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[硕士论文] 丁学明
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:目前我国的铸造行业工艺水平和生产效率较低,环境污染严重且现场工作环境恶劣,有大量的噪音、油污和粉尘等。而随着自动化和机器人技术的不断发展,工业机器人已经在搬运、焊接、码垛等行业广泛使用。铸造机器人可以提高铸件生产效率、制造精度和质量,能够承受恶劣的工作环境,并且能够节约劳动力,实现铸造生产的自动化。而机器人的运动学分析是铸造机器人研制中重要的组成部分,为后续机器人动力学分析与控制系统的研发提供了理论基础。
  本文以初步设计的混联式结构重载铸造机器人的结构模型为研究对象,首先简要分析了机器人的结构及其工作原理,并通过螺旋理论计算了机器人并联机构中浇包相对于定平台的自由度。之后在机器人机构模型上每个组成部分建立合适的坐标系,并根据坐标转理论推导出铸造机器人末端执行器浇包的位姿与各驱动元件位姿之间的关系,构造了铸造机器人位姿反解模型。
  根据位姿反解模型,求解出铸造机器人的一阶运动影响系数和二阶运动影响系数,然后根据运动影响系数求解出浇包的速度、加速度与各驱动元件速度、加速度之间的关系,建立机器人的速度模型和加速度模型。
  最后将Solidworks软件中的机器人结构模型导入运动仿真软件ADAMS中,并添加相应的约束和驱动,建立铸造机器人的虚拟样机。在ADAMS中完成铸造机器人的运动学仿真并提取出浇包的位姿、速度和加速度作为已知条件代入推导出的运动学模型中计算出各驱动元件的位姿、速度和加速度数据并将其与ADAMS软件中驱动元件的仿真数据进行对比,绘制出二者数据的差值图,分析误差产生的原因,从而验证铸造机器人运动学分析的正确性。
[硕士论文] 王兴明
控制科学与工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着科学技术的飞速发展,信息、材料、物理、化学一体化的机器人技术得到了长足的发展,进入了一个新的开放时代。近年来,中国政府提出的“2025年中国制造”要求以先进的“智能制造”取代落后的中国制造业。同时,机器人智能制造技术也被列为国家科技创新的优先研究方向。因此,加大对智能机器人制造技术的投入已成为我国战略布局的必然选择。
  机器人智能制造技术已成为国内外科研机构的研究热点。虽然机器人的应用越来越广泛,但其路径规划问题仍然存在明显的缺陷。目前,在科学研究领域中,机器人路径规划的智能算法有很多种,但它们大多存在相对缺陷,不能很好地解决机器人路径规划问题。在此基础上,提出了重载铸造机器人的路径规划方法。
  论文首先介绍了本课题研究的研究背景与研究意义,阐述了与本课题内容相关的铸造机器人、机器人路径规划以及蚁群算法的研究现状。其次对本文相关的算法及技术进行介绍,阐述了移动机器人路径规划的算法以及经典蚁群算法和人工势场法主要内容,比较了两种算法的优缺点,论述了栅格法在地图构造上的应用。
  然后讲述的是机器人路径规划实现与仿真。首先对经典蚁群算法进行仿真,由仿真结果分析经典蚁群算法的在机器人路径规划问题上的优缺点。然后对基于人工势场的机器人路径规划进行介绍和实验仿真,分析了人工势场法存在的问题。最后比较了两种算法各自的缺陷和有点,提出了将两算法结合的观点—势场蚁群算法。对势场蚁群算法进行验证、仿真,实验效果令人满意。
  由于铸造机器人的运动不可只在二维平面上,最后介绍了三维路径规划进行研究,之后对三维环境的改进蚁群算法进行阐述。最后对重载铸造机器人路径规划进行仿真研究。对势场蚁群算法规划出的路径做最后的平滑处理以及三维环境的铸造机器人路径规划进行仿真期望本文的研究论述能够对我国铸造机器人路径规划方面的研究起到一定的借鉴作用。
[硕士论文] 张争争
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:轮毂压铸模具在汽车轮毂生产过程中具有关键作用,其性能直接影响轮毂生产的效率和质量。但轮毂模具因其高温液态金属热磨损、侵蚀等极为严苛的工况环境,会产生多种形式的失效,影响生产甚至造成重大经济损失。通过再制造技术对轮毂模具进行修复成为近年的研究热点,其中激光熔覆再制造技术因覆层组织致密、缺陷少、与基体结合良好等特点被广泛关注。
  本文结合再制造技术特点,选用激光熔覆技术对轮毂模具进行表面修复、强化。利用多功能激光加工机在不同工艺参数下进行激光熔覆试验,通过显微硬度计、摩擦磨损试验机、SEM、XRD对所得覆层硬度、耐磨性及微观组织进行比较研究,得到了轮毂模具激光熔覆再制造的最佳工艺参数,并对模具修复效果进行评估,进一步论证了采用激光熔覆技术对轮毂模具进行再制造修复的可行性。
  研究表明,在扫描速度为12mm/s时,Ni60A-1粉末覆层硬度最高为约650HV02。加入SiC和MoS2后,覆层的显微硬度提高了约160HV02,其原因是SiC和MoS2在高温熔覆下发生分解,生成的Si、Mo等元素在覆层内形成间隙固溶体和特殊碳化物,对覆层起到固溶增强和弥散强化的效果,使覆层硬度明显提高。
  SiC和MoS2含量在降低覆层体积磨损率和摩擦系数方面效果较好,而扫描速度对覆层耐磨性影响不大。其中MoS2分解后产生的S元素与覆层内其他元素形成硫化物,对覆层表面形成润滑保护作用。根据试验结果,在添加含量为6%SiC+5%MoS2时,覆层的体积磨损率和摩擦系数最小,耐磨性能最优。
  激光熔覆层从顶部到基体分别为熔覆层区域(CL)、结合区域(BZ)和热影响区(HAZ)。在熔合区与基体结合区域覆层组织以平面晶方式生长;熔合线以上的晶粒组织逐渐转变为垂直于熔合线的柱状晶或树枝晶生长;在覆层中部,主要以胞状晶或细小等轴晶形态存在;而覆层表面主要为细小的等轴晶。当扫描速度为12mm/s时,覆层内部晶粒细化、组织致密,具有一定的细晶强化的效果。加入SiC含量的提高会增加碳化物等高硬质相的形成,阻碍晶粒进一步长大,而添加MoS2对熔覆层的显微组织结构没有显著影响。
