PROCAST的低合金履帶板澆注工藝數(shù)值模擬

鋼結(jié)硬質(zhì)合金在履帶板墊圈沖孔模上的應(yīng)用４７１０３９洛陽市宏建模具及機(jī)械設(shè)計(jì)研究所周海波鋼結(jié)硬質(zhì)合金的研制和發(fā)展在國內(nèi)經(jīng)歷了較長時(shí)間，到目前為止它的應(yīng)用仍沒能得到推廣。其主要原因有兩個(gè)方面：首先是由于這種材料毛坯價(jià)格高，而人們又常常只考慮初始費(fèi)用而忽視...

在非線性顯示動(dòng)力分析有限元程序ls-dyna中,采用lagrange算法,靶板材料選擇適合金屬侵徹問題的johnson-cook模型和gruneisen狀態(tài)方程,建立了穿甲彈侵徹2519a—t87鋁合金靶板的四分之一有限元模型。通過穿甲彈侵徹靶板的模擬結(jié)果,分析靶板在穿甲過程中的溫度和剪切應(yīng)力的分布及變化規(guī)律,為揭示鋁合金的絕熱剪切帶的形成機(jī)理提供依據(jù)。

針對(duì)鋁合金摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)支架在壓鑄生產(chǎn)中充型不合理導(dǎo)致模具局部溫度過熱以及鑄件充型遠(yuǎn)端容易出現(xiàn)冷隔缺陷等問題,運(yùn)用數(shù)值模擬方法對(duì)壓鑄工藝過程進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)內(nèi)澆道結(jié)構(gòu)不合理是導(dǎo)致以上問題的主要原因。據(jù)此,對(duì)內(nèi)澆道的設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化,同時(shí)改進(jìn)了模具結(jié)構(gòu)。實(shí)際生產(chǎn)表明,改進(jìn)后的內(nèi)澆道形成了較理想的流態(tài),使模具溫度分布均勻,同時(shí)消除了鑄件充型遠(yuǎn)端的冷隔缺陷。

對(duì)鋁合金汽車變速箱殼體零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了工藝分析,確定了澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。采用procast對(duì)壓鑄過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過模擬壓鑄填充凝固順序、溫度場(chǎng)等,確定了合理的澆注系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)設(shè)計(jì)方案,設(shè)計(jì)制造了可行的壓鑄模具,制定了合理的壓鑄工藝。生產(chǎn)驗(yàn)證表明,鑄件成形效果理想。對(duì)鑄件進(jìn)行機(jī)械加工后,產(chǎn)品未出現(xiàn)超標(biāo)氣孔、縮孔、夾渣等缺陷,產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)和壓鑄工藝達(dá)到預(yù)期效果。

利用數(shù)值模擬對(duì)某鋁合金艙體的差壓鑄造過程進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,采用傳統(tǒng)的垂直縫隙式澆注系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的逐層充填,充型過程中金屬液飛濺和液面翻滾現(xiàn)象嚴(yán)重?；谀M結(jié)果和理論分析,改進(jìn)了原設(shè)計(jì)的澆注和補(bǔ)縮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通過采用環(huán)形縫隙式澆注系統(tǒng)有效改善了充型狀態(tài),在增加工藝筋尺寸的同時(shí)配合使用冷鐵與頂冒口,獲得了較為合理的凝固順序,縮短了凝固保壓時(shí)間,提高了生產(chǎn)效率。

建立了7055鋁合金半連續(xù)鑄造過程的數(shù)學(xué)模型,采用了有限元模擬軟件procast對(duì)鑄造過程進(jìn)行模擬,模擬過程還采用了procast模擬連鑄的mile算法.通過在結(jié)晶器下方設(shè)置區(qū)域冷卻裝置刮水板,使半連續(xù)鑄造的二次冷卻水在擋水板位置被阻擋和分流,實(shí)現(xiàn)區(qū)域冷卻效果,保證鑄造過程中刮水板下方鑄坯自然空冷,鑄錠利用自身余溫"低溫回火",有效降低了鑄造內(nèi)應(yīng)力,抑制了鑄坯開裂.仿真了刮水板不同位置的溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的變化情況,模擬結(jié)果顯示,適當(dāng)減小區(qū)域冷卻范圍,可有效減小表面裂紋和中心裂紋產(chǎn)生的傾向性.

