发动机缸体浇注系统的优化设计与数值模拟

• 作 者: 周建荣
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 发动机缸体 数值模拟 浇注系统 速度场 温度场

缸体、缸盖是发动机上最重要、最大的铸件,是整个发动机生产中的难点和重点,其铸造工艺水平是决定发动机质量的基础条件。近年来随着计算机技术的发展,计算机数值模拟技术已发展为铸造过程最具潜力的模拟预测工具,并在某些方面已经进入工业化应用阶段,成为铸造行业发展不可缺少的环节。发动机缸体、缸盖的铸造一直是铸造行业的一个难点,将发动机缸体铸造过程通过数值模拟软件进行仿真模拟,使整个铸造过程清晰明了的表现出来,对实际生产有借鉴和指导的作用。本文首先利用“大孔进水”理论对发动机缸体的浇注系统进行优化设计,并在初始设计方案的基础上进行改进,得到二种改进设计方案。通过UG建立三种设计方案的三维模型,再利用Patran建立它们的有限元模型,然后在有限元铸造过程分析软件ProCAST中对三种方案的成形过程进行数值模拟,主要模拟了发动机缸体充型过程的速度场与温度场、凝固过程的温度场,以及对可能产生缩孔缩松等缺陷的区域进行预测。完成模拟后,本文对三种浇注系统设计方案的充型、凝固过程及缩孔缩松等缺陷的预测进行了对比分析,从模拟结果中得出方案三在充型时较为平稳,凝固时温度分布均匀,温度梯度较小,凝固速度也比前二种方案的要快,可能产生缩孔缩松等缺陷的范围小。由此得出方案三浇注系统的设计较为优越,可以提高铸件的质量,降低废品率,指导实际生产,降低发动机缸体的生产成本。