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以工业生产中孔洞缺陷很严重的某大型机床滑枕球铁件为研究对象，运用ProCAST水平连铸过程模拟软件对大型球铁件的凝固过程进行数值模拟及水平连铸工艺优化，主要研究内容有:1)通过对缺陷样本的形貌和缺陷部位化学成分的分析，确定导致铸铁型材铸铁型材报废的缺陷类型为缩松缩孔。2)根据铸铁型材结构特点并结合数值模拟的的结果，分析导致大面积缩松缩孔缺陷的原因:此类外形尺寸长而大，内部空腔结构复杂热节较多的大型铸铁型材，要实现同时凝固很困难，利用球墨铸铁自补缩来解决缩松不可行，必须加强补缩作用，合理设置冒口和冷铁，确保补缩通道顺畅。 3)建立铸铁型材的有限元模型，运用ProCAST软件对各个方案进行了水平连铸过程模拟仿真，对缩松缩孔进行了预测，并对仿真结果进行对比分析，结合理论分析和模拟仿真的情况对铸铁型材工艺进行了优化。4)针对优化后的工艺，确定了一套实验方案，并对优化后的工艺方案进行了实验验证，实验结果一致表明，工艺优化后铸铁型材缩松缩孔缺陷情况得到有效改善，成功解决了此类大型球铁件的水平连铸生产难题。
球墨铸铁以其良好的抗冲击性、很高的抗拉强度及铸铁特有的优良的铸造性、耐磨性、抗疲劳性及经济性等优点广泛应用于机械制造工业的各种零部件。本文针对公司球墨铸铁件切削加工中存在的问题(如进排气管过程中产生的毛刺),通过有限元建模分析和切削试验,探索球墨铸铁切削过程中切削毛刺的形成机理,并进一步探索球墨铸铁的切削性能,为提高产品质量、降低切削成本提供工艺指导。 本文首先基于有限元建模,对球墨铸铁的铣削过程进行了仿真分析,仿真表明球墨铸铁铣削过程等效应变和温度具有相似的分布规律。切削毛刺仿真表明,毛刺形成过程中,温度逐渐升高,毛刺的大小与温度升高的持续时间相关。在铸铁中，碳能以化合态的渗碳体和游离状态的石墨两种形式存在，游离状态的石墨容易形成片状结构。这是由于石墨的晶格为简单六方晶格，基面中的原子间距142nm，原子间结合力较强；而两基面间的面间距340nm，因基面间距较大，原子间结合力较弱，故结晶时易形成片状结构，且强度、塑性和韧性极低，接近于零，硬度仅为3HBS。另外，在碳原子的四个价电子中，只有一个价电子参加到电子气中去，这便是石墨具有某些不太明显的金属性能(如导电性)的原因。 铸铁型材具有组织均匀致密；耐压气密性好；减磨性能强；表面质量光洁；尺寸精度高：加工余量小；硬度分布均匀；抗拉伸强度高,无缩松,气孔,夹渣,砂眼等缺陷,机械性能优越,其中为显著的特点是具有度和高韧性相结合以及优良的抗疲劳性能。 空心铸铁型材及水平连铸装置，在相应领域内替代砂型铸件，这种空心铸铁型材的截面中部有通孔，截面轮廓形状为圆形、矩形、多边形。上述空心铸铁型材的水平连铸装置，其基本结构包括保温炉、设置于炉口处的外结晶器、牵引设备组成，其特征在于在保温炉内与外结晶器对应位置设置内结晶器。所述的内结晶器固定保温炉下部的外壁上。本实用新型采用的技术方案，与砂型铸造相比，表现在机械性能提高，切削性能提高，表面光洁，加工余量小，可直接加工成阀体、齿轮泵外壳，液压导向套等，比实心型材的再加工提高了工效。空心铸铁型材生产，基本有三种方式，种采用垂直下拉的间歇式连铸铁管生产装置，该装置因生产的型材致密性差已被淘汰；第二种采用水平连铸加内结晶器的生产装置生产空心铸铁型材， 前面我们已讨论过化合态的渗碳体，它若加热到高温，便会分解为铁和碳(Fe2C→3Fe。所以化合态的渗碳体只是一种亚稳定相，而游离态的石墨则是一种稳定相。 进一步的切削试验表明:速度和进给量对毛刺的影响较小,而切深影响较大。同时对球墨铸铁铣削加工性能进行了试验研究。研究表明:球墨铸铁表面粗糙度随着铣削速度的增大而减小;随着进给量和切深的增大而增大。切削速度较低时,球墨铸铁切屑比较短,呈屑状。随着切削速度的提高,切屑呈细长状。切深与进给量较小时,切屑呈屑状,随着切深与进给量的提高,切屑呈细长状。以硬质合金刀具铣削球墨铸铁时,其失效形式主要是磨粒磨损。 本文研究表明DEFORM软件可以有效模拟球墨铸铁的铣削过程,基于切削过程等效应力、等效应变云图及温度云图仿真分析,可为实际切削提供依据。
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