卧式离心铸造作为一种效率高、成本低的特种铸造方法,在材料成型方法中占有举足轻重的地位。利用数值模拟技术对卧式离心铸造的生产过程进行模拟,能够更好、更有效地优化工艺并指导生产,对铸件质量进行控制。本文以卧式离心铸造复合轧辊的特点为基础,通过数值模拟技术,结合水力学物理模拟试验,研究了主要工艺参数对卧式离心场下复合轧辊多层浇注时金属充型凝固过程的影响,获得了卧式离心铸造复合轧辊过程充型及凝固时温度场的变化规律。根据卧式离心铸造的工艺特点,分析了两类惯性力对金属熔体质点的影响,并依据N-S方程和能量方程建立铸件充型流动及凝固过程的数学模型。根据卧式离心铸造复合轧辊多层浇注的特点,确定了进行多层浇注的温度判据,并实现了对外层及中间层金属充型及凝固过程的模拟计算。本文运用上述研究开发的软件,对不同工艺条件下卧式离心铸造熔体充型凝固的过程进行了数值模拟,获得了充填外层及中间层过程中合金熔体充型及凝固的流场和温度场。通过对计算数据和水力学模拟试验结果的分析对比表明:随着铸型转速的增加和浇注初速度的提高,下一层浇注的时间缩短;而随着铸型温度的升高和熔体浇注温度的提高该时间有所延长。所以综合各方面因素,确定在转速为500rpm,浇注初速度为125cm/s,浇注温度为1550℃,铸型温度为20℃的条件下进行多层浇注的工艺,为最佳工艺方案。数值模拟结果与水力学模拟试验结果基本符合,验证了数值模拟模型的正确性,同时也确定了试验方案中的最优方案,达到了优化工艺的目的。