【正文】 ? 3Nm??一一鑄件內(nèi)表面的半徑(m)。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了獲得組織致密的鑄件，可根據(jù)液體金屬自由表面(相應(yīng)為鑄件的內(nèi)表面)上的有效重度 值或重力系數(shù) G 值來(lái)確定鑄型合適轉(zhuǎn)速。臥式離心鑄造時(shí)，應(yīng)使液體金屬自由表面上最高點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)作用的離心力 最少2mr?等于重力(即 )，否則將出現(xiàn)雨淋現(xiàn)象，使鑄件產(chǎn)生火渣、起皮缺陷甚至難2mrg??以成型。在自由表面上任取一質(zhì)點(diǎn) M，其質(zhì)量為 m，鑄型旋轉(zhuǎn)角速度為 ω，若不考慮重力場(chǎng)的影響，則作用在該質(zhì)點(diǎn)的離心力在 x 軸方向上的分力為220cosXmrx?????；在 Y 軸方向上的分力為220sinYry?????；在旋轉(zhuǎn)軸:方向上的分力 z=0。利用式(23)可推算沿著鑄件高度上的壁厚差，即 K=x1x2,參見(jiàn)圖（23)。將X 及 Y 值代入上式中，得: (22)20xdgy??移項(xiàng)積分后，則得如下方程式: (23)2g?式(23)為拋物線(xiàn)方程式，拋物線(xiàn)頂點(diǎn)為坐標(biāo)軸原點(diǎn)。一般它就不需設(shè)置專(zhuān)門(mén)冒口，所以鑄件有較高的工藝成品率，能大幅度節(jié)約金屬，降低成本。保證獲得良好的鑄件內(nèi)部質(zhì)量，避免出現(xiàn)縮孔、縮松、火雜和氣孔等。鑄型轉(zhuǎn)速太高，鑄件上易出現(xiàn)裂紋、偏析等缺陷，砂型離心鑄件外表面會(huì)形成脹箱等缺陷。在離心補(bǔ)縮壓力作用下，金屬液體也能克服晶粒間“隧道” 的阻力進(jìn)行補(bǔ)縮，提高鑄件密度。在鑄造中，一般靠近鑄型內(nèi)壁和外壁的金屬先凝固。上世紀(jì) 20 年代，俄國(guó)、加拿大和德國(guó)相繼出現(xiàn)離心鑄造車(chē)間，形成了一定規(guī)模的生產(chǎn)。（2）了解離心鑄造工藝特點(diǎn)以及建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，熟悉立式和臥式離心鑄造自由表面的形狀及轉(zhuǎn)速的選擇依據(jù)。 論文主要研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)本文以軋機(jī)油膜軸承為對(duì)象，對(duì)其鑄造工藝進(jìn)行數(shù)值模擬。掛過(guò)錫的軸瓦應(yīng)及時(shí)澆注合金，不應(yīng)超過(guò) 2030 分鐘，以免表面再形成氧化膜。鍍錫所用的鍍料是錫或錫合金（錫鉛合金和錫鋁鋅合金） 。然后置 70100℃的熱水中洗去剩余的堿。用鋼絲刷子仔細(xì)清除軸瓦上已經(jīng)熔化的巴氏合金，除去污垢、銹蝕和巴氏合金痕跡。離心澆注法的澆注質(zhì)量好，使用壽命長(zhǎng)，但需配置 1 臺(tái)離心澆注機(jī)及其他輔助設(shè)施，澆注成本較高，適用于批量較大且零件規(guī)軋機(jī)油膜軸承巴氏合金離心澆鑄過(guò)程的模擬分析16格尺寸較小的軸承澆注。油膜軸承因?yàn)槠涑休d能力大，使用壽命長(zhǎng)，能承受沖擊載荷等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。鉛基合金的強(qiáng)度和硬度比錫基合金低，耐蝕性也差。巴氏合金的組織特點(diǎn)是，在軟相基體上均勻分布著硬相質(zhì)點(diǎn)，軟相基體使合金具有非常好的嵌藏性、順應(yīng)性和抗咬合性，并在磨合后，軟基體內(nèi)凹，硬質(zhì)點(diǎn)外凸，使滑動(dòng)面之間形成微小間隙，成為貯油空間和潤(rùn)滑油通道，利于減摩；上凸的硬質(zhì)點(diǎn)起支承作用，有利于承載。由美國(guó)人巴比特發(fā)明而得名。國(guó)外的鑄件成型數(shù)值模擬軟件如 ProCast、ZCast 、Flow3D 等已經(jīng)能夠?qū)﹄x心鑄件進(jìn)行模擬分析。1999 年 9 月在南斯拉夫的斯洛文尼亞舉行的鑄造過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬第 4 次會(huì)議上 做了關(guān)于離心鑄造鑄鋼件計(jì)算機(jī)模擬的報(bào)告。