  在轮毂模具表面制备出Ni60A-1+6%S1C+5%MoS2(扫描速度为12mm/s)激光覆层,复合粉末覆层显微组织出现明显细化,硬度因晶粒细化和固溶强化出现明显提高,耐磨性提高,摩擦系数降低,综合性能良好。Ni60A-1+SiC+MoS2复合粉末进行激光熔覆的最佳工艺参数为:激光功率P=0.8KW,扫描速度Vs=12mm/s、SiC添加含量为6%、MoS2添加含量为5%,在此工艺参数下,能够制得性能较优的激光熔覆层,且覆层与轮毂模具形成了良好的冶金结合。
[硕士论文] 章翔
材料工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:含铅铜合金由于具有良好的机械性能和切削性能,被广泛应用于汽车业、机械、电子通讯、家电、饮用水工程、玩具、仪表制造等各个领域。但是,铅的使用会对环境和人体造成极大的危害,因此保持相当的力学性能和切削性能、去除铅元素形成新型环保铜合金材料,必然具有显著的社会效益和潜在的经济价值;而且研究过程中形成的对环保铜合金成分、组织和性能间关系和影响规律的理解具有重要的理论意义。
  本文在QSn4-4-4(GB/T5231-2001)的基础上去除Pb,通过加入少量的Mg、Si(或Mn),研制Cu-Sn-Zn-Mg-Si(或Mn)无铅易切削铜合金。试验中采用感应加热炉进行熔炼,石墨型浇注成样品。然后通过扫描电子显微镜观察其显微组织、X射线衍射仪分析其物相,并分析测量其力学性能和切削性能。通过试验,得出如下结论:
  (1)凝固初期Zn,Sn,Si,Mn元素大量固溶于α相中,在凝固过程中α相最先生成并呈枝晶状生长,而过量的其它元素在凝固过程中富集于枝晶间隙中,形成富Sn固溶体,而Mg则主要与Cu生成化合物Cu2Mg以及少量的Cu4MgSn,少量的Mn与Cu、Sn生成化合物Cu4MnSn。
  (2)在Cu-Zn-Sn-Mg-Si合金中,Mg含量的增加对强度的影响很小;添加少量的Si可以适当提高合金的强度,提高基体的硬度,反应生成的Cu4MgSn金属间化合物能够有助于提高合金的硬度。
  (3)在Cu-Zn-Sn-Mg-Mn合金中,对比不同成分试样,当Mg含量超过1.5%时,合金的抗拉强度下降,伸长率降低,对屈服强度和硬度则无明显影响。Mn的添加则不仅大大提高了合金的强度,合金的硬度也有所提高。
  (4)Mg的添加提高了合金的切削性能,而Si和Mn含量的变化对切削性能的影响并不明显。提高Mg含量会使得合金中的Cu2Mg化合物增多,生成的金属间化合物形成的颗粒一定程度上代替了铅在铜合金中的作用,使合金具有优良的切削性能。
  (5)添加Mn的合金比添加Si的合金表现出了更好的力学性能,包括更高的强度与硬度,而合金的切削性能变化仅取决于合金中Mg元素的添加量。
[硕士论文] 时佳悦
电气工程 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:工件内部缺陷的存在危害工件的可靠性和机器的使用安全,工业CT技术可以实现在不损坏工件结构的条件下准确、有效地检测和识别工件内部缺陷,方便人们在工件投入使用前对工件的可靠性作出精确的评估。近几年,工业CT技术的迅猛发展,工业CT系统的性能也得到了不断的提升,工业CT技术涉及到的领域越来越广泛,通过工业CT实现工件内部缺陷的自动检测和识别是现在研究的热点和方向。本文结合图像预处理,图像分割,特征提取和分类识别等领域的新进展,研究了基于工业CT图像的工件缺陷智能检测技术研究。
  主要研究工作如下:
  (1)本文分析了工业CT切片图像中噪声的来源与性质,针对工业CT切片图像对比度很低的特点,提出了自适应中值滤波和自适应加权均值滤波相结合的方法,对图像中存在的不同噪声分别采用不同的去噪算法,在保证图像细节信息的前提下,有效地去除图像中的噪声,而且有较好的滤波效果。
  (2)针对工业CT切片图像对比度低、灰度范围狭窄、灰度变化不明显以及缺陷边缘较模糊等特点,提出了基于灰度变化率的低对比度图像缺陷分割算法,用图像的扫描窗口的平均灰度值与窗口中心点灰度值得到灰度变化率、灰度变化差值以及灰度方差来反映存在边界的可能性,算法可有效提高缺陷分割精度和准确度。
  (3)特征提取时一个良好的特征应具备可区分性、可靠性、独立性和数量少的特点,根据工件内部气孔、裂缝和夹渣缺陷的特征差异,选择提取缺陷的形状特征和灰度特征,利用Hu不变矩的方法并抽象后提取具有平移、缩放和旋转不变性的10个特征。对上述三种缺陷一共提取14个特征值作为分类识别的输入量。
  (4)工业CT切片图像的缺陷智能识别技术中,首先构建径向基函数神经网络,用萤火虫群优化算法优化神经网络的权值和阈值,用已知样本训练优化后的RBF神经网络,完成RBF神经网络对工件内部缺陷的智能分类识别,缺陷的识别准确率较高。
[硕士论文] 陈金燕
机械工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着汽车、铁道车辆制造业的进步和我国铸造行业准入条件的推行,对整车的安全、高速、低耗、低成本及良好的舒适性等性能提出了较高要求。同时铸钢件型腔的复杂程度、壁厚、工艺精度等需求在不断提高,给铸钢件铸造工艺生产带来较多的工艺和生产难题。本文以振动优化列车车钩缩松缩孔为主要研究目标,基于TRIZ和拓扑机构设计理论设计制作了一台多维振动铸造机;利用EDEM-FLUENT液固两相流耦合和基于相似准则的物理模拟实验,分别研究了多维振动物性参数对小型铸钢件车钩试样充型和缩松缩孔的影响。
