灰铸铁缸盖铸件硬度场的数值模拟与实验研究

摘要

近年来,随着计算机技术的飞速发展,铸造CAE技术已被大量应用于实际生产当中,如铸件充型凝固过程的数值模拟、应力场数值模拟、铸件微观组织的数值模拟等。而在此基础上,对铸件的力学性能进行预测也一直是国内外学者研究的重点和难点之一,同时也是如今铸造CAE技术的热门研究方向。作为发动机类铸件的发动机缸盖是极具代表性的铸件产品,对其硬度性能进行实验和模拟研究具有较大的实用价值和研究意义。
　　本文以东风商用车公司铸造一厂生产的一款灰铸铁缸盖铸件为研究对象,重点对该铸件的硬度场展开了实验研究和数值模拟两方面的工作。缸盖铸件硬度场的实验研究工作主要有,根据该灰铸铁缸盖铸件的特征,设计出了一套合理可行的铸件切片和硬度测量方案。在该实验设计方案的基础之上,全程追踪了该铸件的生产过程,并获取了铸件的浇注温度、浇注时间和浇注铁水成分等浇注参数。最后对两组成品缸盖铸件进行了切片并对各切片上的试验点进行了硬度测量,分别获得每个缸盖铸件各85个实测的硬度试验数据值。
　　铸件硬度场的数值模拟工作主要有,在实验获得的铸件各浇注参数的基础上,使用华铸CAE软件对铸件凝固过程的温度场进行了数值模拟,通过对模拟结果进行分析计算获得了铸件各硬度测量点处的凝固冷却速度。由此,基于实验获得的铸件实测硬度数据与模拟所得的铸件冷却速度数据,建立了适用于该灰铸铁缸盖铸件硬度性能的数学计算模型,该模型主要是考虑了冷却速度对灰铁铸件硬度性能的影响。在此数学模型的基础之上,对软件进行了二次开发,最终实现了该灰铸铁缸盖铸件三维硬度数据的建立。由于该数据的建立是基于实测的铸件硬度数据值,因此本文的研究对灰铸铁缸盖铸件硬度性能的预测具有重大的意义。

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1绪 论

1.1课题的背景与意义

1.2铸造过程数值模拟技术的发展现状

1.3铸铁硬度性能的数学模型

1.4本文研究内容

2灰铸铁缸盖铸件硬度实验方案

2.1本章前言

2.2实验目的和技术路线

2.3缸盖铸件切片方案

2.4缸盖铸件硬度测量方案

2.5本章小结

3灰铸铁缸盖铸件实验结果

3.1本章前言

3.2缸盖铸件的浇注参数

3.3缸盖铸件硬度测量结果

3.4本章小结

4灰铸铁缸盖铸件温度场的数值模拟

4.1本章前言

4.2温度场数值模拟基础

4.3缸盖铸件温度场的数值模拟结果

4.4本章小结

5缸盖铸件硬度场的数值模拟

5.1本章前言

5.2数据拟合原理

5.3铸件硬度性能预测模型的建立

5.4缸盖铸件三维硬度数据的建立

5.5本章小结

6总结与展望

6.1全文总结

6.2未来展望

致谢

参考文献

附录Ⅰ硕士期间发表论文

附录Ⅱ硬度试验数据

附录Ⅲ模拟冷却曲线图