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基于数值模拟密接式车钩工艺改进

郭光辉  
【摘要】: 铸造工艺设计与铸件成型过程密切相关,而铸件成型过程是极其复杂的高温、动态、瞬时的变化过程,难以直接观察,虽然铸件的充型和凝固已建立了系统的理论体系,但难以定量和形象地描述铸件成型过程,有效指导铸造工艺设计。传统的铸造工艺设计在很大的程度上依赖于经验,需要根据铸件中存在缺陷不断改进完善工艺,消除缺陷,这种依赖于经验的工艺设计,易造成人力、物力和时间的浪费,工艺设计效果欠佳。随着计算机技术的发展,计算机数字模拟技术可以预测铸件充型、凝固过程中产生的缺陷,有效地指导工艺设计,节省人力、物力和时间,确保铸件质量。 密接式车钩作为车辆连接的关键零件,它的质量的好坏,将直接影响列车的运行安全。目前四方机车车辆有限公司生产的密接式车钩存在着收缩孔洞缺陷、铸件出品率低的问题,因此有必要对其生产工艺进行计算机模拟和缺陷预测,改进生产工艺,提高铸件质量和出品率。 本课题基于北京交通大学与四方机车车辆有限公司的合作项目,开展密接式车钩铸件凝固过程数值模拟研究,解决车钩铸件中存在的收缩孔洞缺陷。本论文采用Pro/E软件作为三维制图工具,凝固模拟采用ProCAST软件,主要进行以下研究工作: (1)确定企业生产工艺条件下铸件/铸型间的界面换热系数。铸件/铸型间的界面换热系数对砂型铸造凝固模拟的精度有重要影响,界面换热是整个系统传热的关键。本文通过现场温度场测试,结合铸件充型凝固模拟计算结果,通过试验与计算相结合的方法,确定了密接式车钩砂型铸造条件下的界面换热系数。 (2)改进工艺设计。在确定界面换热系数基础上,修改并验证凝固模拟的建模,使理论计算与实际测试相符合,进而针对密接式车钩原有工艺条件下模拟结果中存在的收缩孔洞缺陷,对工艺设计进行改进。在改进工艺条件下的凝固模拟结果表明,铸件充型过程平稳,实现了顺序凝固,所形成的温度场具有好的凝固补缩通道,可以消除原工艺中存在收缩孔洞缺陷。 (3)提高铸件出品率。通过本课题研究,密接式车钩铸件出品率可以提高9%,降低了原料消耗,提高了工厂的经济效益。


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