充型对双金属柱塞泵用铜合金机械性能的影响

论文摘要

贵州力源液压股份有限公司采用重力浇注,所生产的双金属柱塞泵缸体(又称转子)的铜合金层的耐磨性和致密性差,结合面的主要铸造缺陷是气孔。由于挤压铸造可以把压力直接传递给合金液,所以获得的铸件比较致密。本课题组所研究的柱塞泵缸体,结构是在45#钢的主体上用挤压铸造的方法铸挂一层铅锡青铜(ZCuPb18Sn8),转子性能好并且节约铜合金。缸体的主体采用45#钢,用来承载和抗冲击。在主体工作面上铸挂铅锡青铜使其摩擦系数小、耐磨性强、其次导热好、抗疲劳性能较强。本文在研究各种工艺参数对钢/铜双金属柱塞泵缸体铜合金性能影响的基础上建立三维模型。然后通过分析物理现象的基本方程,建立双金属铸件充型过程的数学模型。在对充型过程的数学模型进行深入分析研究的基础上,正确设置边界条件、运行参数,对铸件充型过程进行模拟。对充型过程对铸件造成的缺陷进行预测,为工艺优化提供参考依据。根据优化所得充型参数进行挤压铸造实验,对铜合金层进微观组织进行观察和分析,对机械性能进行检测和分析,并且对磨损机理进行了分析。

论文目录

• 摘要
• SUMMARY
• 第一章 绪论
• 1.1 柱塞泵的简介及磨损
• 1.1.1 柱塞泵简介
• 1.1.2 磨损的基本类型
• 1.1.3 粘着磨损机理
• 1.2 金属复合材料的研究与发展
• 1.3 挤压铸造的特点及发展
• 1.4 充型模拟的研究现状和研究方法
• 1.4.1 实验方面
• 1.4.2 数学模型方面
• 1.4.3 充型数值模拟的主要研究方法
• 1.5 课题选择的意义和研究的内容
• 第二章 影响柱塞泵缸体铜合金成形的主要因素
• 2.1 影响柱塞泵缸体铜合金性能的主要工艺参数
• 2.1.1 浇铸温度
• 2.1.2 模具温度
• 2.1.3 充型速度
• 2.1.4 充型开始时间
• 2.1.5 比压
• 2.1.6 保压时间
• 2.2 铜合金的熔炼
• 2.3 模具
• 2.4 涂料
• 第三章 柱塞泵缸体双金属成形充型过程的数学模型及解法
• 3.1 数学模型的建立
• 3.2 数学模型的解法
• 3.2.1 交错网格技术
• 3.2.2 藕合压力
• 3.2.3 体积函数离散化及计算域的确定
• 3.3 自由表面边界条件
• 3.3.1 自由表面的确定
• 3.3.2 自由表面速度边界条件
• 3.3.3 自由表面压力边界条件
• 3.3.4 型壁速度边界条件
• 3.4 数值稳定性条件
• 3.5 动量方程和连续性方程的联立求解
• 3.6 充型过程温度场的模拟
• 3.6.1 能量方程的离散及求解:
• 3.6.2 边界条件的处理
• 3.6.3 充型传热耦合计算
• 3.7 有关参数的选取
• 第四章 柱塞泵缸体双金属成形的充型模拟及参数优化
• 4.1 PRoCAST简介
• 4.1.1 PRoCAST软件的主要特点
• 4.1.2 PROCAST软件主要模块的功能
• 4.2 模拟实验方案选择
• 4.2.1 单因素多水平简单实验法
• 4.2.2 多因素多水平正交实验法
• 4.3 柱塞泵双金属成形的充型模拟
• 4.3.1 影响柱塞泵挤压铸造充型工艺参数的选取与水平的确定
• 4.3.2 模型的建立和网格划分
• 4.3.3 充型过程仿真结果及分析
• 第五章 实验结果与分析
• 5.1 实验条件及检测方法
• 5.1.1 实验条件
• 5.1.2 实验过程
• 5.1.3 试样检测方法
• 5.2 不同浇铸参数对铜合金抗剪切强度的影响
• 5.2.1 剪切试样的制作与实验方法
• 5.2.2 浇铸温度对抗剪切强度的影响
• 5.2.3 模具预热温度对抗剪切强度的影响
• 5.2.4 充型速度对抗剪切强度的影响
• 5.3 铜合金的金相组织
• 5.4 铜合金抗拉强度的测量
• 5.5 铜合金表面硬度的测量
• 5.6 铜合金试件的制作及磨损性能的检测
• 5.6.1 磨损实验条件
• 5.6.2 磨损试样的制作
• 5.6.3 试样的磨损性能测试
• 第六章 磨损机理的研究
• 6.1 摩擦副材料
• 6.2 影响摩擦特性的因素
• 6.2.1 影响材料摩擦特性的内部因素
• 6.2.2 影响材料摩擦特性的外部因素
• 6.3 铜合金层与钢摩擦、磨损的表面现象
• 6.3.1 表面的形貌与接触
• 6.3.2 表面微观特征
• 6.3.3 铜合金层与钢在摩擦磨损过程中的变化
• 6.4 铜合金层与钢相互接触的基本规律
• 6.5 铜合金层与钢铁的摩擦面的破坏
• 6.6 降低摩擦系数与磨损率的理论依据
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 发表论文及参加研究项目