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1、金属铸锻焊技术Casting·Forging·Welding2008年9月HT200飞轮铸件凝固过程模拟及工艺优化米国发,刘彦磊,赵恒涛(河南理工大学材料科学与工程学院,河南焦作454000)摘要:利用Z-cast软件对灰铁飞轮凝固过程进行了分析,通过凝固时间分布模拟了缩孔(松)产生的位置。采用增大冒口及补缩通道的方法对原有铸造工艺方案进行了优化,最终消除了铸件中的缩孔(松)缺陷。关键词:飞轮;浇注系统;时间分布;模拟中图分类号:TG244+.3文献标识码:A文章编号:1001-3814(2008)17-0054-04SimulationofSolidificationProcessandO
2、ptimizationofHT200FlywheelCastingMIGuofa,LUIYanlei,ZHAOHengtao(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454000,China)Abstract:Thesolidificationprocessofgraycast-ironflywheelwasanalyzedbyZ-CASTsoftware.Thepositionofshrinkagewassimulatedbytimedistributioninsolidificati
3、on.Theriserandthefeedingchannelwereimprovedtooptimizetheoriginalcastingprocess.Finallyshrinkagesinthecastingwereeliminated.Keywords:flywheel;gatingsystem;timedistribution;simulation灰铸铁是重要的工程材料,广泛应用于各工凝固是一个非常复杂的物理化学过程,是由业部门,在国计民生中占有重要地位,但灰铁铸件热量传输、动量传输、质量传输及相变等一系列过在凝固过程中容易产生缩孔、缩松缺陷,影响铸件程耦合而成的。在一般情况下,
4、若铸件充型时间和[1]的质量。灰铁飞轮铸件的尺寸、质量一般都比较整体凝固时间相比很短时,可以假设铸型是瞬时大,在高转速下容易产生裂纹,使得零件的使用寿充满的,这时只需计算温度场即可。命缩短,废品率增高,所以如何解决缩孔、缩松已成1.1传热问题的基本方程[2-5]为灰铁飞轮生产的一个主要问题。随着计算机铸件/铸型系统的传热过程是通过高温金属技术的发展,铸造工艺过程数值模拟也取得了重向铸型导热、高温金属的辐射传热、液态金属与铸[6-10]大突破,已经进入工程实用化阶段。通过模拟型的对流换热三种方式综合进行的。三维不稳定可以掌握铸造缺陷的形成机理,优化铸造工艺参导热的控制方程、对流换热用的Newt
5、on冷却定数,确保铸件质量,缩短试制周期,降低生产成本。律及辐射换热遵循的Stefen-Boltzman定律如下某厂承接了一批灰铁飞轮的生产任务。该类式所示:铸件直径、质量较大,生产中存在工艺复杂、铸件!T#%T’)T+-T!ρc=(λ)+(λ)+(λ)+Q(1)p废品(缩松、渣孔)率高等问题。虽然经多次攻关,"t$x&x(y*y,z.z均未获得满意效果,严重影响经济效益及国内外q=α(Tf-TW)(2)4市场的开拓。为此,采用计算机模拟技术进行铸q=εσT(3)0s件浇注及补缩系统的设计,对原工艺方案进行改式中:ρ为密度(g/cm3);c为定压比热容(J/kgk);T为p进和优化。!温度(
6、K):t为时间(s);λ为热导率(W/(m·K));Q=1数学模型/fsρL为源项(L为熔化潜热(J/kg);fs为固相率);x,0T收稿日期:2008-01-25y,z为坐标(m);α为对流换热系数;Tf为流体的特征基金项目:河南省杰出人才创新基金(062100070)温度;T为固体边界温度;T为表面的绝对温度;Ws作者简介:米国发(1966-),男,北京人,博士,教授,研究方向为凝固技ε为辐射黑度;σ为Stefen-Boltzman常数。术与铸造合金;电话:0391-3987503;0E-mail:peter@hpu.edu.cn,1.2初始条件和边界条件54HotWorkingTech
7、nology2008,Vol.37,No.17上半月出版Casting·Forging·Welding金属铸锻焊技术解决热传导问题,首先必须知道在某个时刻的关系,通常可以先采用热分析法求出凝固开始的已知温度分布和该解析系统边界的传热条件。温度TL和结束温度TS。初始条件,即指0时刻的温度分布。边界条件,按假定如下:凝固过程冷却条件的不同可分以下两种情况。(1)假定固相率和温度为线性分布时(1)铸件-铸型边界假
