球墨鑄鐵件作為重要的工程材料,在的很多的鑄件產量中有較大的比例并且生產技術也達到了一定的水平.但由于鑄造過程中的復雜性使得球墨鑄鐵件的質量仍然存在著很多的問題.為了更好地控制其生產質量,本文根據生產實際及當前的關于球型石墨、晶體方面的形成、生長理論,結合先進的計算機技術,對金屬凝固過程的觀組織進行了計算機模擬仿真,也稱為凝固過程觀模擬,這個名稱是相對于凝固過程宏觀模擬而言的,具體是指在晶粒尺度上對金屬凝固過程進行模擬仿真.本文根據熱力學、凝固原理等理論,建立了凝固過程中熱傳遞、溶質傳遞和石墨球、奧氏體的形核、生長進行模擬,以能量小原理為基礎,考慮體積自由能和界面能的定量影響,建立了晶粒生長概率模型.根據所建立的模型,采用了Microsoft Visual C++ 6.0開發(fā)平臺開發(fā)了相應的三維模擬計算程序和二維動態(tài)顯示程序.針對觀模擬計算量大的特點,本文采用了局部區(qū)域模擬法,并相應地解決了整體區(qū)域和局部區(qū)域之間的數據映射、局部區(qū)域的邊界處理、局部區(qū)域模擬結果的放大顯示等問題.該方法通過僅對關鍵的局部區(qū)域模擬而有效地節(jié)省了計算量.針對球墨鑄鐵(成分為:碳含量為3.7﹪、硅含量為3.3﹪、錳含量小于0.4﹪)在砂型中的凝固過程,進行了實驗對比研究.使用編寫的模擬仿真軟件對實驗過程中的觀組織進行了模擬,并把模擬的計算結果與實驗結果進行了對比,二二者基本吻合.

球墨鑄鐵以其良好的抗沖擊性、很高的抗拉強度及鑄鐵特有的優(yōu)良的鑄造性、耐磨性、抗疲勞性及經濟性等優(yōu)點廣泛應用于機械制造工業(yè)的各種零部件。本文針對公司球墨鑄鐵件切削加工中存在的問題(如進排氣管過程中產生的毛刺),通過有限元建模分析和切削試驗,探索球墨鑄鐵切削過程中切削毛刺的形成機理,并進一步探索球墨鑄鐵的切削性能,為提高產品質量、降低切削成本提供工藝指導。 本文首先基于有限元建模,對球墨鑄鐵的銑削過程進行了仿真分析,仿真表明球墨鑄鐵銑削過程等效應變和溫度具有相似的分布規(guī)律。切削毛刺仿真表明,毛刺形成過程中,溫度逐漸升高,毛刺的大小與溫度升高的持續(xù)時間相關。
進一步的切削試驗表明:速度和進給量對毛刺的影響較小,而切深影響較大。同時對球墨鑄鐵銑削加工性能進行了試驗研究。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;隨著進給量和切深的增大而增大。切削速度較低時,球墨鑄鐵切屑比較短,呈屑狀。隨著切削速度的提高,切屑呈細長狀。切深與進給量較小時,切屑呈屑狀,隨著切深與進給量的提高,切屑呈細長狀。以硬質合金刀具銑削球墨鑄鐵時,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程,基于切削過程等效應力、等效應變云圖及溫度云圖仿真分析,可為實際切削提供依據。