由于離心鑄造中一般采用金屬型鑄造方式，在充型過(guò)程中液態(tài)金屬和鑄型溫度變化較大，充型模擬分析顯得尤為重要。與凝固過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬相比，充型過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬的起步要晚得多，并非是人們沒(méi)有認(rèn)識(shí)到它的必要性，而是這一問(wèn)題比起溫度場(chǎng)的模擬更為復(fù)雜。清華大學(xué)的裴清祥、柳百成采用 SOLAVOF 法實(shí)現(xiàn)了三維充型流動(dòng)的計(jì)算機(jī)模擬，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。此外，對(duì)鑄件充型過(guò)程的數(shù)值模擬還考慮了內(nèi)澆道入流速度、型腔內(nèi)氣體的反壓力、型壁狀況、表面張力、界面熱阻等對(duì)充型過(guò)程速度分布和溫度分布的影響。1991 年，P. Jonsson 在模擬計(jì)算圓柱形型腔的充型問(wèn)題時(shí)，將充型過(guò)程分為三種情況進(jìn)行模擬計(jì)算，即層流流動(dòng)用伯努利方程進(jìn)行模擬；湍流流動(dòng)，引入 kε雙方程予以模擬；含 30%、40% 、 50%固相金屬液屬非牛頓流體，引入 Power 定律予以模擬。實(shí)際上，在薄板鑄件充型過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)少量固體，密度也會(huì)第一章 引 言13發(fā)生變化，為此在計(jì)算中引入了變化的密度。他們?cè)谟?jì)算中考慮了湍流問(wèn)題，即當(dāng)流動(dòng)為湍流時(shí)，將有效粘性系數(shù)代入方程。1988 年以后，充型過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)入了蓬勃發(fā)展階段，模擬技術(shù)不斷完善。此后，他們又成功地用 SOLAVOF 法進(jìn)行了鑄造充型過(guò)程流場(chǎng)數(shù)值模擬。由于離心鑄造中一般采用金屬型鑄造方式，在充型過(guò)程中液態(tài)金屬和鑄型溫度變化較大，充型模擬分析顯得尤為重要。與凝固過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬相比，充型過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬的起步要晚得多，并非是人們沒(méi)有認(rèn)識(shí)到它的必要性，而是這一問(wèn)題比起溫度場(chǎng)的模擬更為復(fù)雜。因此，專(zhuān)家指出：鑄件充型凝固過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬仿真是學(xué)科發(fā)展的前沿課題，是改造傳統(tǒng)鑄造產(chǎn)業(yè)的必由之路，具有重大的學(xué)術(shù)價(jià)值和工程實(shí)用意義。傳統(tǒng)的鑄件生產(chǎn)多采用試錯(cuò)法，對(duì)于大型鑄件或新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，往往需要反復(fù)試制，這樣不僅周期長(zhǎng)、浪費(fèi)大，而且很難保證質(zhì)量。我國(guó)成形加工工業(yè)雖歷史悠久，但與國(guó)外相比有較大差距，嚴(yán)重制約著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。利用 CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）/CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程） /CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)離心鑄造設(shè)計(jì)、分析、制造計(jì)算機(jī)化，是離心鑄造發(fā)展的方向和趨勢(shì)。它和水冷金屬型方法相結(jié)合，加之隨后的熱處理，給離心鑄造帶來(lái)了蓬勃的發(fā)展生機(jī)。1917年美國(guó)姆爾發(fā)明砂型離心鑄造法，即在金屬型內(nèi)襯上粘土砂層。因此，大都認(rèn)為離心鑄造法是環(huán)繞鑄管生產(chǎn)的發(fā)展而開(kāi)發(fā)并推廣到其他鑄件生產(chǎn)的方法。