技术已发展为铸造过程最具潜力的模拟预测工具，并在某些方面已经进入工业化应用阶段，成为铸造行业发展不可缺少的环节。发动机缸体、缸盖的铸造一直是铸造行业的一个难点，将发动机缸体铸造过程通过数值模拟软件进行仿真模拟，

2、使整个铸造过程清晰明了的表现出来，对实际生产有借鉴和指导的作用。本文首先利用“大孔进水’’理论对发动机缸体的浇注系统进行优化设计，并在初始设计方案的基础上进行改进，得N--种改进设计方案。通过UG建立三种设计方案的三维模型，再利用Patran建立它们的有限元模型，然后在有限元铸造过程分析软件ProCAST中对三种方案的成形过程进行数值模拟，主要模拟了发动机缸体充型过程的速度场与温度场、凝固过程的温度场，以及对可能产生缩孔缩松等缺陷的区域进行预测。完成模拟后，本文对三种浇注系统设计方案的充型、凝固过程及缩孔缩松等缺陷的预测进行了对比分析，从模拟

3、结果中得出方案三在充型时较为平稳，凝固时温度分布均匀，温度梯度较小，凝固速度也比前二种方案的要快，可能产生缩孔缩松等缺陷的范围小。由此得出方案三浇注系统的设计较为优越，可以提高铸件的质量，降低废品率，指导实际生产，降低发动机缸体的生产成本。关键词：发动机缸体，数值模拟，浇注系统，速度场，温度场DesignandOptimizeTheRunningSystemofCylinderBlockandNumericalSimulationABSTRACTCylinderblockandcylinderheadarethemostimportantan

4、dbiggestcastingsofengine；Theyarethemostimportantanddifficultpartforproducingtheengine．Thequalityofcylinderblockandcylinderheadaredecidedbytheleveloffoundrytechnics．Computersimulationtechnologybecamethemostpowerfulpotentialtooltopromotecastingtechnology；itwasalsousedbyactual

5、industryandbecametheessentialingredientofcastingprofession．Castingthecylinderblockandcylinderheadarethemostdifficultpointincastingindustry．Throughnumericalsimulationsoftware，wecansimulatetheprocessofmoldfillingandtheprocessofsolidification；Thenthesimulationresultscouldrepre

6、sentthewholeprocessofcasting；Sothestudycanguideactualproduction．Inthispaper，firstlyweusingthelargeorificedischargetheorytodesignandoptimizetherunningsystemofcylinderblock；Onthebasisoforiginaldesignoftherunningsystem，wecangetanothertwoameliorativedesigns．ByusingUGtofoundthei

7、rthree—dimensionalmold，afterthatwecanfoundthefinitemoldbythesoftwareofPatran．ThenusingthefiniteelementsimulationsoftwareProCASTtosimulatethewholecastingprocessofthecylinderblockonebyone；Throughthesimulation，wecangetthevelocityfieldandtemperaturefieldofmoldfilling，thetempera

8、turefieldofsolidificationandforecastingthepossibilityofshrinkageandporosity．Throug