通過應(yīng)用多種軟件交換和數(shù)據(jù)接口技術(shù),設(shè)計(jì)了正交實(shí)驗(yàn)以完成壓鑄過程數(shù)值模擬。結(jié)果表明:通過設(shè)置合理澆注系統(tǒng)、控制壓鑄速度和提高模具預(yù)熱溫度,可以有效減少鑄件縮松縮孔;各參數(shù)對(duì)鑄件縮松縮孔發(fā)生概率影響程度從大到小依次為澆注系統(tǒng)方式、模具預(yù)熱溫度、壓鑄速度;理想工藝方案為澆注系統(tǒng)a、壓鑄速度1m/s、模具預(yù)熱溫度450℃。

對(duì)初步設(shè)計(jì)好的v8發(fā)動(dòng)機(jī)缸體進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬,根據(jù)分析模擬結(jié)果來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)缸體在結(jié)構(gòu)、澆鑄溫度、冒口選擇等方面是否合理,以保證鑄件重點(diǎn)部位的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。在實(shí)際成型之前用模擬軟件排除可能隱患,可縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、節(jié)約資金,提高產(chǎn)品質(zhì)量。

利用procast鑄造模擬軟件,對(duì)鋁合金壓鑄件支架充型、凝固過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)的分布和變化規(guī)律。結(jié)果表明,澆注溫度對(duì)壓鑄鋁合金的模擬結(jié)果影響最大,其次為模具預(yù)熱溫度、充型速度。本試驗(yàn)條件下得到的優(yōu)化工藝參數(shù):澆注溫度為600℃,模具預(yù)熱溫度為200℃,充型速度為2.5m/s。按照優(yōu)化后的壓鑄工藝參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn),得到了合格的鑄件。

采用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)鑄造過程進(jìn)行模擬可以預(yù)判鑄件的工藝缺陷,避免試錯(cuò)或減少試錯(cuò)次數(shù),從而能夠有效提升產(chǎn)品的開發(fā)效率。以某型號(hào)進(jìn)氣管為研究對(duì)象,利用現(xiàn)代化的虛擬制造技術(shù)對(duì)金屬型傾轉(zhuǎn)重力鑄造工藝進(jìn)行優(yōu)化。廣西旺峰科技有限公司擬開發(fā)生產(chǎn)的l3000-1008101型號(hào)進(jìn)氣歧管為研究對(duì)象,對(duì)金屬型傾轉(zhuǎn)重力鑄造工藝進(jìn)行相關(guān)研究。利用現(xiàn)代化的虛擬制造技術(shù),在ug10.0中對(duì)該產(chǎn)品模具和熱芯盒的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),并基于鑄造數(shù)值模擬軟件procast對(duì)設(shè)計(jì)工藝進(jìn)行模擬分析。根據(jù)分析結(jié)果,對(duì)鑄件的模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)設(shè)計(jì),對(duì)澆注工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,更好地保證了鑄件的質(zhì)量。

針對(duì)散熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)計(jì)了4種不同的澆口結(jié)構(gòu)。利用仿真軟件模擬了金屬液體在不同澆口結(jié)構(gòu)的充型過程,預(yù)測(cè)壓鑄件中可能存在的缺陷大小和位置,提出最佳的澆口和溢流槽設(shè)計(jì)方案。結(jié)果表明:在澆注溫度為680℃,模具預(yù)熱溫度為220℃,澆道速度60m/s情況下,金屬液能夠比較均勻的填充整個(gè)鑄件且表面缺陷集中程度低的設(shè)計(jì)方案最為合理。

基于球形空穴膨脹理論(sce),采用abaqus有限元商業(yè)軟件并結(jié)合其子程序的二次開發(fā)功能對(duì)鋼彈侵徹金屬靶進(jìn)行3d有限元數(shù)值模擬。根據(jù)空穴膨脹理論,靶體對(duì)侵徹彈體的影響可以用一個(gè)作用在彈體表面的力函數(shù)代替,這樣在進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)就無須劃分靶體網(wǎng)格,也避免了復(fù)雜的接觸問題,從而使模擬大大簡(jiǎn)化。模擬所用卵形彈為var4340鋼彈,靶體為6061-t6511鋁合金。模擬過程中考慮到彈體的可變形性和入射時(shí)的微小偏航角等實(shí)際情況,并且考慮到了彈身在運(yùn)動(dòng)過程中和靶體的接觸分離效應(yīng)。所得模擬結(jié)果與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得很好,并得到了一些有意義的推論。