  利用TRIZ对现有振动铸造机系统功能、物质-场及因果关系进行分析,理清其冲突、矛盾所在,根据拓扑结构理论在现有铸造机基础上提出一种振动物性参数独立可调的多维振动铸造机构。利用ADAMS分析该多维运动机构在不同工况下的运动性质,验证振动在X、Y、Z方向的运动独立性,证明此并联机构为完全解耦。
  借助EDEM-FLUENT固液两相流耦合模拟分析小型铸钢件列车车钩的试样合金液在不同振动维数、振幅、振频下对充型流动的影响,得出:在维数为XYZ、频率为30Hz、振幅为0.35mm的振动条件下,铸钢液在螺旋试样中的充型流动长度最佳。基于相似准则和正交设计方式对小型铸钢件车钩试样进行实验设计,通过物理模拟实验研究多维振动参数对其缩松缩孔的影响,得出最优振动参数为维数为XYZ、振频35Hz、振幅0.30mm;并通过对各振动参数对缩松缩孔影响极差大小分析得出振动频率影响最大,振动维数(自由度)次之,振动幅值影响相对较小。
  为进一步验证多维振动铸造技术对小型铸钢件缺陷的改善程度,以安徽鑫宏有限公司生产中某型号小型铸钢件列车车钩为研究对象。通过ProCAST分析车钩内部所存在的缩松缩孔缺陷问题,并对原浇注方案存在的补缩不足问题进行优化。并在优化工艺基础上对车钩铸件充型过程施加同EDEM-FLUENT耦合模拟得出最佳振动物性参数;并对凝固过程施加物理模拟得出的最优振动参数进行振动优化。通过理论、数值模拟和实验分析得出,小型铸钢件列车车钩在振动参数为XYZ维数、30Hz频率、0.35mm振幅下充型,在XYZ维数、35Hz频率、0.30mm振幅凝固铸件缺陷改善程度最佳。通过对试制车钩样件进行X射线无损检测,检测结果表明振动优化后的车钩铸件缩松缩孔缺陷明显减少,铸件品质得到很大提升,有效的为企业解决缩松缩孔缺陷问题。
  由理论、数值模拟和实验分析得出,小型铸钢件列车车钩在振动参数为XYZ维数、30Hz频率、0.35mm振幅下充型,在XYZ维数、35Hz频率、0.30mm振幅凝固铸件缺陷改善程度最佳。
[硕士论文] 沈俊超
材料工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:近些年来我国的电气化铁路建设取得了巨大的进步,国家重点发展项目之一的高速铁路接触网技术领域也得到了快速发展。双耳楔形线夹是电气化铁道接触网中的一个零部件,受生产条件限制,该零件无法使用锻造工艺,只能通过铸造手段获得;传统的砂型铸造受到工艺条件的制约,生产的产品难以满足性能要求。熔模铸造由于能实现高精度的复杂成型,在制造精密铸件领域有着重要的位置,在航空、汽车、铁路等行业发挥了重要作用。本文的研究目的是采用熔模铸造的工艺方法生产出满足性能要求的双耳楔形线夹零件,主要进行了如下研究:
  设计双耳楔形线夹浇注系统和最佳浇注参数。根据零件的结构特点制定了两种不同的浇注系统方案,利用铸造过模拟软件MAGMA分析不同的浇注参数下铸件的充型和凝固过程,预测可能出现的缩孔缩松缺陷,选择最合适的浇注系统方案,确定浇注参数。模拟结果表明,两种浇注系统在浇注温度1600℃得到铸件的问题最少,此时金属液能够平稳充满型腔,凝固后出现缩孔缩松缺陷的可能性最低。结合工厂实际生产,选择切割后处理更简单的一种作为双耳楔形线夹熔模铸造工艺的浇注系统,浇注温度为1600℃。
  确定了原料最佳的成分含量范围。在实验室条件下对原料成分进行优化实验,采用控制变量法,主要探讨C、Si、Mn三种元素成分的含量对组织和性能的影响,确定出最佳的成分含量范围。实验结果指出,C含量为0.15~0.24%时,提高C含量能够让铁素体和珠光体的大小、分布变得均匀,抗拉强度、屈服强度升高,延伸率降低;Si含量为0.2~0.8%时,提高Si含量,组织分布更加均匀,抗拉强度、屈服强度升高,延伸率降低;Mn含量为0.3~0.9%时,提高Mn含量,珠光体的数量增加明显,组织大小、分布变得均匀,晶粒得到了细化,提高了抗拉强度、屈服强度以及延伸率。结合工厂实际生产,确定成分含量范围为:C含量0.18~0.24%,Si含量0.40~0.80%,Mn含量0.70~1.10%。
  采用实验确定的原料成分含量和设计的浇注系统,从蜡模制备、型壳制备、熔炼浇注、热处理等环节确定工艺参数,制定工艺方案。对该方案生产的铸件进行质量性能检测,结果表明,采用该熔模铸造工艺方案生产双耳楔形线夹能够满足技术要求,具有合理性和可行性,可以投入实际生产。
[硕士论文] 苗冠南
机械工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:铸造作为机械部件的重要成形方法,其技术水平的提高能极大促进国家工业发展。为了实现铸件“复杂化、薄壁化、大型化”的目标,不断有新的铸造技术问世。多维振动铸造技术是振动铸造技术的进一步改进优化。通过改变振动铸造参数中的自由度、振幅、频率等参数能够有效提高金属液在型腔中的充型能力,并对金属液的补缩产生促进作用。
  本文在充分研究了国内外先进振动铸造技术及理论的基础上,利用数值模拟软件EDEM-Fluent及ProCAST模拟金属液在型腔内的流动及收缩行为,并利用自主设计研制的多维振动装置及模具进行了水力实验和基于微晶蜡的物理模拟实验。主要研究工作如下:
  (1)对振动装置进行计算,得出相应的振动参数。采用L形充型试样对振动参数进行筛选,研究自由度、振幅、频率对流体在型腔内流动能力的影响。选取具有代表性的参数,利用自选模型进行EDEM-Fluent耦合模拟,通过对充型过程中的颗粒运动情况分析,得出各个振动工况下颗粒的运动状态。利用正交参数实验法得出型腔考察区域中颗粒的数目,通过极差分析法分析得出颗粒对振动自由度、振动频率、振动幅度的响应度。
  (2)考虑到ProCAST不能进行振动铸造模拟,选取三个金属液浇注的一般性参数浇注速度、浇注温度、砂箱温度分析其对自选模型内收缩情况的影响。利用正交实验法,得出浇注参数中对金属液凝固收缩影响次序及最佳的浇注方案为物理模拟实验做参考。以最佳方案参数为标准,采用单一变量法,研究同一参数的变化对铸件缩松缩孔体积的影响。
