锻造用钢锭凝固过程温度场数值模拟及其应用
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摘要
锻件质量好坏与钢锭的质量有着密切关系，而钢锭的质量在很大程度上又与其凝固过程相关。本课题采用数值传热学的方法，编制相关的计算机程序，模拟钢锭凝固过程中温度的分布，为评价钢锭内部质量奠定了基础，进而达到指导生产提高钢锭质量的目的。
论文通过对钢锭铸造凝固过程及其简化条件下换热边界条件的分析、讨论，建立起钢锭铸造凝固的二维非稳态温度场计算数学模型，并据此编制计算机程序，经调试后得到反映钢锭铸造凝固过程中温度场分布的程序。
运用所编制的程序，可以计算相似结构的钢锭在其凝固过程中的温度场变化情况。为了提高钢锭锻压比，借鉴钢锭模设计的传统经验，对原有钢锭模结构进行了重新设计，尝试优化钢锭模结构来改善钢锭的整体质量。利用该程序，设计人员可以对钢液在新型钢锭模中的凝固温度场进行预测和评价，也可以通过对比来优化钢锭模设计。
本课题所进行的钢锭凝固过程温度场数值模拟、钢锭模结构优化为模拟软件的第一阶段研究。它为进一步研究钢锭凝固奠定了基础，也为钢锭模结构优化设计提供了参考依据。
Quality of forging has intimate relations with quality of ingot. Quality of ingot is to a great extent connected with its solidification process. By means of numerical heat transfer theory and advanced computer, a competer program is written to simulate temperature field distribution in the process of solidification. It is fundamental in assessing internal quality of ingot. It is great helpful for guiding production and improving quality of ingot.
A two-dimensional unsteady temperature field calculation mathematical model has been formulated here by analyzing ingot solidification process and the various heat exchange boundary conditions in simplified condition. Hence program is writeen. Then, The program for temperature distribution of solidification process is obtained after adjusting.
Change of the temperature distribution for ingot with similar structure is also computed by the program during solidification process. Traditional experiments of ingot mould design is drawn on .The existing ingot mould structure has been redesigned and optimized to raise forging rate and improve quality of ingot. Designer may predict and assess temperature field of steel solidification in new-type ingot mould. Meanwhile, designer may optimize design of ingot mould by comparison.
It is the first phase for study of simulation soft .It is fundamental in studying deeply on ingot solidification and provides reference for optimization design of ingot mould structure.
论文通过对钢锭铸造凝固过程及其简化条件下换热边界条件的分析、讨论，建立起钢锭铸造凝固的二维非稳态温度场计算数学模型，并据此编制计算机程序，经调试后得到反映钢锭铸造凝固过程中温度场分布的程序。
运用所编制的程序，可以计算相似结构的钢锭在其凝固过程中的温度场变化情况。为了提高钢锭锻压比，借鉴钢锭模设计的传统经验，对原有钢锭模结构进行了重新设计，尝试优化钢锭模结构来改善钢锭的整体质量。利用该程序，设计人员可以对钢液在新型钢锭模中的凝固温度场进行预测和评价，也可以通过对比来优化钢锭模设计。
本课题所进行的钢锭凝固过程温度场数值模拟、钢锭模结构优化为模拟软件的第一阶段研究。它为进一步研究钢锭凝固奠定了基础，也为钢锭模结构优化设计提供了参考依据。
Quality of forging has intimate relations with quality of ingot. Quality of ingot is to a great extent connected with its solidification process. By means of numerical heat transfer theory and advanced computer, a competer program is written to simulate temperature field distribution in the process of solidification. It is fundamental in assessing internal quality of ingot. It is great helpful for guiding production and improving quality of ingot.
A two-dimensional unsteady temperature field calculation mathematical model has been formulated here by analyzing ingot solidification process and the various heat exchange boundary conditions in simplified condition. Hence program is writeen. Then, The program for temperature distribution of solidification process is obtained after adjusting.