早在工業(yè)革命時(shí)期，為了提高鑄管的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，英國(guó)人埃爾恰爾特（Erehart）在 1809年提出了世界上第一個(gè)離心鑄造法的專(zhuān)利，名稱(chēng)為 “用鐵液生產(chǎn)更好、更純凈的金屬制品”。離心鑄造應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，使人們對(duì)它的優(yōu)缺點(diǎn)有了更清晰的認(rèn)識(shí)。我國(guó) 30 年代開(kāi)始采用這種方法生產(chǎn)鑄鐵管。它是將液態(tài)金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使之在離心力的作用下，完成充填和凝固成形的一種鑄造方法。油膜軸承隨轉(zhuǎn)速的變化 ,潤(rùn)滑油量也將發(fā)生變化,所以要求系統(tǒng)有高度靈敏的自調(diào)節(jié)能力。但油膜軸承,因其具有良好的固定密封和回轉(zhuǎn)密封,使它在極差的環(huán)境下能長(zhǎng)期正常工作,說(shuō)明抗環(huán)境污染的能力是很強(qiáng)的。這是滾動(dòng)軸承無(wú)法相比的。所以說(shuō),沖擊載荷是軸承的受載特點(diǎn)。從這個(gè)數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)現(xiàn): 摩擦系數(shù)的增高與降低,將關(guān)系到能量的浪費(fèi)與節(jié)省,這對(duì)整個(gè)世界能源緊張的現(xiàn)狀來(lái)說(shuō),意義是很重大的。一般地說(shuō),當(dāng)輥身直徑相同時(shí),軋機(jī)牌坊的窗口尺寸也相同,但油膜軸承尺寸小,軸承座上的余地大,這樣,就可以在軸承座的空余地方設(shè)置軋輥平衡缸、彎輥裝置、牌坊預(yù)應(yīng)力等裝置,這對(duì)于現(xiàn)代大型板、帶材連軋機(jī)具有十分重要的意義。而滾動(dòng)軸承在軋機(jī)上的使用壽命,就短得多了。軋機(jī)油膜軸承巴氏合金離心澆鑄過(guò)程的模擬分析8從這個(gè)表里,可以看到油膜軸承的承載能力遠(yuǎn)比滾動(dòng)軸承大。承載能力大:承載能力的大小,是與滾動(dòng)軸承相比較而言的。在吸納當(dāng)代各種回轉(zhuǎn)密封優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，逐步改進(jìn)形成了我國(guó)的回轉(zhuǎn)密封形式，從模具設(shè)計(jì)、膠料配方、硫化工藝、理化檢驗(yàn)與成品測(cè)試等都成熟配套。在超高壓元器件上，80 年代初，我國(guó)即已研制成功了工作壓力為 100MPa、流量為 10L／min 的泵、集—分流器、泄荷閥、壓力表、軟管、快速接頭等，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)自行成套，并投產(chǎn)使用。標(biāo)志軋機(jī)油膜軸承當(dāng)代水平的是 90 年代初為酒泉鋼鐵公司研制的φ1350mmTZ 牌油膜軸承，采用了對(duì)稱(chēng)雙油腔靜動(dòng)壓油膜軸承液壓鎖緊、新型回轉(zhuǎn)密第一章 引 言7封、雙向止推及快速裝拆等先進(jìn)技術(shù)。從 60 年代中期開(kāi)始，我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造厚板、特厚板軋機(jī)和 1700mm 熱、冷連軋機(jī)，在當(dāng)時(shí)的國(guó)際環(huán)境下，軋機(jī)軸承只能自行研制，由于特大型滾動(dòng)軸承制造困難，就都采用了油膜軸承。隨著現(xiàn)代連軋機(jī)向高速重載方向發(fā)展，繼而又進(jìn)行了熱—彈流理論的研究。隨著軋機(jī)裝機(jī)水平的不斷提高，帶動(dòng)了軋機(jī)油膜軸承的理論研究工作，真正自主開(kāi)展理論研究工作，始于 1974 年。測(cè)試范圍，包括軸承內(nèi)部工作區(qū)域的油膜壓力場(chǎng)、油膜厚度場(chǎng)和油膜溫度場(chǎng)等，這些場(chǎng)量的測(cè)量屬于非常規(guī)性的，從測(cè)量傳感器到二次儀表，均無(wú)現(xiàn)成的可買(mǎi)，所以，要自行研制。為了達(dá)到這一要求，首先要有高精度的測(cè)量?jī)x器(具)和與之相配套的輔助儀器(具)，同時(shí)，對(duì)加工中的測(cè)量和加工完成后的質(zhì)檢測(cè)量，必須執(zhí)行科學(xué)的測(cè)量方法和具有嫻熟的技術(shù)。