結(jié)合msc.superforge和msc.marc計(jì)算平臺(tái),對(duì)一款30m×30mm的鋁合金方管型材的擠壓成形過程和模具的應(yīng)力負(fù)載情況進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。對(duì)擠壓變形過程中金屬的應(yīng)力和應(yīng)變速率的變化情況進(jìn)行了對(duì)比,發(fā)現(xiàn)金屬變形時(shí)塑性變形較大的位置,對(duì)應(yīng)的等效應(yīng)力也較大。分析了模具的應(yīng)力分布情況,對(duì)方管型材模具的設(shè)計(jì)提出了優(yōu)化方案。證明數(shù)值分析手段,能夠?yàn)槟＞叩脑O(shè)計(jì)提供有效的參考依據(jù)。

文章根據(jù)濟(jì)鋼中厚板廠的實(shí)際生產(chǎn)工藝,利用msc.marc大型有限元軟件,建立了低合金寬薄板有限元軋制模型,模擬了寬薄板的軋制過程的溫度場(chǎng)的變化規(guī)律,模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果非常接近,各道次表面溫度與實(shí)測(cè)值最大溫差在15℃,分析了不同變形參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)的影響規(guī)律。

采用有限元軟件procast模擬tial基合金液在金屬型真空吸鑄成形鑄造工藝中的充型凝固過程,分析在充型凝固過程中產(chǎn)生缺陷的原因,并進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在模擬過程中發(fā)現(xiàn)鑄件中確實(shí)存在模擬預(yù)測(cè)的缺陷,且缺陷主要集中在葉片隼部,在葉身部位出現(xiàn)少量的縮松缺陷,模擬和實(shí)際相吻合。

利用procast軟件對(duì)鋁合金壓鑄件下殼體充型、凝固過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)的分布和變化規(guī)律。據(jù)此提出了減少縮孔、縮松數(shù)量的優(yōu)化方案。結(jié)果表明,降低澆注溫度、增大壓射比壓,降低模具預(yù)熱溫度都能夠有效控制縮孔、縮松的數(shù)量。按照優(yōu)化后的壓鑄工藝參數(shù)生產(chǎn)出了合格的鑄件。

建立數(shù)學(xué)模型可確定熱浸鍍鋅合金化變化狀況,進(jìn)而可改進(jìn)其工藝,消除鋅層在沖壓時(shí)的粉化。在建模中是以鋅為主擴(kuò)散元素,還是以鐵為主,目前仍不統(tǒng)一?；跓峤冧\合金化過程中的組織演變規(guī)律及相變機(jī)理,以鋅為主擴(kuò)散元素,建立了一種合理的數(shù)學(xué)模型,采用數(shù)值解法及c語言編程來模擬合金化鍍層組織生長規(guī)律;同時(shí)應(yīng)用visualc++6.0平臺(tái)開發(fā)了ga鋼板鍍層組織模擬計(jì)算軟件。以連續(xù)鍍鋅合金化工藝最優(yōu)參數(shù),將合金化工藝參數(shù)輸入,計(jì)算出ζ,δ和γ相的生長厚度、鍍層鐵含量及zn濃度-距離分布,分析η和ζ相消失的合金化時(shí)間點(diǎn),能計(jì)算δ相內(nèi)無濃度梯度的合金化時(shí)間點(diǎn),以便控制γ相的快速生長。根據(jù)計(jì)算結(jié)果和合金化過程分析報(bào)告可優(yōu)化合金化參數(shù),模擬獲得最佳鍍層顯微組織。結(jié)果表明:該軟件具有較為全面的輸入?yún)?shù)、預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),對(duì)指導(dǎo)熱浸鍍鋅合金化工藝有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

