液力变矩器叶轮铸造成型数值模拟及工艺研究

【摘要】铸造成型是液力变矩器叶轮主要、常用的生产工艺。铸造型液力变矩器结构连续性好，可制成不等厚的流线型叶片，能够减小工作介质流动恶化现象，具有制动工况变矩系数大、高效范围宽、效率高等优点。目前，对液力变矩器的研究主要集中于结构改进、流场分析、动力匹配等方面，对其铸造生产工艺的研究相对较少且方法较为传统。随着变矩器应用领域的不断扩展，对其铸造的精密性、可靠性、质量、经济、环保等要求也越来越高。因此有必要采用先进的数值分析方法对变矩器铸造工艺过程进行系统、深入的研究，以优化铸造工艺，提高变矩器铸件质量。本文应用数值分析方法，在变矩器叶轮铸造过程仿真、铸造缺陷预测、工艺参数对铸造过程的影响、不同铸造方法对比等方面进行了系统的研究，所做的研究工作及结论如下：1、变矩器叶轮铸造系统设计及网格模型的建立针对重力铸造、低压铸造、离心铸造三种成型方法的工艺特点，分别设计了循环圆直径为335mm的变矩器叶轮相应的铸型系统。同时，采用片体结构将已装配好的叶轮铸件、铸型、型芯统一进行有限元网格划分，可提高铸件、铸型网格模型的匹配度，减少重叠面、坏单元等网格错误，提高计算网格划分的效率和准确度，保证数值计算的收敛性、分析结果的准确性。2、充型、凝固过程仿真及铸造缺陷预测应用铸造工艺仿真软件对变矩器叶轮重力铸造、低压铸造、离心铸造充型、凝固过程进行实时观察，深入研究了不同铸造方法金属液在铸型型腔内的流动特点及规律，分析了凝固过程中温度梯度变化对叶轮铸件质量的影响，准确的对铸造缺陷进行了科学预测。研究发现，充型过程液流的平稳性、冷却过程铸件的凝固顺序都会对铸件的缩孔、缩松缺陷产生很大影响。3、不同工艺参数对铸造过程、铸件质量的影响不同铸造方法有其自身的主要工艺参数。本文针对变矩器叶轮重力铸造、低压铸造、离心铸造工艺，分别研究了浇注温度和浇注速度、充型压力、铸型转速对铸造过程及成型质量的影响。研究结果表明，在不改变叶轮铸件原有结构及外界冷却条件的前提下，有利于提高金属液充型能力的工艺参数调整，都会引起一定程度缩孔、缩松缺陷的扩展。实际生产中，在保证铸件完整成型的前提下，应尽可能的选用较低的浇注温度、浇注速度、充型压力和铸型转速。4、变矩器叶轮不同铸造成型方法的特点和适用范围对比分析了变矩器叶轮三种铸造成型方法各自的工艺特点。重力铸造简单方便，生产灵活，成本也较低，但叶轮铸件成型质量相对较差，生产效率也较低；低压铸造机械化水平较高，生产质量要好的多，但附加成本稍高；离心铸造成型迅速，离心力场的引入有利于金属液的充型和补缩，但变矩器叶轮离心铸造成型目前还处于探索阶段，还有待发展。实际生产过程中，要综合考虑变矩器的生产批量、应用领域、质量要求等因素，选择合适的铸造成型方法，以期获得最大的生产价值。
【作者】王赫；
【导师】马文星；
【作者基本信息】吉林大学，机械设计及理论，2014，硕士
【关键词】液力变矩器；铸造方法；工艺参数；数值分析；

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