  (3)通过水力实验及基于微晶蜡的物理模拟实验,模拟振动充型及振动凝固过程。采用与数值模拟相同的实验方案进行浇注,用数码相机记录振动条件下流体的流动行为,分析得出振动参数与流体充型状态及时间之间的关系,对数值模拟结果进行论证;依据ProCAST模拟得出的最佳参数及相似性准则对微晶蜡的熔化温度计算,使其满足与原型相似。为了保证实验的连续性,采用振动充型时的方案进行振动浇注,用表面收缩体积代替缩松体积进行计量,通过方差分析法确定最适宜的凝固补缩的振动方案。
[博士论文] 梁向锋
材料科学与工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:涡轮叶片作为航空发动机核心部件,长期处在高温环境,接受复杂应力应变考验,成为工况最为恶劣的航空零部件,随着航空发动机推重比的不断提高,复合冷却的单晶空心涡轮叶片的设计与制备已成为制约航空发动机发展的核心技术。根据国家航空发动机用高性能涡轮叶片的重大需求,本论文重点研究了航空发动机用镍基单晶空心涡轮叶片在定向凝固过程中各凝固阶段微结构演变规律及机理,自主设计了单晶空心涡轮叶片铸形及型芯结构,并研究了在其制备过程中关键工艺参数对叶片成型的影响规律,分析了在叶片铸造过程中浇不足、缩松、缩孔、杂晶及小角度晶界等缺陷的形成规律及机制,探究了热处理及再结晶行为对叶片微结构的影响规律及机制,最后,对镍基单晶薄壁铸件高温拉伸和蠕变性能进行表征及断裂机制分析,为高性能单晶空心涡轮叶片的研发提供理论和实验依据。并获得的主要研究结果如下:
  系统研究镍基单晶合金DD5的定向凝固规律,并通过工艺优化成功制备了镍基单晶空心涡轮叶片,探索了叶片在定向凝固过程中各凝固阶段微结构演变规律及机理,结果表明:选晶器的引晶段随固液面的推进,一次枝晶间距逐渐增大,晶粒偏转角逐渐减小,取向得到优化。选晶段的螺旋结构对晶粒取向没有优化作用。叶身凝固特点是随着叶片壁厚增加,枝晶间距逐渐增大,枝晶干内γ'相的尺寸呈增加趋势。变截面的凝固特征为凝固顺序与其自身的冷却顺序相反,晶体生长是从温度最低的边缘开始不断向叶身推进,最后与叶身生长的单晶组织汇合。
  自主设计了单晶空心涡轮叶片型芯及铸形结构。研究了DD5单晶空心涡轮叶片制备工艺,包括氧化硅基陶瓷型芯的制备、型壳与型芯间连接方式、刚玉陶瓷型壳的制备等。通过热重-差热分析(TG-DTA)试验,探究了DD5单晶合金的相变温度及熔点,并研究了定向凝固过程中,保温温度及抽拉速度对单晶空心叶片微结构的影响,探讨了化学脱芯法中影响脱芯速率的主要因素。
  镍基单晶空心涡轮叶片铸造缺陷的形成规律及机制研究表明:浇不足缺陷通常发生在单晶空心叶片薄壁位置,金属液的充型能力与合金特性、浇注温度、壁厚尺寸等因素有关;宏观缩松通常产生于沿重力方向的枝晶间,有时会在单晶空心叶片表面形成沟槽状的“隧道式缩松”,有时产生于叶片内部,而微观缩孔产生于枝晶间γ/γ'相共晶组织附近,多呈现为圆形、不规则的长条形或三角形;杂晶通常形核于叶片变截面的边角位置,在远离保温加热器一侧的变截面更易产生杂晶,原始晶粒和杂晶竞相生长形成的晶界迁移是非线性的,一些位置的枝晶相互渗透、犬牙交错,但晶界整体推进趋势并不改变,杂晶晶界是由链条状γ'相和大块γ/γ'共晶体组成;小角度晶界位于相邻一次枝晶间区域,由三维曲面组成,在过渡区形成的二次枝晶呈不对称生长,此外,晶界内会沉淀出一定的碳化物和硼化物,沉淀析出的γ'相立方体也不完整,存在不规则排列形貌。
  热处理对叶片微结构演变规律研究表明:固溶处理后,枝晶干和枝晶间界限变的较为模糊,但还是有较清晰的分界,元素偏析有所减轻,粗大γ'相及枝晶间γ/γ'共晶组织消除,析出自由的细小不规则的γ'相,随着叶片壁厚增加,残余共晶增多,γ'相尺寸增大。再经时效处理后,γ'相尺寸分布集中,尺寸差异减少,形貌规则,立方度增加,γ基体通道中析出分布不规则、细小的三次γ'相。
  叶片榫头再结晶行为研究表明:不同载荷下的DD5单晶试样经1230℃/4h,ac热处理后,随着载荷增加,受载荷影响区域深度增加,该区域枝晶间空间增大,未溶解的共晶组织周围弥散分布大量与γ相共格的γ相颗粒物,γ'相粒子以胞状形式重新析出,尺寸和深度随载荷的增大而增加;经1315℃/4h,ac.热处理后发生再结晶现象,随着载荷增加再结晶区域增大,受载荷影响区域的枝晶干发生钝化,枝晶干与枝晶间界限消失,再结晶晶粒间存在γ/γ'共晶组织。
  镍基单晶薄壁铸件高温拉伸断裂机制研究表明:当温度为800℃时,壁厚对拉伸强度有一定的影响,但规律并不明显,随壁厚减小,延伸率减小,薄壁铸件断口形貌平坦;1000℃时,标准试样与薄壁铸件拉伸强度相差幅度比800℃小,标准试样断口有颈缩现象,形成大量的等轴韧窝。薄壁试样断口形貌相似,也存在大量的韧窝,但壁厚为1.3mm和1.6mm的断口在边缘存在解理裂纹。
  高温蠕变机制研究表明:薄壁铸件相对于标准铸件的变形量和断裂寿命分别减少了10.676%和20.84h,但变形速率大,蠕变断口内韧窝尺寸相对较小,密度较大,微孔数量较多;DD5单晶合金γ'相定向粗化形式属于N(normal)型筏化,随着离断口距离的增加γ'相定向粗化程度减弱,由于薄壁试样经热处理后的原始γ'相尺寸细小,蠕变过程中γ'相筏形厚度增加明显,而标准试样γ'相筏形厚度也有所增加但并不明显。
[硕士论文] 贾承宗
机械制造及其自动化 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:自动打包升降旋转平台是铝锭连铸机组中非常重要的一部分,由于初始设计时未详细分配升降台上升和旋转在周期循环中的占比,以至于升降台中的丝杠升降器的使用寿命不到3万次,因此本课题试图寻找更优化的时间分配比,通过调整一部分旋转时间来增加平台升降时的时间,期望在更长的升降时间内,尽可能减少丝杠升降器的损耗,以提高丝杠升降器的使用寿命。
