水輪機葉片的水玻璃砂型鑄造過程數(shù)值模擬研究.pdf

1、鑄造過程計算機模擬與仿真是鑄造學科發(fā)展的前沿領域。鑄造過程的數(shù)值模擬可以幫助工程技術人員預測鑄件缺陷,確保鑄件質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本。大型水輪機葉片由于截面尺寸大,三維曲面復雜,具有小批量生產(chǎn)的特點,其內(nèi)部的組織結構缺陷不可能通過反復的生產(chǎn)實驗來加以改善和控制,因此需要通過數(shù)值模擬優(yōu)化工藝設計,確保葉片鑄件質(zhì)量。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　 1、砂型熱物性參數(shù)和界面換熱系數(shù)是決定鑄造過程仿真模擬結果準確性的重要因素。為獲得水玻璃砂準

2、確的熱物性參數(shù)和界面換熱系數(shù)值,本文采用澆注法,通過自行設計試驗裝置,實測水玻璃砂型溫度變化曲線,結合反算法測得水玻璃砂的熱物性參數(shù),建立了該工藝條件下水玻璃砂的熱導率和比熱數(shù)學模型。并在此試驗基礎上,通過ProCAST反求模塊進行逆運算,得到水玻璃砂與鑄鋼材料界面換熱系數(shù)值。
　　 2、利用ProCAST軟件對水輪機葉片鑄件鋼液充型過程的流場進行了數(shù)值模擬,對傳統(tǒng)澆注系統(tǒng)和改進后的澆注系統(tǒng)分別進行了模擬分析,結果表明傳統(tǒng)澆注系

3、統(tǒng)澆注過程容易使鋼液發(fā)生紊流狀充型,而改進后的澆注系統(tǒng)充型平穩(wěn)。
　　 3、對水輪機葉片凝固過程的溫度場進行了數(shù)值模擬,預測了水輪機葉片鑄件容易產(chǎn)生縮孔、縮松的位置全在冒口處,葉片鑄件本體無缺陷,證明了鑄造工藝的合理性;對水輪機葉片凝固過程的應力場進行了數(shù)值模擬,預測了凝固過程中應力場對葉片鑄件變形量的影響,并指出葉片鑄件本體發(fā)生的最大變形量和變形位置,為葉片鑄件生產(chǎn)過程中變形量的施加提供了指導意見。
　　 本文測得的水