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铝合金两体机座外套和导体铸造工艺数值模拟

刘龙明  
【摘要】:两体机座铝外套是新型电力机车的零件之一,而铝合金导体是高压配电设备上重要部件之一。由于结构上的原因,两体机座铝外套和铝合金导体都比较容易在关键部位产生缩孔、缩松等缺陷。为确保两体机座铝外套的强度以及铝合金导体的导电性能,得到无缺陷的质量合格的铸件,并提高生产效率,有必要对其铸造工艺进行数值模拟,以便进行铸造工艺优化。 文中以两体机座铝外套和铝合金导体为研究对象,回顾了数值模拟的基本理论和铸造模拟软件ProCAST。结合铸造工艺的相关知识,对两体机座铝外套设计了两套方案,分别为敞口朝上浇注法和敞口朝下浇注法;对铝合金导体设置了七套方案(三种思路),包括安置暗冒口、追加外冷铁和改结构。 两体机座铝外套模拟结果表明:敞口朝上浇注法下,当在其下边缘处设置适当大小的暗冒口时,铸件内的缩松就会消失,得到的工艺出品率为45%。而在敞口朝下浇注法下,通过在中间厚处设置冷铁以及合适的暗冒口和保温冒口,可以有效的解决补缩问题,得到的工艺出品率为39.9%。通过后续的优化方案,进一步的优化了敞口朝下浇注法,发现当保温冒口设置为80mm,浇冒口设置为90mm时,铸件可以最合理有效补缩,工艺出品率到达48.6%。 铝合金导体模拟结果表明:砂型铸造下放置外冷铁或设置暗冒口的思路是可行的;在改结构思路下,砂型和金属型都获得了不错的效果,工艺出品率也得到了很好的保证,都在74%以上。通过对比各方案的特点,选择在砂型和金属型下改结构的思路进行优化,得出的最佳优化方案为金属型改结构的方案,选取的最佳冷却通道的直管和弯管的伸出长度分别为45mm和55mm。 通过Pro/E和ProCAST的使用,总结出了使用Pro/E画面网格,然后在ProCAST中进行体网格划分的改进方法,使得铸造模拟过程更加的顺利进行。通过本次模拟,两体机座铝外套在两套方案下都得到了不错的效果,在实际生产中也得到了充分验证;铝合金导体的七套方案成功做出了四套,特别是改结构方案的成功,将更有利于实际的生产。


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