60 年代初期，完成了在普通機(jī)床上研制油膜軸承主要零件的制造。為適應(yīng)現(xiàn)代軋機(jī)大型、高速、重載、連續(xù)、自動(dòng)的特點(diǎn)，油膜軸承特有的無(wú)鍵結(jié)構(gòu)、快速液壓鎖緊結(jié)構(gòu)、雙止推全對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)、多肢迷宮密封結(jié)構(gòu)、在線(xiàn)溫度監(jiān)控、動(dòng)一靜壓結(jié)構(gòu)等技術(shù)，能滿(mǎn)足軋機(jī)承載能力、運(yùn)轉(zhuǎn)精度、工作穩(wěn)定性方面的要求，成為軋機(jī)的核心部件。由于軸承結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和潤(rùn)滑系統(tǒng)的更新，在軸承安裝調(diào)試和潤(rùn)滑系統(tǒng)的維護(hù)操作上，都比 50 年代有了很大的進(jìn)步，加之連軋機(jī)油膜軸承的成功使用，使運(yùn)行技術(shù)向現(xiàn)代水平又靠近了一步。鎖緊裝置主要由機(jī)械式或液壓式機(jī)構(gòu)組成，其功能是將油膜軸承緊固在軋輥上。軋輥油膜軸承的承載及運(yùn)行精度，除與幾何尺寸、軸承轉(zhuǎn)速、潤(rùn)滑油粘度有關(guān)外，與制造精度、材質(zhì)選擇也有很大關(guān)系。茲從運(yùn)行技術(shù)、 制造技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、理論研究、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、成套能力等幾個(gè)主要方面進(jìn)行簡(jiǎn)要的論述。因此，在這樣嚴(yán)峻的形式下，必須加強(qiáng)我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型油膜軸承的理論研究、實(shí)驗(yàn)和開(kāi)發(fā)。軋機(jī)油膜軸承廣泛應(yīng)用于各類(lèi)板帶材軋機(jī)、線(xiàn)材軋機(jī)和鋼鐵、銅、鋁、鈦等有色金屬軋機(jī)，逐漸取代滾動(dòng)軸承而成為重要的承載部件，在軋制生產(chǎn)中具有突出重要的地位和作用。因此,無(wú)論是新建的軋機(jī)還是對(duì)舊軋機(jī)的改造都要求配套的油膜軸承能適應(yīng)現(xiàn)代化新型軋機(jī)的要求。目前,我國(guó)軋機(jī)油膜軸承的設(shè)計(jì)制造能力已經(jīng)達(dá)到了世界最大,產(chǎn)品不僅在國(guó)內(nèi)廣受贊譽(yù),同時(shí),還出口到了日本、德國(guó)等十多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。2022 年底,我國(guó)在前三個(gè)發(fā)展階段的基礎(chǔ)上,加大了自主創(chuàng)新、自我發(fā)展的步伐。進(jìn)入 90 年代以來(lái)，又成套地引進(jìn)了軋機(jī)和軋機(jī)油膜軸承——主要是摩戈伊爾軸承，而更多的是在買(mǎi)進(jìn)二手軋鋼設(shè)備時(shí)，又帶進(jìn)了油膜軸承，其主要類(lèi)型也是摩戈伊爾軸承。多家多機(jī)架軋機(jī)油膜軸承的投入運(yùn)行，使我國(guó)軋機(jī)油膜軸承運(yùn)行技術(shù)得以普及和提高。可是，經(jīng)過(guò)這樣一個(gè)試壓調(diào)整之后，使用起來(lái)效果并不好，而且，密封件 的壽命也短。其運(yùn)行管理，完全按照蘇聯(lián)的有關(guān)規(guī)程進(jìn)行。油膜軸承是一種軸承內(nèi)圈與外套之間以壓力油膜為介質(zhì),形成完整的壓力油膜實(shí)現(xiàn)純液體摩擦的滑動(dòng)軸承,世界上有些地方稱(chēng)之為液體摩擦軸承。油膜軸承也分為靜壓油膜軸承，動(dòng)壓油膜軸承和靜動(dòng)壓油膜軸承。在實(shí)際模擬過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)化模型的臥式離心澆注的模擬在 ProCAST 軟件中難以實(shí)現(xiàn)，因此改用立式離心澆鑄，完成實(shí)體造型后，在 Pro/E 環(huán)境下剖分表面網(wǎng)格，然后傳遞給 ProCAST 進(jìn)行體網(wǎng)格劃分和分析計(jì)算。