Change of the temperature distribution for ingot with similar structure is also computed by the program during solidification process. Traditional experiments of ingot mould design is drawn on .The existing ingot mould structure has been redesigned and optimized to raise forging rate and improve quality of ingot. Designer may predict and assess temperature field of steel solidification in new-type ingot mould. Meanwhile, designer may optimize design of ingot mould by comparison.
It is the first phase for study of simulation soft .It is fundamental in studying deeply on ingot solidification and provides reference for optimization design of ingot mould structure.
引文
[1] 周丹晨、蒋玉明、杨屹，应用虚拟制造技术提高铸造生产水平，铸造技术，No．6，53～55，2001
[2] 张毅，铸件凝固数值模拟及铸造工艺CAD现代进展，铸造，No．6，2～7，1987
[3] 王君卿，国内外铸造工艺过程计算机模拟技术和铸造工艺CAD发展概况，第八届全国铸造会议论文集，96～107，1992
[4] 菊池正夫，日本凝固模拟技术的研究与其现状，No．5，43～45，1991
[5] 大中逸雄，计算机传热凝固解析入门—铸造过程中的应用，机械工业出版社，53～123，1988
[6] 赵健、张毅，铸件凝固电子计算机模拟发展概况，铸造，No．5，1～6，1985
[7] 薛祥、宋维德，缩松预测的数学模型及其参数的研究，铸造，No．5，36～39，1986
[8] 刘祥、冯学渊等，连续铸铁管凝固过程数学模型，东北工学院学报，No．1，76～81，1987
[9] 许云祥，板状不锈钢精密铸造件凝固过程的数值模拟计算，特种铸造及有色合金，No．5，8～12，1987
[10] 徐东、张世江、安阁英，铸件凝固温度场数值模拟及缩孔缩松预测实用软件的研究，铸造，No．2，1～6，1988
[11] 肖柯则、赵良毅，铸件凝固温度场数值模拟中动态边界条件的探讨，特种铸造及有色合金，No．1，3～6，1988
[12] 肖柯则、焦开河，大型铸钢件热场测定与计算机数值模拟的研究，金属科学与工艺，No．6，51～58，1988
[13] 张世江、徐东、安阁英，铸件凝固温度场的外节点直接差分计算及几个影响因素的研究，金属科学与工艺，No．3，56～64，1988
[14] 林柏年、张业彭、李季兵，离心铸管金属型中温度场的数值模拟，铸造，No．1，23～27，1989
[15] 王深强、李绍敏等，铸件凝固过程的微型计算机模拟及铸件缩孔缩松预测，机械工程学报，No．3，13～18，1989
[16] Y Nagasaka, S Kiguchi. M. Nachi, Three-Dimensional Computer Simulation Of Casting Process, AFS Transaction, 553～554, 1989
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[18]黄斌、陈志对等，灰铸铁凝固收缩的数值模拟，铸造，No．4，23～26，1991
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[20]徐宏、程军、靳玉春等，计算机在铸造中应用技术讲座第二讲一铸造过程计算机模拟[J]，机械工人(热加工)，No．8，38～40，1999
[21]孙立斌、张光跃、柳百成等，铸造凝固过程技术在铸钢件上的应用[J]，热加工工艺，No．3，52～54，2000
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[25]杨屹、蒋玉明、刘力菱等，铸件凝固过程中热应力场及热裂的数值模拟研究分析[J]，铸造技术，No．2，36～39，2000
[26]王贵，精密铸造过程温度场数值模拟技术的研究，北京航空航天大学博士论文，1996
[27]柳百成，铸件充型凝固过程数值模拟国内外研究进展，清华大学，No．8，40～45，1999
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[30]贾宝仟、柳白成、王东涛，铸钢件凝固态区域应力应变数值模拟及热裂机制，金属学报，No．5，504～508，1997
[31]廖敦明、林汉同、刘瑞祥等，铸造热应力场数值模拟研究的最新进展，现代铸铁，No．4，4～7，2000
[32]柳百成，新一代材料精确成形技术．机械工程科学技术前沿，机械工业出版社，1996
[33]杨全、张真，金属凝固与铸造过程数值模拟，浙江大学出版社
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