  首先,本文对升降台结构进行静强度分析,在分析的基础上对原来的结构进行重新规划,通过重新规划丝杠升降器在升降台中的位置,减少了丝杠升降器的极限应力,从而提高了丝杠升降器的使用寿命,并且为其进一步的速度优化和时序分配,大幅度提高疲劳寿命提供了分析依据。
  其次,通过逐一分析对比三大曲线,梯形曲线,指数曲线,S形曲线在运行过程中存在的问题,最终综合它们的优点,重新规划出一条新的三角函数曲线。基于这三种曲线分析,通过仿真模拟软件MATLAB,将最终选择的最优化曲线,三角函数曲线输入控制系统,验证了三角函数曲线具有计算方程所示的良好柔性。同时通过Workbench的静强度分析,对丝杠升降器进行疲劳强度分析,最终分析出在一次升降时间内的全部循环周期和安全因子。
  最后,通过S-N曲线计算出升降台中丝杠升降器的寿命次数,并联合ANSYS Workbench进行疲劳仿真验证,通过对比S-N曲线的计算方法得出的结果与Workbench中的仿真结果相一致,推测出加速曲线在整个疲劳寿命中的规律。再通过极限分配,利用Workbench计算出最大时间内的疲劳寿命,得出了速度优化和时序分配对丝杠升降器的使用寿命影响关系不大。通过对比其他型号丝杠升降器,最终确定JWM200UM的型号,提高了丝杠升降器的使用寿命和工作效率。
[硕士论文] 荀贺贺
机械工程 河北农业大学 2017(学位年度)
摘要:宽铅带双辊连铸机是蓄电池行业刚刚开始发展的生产设备。主要用来生产板栅以及冶金工业中的极板。因为传统的薄带成形主要是通过铸造以及重复的来回轧制和修边等加工工艺来实现,所以导致其生产效率低下,生产中废料率较高,并且生产的铅带很难达到所需要的厚度和宽度要求。采用宽铅带双辊连铸机生产铅带有助于解决上述问题,一方面可以大大节省劳动力,改善劳动环境;另一方面又可以提升生产效率,提升材料利用率进而增加经济效益。但由于现阶段宽铅带双辊连铸机冷却系统不够完善,从而限制了铸带速度,冷却效率低铸轧区铅液则无法及时凝固易发生泄漏不能正常工作,进而降低了其生产效率。本文通过对宽铅带双辊连铸机的研究与改进来达到提升其生产效率的目的。
  课题主要研究内容:
  (1)通过对铸轧部分动力传动系统轧制力、扭矩以及铸辊应力的选型计算,为减速器、电机和联轴器的选型提供了可靠的理论依据;同时对水路系统循环水流量、水速、水路压强的选型计算,为选择合适的水泵等部件提供了可靠依据。
  (2)通过对铸辊冷却系统中不同方案的水路分布、走水形式以及水路结构对铸辊冷却效率影响规律的分析,最终确定出相对更优的铸辊结构。
  (3)利用ABAQUS软件,建立了铸轧区的二维有限元分析模型,对铸轧区的温度场进行了有限元分析,分析得到了冷却水速度、冷却水孔距辊面距离、冷却水孔数目对铸辊温度场的影响规律。以及辊缝、浇注温度、浇注液面高度和铸辊直径对铅液温度场的影响规律和各参数的合理范围。
  (4)通过对各理论结构工艺参数随机选值来进行样机的试制及试用,在以往铸轧速度的条件下连铸出来的铅带表面光洁、平滑,边部整齐,且铸轧过程没有出现铸轧区铅液泄漏与堵塞的情况,因此验证了理论分析的可靠性。
  本文通过对宽铅带双辊连铸机结构及参数的研究与改进,创新性的设计出了相对较佳的冷却系统结构,最终提高了铸辊的冷却效率,提升了铸带机的生产效率。
[硕士论文] 傅强
冶金工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:无模铸型制造技术(Patternless Casting Manufacturing,简称PCM技术)是将数字化信息驱动制造技术与树脂砂铸造技术巧妙结合的新型增材制造技术。其具有生产效率高、成本低、适合个性化定制等诸多优势,在制造业领域有着广阔的应用前景。就无模铸型制造技术而言,造型材料选择至关重要,呋喃树脂以其粘度低、渗透性好、强度高、旧砂回用性好等优点,在国内无模铸型制造技术中得到了普遍应用。但是,呋喃树脂的酸耗值较高,对原砂要求较高,高温稳定性较差,发气量较高,而且由于游离醛、游离酚的大量存在,增大了有害气体挥发量,在一定程度上影响了铸件质量。碱性酚醛树脂无酸耗性要求,对原砂适应性好、高温稳定性好、发气量相对较低。本文针对当前呋喃树脂存在的问题,进行了碱性酚醛树脂在无模铸造技术中的应用可行性研究,并进行了实验验证。
  针对无模铸型制造技术的特点与要求,选取了两种不同固化机理的碱性酚醛树脂,分别为酯固化自硬碱性酚醛树脂和热固型碱性酚醛树脂。研究了酯固化自硬碱性酚醛树脂和热固型碱性酚醛树脂的固化机理,分别对其适用性进行探究。
  酯固化自硬碱性酚醛树脂粘度高达80mPa?s,无法适配到当前设备的喷嘴中,选定无水乙醇作为稀释剂,在优化稀释比例为50%的条件下,引入十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂,使其粘度降到适用范围。在验证手工造型强度的基础上,进行PCM工艺验证。发现铸型抗拉强度仅为0.2 MPa,难以满足实际铸造的要求。目前看来,酯固化碱性酚醛树脂在PCM工艺中还达不到适用的条件。热固型碱性酚醛树脂通过30%无水乙醇稀释,粘度降至13.0 mPa?s,同时满足了PCM技术的喷射工艺要求。通过实验确定了后处理工艺,实验表明180℃固化温度下固化60min的铸型满足浇铸要求。后期,对热固型碱性酚醛树脂进行PCM工艺上机实验,得到的铸型强度达到0.8MPa,发气量达到15.6ml/g。满足实际铸造要求。
  本文通过以上几个方面的论证和实验,得到了强度和发气性都满足实际铸造要求的铸型。将采用热固型碱性酚醛树脂在PCM工艺下打印出的阶梯试块进行浇铸,成功得到表面质量良好的阶梯试块铸件。经过拉伸实验,确定该铸件满足强度标准。至此,成功地将一种碱性酚醛树脂应用到无模铸型制造技术中,拓宽了无模铸型制造技术的使用范围,也为无模铸型制造技术的下一步技术优化提供了一定的参考。
