油膜轴承离心铸造论文1.doc
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1、油膜轴承离心铸造论文独立完成与诚信声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是在导师指导下独立完成的,学位论文的知识产权属于太原科技大学。如果今后以其他单位名义发表与在读期间学位论文相关的内容,将承担法律责任。除文中已经注明引用的文献资料外,本学位论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写过的成果。学位论文作者(签章):2012 年 5 月8 日 中文摘要油膜轴承是一种轴承内圈与外套之间以压力油膜为介质,形成完整的压力油膜实现纯液体摩擦的滑动轴承。根据不同的应用领域、润滑方式、工作参数、结构形式等,油膜轴承可分为很多种类。其中,广泛应用于各类轧机上的油膜轴承,称之为轧机油膜轴承。由于油膜轴承与滚动轴
2、承相比,有其独特的优点。因此,在大型现代轧机上的应用占有绝对优势。本文主要以油膜轴承衬套巴氏合金为研究对象,并用Procast动态模拟仿真离心铸造过程。巴氏合金主要由具有减摩特性的锡基和铅基轴承合金两种类型。离心铸造是一种既传统、又现代的铸造方法,是广为采用的特种铸造工艺。它是将液态金属浇入旋转的铸型中,使之在离心力的作用下,完成充填和凝固成形的一种铸造方法。油膜轴承离心浇铸属于油膜轴承加工的初始阶段,工件经卷筒成型、内壁攻丝等工序后进入浇铸工序 液态合金在离心力的作用下,使得合金紧紧贴在被浇工件表面,内部组织非常致密均匀,所选择的合金材料具有非常好的柔韧性和耐磨特性。本文选用巴氏合金。Pro
3、CAST是为评价和优化铸造产品与铸造工艺而开发的专业CAE系统,借助ProCAST系统,铸造工程师在完成铸造工艺编制之前,就能够对铸件形成过程的流场、温度场和应力场以及微观组织进行仿真分析,并预测铸件的质量、优化铸造设备参数和工艺方案。在实际模拟过程中发现,简化模型的卧式离心浇注的模拟在ProCAST软件中难以实现,因此改用立式离心浇铸,完成实体造型后,在Pro/E环境下剖分表面网格,然后传递给ProCAST进行体网格划分和分析计算。本文对Pro/EProCAST系统工作方式,采用“iges”形式的接口方式,先导入ProCAST软件,对模型进行离心浇注的前处理设置并对其充型凝固过程进行模拟,最
4、终通过模拟对铸件可能造成的气孔、冷隔、裂纹、浇不足等缺陷进行预测,为工艺优化提供参考。关键词:油膜轴承,离心铸造,巴氏合金,动态模拟,ProCASTABSTRACTOil film bearing is a kind of bearing inner circle between pressure oil film to coat for medium, forming a complete pressure oil film achieving pure liquid friction of sliding bearings. According to the different appli
5、cation field, the lubrication method, working parameters, structure, etc, the oil film bearing can be divided into many types. Among them, are widely used in all kinds of rolling mill of the oil film bearing, call it rolling mill of the oil film bearing. Because of the oil film bearing compared with
6、 the rolling bearing, has its unique advantage. Therefore, in the application of large-scale modern rolling mill has an absolute advantage.This paper mainly to the oil film bearing liner babbitt as the research object, and Procast dynamic simulation centrifugal casting process. Babbitt mainly by red
7、ucing friction with the characteristics and tin lead based bearing alloy two types. The centrifugal casting is a kind of both traditional and modern foundry method, is widely used special casting process. It is the liquid metal poured into the rotation will be the casting, which under the action of
8、centrifugal force, finish filling and coagulation of a kind of casting method.Oil film bearing centrifugal casting belong to the oil film bearing processing the initial stage, the rolling workpiece, internal molding process such as tapping into the casting process liquid alloy after in the role of t