它是將液態(tài)金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使之在離心力的作用下，完成充填和凝固成形的一種鑄造方法。因此，在大型現(xiàn)代軋機(jī)上的應(yīng)用占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。學(xué)位論文作者（簽章）：2022 年 5 月 8 日 中文摘要I中文摘要油膜軸承是一種軸承內(nèi)圈與外套之間以壓力油膜為介質(zhì)，形成完整的壓力油膜實(shí)現(xiàn)純液體摩擦的滑動(dòng)軸承。油膜軸承離心鑄造論文獨(dú)立完成與誠(chéng)信聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于太原科技大學(xué)。根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域、潤(rùn)滑方式、工作參數(shù)、結(jié)構(gòu)形式等，油膜軸承可分為很多種類(lèi)。本文主要以油膜軸承襯套巴氏合金為研究對(duì)象，并用Procast動(dòng)態(tài)模擬仿真離心鑄造過(guò)程。油膜軸承離心澆鑄屬于油膜軸承加工的初始階段，工件經(jīng)卷筒成型、內(nèi)壁攻絲等工序后進(jìn)入澆鑄工序 液態(tài)合金在離心力的作用下，使得合金緊緊貼在被澆工件表面，內(nèi)部組織非常致密均勻，所選擇的合金材料具有非常好的柔韌性和耐磨特性。本文對(duì) Pro/E—ProCAST 系統(tǒng)工作方式，采用“iges” 形式的接口方式，先導(dǎo)入 ProCAST 軟件，對(duì)模型進(jìn)行離心澆注的前處理設(shè)置并對(duì)其充型凝固過(guò)程進(jìn)行模擬，最終通過(guò)模擬對(duì)鑄件可能造成的氣孔、冷隔、裂紋、澆不足等缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè)，為工藝優(yōu)化提供參考?，F(xiàn)我國(guó)鋼鐵工業(yè)中，有很多使用油膜軸承，在水輪機(jī)和其他大型回轉(zhuǎn)機(jī)械中也大量使用油膜軸承。根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域、潤(rùn)滑方式、工作參數(shù)、結(jié)構(gòu)形式等,油膜軸承可分為很多種類(lèi),其中,廣泛應(yīng)用于各類(lèi)軋機(jī)上的油膜軸承,稱(chēng)之為軋機(jī)油膜軸承。傳統(tǒng)工藝，軋制壓力不大，軋速也低，潤(rùn)滑系統(tǒng)也很簡(jiǎn)單，運(yùn)行技術(shù)水平也相對(duì)較低。這種密封是帶骨架的“j”型密封，是靠唇口密封的， 試壓調(diào)緊之后，就不再是唇口密封了，而是一種死死抱住回轉(zhuǎn)表面的帶狀密封。在管理方面，有了一支專(zhuān)業(yè)化的技術(shù)人員和技術(shù)工人隊(duì)伍，有專(zhuān)用的工作場(chǎng)地，油膜軸承工作間實(shí)行封閉，油膜軸承維修人員、潤(rùn)滑人員都有明確的崗位職責(zé)和操作規(guī)程，分工日益精細(xì)，管理更趨科學(xué)、規(guī)范。這樣，在一些主要類(lèi)型的軋機(jī)上，比如線(xiàn)材軋機(jī)、單機(jī)架可逆軋機(jī)、半連軋機(jī)、連軋機(jī)以及型材軋機(jī)等都裝備了油膜軸承；從軸承種類(lèi)上說(shuō)，有蘇聯(lián)型液體摩擦軸承，中國(guó) tz 牌油膜軸承，美國(guó)麥斯塔油膜軸承和摩戈伊爾(油膜)軸承，可稱(chēng)得上是當(dāng)今世界擁有軋機(jī)油膜軸承(包括潤(rùn)滑系統(tǒng))品種最齊全的國(guó)家。廣大工程技術(shù)人員抓住了我國(guó)鋼鐵工業(yè)大發(fā)展的機(jī)遇,及時(shí)開(kāi)發(fā)研制出了世界上最先進(jìn)的軋機(jī)油膜軸承。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展形成了美國(guó)摩根(Moil)、麥斯塔(Mesta)、前蘇聯(lián)及我國(guó)太重(TZ)等為代表的典型的油膜軸承系列。而在油膜軸承的鑄造中，巴氏合金傳統(tǒng)的重力澆注易出現(xiàn)很多缺陷, 巴氏合金離心鑄造能從根本上解決巴氏合金中的氣孔、夾渣等缺陷,結(jié)合質(zhì)量也有很大提高。世界范圍內(nèi)主要有兩家大