低壓鑄造是銅合金衛(wèi)浴五金件主要成形工藝之一,利用procast專業(yè)鑄造模擬軟件,研究了銅合金衛(wèi)浴五金件低壓鑄造充型和凝固過程,獲得了該產(chǎn)品低壓鑄造過程溫度場(chǎng)、流場(chǎng)。模擬結(jié)果顯示,初始方案在鑄件關(guān)鍵部位將產(chǎn)生明顯的縮孔、縮松現(xiàn)象。根據(jù)模擬結(jié)果和理論分析,改進(jìn)初始工藝方案,并對(duì)改進(jìn)后的工藝方案重新進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明,改進(jìn)后工藝方案明顯減少縮孔縮松缺陷;將改進(jìn)后的工藝方案投入試生產(chǎn),產(chǎn)品抽檢結(jié)果與模擬結(jié)果基本吻合。

實(shí)驗(yàn)研究了激光能量和不同的沖擊路徑、沖擊次數(shù)對(duì)ta2鈦合金板料變形的影響,并用abaqus軟件進(jìn)行了有限元模擬。結(jié)果表明:隨著激光能量的增加,板料的變形量增大;板料幾何尺寸和厚度越大,板料越難變形;沖擊次序不同,板的變形量也不同,板的變形以沿板的長度方向且對(duì)稱沖擊為最大。通過數(shù)值模擬可優(yōu)化激光沖擊的相關(guān)參數(shù),預(yù)測(cè)板料變形。

采用ansys有限元分析軟件,建立12mm厚tc4鈦合金平板電子束焊接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的三維有限元數(shù)值計(jì)算模型。模型采用圓錐體熱源考慮電子束焊接時(shí)的小孔效應(yīng);材料的熱學(xué)、力學(xué)性能參數(shù)隨溫度變化;相變和熔池內(nèi)液體的對(duì)流散熱通過比熱和熱導(dǎo)率的變化實(shí)現(xiàn)。計(jì)算結(jié)果表明:鈦合金電子束焊接時(shí),熔池呈典型的卵形分布。高值縱向殘余拉應(yīng)力集中分布在焊縫中心線兩側(cè)距焊縫中心線4mm的區(qū)域內(nèi),平板內(nèi)部出現(xiàn)接近材料屈服極限的局部三維殘余拉應(yīng)力狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)得到的焊縫宏觀形貌和小孔釋放法檢測(cè)到的焊接殘余應(yīng)力對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果吻合較好,證明了有限元模型的正確性。

采用unipic程序模擬rod-pinch二極管(rpd)的工作過程,重點(diǎn)研究陽極等離子體和二極管結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)電子束箍縮的影響。模擬結(jié)果表明,在不考慮陽極離子流作用情況下,rpd無法在較低電壓下(<2mv)實(shí)現(xiàn)箍縮;當(dāng)陽極離子流達(dá)到一定值后,進(jìn)一步增加陽極表面發(fā)射離子流密度對(duì)二極管總電流和陽極桿尖端電流密度影響很小;陰極不同表面發(fā)射電子束的箍縮效果不同,各表面同時(shí)發(fā)射電子時(shí),后表面發(fā)射的電子束箍縮效果最好,其次是中間表面,前表面最差;增大陰極厚度不能顯著縮短電子束實(shí)現(xiàn)箍縮的時(shí)間。給出了陽極桿伸出陰極平面距離和陰陽極半徑比等參數(shù)的選取范圍,對(duì)模擬計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果間的偏差作出了解釋。

根據(jù)礦井的水文地質(zhì)條件,建立煤層開采的ansys數(shù)值模型,模擬了斷層條件下底板注漿改造前后采動(dòng)破壞帶的演化規(guī)律。結(jié)果表明:隨著煤層開采的不斷推進(jìn),底板破壞區(qū)主要集中在開挖煤層兩側(cè)及斷層破裂帶,且范圍逐漸擴(kuò)大并不斷向斷層帶靠近,但注漿后底板及斷層帶力學(xué)性質(zhì)得到顯著改善,有效地封堵了底板水源。根據(jù)模擬結(jié)果設(shè)計(jì)了馬坊煤礦三采區(qū)底板注漿加固工程,增強(qiáng)了底板的阻水能力,使斷層處煤層得到安全回收,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。