9、he centrifugal force made alloy tight tight stick in being poured surface of workpiece, internal organization very dense even, choice of alloys have very good flexibility and wear-resisting characteristics. This article chooses babbitt.ProCAST is for evaluation and optimization casting products and
10、casting process and develop the professional CAE system, with the aid of ProCAST system, foundry engineers in the finish of casting process before they can on casting the formation process of the flow field, the temperature field and stress field and microstructure simulation analysis and prediction
11、 of the casting quality, optimize casting equipment parameters and process program.In the actual simulations, the simplified model of horizontal centrifugal casting of simulation in ProCAST software to realize in, so to switch to vertical centrifugal casting, complete the solid modeling, Pro/E envir
12、onment in decomposing surface grid, then transfer to ProCAST for body meshes and calculation. In this paper, the Pro/E-ProCAST system work way, USES the iges forms of interface way, leading into the ProCAST software, the model of centrifugal casting before setting and the processing the filling soli
13、dification process simulation, eventually, through the simulation of the castings could cause porosity, cold every, crack, insufficient water defects such as to carry on the forecast, to provide reference for optimizing process.Keywords: oil film bearing, the centrifugal casting, babbitt, dynamic si
14、mulation, ProCAST目 录第一章 引 言11.1课题的背景及意义11.2油膜轴承的研究现状及特点31.3离心浇铸的发展过程及其数值模拟研究概况91.4巴氏合金的特点及合金浇注工艺141.5论文主要研究内容与目标16第二章 离心铸造工艺特点及数学模型172.1铸型转速的选择方法172.1.1立式离心铸造自由表面形状及转速选择依据182.1.2卧式离心铸造自由表面形状及转速选择依据192.2两种惯性力的原因及影响212.3离心铸造金属液流动场数学模型242.3.1离心铸造方式中的Navier-Stoks方程24第三章 离心铸造过程模拟的理论基础及工具293.1 充型过程液体力学基础2
15、93.1.1 流体的性质293.1.2粘性流体的基本方程303.1.3 初始条件和边界条件313.1.4 自由表面的确定323.2 充型流场数值模拟的主要算法333.2.1 SIMPLE 算法333.2.2 MAC 算法343.2.3 SOLA-VOF 算法343.2.4 SOLA-MAC 法353.2.5 守恒标量法353.2.6 格子气模型算法353.3 ProCAST软件介绍及其功能特点363.3.1 ProCAST软件介绍363.3.2 ProCAST软件主要模块的功能及特点38第四章 PROCAST软件模拟浇注过程434.1三维实体模型的建立及简化434.2有限元网格的划分444.2
16、.1有限元网格原则444.2.2 网格划分454.3简化模型的前处理及各项参数的设置474.4模型的模拟分析计算过程及结果494.4.1充型与凝固过程的模拟494.4.2 浇铸过程的模拟结果与分析524.4.3 缩孔缩松缺陷预测与结果分析53第五章 结论与展望55参 考 文 献59致 谢63个人简况及联系方式65第一章 引 言1.1课题的背景及意义各种回转机械都需要轴承做支承,轴承有滚动轴承和滑动轴承两种,滚动轴承虽然应用较晚,但由于很快形成大批量生产,并无须供油系统等诸多优点,所以具有强大的生命力,滑动轴承因本身结构简单而最早得到应用并进一步发展,滑动轴承通常又分为普通滑动轴承,静压滑动轴承