[硕士论文] 刘世安
航空工程 南昌航空大学 2017(学位年度)
摘要:铝合金作为汽车、电力和国防等领域普遍使用的有色金属结构材料,它具备一系列比其他有色金属更优良的特性。但由于铝合金熔体中夹杂物和气体等冶金缺陷的存在,会对产品的机械性能和使用性能产生极大的危害。因此为生产出高质量的铝合金铸件并提高其综合性能,对熔体进行除杂净化处理是必要的保证措施。过滤技术是公认的在铸造过程中能去除金属熔体内夹杂物的最简便、最便宜且有效的方法。泡沫陶瓷过滤器因其能显著降低铸件夹渣而被大量的应用于金属熔体的除杂净化系统内。为了提高过滤效果而采用大孔密度的泡沫陶瓷过滤器时,熔体在泡沫陶瓷内的流动会受到较大的阻力作用,使熔体不能通过过滤器。因此基于泡沫陶瓷在重力场下过滤的方法,引入离心力场的作用,增加熔体在进入泡沫陶瓷时所受的压力,使铝合金熔体能通过较小孔径的泡沫陶瓷过滤器,从而有效地增强泡沫陶瓷的除杂净化效果。
  本文通过对泡沫陶瓷进行离心过滤铝合金熔体的实验和数值模拟研究工作,深入了解了泡沫陶瓷过滤器内铝合金熔体的流动与换热过程,同时研究了泡沫陶瓷过滤器过滤夹杂物颗粒的机理及效率。数值模拟的关键步骤是建立表征泡沫陶瓷孔隙结构的单元体。通过扫描电镜获取泡沫陶瓷的孔隙结构特征参数,然后基于Weaire- Phelan泡沫模型构建了两个表征不同孔隙率范围的理想化的泡沫陶瓷孔隙结构单元体,最后利用ANSYS-FLUENT软件模拟泡沫陶瓷表征单元体内铝合金熔体的流动行为和夹杂物颗粒的运动轨迹。
  在孔隙尺度下研究了离心过滤工艺参数和泡沫陶瓷结构特性参数,如铝合金熔体温度、过滤装置的离心转速、泡沫陶瓷的孔隙率和孔密度等关键参数对过滤模型内流场和温度场的分布情况以及夹杂物颗粒的运动轨迹的影响规律。研究表明:
  (1)铝合金熔体在泡沫陶瓷内流动所受阻力的大小会随着泡沫陶瓷孔密度和过滤装置的离心转速的增大而增大,但铝合金熔体温度和泡沫陶瓷孔隙率的增大则会导致流动阻力的减小;
  (2)泡沫陶瓷的过滤效率会随着过滤装置的离心转速、泡沫陶瓷孔密度和铝合金熔体温度的增大而增大,但泡沫陶瓷孔隙率的增大会导致过滤效率的减小;
  (3)各关键参数对泡沫陶瓷的过滤效率和熔体在泡沫陶瓷内流动所受阻力的影响的强弱顺序为:泡沫陶瓷孔密度>过滤装置的离心转速>铝合金熔体温度>泡沫陶瓷孔隙率。
  最后对夹杂物过滤的数值模拟结果与泡沫陶瓷离心过滤铝合金熔体的实验结果进行对比,发现它们具有较好的趋势一致性,因此泡沫陶瓷离心过滤铝合金熔体的数值模拟结果对铝合金熔体的过滤工艺有一定的指导作用。为了提高泡沫陶瓷离心过滤铝合金熔体的效率,可以选用高孔密度和低孔隙率的泡沫陶瓷,同时适当提高铝合金熔体的温度和过滤装置的离心转速。
[硕士论文] 赵铭
机械工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:断裂、腐蚀和磨损是机械装备构件的最为主要的三种失效方式,而最常发生且存在巨大危险的是断裂这一方式,甚至会导致灾难性后果,所以对于科研工作者、工程技术人员而言,开展材料断裂原因的探索及其预防、控制方面的研究具有重要的理论意义和工程实践价值。
  材料性质及结构、工作应力状态、环境因素、材料缺陷及形状尺寸等多种因素都会对材料的断裂过程产生影响,因此在分析材料断裂这一过程时,往往存在着大量的不确定因素,因此使得断裂控制难度不断的上升。本文以一种全新材料铬钼铸钢为研究对象,利用MTS疲劳试验机试验得出铬钼铸钢随循环次数的应力应变数据,将裂纹的扩展过程看作为一个随机过程,结合Kalman滤波器算法和粒子滤波算法的思想,将裂纹扩展中的不确定性考虑,提出新的裂纹扩展数学模型。具体研究内容包括:
  (1)对 MTS实验所得的铬钼铸钢应力应变数据进行分析,计算铬钼铸钢在各个循环次数时材料损伤的积累,运用Griffith模型下,分析裂纹和损伤的数学关系。
  (2)运用 Paris公式,分析裂纹随循环次数的变化规律,同时分析裂纹扩展过程中的不确定性。
  (3)考虑裂纹扩展过程的不确定性,分别运用 Kalman滤波器算法和粒子滤波算法的思想建立裂纹扩展的数学模型,计算铬钼铸钢裂纹扩展随循环次数的变化规律,分析对比两种滤波器计算得出的结果。
  (4)利用所得铬钼铸钢随循环次数的变化规律,结合铬钼铸钢本身的一些属性,预测铬钼铸钢在不同应力下的疲劳寿命。
  运用Kalman滤波器算法和粒子滤波算法可以将裂纹扩展过程中的不确定性考虑在内,得出更加接近实际的裂纹扩展过程,对疲劳裂纹扩展的研究具有一定的指导意义。
[硕士论文] 陈林宇
控制科学与工程 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:磁粉探伤作为一种效果明显、技术成熟和成本低廉的无损检测方法,广泛应用于工业中铁铸件的质量检测环节,基于机器视觉的表面检测技术已经成为无损检测技术中的最常用的技术之一。本文将图像处理和模式识别技术与传统的磁粉探伤技术相结合,利用视觉检测技术实现轴承零件表面裂纹的自动检测。
  本文首先介绍了磁粉探伤技术的最新研究进展,阐述了磁痕成像的基本原理,分析了影响磁痕成像质量的因素。其次提出了一套基于机器视觉的磁粉探伤实施方案,其中硬件平台用于磁痕图像采集,软件算法主要包括磁痕特征提取与描述和裂纹识别。最后就目前磁痕识别方法中存在的磁痕提取与描述问题,本文提出了效果较好的解决方法。
  在磁痕提取上,首先介绍了磁痕图像的特点与预处理算法;其次针对磁痕存在提取困难的问题,本文利用二维 Otsu、Laws和 K-means等三种算法实现了磁痕的提取,与基于颜色和阈值的磁痕分割方法相比,本文三种算法的磁痕分割效果更好。
