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机车摇枕铸件工艺的数值模拟

许鹏飞  
【摘要】: 摇枕作为火车中的重要零部件,重载和高速对摇枕的质量提出了较高的要求。从报道和生产情况看来,摇枕所存在的问题是存在缩孔、裂纹等铸造缺陷。缺陷位置分散且不好掌握,针对以上问题,决定对摇枕的工艺设计过程采用数值模拟技术。本文已摇枕为研究对象,采用PROCAST软件进行工艺的模拟分析,并确定铸造工艺。 本文在简要阐述铸造数值模拟技术基本原理基础上,介绍了PROCAST软件所采用的有限元方法建立的温度场、流场以及应力场的数学、物理模型和进行有限元离散求解,以及铸造缺陷的判定。 对PROCAST的使用者来说,复杂零件的网格划分是比较困难的事情,本文研究了CAD软件和前处理软件与PROCAST之间的接口问题。对比发现,用pro/e生成的面网格与PROCAST有较好的兼容性,对于复杂零件能较好的解决铸型与铸件、冷铁与铸件的网格一致性的问题。 热物性参数对模拟的准确性起到相当重要的作用,本文通过PROCAST软件自带的计算系统,通过必要的修正计算出B级钢的热物性参数,并通过查找数据得到B级钢的高温性能,同时与实验得出的C级钢数据比较,验证数据的可靠性。 本文利用PROCAST的基本模块,对摇枕流动场和温度场进行了模拟,讨论了速度、温度对摇枕缺陷的影响,阐明冷铁及冒口的布置对缺陷的影响最大,通过多次模拟确定比较合理的冷铁及冒口的分布。用Anycasting软件对结果进行了对比,发现两种软件得到的结果有较好的一致性。 裂纹作为摇枕缺陷之一,对摇枕的质量有重要影响,本文阐述了热裂产生的原因,并利用PROCAST的应力模块对摇枕进行了热裂倾向、热应力大小及分布进行了模拟,通过设置合理的冷铁,有效的降低了热应力。 通过数值模拟,确定了比较合理的铸造工艺,对这种复杂的零件的生产提供了指导意义,同时也缩短了工艺准备的周期,降低了试制成本,是得到合格铸件的有力保证。


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