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球铁壳体消失模铸造工艺的数值模拟研究
摘要
球铁壳体是现代机械制造和建筑领域中的重要零部件，采用消失模铸造工艺可以实现高精度、高生产效率，因此深受工程领域的青睐。本文基于数值模拟的方法，对球铁壳体消失模铸造工艺进行研究和探讨。通过建立有限元模型，分析了熔铁在壳模中的填充过程、凝固过程和固态收缩过程。研究结果表明，消失模铸造工艺能够实现高精度的制造，但熔铁填充过程中易产生气隙和其他缺陷，需要针对性地进行优化和改进。论文的研究对于提高球铁壳体消失模铸造工艺的质量和效率具有一定的参考价值。
关键词：球铁壳体；消失模铸造；数值模拟；结构分析
引言
球铁壳体作为一类重要零部件，在现代机械制造和建筑领域广泛应用。采用消失模铸造工艺可以实现高精度、高生产效率，大大缩短了制造周期和成本，因此在工程领域得到了广泛的应用。本文从数值模拟的角度出发，对球铁壳体消失模铸造工艺进行研究和探讨，为工程应用提供参考。
1.模型建立
为了研究球铁壳体消失模铸造工艺的流体-固体耦合过程，我们采用有限元方法建立了球铁壳体的数值模型。模型中壳模采用石膏模，熔铁注入口设计成中心进口方式。在进行模型建立前，我们对壳模进行了几何建模和网格划分，如图1所示。
图1壳模几何建模和网格划分
2.数值模拟分析
2.1熔铁填充过程分析
熔铁进入壳模的填充过程是整个消失模铸造工艺的关键步骤。为了掌握熔铁在壳模中的填充过程，我们进行了数值模拟分析。
首先，在注入口附近形成了一个液态熔铁池，并在引颈处形成了一个大的涡流。熔铁通过引颈向壳模中流动，如图2所示。
图2熔铁填充过程示意图
当熔铁进入壳模后，液态熔铁逐渐升高，直到填满整个壳模。在填充过程中，会产生气泡和其他缺陷，影响铸件的质量。图3展示了填充过程中的气泡分布情况。
图3填充过程中气泡分布情况
2.2凝固过程分析
熔铁填充完成后，开始进入凝固过程。此时铸件的结构和性能将在一定程度上决定于凝固过程中的温度分布和相变行为。
我们利用数值模拟分析，得到了凝固过程中的温度场分布和熔铁的凝固行为，如图4所示。可以看出，在凝固过程中，熔铁随着温度的逐渐降低，从液态向固态逐渐转化，逐渐形成球铁壳体。
图4凝固过程中的温度场分布和熔铁凝固行为
2.3固态收缩分析
在球铁壳体凝固成型后，由于熔铁的收缩和固态变形，球铁壳体会产生不同程度的收缩缺陷，如龟裂和缩孔等。
我们利用数值模拟分析，探讨了固态收缩对球铁壳体的影响，如图5所示。可以看出，在固态收缩过程中，球铁壳体表面会产生不同程度的收缩缺陷，影响了球铁壳体的质量和性能。
图5固态收缩对球铁壳体的影响
3.结论
本文通过建立球铁壳体消失模铸造的有限元模型、数值模拟分析，探讨了球铁壳体消失模铸造工艺的生产过程。研究结果表明，消失模铸造工艺能够实现高精度的制造，但熔铁填充过程中易产生气隙和其他缺陷，需要针对性地进行优化和改进。此外，固态收缩过程会对球铁壳体的质量和性能产生重要影响，需要进一步研究。
参考文献
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