Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Maleki,MohammadReza Forouzan
علی مالکی (استاد مشاور) محمدرضا فروزان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Saeed Kalhor
سعید کلهر

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Estimation of the Mold life in Horizontal Centrifugal Casting of Work Rolls by Using Finite Element Simulation
Centrifugal casting is a widely used method for producing some composites, tubes and some work rolls. Rolling used in the rolling industry mainly in three method casting of centrifugally double poured, casting of statically single poured roll and casting of statically double poured roll and steel work rolls usually manufactured by forging process. In casting of centrifugally double poured method, rolling are made of two parts: outer layer of work roll and shaft. Outer layer of work rolls which were casted by same method in the De’lavuad machine, were being used as the standard rolls in rolling industry for years. Costs related to the use of work rolls in rolling industry and its consequences, including the costs of stoppages required to replace or repair roller, a very important issue.The main goal of this dissertation is thermal and mechanical simulation of horizontal centrifugal casting to produce outer layer of work rolls by using finite element method and finally thermal fatigue life estimation molds use in casting machines. The process is simulated in ANSYS commercial software developing related ANSYS codes (macros). In this research a numerical axisymmetric model of the work roll and mold is proposed, and history of the thermal distribution in cast and mold during solidification and thermal cycle of casting is obtained. In the simulation, initial and boundary conditions proportional to practical conditions and thermophysical properties of material which are function of temperature, are also considered. The comparison to results of the thermal simulation show good agreement with the experimental results conducted in this study and numerical results by the numerical results found in the literature. Then, the mold temperature distribution used as input data for the mechanical analysis and with regard to the mechanical properties of the mold which are function of temperature and the mechanical constraints imposed, the stress and strain generated in the cycles may be obtained. Results of the mechanical simulation show good agreement with the experimental results conducted in this study and numerical results by the numerical results found in the literature. Finally, estimated mold life with putting sustainable cycle of stress and strain values ?? ??in formulas such as Morrow or Manson – Halfrd and are compared with experimental results. The results of simulation have shown that, the maximum temperature on the mold critical point have a significant effect on the increase or decrease in the mold life. Key Words: Horizontal centrifugal casting, Heat transfer, Mechanical simulation, Thermal fatigue life, FEM Analysis
ریخته‌گری گریز از مرکز به طور وسیعی برای تولید برخی از کامپوزیت‌ها، لوله‌ها و برخی از غلتک‌های کار مورد استفاده قرار می‌گیرد. غلتک‌های کار مورد استفاده در صنعت نورد عمدتاً به سه روش ریخته‌گری می‌شوند: ریخته‌گری گریز از مرکز، ریخته‌گری با یک بار ریختن در حالت ثابت، ریخته‌گری با دو بار ریختن در حالت ثابت و غلتک‌های فولادی معمولاً به روش فورجینگ تولید می‌شوند. غلاف‌ بیرونی غلتک‌های کار که سال‌هاست در خطوط نورد مورداستفاده قرار می‌گیرد، توسط همین روش و معمولاً در ماشین‌های غلتک‌ریزی موسوم به ماشین دی‌لاوود ریخته‌گری می‌شوند. در صنایع نورد هزینه مربوط به مصرف غلتک‌ها و تبعات ناشی از آن، از جمله هزینه توقفات لازم جهت تعویض و یا تعمیر غلتک‌ها، یک موضوع بسیار مهم است. هدف این پروژه استفاده از روش اجزا محدود برای شبیه‌سازی حرارتی و مکانیکی فرآیند ریخته‌گری گریز از مرکز افقی غلاف بیرونی غلتک‌های کار و درنهایت تخمین عمر خستگی حرارتی قالب‌های مورداستفاده در ماشین‌های غلتک‌ریزی می‌باشد. در شبیه‌سازی انجام‌شده از کد (ماکرو) تهیه‌شده در نرم‌افزار ANSYS استفاده‌شده و با ارائه یک مدل عددی تقارن‌محوری شامل غلاف بیرونی غلتک و قالب، تاریخچه‌ی توزیع دما در غلاف غلتک و قالب طی فرآیند انجماد مذاب و سیکل‌های دمایی مختلف غلتک‌ریزی به‌دست‌آمده است. در این تحلیل، شرایط مرزی و اولیه‌ی‌ متناسب با شرایط عملی و همچنین تابعیت خواص ترموفیزیکی مواد با دما در نظر گرفته‌شده است. نتایج حل حرارتی فرآیند ریخته‌گری با نتایج آزمایشگاهی انجام‌شده در این تحقیق و تحلیل‌های عددی ارائه‌شده توسط محققان دیگر مقایسه شده که تطابق خوبی را نشان می‌دهد. در ادامه، توزیع دمای قالب به‌عنوان ورودی برای تحلیل مکانیکی، مورداستفاده قرارگرفته و با در نظر گرفتن تابعیت خواص مکانیکی قالب با دما و اعمال قید مکانیکی لازم، تنش و کرنش ایجادشده در قالب طی سیکل‌های موردنظر، به دست می‌آید. نتایج حاصل از شبیه‌سازی مکانیکی با نتایج آزمایشگاهی و تحلیل‌های عددی ارائه‌شده توسط محققان دیگر نیز مقایسه شده که تطابق خوبی دیده می‌شود. در پایان با قرار دادن مقادیر تنش و کرنش سیکل پایدار در فرمول‌های مربوطه همچون مارو یا مانسون-هالفرد، عمر قالب تخمین زده‌شده و با نتایج تجربی مقایسه می‌شود. شبیه‌سازی انجام‌گرفته نشان می‌دهد، بیشینه دمای ایجادشده در قالب نقش مؤثری در افزایش یا کاهش عمر قالب خواهد داشت. کلمات کلیدی: ریخته‌گری گریز از مرکز افقی، انتقال حرارت، شبیه‌سازی مکانیکی، عمر خستگی حرارتی، تحلیل اجزا محدود

ارتقاء امنیت وب با وف بومی