摘 要

在流体输送工程中，双金属复合管由于具有优异的性能而受到越来越多的关注。双金属复合管的质量与其内外两层结合情况密切相关。离心铸造双金属复合管内外两层结合的关键影响因素是内层的浇注时机，而内层的浇注时机取决于外层浇注后的凝固状况。因此了解卧式离心铸造双金属复合管外层的凝固规律显得很重要。

本文利用Procast软件首先对模具、铸件、浇注系统进行模型建立，然后再模拟卧式离心铸造双金属复合管外层凝固过程，再控制变量。在其他工艺条件不变下调整不同的转速，选择转速为420rpm和300rpm，用来分析双金属复合管外层的凝固规律和转速这一工艺参数对双金属复合管外层凝固的影响。

在模拟之后有规律的选择复合管上的点，提取点的温度和时间的曲线图。通过比较各个点的温度高低，还有降低速率以及到达内层金属的固相线温度的先后来分析双金属复合管外层的凝固顺序和转速对双金属复合管外层凝固的影响。

研究结果表明：双金属复合管两个端口位置的点的温度在整个凝固过程中一直较低且降低速率相比其他位置点较快，凝固先发生，其次中间段后于两段发生凝固；卧式离心铸造的旋转速度对双金属复合管外层凝固的影响为转速越大凝固越快，但是影响程度较小。

关键词：双金属复合管；卧式离心铸造；Procast；；外层凝固；数据模拟

Abstract

In the fluid transport engineering,double metal composite pipe get more attention due to excellent performance.The quality of double metal composite pipe is closely related to the combination of its outer and inner layers.The timing of the inner layer pouring is the key influence to the combination which between the inner and outer layers of double metal composite pipe.What’s more,the timing of the inner layer pouring is related closely to the outer solidified condition.Above all,the solidification of outer layer on horizontal centrifugal casting double metal composite pipe is obviously important.

In this paper,we use the Procast to model the mold、castings、gating system firstly.Next simulate the process of the outer layer on horizontal centrifugal casting double metal composite pipe.And then control the variables.while the other process conditions is stable,choose the rotating speed 420 rpm and 300 rpm respectively.In order to analyze the solidification of the outer layer on horizontal centrifugal casting double metal composite pipe and the effect of rotating speed on the solidification of the outer layer on horizontal centrifugal casting double metal composite pipe.

After simulation,selecting the points on the pipe which in some orders,extract the graph of temperature and time.Sort the temperature of various point and the time that the temperature of the points drop to the solidus temperature of the inner layer of metal to analyze the solidification of the outer layer on horizontal centrifugal casting double metal composite pipe and the effect of rotating speed on the solidification of the outer layer on horizontal centrifugal casting double metal composite pipe.

The results show that:the solidification of the outer layer on horizontal centrifugal casting double metal composite pipe is start from the double side of the pipe,which is following,the middle part of the pipe;in reasonable range,shorter time that the solidification of the outer layer on horizontal centrifugal casting double metal composite pipe cost with a higher rotating speed,but the influence is not strong.

Key words:double metal composite pipe;horizontal centrifugal casting; procast；solidified condition;numerical simulation;.

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

目录 1

第一章 绪论 2

1.1 引言 2

1.2 双金属复合管离心铸造工艺过程 3

1.3 软件介绍 3

1.4 研究的基本内容、目标、拟采用的技术方案 4

1.4.1 基本内容 4

1.4.2 研究目标 4

1.4.3 技术方案 4

第二章 卧式离心铸造复合管凝固过程参数设置 6

2.1 引言 6

2.2 建立几何模型 6

2.2.1 浇注系统的模型 6

2.2.2 模型的网格划分 7

2.3 参数设置 9

2.3.1 材料的选择与设置 9

2.3.2 旋转轴与重力的方向设置 9

2.4 本章小结 9

第三章 离心复合管外层充凝固过程数值模拟 10

3.1 引言 10

3.2 浇铸复合管外层的实体造型 10

3.3 复合管外层采用卧式离心铸造的具体工艺参数 11

3.4 复合管离心铸造的充型和凝固过程模拟 11

3.4.1 转速420rpm下的模拟以及分析 11

3.4.2 转速300rpm下的模拟以及分析 21

3.5 实验数据分析 31

3.6 本章小结 32

第四章 总结与展望 33

4.1 总结 33

4.2 展望 33

参考文献 35

致谢 36

第一章 绪论

1.1引言

随着世界经济和技术发展，单一材料的管道由于性能上的单一性使得在运输类的行业之中不能防止对管道有损坏的运输物质对管道损伤，而且耐腐蚀性较差的管道在运输过程中对产品造成较大的浪费和毁坏影响了工作进度和质量。双金属复合管以普通碳钢为外套，相应特殊性能材料为内套，以一定的加工工艺满足不同的运输需求，节约成本加快运输进进程，有良好的市场前景^[1]。双金属复合管可以实现材料优势的互补的最大化，节省合金元素、降低工程耗资^[2]。保证原有的性能基础上，提高管道的基本防摩擦，防止被蚀化的性能，并且增加使用期限^[3]。

双金属复合管在国内目前有冷成型法、热成型法、消失模铸造法，离心铸造法。而离心铸造因设备简单可以不用型芯铸造中控铸件，工艺出频率高，铸件晶粒细密缺陷少力学性能高，便于制造筒套类复合金属铸件等优点而备受青睐。因此国内外都对离心铸造复合金属管积极研究并取的一定成效，自60年代起日，美，德，英和前苏联等国家便开始重视发展双金属复合管的开发和使用^[4]。在工艺制造，性能配比和检验方法上都做了许许多多的研究，使得双金属复合管在能源，造船，石油等各个领域都有了广泛应用。近10年在国外，复合管发展较快，种类、功能繁多，性能卓越，工艺技术趋于成熟。主要工艺方法有热轧复合法、热挤压复合法、铸造复合法、爆炸焊接复合法、组合式双金属复合管生产方法、激光包覆法等^[4]。

计算机技术发展迅猛，使得在铸造业有了一席之位，促进铸造业的发展。计算机一体化技术，即将计算机辅助的设计、制造、工程合三为一的技术；还有丝线离心铸造设计、分析、制造计算机化都是离心铸造未来重要走向。计算机辅助工程是凝固过程数值模拟技术的重要支持。凝固过程数值模拟可以在电脑上对铸件虚拟铸造，对整个铸造过程仿真、试浇。预测缺陷并提出解决方案方法，是工艺更加高效，更加科学以节省人力财力加快工程进程。