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原文传递基于ProCAST船用柴油机汽缸套离心铸造工艺设计与优化

论文题名：	基于ProCAST船用柴油机汽缸套离心铸造工艺设计与优化
关键词：	船用柴油机;汽缸套;立式离心铸造工艺;优化设计;ProCAST技术;数值模拟
摘要：	船用柴油机汽缸套是船舶动力系统核心工作零件,在使用过程中对汽缸套的材质与力学性能有很高的要求。因此对汽缸套的立式离心铸造过程的相关工艺参数进行数值模拟分析,可以有效的预测缺陷,优化工艺,提高铸件的质量。论文研究的主要内容与工作如下: 　　(1)阐述论文研究的数值模拟的基本理论,其中包括铸造充型过程、凝固过程、应力场以及铸造微观组织等方面的数值模拟分析。立式离心铸造基本理论与特点,依据铸造设计理论计算铸造工艺参数确定原始的铸造工艺参数方案。　　(2)通过对铸造实际工况的分析,运用Pro/E对汽缸套浇注系统进行三维实体建模和有限元面网格划分,通过ProCAST完成汽缸套浇注系统体网格划分以及前处理相关参数的设置。　　(3)在立式离心铸造汽缸套成型的过程中,汽缸套内部有时会产生气孔与夹杂物的缺陷,一般情况下气孔与夹杂物会在汽缸套的内部偏上方的位置出现,这主要是因为气泡质轻,在铸造成形的过程中受到浮力先上运动,同时质量大的溶质在离心力的作用不断甩向汽缸套外壁,气泡与夹杂物被挤向汽缸套内壁。在金属液凝固时,气泡没有完全逸出而留在汽缸套内部,夹杂物没有完全排挤到汽缸套内壁边缘而留在汽缸套内部。　　(4)在铸造成型过程中,汽缸套在径向方向上是按照从外向内顺序凝固,汽缸套内部基本上不存在缩松、缩孔的缺陷,而传统的砂型铸造汽缸套是糊状凝固,汽缸套内部很容易在产生缩松、缩孔缺陷。　　(5)立式离心铸造汽缸套时,金属液中的枝晶是沿着径向从外向内生长,这样铸造出来的汽缸套在工作过程中耐磨性能非常好,而卧式离心铸造汽缸套时,金属液中的枝晶是沿着轴向生长,铸造出来的汽缸套在工作过程中,耐磨性能相对立式铸造的汽缸套差,使用寿命也低。　　(6)立式离心铸造汽缸套的上端部易产生白口。金属液在成型过程中,最后达到型腔上端部的金属液,在充型过程中已经损失一部分热量,型腔的上端属于自由表面,冷却快,所以,该处的金属液在较大过冷度下迅速凝固而产生白口缺陷。　　(7)立式离心铸造汽缸套过程中,汽缸套使用合金铸铁材料,在凝固过程中,硬质合金氧化物形成硬质骨架,增强了汽缸套的耐磨性能,同时汽缸套微观组织晶粒细小,也提高了汽缸套的布氏硬度、拉伸强度等力学性能。　　(8)立式离心铸造汽缸套的过程中,金属液要以平稳的浇注速度浇注型腔。这样做可以确保金属液在平稳充型,以顺序凝固的方式凝固,同时在平稳的充型过程中,可以减少气泡和夹杂物的缺陷;此,在确保气泡与夹杂物缺陷很少的前提下,选择较小的转速。　　研究表明:在铸造过程中,采取优化后的工艺参数:浇注速度200mm、×s浇注温度1300℃、铸型温度200℃、铸型转速950rpm。通过比较分析发现此组参数在成型宏观上充型平稳,可以减少充型中的气孔、夹渣、偏析、白口等缺陷,微观上晶粒尺寸和力学性能较为理想。
作者：	夏乐春
专业：	机械工程
导师：	潘宝俊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文