  在磁痕特征描述上,本文提出了不变矩、颜色矩和颜色聚合向量三种磁痕特征描述方法。通过实验对比与分析,与基于区域形状的几何特征描述方法相比,本文算法不需要预先进行磁痕分割,具有更强的通用性。
  本文最后针对现场采集的大量轴承零件磁痕图像,通过提取不变矩、颜色矩和颜色聚合向量等三种共计81维特征向量,利用 SVM实现了轴承零件表面的裂纹识别。实验结果表明,本文提出的检测方法能有效地区分表面污染、裂纹和良品三大类工件,整体识别率高达85.62%,具有一定的工程应用价值。
[硕士论文] 杨普超
材料加工工程 南昌航空大学 2017(学位年度)
摘要:Al-Si合金由于具有良好的机械性能、比强度和耐蚀性,应用非常广泛,但是Al-Si合金在凝固条件下易形成粗大的树枝晶及片状的共晶硅组织,从而对铝合金铸件组织和性能产生影响。真空差压铸造是一种先进反重力精密成形技术,可以获得组织与性能优良的铝合金铸件。超声处理技术是一种高效、无污染的物理细化晶粒的方法。将超声处理技术与真空差压铸造技术结合,探讨超声振动-真空差压协同场下铝硅合金共晶硅生长特性,可以为真空差压铸造高质量复杂薄壁铝合金铸件提供理论指导及技术支持。
  以ZL114A合金为研究对象,通过分析超声功率与凝固压力等工艺参数下真空差压铸造铝合金显微硬度、共晶硅生长取向及形貌,探索超声振动-真空差压协同场对ZL114A合金共晶硅生长特性的影响规律和机理。结果表明,超声功率及凝固压力均对铝合金显微硬度、共晶硅生长取向和形貌影响显著。当凝固压力一定时,ZL114A合金显微硬度随着超声功率的增加,呈现先增加后减少的趋势,超声功率600W时达到最好;共晶硅在600W时的择优生长面(111)和(220)被强烈抑制,而(311)面择优取向消失,共晶硅趋向于各向同性生长,使共晶硅形貌细小,圆整化。在同一超声功率下,随着凝固压力的增加,ZL114A合金显微硬度逐渐增加,共晶硅向择优面(111)、(220)及(331)的生长越困难,共晶硅越细小弥散。获得最佳的超声振动-真空差压协同参数为超声功率600W和凝固压力350KPa,建立了超声振动-真空差压协同场下超声功率、凝固压力和显微硬度之间的数学关系模型,同时建立了超声振动-真空差压协同场下共晶硅组织演化模型,并推导了超声振动-真空差压协同作用下空化挤渗数学模型:此处公式省略
  合金在凝固阶段枝晶间X处的空化挤渗量△G越大,对枝晶及共晶硅的作用越强,则铝合金微观组织越均匀细小。该研究结果为Al-Si系合金在真空差压铸造中的应用提供了新的途径,为复合场在真空差压铸造铝合金工艺技术的应用和推广奠定了理论和技术基础。
[硕士论文] 胡娅丽
土木工程 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:悬浮颗粒是引起雾霾的关键问题,铸造业作为污染物高排放产业,其悬浮颗粒的粒径分布和扩散过程复杂,研究铸造工艺过程中悬浮颗粒物的分布特性和控尘策略显得尤为紧迫。本文以宁夏某集团的树脂砂卸砂工艺作为研究对象,通过现场测试,分析了铸造车间粉尘扩散现象及影响因素,通过计算流体动力学软件(CFD)并自编了UDF程序,研究了多粒径颗粒团的粒径分布和单向周期性横向干扰气流对悬浮颗粒分布特性的影响,并针对周期性横向干扰气流作用下悬浮颗粒的不同控制策略进行了对比分析,最后模拟分析了罩口在不同位置的下吸式排风罩对悬浮颗粒捕集效率的影响。研究结果表明:在综合考虑悬浮颗粒物捕集效果、设备便于安装等因素,下吸式控尘气流为最优方案,捕集效率可达93%;由于单向周期性横向干扰气流存在的影响,控尘气流的位置不宜在卸砂口的正下方,应该根据周期性横向干扰气流的阻断效果进行具体确定。本研究成果可为树脂砂卸砂工艺悬浮颗粒物的控制提供技术参考。
[硕士论文] 唐琦
力学;工程力学 东南大学 2017(学位年度)
摘要:铸钢节点外形美观、造型灵活、设计自由度大,各支管之间光滑过渡。节点整体浇铸而成,具有各向同性、均质性好等优点,可以避免焊缝引起的热影响区,缓解应力集中,改善构件的力学性能。因其自身的优势,近年来铸钢节点逐渐成为工程领域新兴的节点形式。由于涉及到铸件生产中合金成分、浇注工艺、铸件与铸型形状、散热条件等因素的影响,节点不可避免的在浇铸完成后会存在诸如裂纹、冷隔等平面型初始缺陷与诸如气孔、夹砂、缩松、缩孔等非平面型初始缺陷,这对于工程结构中承受较大内力和交变荷载的铸钢构件是较为危险的。在设计和生产中虽然努力消除各种铸造缺陷,但在现有的工艺条件下,很难达到完全不产生缺陷。宏观缺陷虽然可以避免和修补,但是细观微观缺陷仍然存在;且现有的铸钢节点质量评定标准仅将缺陷分为平面型和非平面型缺陷两大类,按照缺陷的大小进行铸造质量等级评定,评级方法较为笼统,未考虑缺陷处的内力大小,未对具体的缺陷种类和位置制定详细的评定方法。本文研究了铸件铸造过程的数值模拟、铸造缺陷的分布和带初始缺陷的铸钢节点的力学性能。首先运用铸造过程模拟仿真软件,通过对十字板铸件的浇铸过程进行数值模拟,研究了铸件厚宽比、浇注速度等铸造随机参数对铸造过程的影响;其次对K型铸钢节点浇注系统进行设计、模拟浇铸过程、分析初始缺陷的位置;然后探讨了铸造初始缺陷在有限元中的建模方法,以及初始缺陷对K型铸钢节点静力学性能与疲劳力学性能的影响;最后根据研究结论对现有铸钢节点质量评级方法的局限性提出相关修改建议。
  本文主要研究内容如下:
  (1)简要阐述了铸钢件生产工艺流程、铸件在成型过程中金属液流动及凝固的理论基础、铸造模拟软件运行流程以及初始缺陷判据。通过对十字板铸件的铸造模拟,研究了初始缺陷的尺寸、位置和分布。与文献中的浇铸试验结果进行比较,验证铸造模拟软件在本文的适用性。探讨了铸件厚宽比、浇铸速度两类铸造随机参数对铸件缩孔缩松缺陷的影响。
  (2)对工程中典型的K型铸钢节点进行了浇注系统、冒口、铸型的设计与建模,并依据实际工程浇铸要求与浇铸实例,确定浇注方式、浇注时间、浇注速度、浇注温度、散热方式等初始条件,优化设计,减少缺陷数量,保证浇铸质量。通过铸造过程模拟软件对K型铸钢节点的铸造过程进行了模拟分析,根据模拟结果研究了冲砂、缩松、热裂三类缺陷的大小尺寸、位置、分布情况。
