球墨鑄鐵件作為重要的工程材料,在的很多的鑄件產(chǎn)量中有較大的比例并且生產(chǎn)技術(shù)也達(dá)到了一定的水平.但由于鑄造過(guò)程中的復(fù)雜性使得球墨鑄鐵件的質(zhì)量仍然存在著很多的問(wèn)題.為了更好地控制其生產(chǎn)質(zhì)量,本文根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際及當(dāng)前的關(guān)于球型石墨、晶體方面的形成、生長(zhǎng)理論,結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù),對(duì)金屬凝固過(guò)程的觀組織進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬仿真,也稱(chēng)為凝固過(guò)程觀模擬,這個(gè)名稱(chēng)是相對(duì)于凝固過(guò)程宏觀模擬而言的,具體是指在晶粒尺度上對(duì)金屬凝固過(guò)程進(jìn)行模擬仿真.本文根據(jù)熱力學(xué)、凝固原理等理論,建立了凝固過(guò)程中熱傳遞、溶質(zhì)傳遞和石墨球、奧氏體的形核、生長(zhǎng)進(jìn)行模擬,以能量小原理為基礎(chǔ),考慮體積自由能和界面能的定量影響,建立了晶粒生長(zhǎng)概率模型.根據(jù)所建立的模型,采用了Microsoft Visual C++ 6.0開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的三維模擬計(jì)算程序和二維動(dòng)態(tài)顯示程序.針對(duì)觀模擬計(jì)算量大的特點(diǎn),本文采用了局部區(qū)域模擬法,并相應(yīng)地解決了整體區(qū)域和局部區(qū)域之間的數(shù)據(jù)映射、局部區(qū)域的邊界處理、局部區(qū)域模擬結(jié)果的放大顯示等問(wèn)題.該方法通過(guò)僅對(duì)關(guān)鍵的局部區(qū)域模擬而有效地節(jié)省了計(jì)算量.針對(duì)球墨鑄鐵(成分為:碳含量為3.7﹪、硅含量為3.3﹪、錳含量小于0.4﹪)在砂型中的凝固過(guò)程,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究.使用編寫(xiě)的模擬仿真軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的觀組織進(jìn)行了模擬,并把模擬的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,二二者基本吻合.

球墨鑄鐵以其良好的抗沖擊性、很高的抗拉強(qiáng)度及鑄鐵特有的優(yōu)良的鑄造性、耐磨性、抗疲勞性及經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造工業(yè)的各種零部件。本文針對(duì)公司球墨鑄鐵件切削加工中存在的問(wèn)題(如進(jìn)排氣管過(guò)程中產(chǎn)生的毛刺),通過(guò)有限元建模分析和切削試驗(yàn),探索球墨鑄鐵切削過(guò)程中切削毛刺的形成機(jī)理,并進(jìn)一步探索球墨鑄鐵的切削性能,為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低切削成本提供工藝指導(dǎo)。 本文首先基于有限元建模,對(duì)球墨鑄鐵的銑削過(guò)程進(jìn)行了仿真分析,仿真表明球墨鑄鐵銑削過(guò)程等效應(yīng)變和溫度具有相似的分布規(guī)律。切削毛刺仿真表明,毛刺形成過(guò)程中,溫度逐漸升高,毛刺的大小與溫度升高的持續(xù)時(shí)間相關(guān)。
進(jìn)一步的切削試驗(yàn)表明:速度和進(jìn)給量對(duì)毛刺的影響較小,而切深影響較大。同時(shí)對(duì)球墨鑄鐵銑削加工性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。研究表明:球墨鑄鐵表面粗糙度隨著銑削速度的增大而減小;隨著進(jìn)給量和切深的增大而增大。切削速度較低時(shí),球墨鑄鐵切屑比較短,呈屑狀。隨著切削速度的提高,切屑呈細(xì)長(zhǎng)狀。切深與進(jìn)給量較小時(shí),切屑呈屑狀,隨著切深與進(jìn)給量的提高,切屑呈細(xì)長(zhǎng)狀。以硬質(zhì)合金刀具銑削球墨鑄鐵時(shí),其失效形式主要是磨粒磨損。 本文研究表明DEFORM軟件可以有效模擬球墨鑄鐵的銑削過(guò)程,基于切削過(guò)程等效應(yīng)力、等效應(yīng)變?cè)茍D及溫度云圖仿真分析,可為實(shí)際切削提供依據(jù)。