新型锡青铜合金阀体的数值模拟.pdf

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造
Jun 2015
546
FOUNDRY
Vol 64 No 6
新型锡青铜合金阀体的数值模拟
吴兰鹰,伏俊芳
(北京科技大学数理学院应用力学系,北京100083
摘要:采用原位生成纳米増强技术,可获得高性能的铸件。应用 PROCAST软件对新型锡青铜合金阀体的相关充型凝
固过程进行模拟优化。根据材料特点及前期经验,采用雨淋式浇注系统。模拟结果分析发现在阀体侧法兰、底座以
及支架顶部的颈圈等热节部位容易出现缩孔、缩松缺陷。经过优化设计,改进浇冒系统以及对浇注温度、浇注速度
型壳预热温度及离心转速等重要工艺参数进行分析研究,获得最佳参数组合,并模拟得到组织致密的目标铸件。
关键词: PROCAST;数值模拟;熔模离心铸造;阀体;缩孔
中图分类号:TG146.1文献标识码:A文章编号:1001-4977(2015)06-0546-04
Numerical Simulation of a New Tin Bronze Valve Body
WU Lan-ying, FU Jun-fang
(Applied Mechanics Deparment, School of Mathematics and Physical, University of Science and
Technology Beijing, Beijing 100083, China
Abstract: The high-performance casting was obtained by in-situ nanoparticle reinforced technology. The
filling and solidification process of valve body have been simulated by using of PROCAST software. The shower
gating system was adopted on the basis of material characteristic and experiment. Simulation results reveal that
the shrinkage and dispersed shrinkage defects were found in many places ofthe valve body, including the side
flange, the base and the collar at the top of the bracket. An optimized design is developed, in which risers are
considered to eliminate the shrinkage and dispersed shrinkage at the hot spots. Several key factors such as
pouring temperature, pouring velocity, pre-heating mould temperature and centrifugal rotational speed are
studied to obtain the most reasonable combination. The casting without defects was obtained by the simulation
with the optimized parameters
Key words: PROCAST; numerical simulation; investment ¢rifugal casting: valve, shrinkage
由于铸造过程特殊、复杂,很难实现精密控制, Zcusn10Zn2FeCo合金阀体的铸造工艺进行模拟优化,
因此容易产生各种铸造缺陷,降低铸件性能。要选取最终给出最佳的铸造工艺方案,为后期阀体的制备试
最优的铸造参数,最大限度避免各类缺陷,需要经过验打下基础。
多次试验。采用数值模拟的方法,可以方便地模拟各
参数组合的铸造过程,并对缺陷进行预测分析,从而1建立仿真模型
选取最优的参数组合用于指导后期工艺过程,缩短生11三维模型建立
产周期,节约生产成本。
目标件阀体为中空的复杂构件,轮廓尺寸为
锡青铜具有优良的耐腐蚀性和充型性,因此被广295mx265mx450m,大部分壁厚在10-16m
泛应用。但 Acus10Zn2合金凝固时容易形成粗大的支架顶部颈圈及法兰处壁厚20m,底座处壁厚35mm,
树枝晶组织和缩松现象,造成材料力学性能较低,无局部热节尺寸23~36m。图1为阀体二维尺寸。
法满足一些特定领域对材料较高强度的要求。课题组
对结晶温度范宽氧化性不强的锡青铜我们采用
在 Zcusnl0Zn2铜合金基础上,通过添加适量的铁和钻雨淋式浇注系统。浇注系统由直浇道、1个横浇道、6
元素,应用原位生成纳米增强技术四,开发了具有良好条内浇道组成。本文采用ProE三维建模,为避免由实
强度、韧性、耐压性的新型 Acus10 Zn2 Fecof铜合金。体抽取曲面造成曲面变形,信息丢失间,直接采用
本文采用 PROCAST?数值模拟软件,基于原位生成Pro/E曲面建模,如图2所示。
纳米增强技术即,结合离心力场对合金组织性能及纳1.2网格划分
米颗粒析出相对熔体粘度的影响等,对新型
目标阀体结构比较复杂,用其他软件划分好的网
收稿日期:2015-0127收到初稿,2015-03-1收到修订稿。
作者简介:吴兰鹰(1956-),男,副教投,硕士生导师,主要研究方向为原位生成纳米增强技术数值模拟。E-mail:wuly11233163.com