  (3)分别探讨了冲砂缺陷场、热裂缺陷场、缩松缺陷场发生的判据及在铸钢节点有限元模型中的模拟方法,具体有:根据速度场随时间的变化形式,分析冲砂缺陷发生的部位。根据金属液流动速度及冲砂作用时间,判断冲砂缺陷严重程度;将热裂场中热裂指数大于0.035的区域视为真实热裂缺陷,在有限元模型中建立裂纹;K型铸钢节点的缩松缺陷呈现出一种场分布形式,因缩松率较小,在有限元缺陷建模中对相应区域做弹性模量折减,用弹性模量场表示缩松缺陷场。
  (4)通过有限元分析对比了无初始缺陷的K型铸钢节点与含初始缺陷的K型铸钢节点的静力学性能。分析发现:K型铸钢节点的破坏形式均为斜撑腹杆管壁应力首先达到屈服点而破坏,节点本身具有较高的安全度;由于初始缺陷较小,对节点刚度基本没有影响;对强度有一定影响,会造成局部的应力集中现象。
  (5)通过有限元分析对比了无初始缺陷的K型铸钢节点与含初始缺陷的K型铸钢节点的疲劳力学性能。分析发现:加载方式不同,初始缺陷对铸钢节点的疲劳力学性能的影响也不相同,其原因在于,不同的加载方式使得缺陷所在区域的应力场是不同的。初始缺陷对铸钢节点局部疲劳性能有较大的影响,尤其是在主管的高应力区域,初始缺陷的存在会使局部疲劳安全系数小于许用安全系数;在支管低应力区域,初始缺陷对疲劳安全系数有一定影响,但仍高于许用安全系数。
  (6)全文研究发现现行铸钢节点质量等级评定方法不够全面,仅根据缺陷大小对铸钢件进行质量评级是具有局限性的,缺陷的种类、大小、位置均对节点力学性能有不同影响。因此工程中铸钢节点的质量等级评定应根据检测结果中缺陷的种类、大小、位置等因素结合力学分析结果进行综合评判。
[硕士论文] 龚豪
材料加工工程 重庆理工大学 2017(学位年度)
摘要:压力铸造作为一种近净成形技术,在航空航天、车辆制造等行业应用非常广泛。随着全球工业的迅猛发展,铝合金压铸在铸造领域的比重逐渐提升。压铸过程十分复杂,过程中容易出现卷气、氧化夹杂、冷隔、气孔、粘模、缩孔缩松等问题。然而在实际生产中,企业往往依赖于经验反复调模试模来处理这些缺陷,以保证铸件的质量,但会使铸件生产成本增加、周期延长,同时削弱了企业的竞争力。
  本文针对铝合金磁电机盖在生产过程中出现粘模、冷隔及大量的缩孔缩松等缺陷导致产品的合格率低下的问题,采用AnyCasting软件模拟铸件压铸过程,并结合P-Q2图技术与正交试验,获得压铸机与压铸模匹配性良好、模具结构设计合理、压铸工艺参数最佳的一套磁电机盖的生产方案,为企业提供一条解决问题的可行新路径。主要内容如下:
  (1)利用P-Q2图技术研究了铸件原生产方案下的压铸系统,发现压铸机与压铸模匹配性低,提出更换压铸机的要求。借助数值模拟技术模拟铸件的充型过程及凝固过程,总结铸件缺陷产生的具体原因,针对各原因,改进了模具结构,并再次利用P-Q2图技术评价更换的压铸机与改进模具的匹配性。
  (2)利用AnyCasting软件对优化模具结构后的铸件进行仿真模拟。结果显示:充型过程中金属液流动平稳,过程中无冷隔产生,凝固过程的温度场分布更加均衡,厚大部位的缩孔缩松得到改善,同时改进方案的粘模概率降低。之后将改进方案的推出机构的推杆进行重新设计,改进方案选用直径8 mm,数量为39根的推杆,此时各推杆的稳定性校核显示均合理。
  (3)利用正交试验法,研究了合金浇注温度、模具预热温度及冲头压射速度三个参数对磁电机盖缩孔缩松缺陷的影响,发现浇注温度对铸件的缩孔缩松的形成影响最大,模具预热温度的影响次之,压射速度的影响最小;同时进一步分析试验结果得到一组保证铸件品质的最佳工艺参数:浇注温度630℃、模具预热温度170℃、压射速度2.1m/s。
  (4)将改进后的模具以最佳生产工艺参数在更换的压铸机上进行铸件生产验证。结果表明:实际结果与模拟结果基本吻合,铸件表面的冷隔缺陷基本消除,粘模概率得到有效降低,同时厚大部位的缩孔缩松程度明显减轻,铸件的整体质量满足企业要求。
[硕士论文] 康永生
材料科学与工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:枝晶作为金属晶体中的最基本结构,枝晶的生长过程对于金属铸件凝固组织的形成具有决定性作用。微观组织数值模拟作为一个新兴科学,由于其在金属枝晶生长及铸件成形过程模拟上拥有的独特优势而备受关注,它不仅能够有效地补充、完善金属凝固理论,而且能够指导实际生产从而降低工艺改进的成本。本文利用改进的相场模型对Fe-C合金进行了以下几个方面的研究。
  (1)利用改进的相场模型进行了枝晶生长过程的三维模拟。在相场理论的基础上,研究了相场模型参数(包括界面厚度、弛豫时间等)对于枝晶生长过程及最终形貌的影响,并确定合适的相场模型参数。
  (2)对等轴枝晶生长过程中枝晶尖端参数进行了分析,模拟结果与现有枝晶生长理论以及实验结果相一致。同时通过控制枝晶尖端过饱和度实现了成分过冷对枝晶尖端参数影响的定量化分析研究。
  (3)对等温凝固过程中等轴枝晶的生长过程进行三维模拟。利用耦合界面能各向异性的相场模型,研究了界面能各向异性对于枝晶生长过程的影响,并成功地模拟出Fe-C合金等轴晶生长过程中所存在的枝晶取向转变过程。
  (4)对定向凝固过程中枝晶的生长过程进行了分析,主要研究了推进速度、温度梯度对定向凝固过程的影响。通过调整定向凝固模拟过程中合金界面能各向异性系数实现对于不同含量的Fe-C合金定向凝固过程研究,成功模拟出定向凝固过程中所形成的的液相通道以及对应的溶质偏析现象,并系统的研究了定向凝固过程参数对于液相通道的形成以及整体枝晶形貌的影响。
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