不同鑄件的形狀、大小和鑄造與凝固計(jì)量顯微鏡

金屬液在中心澆道和型腔中的流動(dòng)是鑄造過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不僅
因?yàn)樗氰T造與凝固過程的開始，更在于此環(huán)節(jié)決定了鑄件的最終質(zhì)
量。合理的澆鑄系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)：

  (1)避免在中心澆道內(nèi)吸入氣體。
  (2)降低金屬液的分流、紊流以避免二次氧化。
  (3)在澆鑄系統(tǒng)內(nèi)集渣。
  (4)在多個(gè)橫澆道和內(nèi)澆道情況下實(shí)現(xiàn)液流的均勻分配。
  (5)降低金屬液對(duì)鑄型壁的沖刷與侵蝕。
  (6)流動(dòng)和填充模式更有利于順序凝固。

  可見，對(duì)充型階段的流動(dòng)進(jìn)行深入研究，不僅有助于更好地進(jìn)行澆
鑄系統(tǒng)設(shè)計(jì)，還為系統(tǒng)的傳熱過程分析提供了重要依據(jù)，以獲得最佳的
澆鑄溫度、填充順序和溫度分布規(guī)律。一直以來，研究者對(duì)鑄造傳熱過
程的分析十分重視，但對(duì)流動(dòng)過程卻往往忽略，并非此過程不重要，而
是過于復(fù)雜。流動(dòng)過程的復(fù)雜性主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

  (1)不同鑄件的形狀、大小和重量是不同的，所采用的澆鑄系統(tǒng)也
存在差異，金屬液在其中的流動(dòng)狀況也就不同。一般認(rèn)為，金屬液的流
動(dòng)屬于管內(nèi)流動(dòng)與明渠流動(dòng)共存的黏性流，而流股的狀態(tài)為紊流。對(duì)
于流動(dòng)過程中的管道阻力與壓頭損失，情況也十分復(fù)雜。
  (2)金屬液流動(dòng)過程中，其溫度的變化與鑄型之間的物理、化學(xué)作
用很難定性或定量描述。
  (3)金屬液的流動(dòng)范圍不斷擴(kuò)展且難以界定，需通過計(jì)算來確定
其位置、自由表面及速度場和壓力場。 
  正是由于流動(dòng)過程的復(fù)雜性，大部分進(jìn)行澆鑄系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)的計(jì)
算機(jī)程序均未考慮流動(dòng)過程。為深入了解和定量描述金屬液的充型過
程，除時(shí)間外，鑄件不同部位的液流速度，各種強(qiáng)制或自然對(duì)流，溫度分
布等均應(yīng)予以考慮。
  鑄造過程數(shù)值模擬是一個(gè)多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，主要模
擬對(duì)象包括流場、溫度場和濃度場。近些年，對(duì)于鑄件缺陷(縮孔
、縮松、熱節(jié)、應(yīng)力)以及微觀組織的預(yù)測(cè)和模擬也得到了一定的
發(fā)展。流場和溫度場模擬包括求解域的網(wǎng)格劃分、自由表面的處理
、速度和壓力的求解以及對(duì)鑄造缺陷形成的影響等幾個(gè)方面的內(nèi)容
。
  離心力場下金屬液的充型過程與重力澆鑄相比，又存在較
大的差別，進(jìn)而導(dǎo)致鑄件內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生機(jī)理和存在形式都具有其
特殊性。因此，了解離心力作用下金屬液的充型過程，對(duì)于理解鑄
件內(nèi)部缺陷的形成機(jī)理，判斷缺陷的易發(fā)生位置和總結(jié)缺陷形成的
影響因素及制定相應(yīng)的解決方案，都具有重要的指導(dǎo)意義。
  水平放置的管流流動(dòng)，建立了離心力場下金屬液充型過程
的解析模型，計(jì)算了充型過程中金屬液橫截面面積和傾角等關(guān)鍵參
量的變化規(guī)律，并對(duì)金屬液在充型過程中的流態(tài)進(jìn)行了分析；總結(jié)
了離心力場下金屬液的填充規(guī)律。此外，在上述結(jié)果基礎(chǔ)上，歸納
了填充初速度、型腔人口段長度，型腔尺寸和轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速等參數(shù)對(duì)充
型過程的影響。

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