17、,动压滑动轴承和静动压滑动轴承等几种。在纺织,轧机和汽车等行业中使用的滑动轴承尺寸较大而油膜较厚,因此被称为油膜轴承。油膜轴承也分为静压油膜轴承,动压油膜轴承和静动压油膜轴承。现我国钢铁工业中,有很多使用油膜轴承,在水轮机和其他大型回转机械中也大量使用油膜轴承。国内现大型轧机油膜轴承公司是具有能够独立设计制造各类现代大型轧机配套油膜轴承的高新技术,油膜轴承由三部分组成,外套,内圈,油膜,内圈在轧机上是锥套形式,外套在轧机上以衬套形式出现。油膜在内圈和外套中间,油是通过供油系统供给的。油膜轴承是一种轴承内圈与外套之间以压力油膜为介质,形成完整的压力油膜实现纯液体摩擦的滑动轴承,世界上有些地方称之
18、为液体摩擦轴承。根据不同的应用领域、润滑方式、工作参数、结构形式等,油膜轴承可分为很多种类,其中,广泛应用于各类轧机上的油膜轴承,称之为轧机油膜轴承。由于油膜轴承与滚动轴承相比,有其独特的优点,因此,在大型现代化轧机上的应用占有绝对优势。轧机油膜轴承诞生于20世纪30年代,50年代初期,我国只有鞍钢冷轧厂的可逆轧机装备了油膜轴承。其运行管理,完全按照苏联的有关规程进行。传统工艺,轧制压力不大,轧速也低,润滑系统也很简单,运行技术水平也相对较低。但在实际运行中,有关管理、技术人员和操作工人的工 作都十分认真,严格按规程办,积累了使用、维护经验。但由于缺乏对轴承工作原理的深入了解,一些不太合理的规
19、程却一直沿袭了几乎两个年代,比如,轴承部件装好之后,要做35ncm2的打压试验,如果漏油,即调紧回转密封,直至不漏为止。可是,经过这样一个试压调整之后,使用起来效果并不好,而且,密封件 的寿命也短。这种密封是带骨架的“j”型密封,是靠唇口密封的, 试压调紧之后,就不再是唇口密封了,而是一种死死抱住回转表面的带状密封。但毕竟瑕不掩瑜,轧机油膜轴承的成功运行,还是从这里开始的。6070年代初,我国自行装备的轧机油膜轴承投入运行,以舞阳钢铁公司4200mm特厚板轧机的1300mm轧辊油膜轴承、300mm机架辊油膜轴承和本溪钢铁公司1700mm热连轧机支承辊1100mm油膜轴承为代表的一批新轴承投入运
20、行,前者是单机架轧机,后者是多机架连轧机。多家多机架轧机油膜轴承的投入运行,使我国轧机油膜轴承运行技术得以普及和提高。在管理方面,有了一支专业化的技术人员和技术工人队伍,有专用的工作场地,油膜轴承工作间实行封闭,油膜轴承维修人员、润滑人员都有明确的岗位职责和操作规程,分工日益精细,管理更趋科学、规范。由于轴承结构的改进和润滑系统的更新,在轴承安装调试和润滑系统的维护操作上,都比50年代有了很大的进步,加之连轧机油膜轴承的成功使用,使运行技术向现代水平又靠近了一步。7080年代,在我国相继成套引进武汉钢铁公司的1700mm热、冷板材连轧机和上海宝山钢铁总厂的2050mm及2030mm 热、冷板材
21、连轧机的同时,也随之成套引进了摩戈伊尔(morgoil)轴承和麦斯塔(mesta)轴承,其主要运行人员,包括技术人员、技术工人都进行了岗位培训,而在设备投产之后,又确保了轴承的连续、安全运行,这就标志着我国轧机油膜轴承运行技术,已经接近当时的世界水平。进入90年代以来,又成套地引进了轧机和轧机油膜轴承主要是摩戈伊尔轴承,而更多的是在买进二手轧钢设备时,又带进了油膜轴承,其主要类型也是摩戈伊尔轴承。这样,在一些主要类型的轧机上,比如线材轧机、单机架可逆轧机、半连轧机、连轧机以及型材轧机等都装备了油膜轴承;从轴承种类上说,有苏联型液体摩擦轴承,中国tz牌油膜轴承,美国麦斯塔油膜轴承和摩戈伊尔(油膜
22、)轴承,可称得上是当今世界拥有轧机油膜轴承(包括润滑系统)品种最齐全的国家。据不完全统计,目前我国有二十几家钢铁公司(厂),近200架轧机装备了油膜轴承,数量不能不谓巨大。这种情况,足以说明轧机油膜轴承运行技术已经在中国得到了广泛地普及,并且已经达到了当今世界的新水平。2000年底,我国在前三个发展阶段的基础上,加大了自主创新、自我发展的步伐。广大工程技术人员抓住了我国钢铁工业大发展的机遇,及时开发研制出了世界上最先进的轧机油膜轴承。产品广泛用于大型热连轧机、中板轧机、中厚板轧机以及连铸连轧(CSP、BSP)生产线上。轧机油膜轴承占了国内市场的80%以上,世界知名的轧机制造企业纷纷采用我国的油
23、膜轴承。目前,我国轧机油膜轴承的设计制造能力已经达到了世界最大,产品不仅在国内广受赞誉,同时,还出口到了日本、德国等十多个国家和地区。经过几十年的发展形成了美国摩根(Morgoil)、麦斯塔(Mesta)、前苏联及我国太重(TZ)等为代表的典型的油膜轴承系列。随着轧机设备市场竞争的日益激烈,许多轧机油膜轴承制造厂家已逐渐退出市场,目前,只有美国摩根公司(Morgoil)和我国太重(TZ)等少数公司具有设计、制造轧机油膜轴承的能力。油膜轴承作为轧机配套的关键部件,随着轧制工业的蓬勃发展,市场竞争更加激烈,对轧材质量的要求越来越高,尤其是对钢板厚度的要求,这直接影响到企业的生存与发展。因此,无论是
24、新建的轧机还是对旧轧机的改造都要求配套的油膜轴承能适应现代化新型轧机的要求。而在油膜轴承的铸造中,巴氏合金传统的重力浇注易出现很多缺陷, 巴氏合金离心铸造能从根本上解决巴氏合金中的气孔、夹渣等缺陷,结合质量也有很大提高。1.2油膜轴承的研究现状及特点目前,我国已成为世界第一产钢大国,钢铁工业的飞速发展为国产油膜轴承提供了市场。对轧钢机械而言,目前世界潮流仍以油膜轴承为主,因为与滚动轴承相比,在轧钢机械上油膜轴承具有承载能力大、摩擦系数小、抗冲击能力强、径向结构尺寸小、使用寿命长、运转精度高、综合成本低等特点。轧机油膜轴承广泛应用于各类板带材轧机、线材轧机和钢铁、铜、铝、钛等有色金属轧机,逐渐取
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