消失模铸造充型过程数值模拟研究

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1、华中科技大学硕士学位论文消失模铸造充型过程数值模拟研究姓名：陈亚娟申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：陈立亮;刘瑞祥20050401摘要消失模铸造作为一种精确成型技术由于其诸多的优点被誉为二十一世纪的绿色铸造工程具有广阔的应用前景消失模铸造充型过程中由于泡沫模样气化分解及与金属液之间的相互作用,导致金属液充型时的流动场温度场充型能力等都与传统铸造有很大不同并在充型过程中产生一些铸造缺陷阻碍了消失模铸造的进一步发展采用计算机数值模拟技术可以不受试验条件的限制定性半定量地研究金属液的充型过程及各种因素的影响规律预测铸造缺陷的产生本文根据消失模铸造技术的特点对

2、消失模的充型过程进行系统分析并结合数值求解方法开发出消失模铸造充型过程的CAE软件系统本文首先通过分析消失模铸造的充型过程并对充型过程的模拟做了一些必要的简化在分析已有界面推移模型的基础上综合考虑金属液流动时受到模样分解产生气体压力的阻碍作用建立了将气隙压力作为流动前沿的边界条件进行计算的界面推移模型在进行消失模铸造充型过程的耦合计算时建立了合适的数理模型利用有限差分法进行数值求解考虑金属液前沿受到模样分解时强的激冷作用以及金属液的辐射散热并以此作为边界条件进行计算本论文以数值模拟技术为基础结合实际生产的需求开发出相应的消失模充型过程的数值模拟软件通过对比典型试件

3、在消失模铸造方式下以及普通铸造方式下的模拟结果并具体分析了轮毂铸件在消失模铸造下的充型过程较好的验证了该软件分析计算的可靠性以及数学模型该软件能够成功的模拟出金属液充型过程中界面推移的过程以及温度分布状态能够在一定程度上对铸件质量进行有效的控制关键词消失模铸造充型过程数值模拟IAbstractThelostfoamcasting(LFC)techniqueistakenasthegreenengineeringoffoundryindustryforthe21stcentury.It’soneprosperoustechniqueoftheexactshapeof

4、castingprocess.Becauseofthedecomposabilityofpolystyrenepatternandthereactionwiththemoltenmetalduringthelostfoamcastingprocess,thefluidfield,thetemperaturefieldandthecapabilityoffillingaredifferentfromtheconventionalcastingprocess.Castingdefectswillappearandthiswillholdupthefurtherdeve

5、lopmentandapplicationofthistechnique.Usingthesimulationtechniques,themouldfillingprocessandtheinfluenceofmanyfactscanbestudiedqualitatively,withouttheboundoftheexperimentalconditions.Itcanalsoforecastthecastingdefects.Inthispaper,theCAEsystemoftheLFCwasdevelopedbasedonthecharacteristi

6、csofthemouldfillingprocess,usingthenumericaltechniques.ThemouldfillingprocesswassimplifiedbasedonthephenomenaduringtheLFC.Themetalfrontadvancemodelwasdevelopedbyanalyzingtheexistingmoulds,usingthegaspressurebetweenthemetalfrontandthefoamasoneoftheboundaryconditionstocalculatethemetalf

7、ront.Anumericalmodelisdevelopedtosimulatethelostfoamcastingprocessusingthefinitedifferencemethodtosolvethegoverningequations.Thecooledmetalfrontandtheradiationofthemetalwereconsideredtobetheboundaryconditions.ThefoundryCAEsystemoftheLFChasbeendevelopedcombiningwiththerealproduct.Compa

8、ringt