铸钢车轮铸造工艺设计及模拟优化.doc

铸钢车轮铸造工艺设计及模拟优化



[摘要]运用传统的铸造工艺设计法,设计车轮的初始工艺,通过ViewCast 模拟软件对车轮初始铸造工艺的凝固过程进行数值模拟,分析了缺陷形成的原因。并通过ViewCast 软件调整冒口尺寸、增加冷铁,进行工艺优化,?τ糜呕?工艺进行的充型和凝固过程进行了模拟。结果表明,经过优化的工艺,冒口、冷铁、浇注系统的尺寸和位置是合理的,实现了铸件的顺序凝固,消除了缩孔、缩松缺陷。
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[关键词]铸钢车轮铸造工艺设计模拟优化
中图分类号:TM715 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)15-0162-02
引言
随着我国铁路现代化进程的加快,铁路货物运输的提速重载将是主要的发展方向。提高轴重是世界各国重载运输一致采用的一项重要举措,长期的运行考核证明这项措施既提高了运输收入,又降低了维修成本。作为车辆关键部件的车轮在列车运行中起着承载和制动的作用,直接关系到铁路运输的安全。因此,提速重载的不断实施对车轮产品的制造质量和使用性能的要求也会更高。

铸造工艺方案的确定
ZG310-570 材料化学成分(质量分数,% ),,,该材料体收缩较大。法兰部分厚 50mm,与下部筒体交接处形成热节,易形成缩孔、缩松。因此必须采用顺序凝固原则进行铸造生产,并结合适当的冒口来消除缩孔、缩松。造型材料为水玻璃砂,浇注温度 1520~1550℃。初始工艺方案模型如图 1 所示。
冒口的设计
冒口应设在铸件浇注位置时的最高部位,为确保铸件凝固时有足够的金属液对其补缩,需在铸件的上部设置冒口。根据模数法计算出铸件模数:M件=V/A,铸件体积V=×10 6 mm 3,传热表面积A=×10 5 mm 3,M件=。冒口模数M冒= 件,M冒=×= cm。根据铸件结构和热节位置决定采用2个冒口对铸件进行补缩。在法兰上端设置2柱形冒口,查得冒口尺寸为准130mm×130 mm,冒口充满钢液质量13kg。冒口结构模型见图 1 。

优化工艺简介
根据模拟结果可知, 初始工艺中铸件实现了自下而上的顺序凝固,两柱形冒口也起到了补缩作用。只是由于冒口的补缩能力不足, 导致铸件中部产生微量孤立液相区。在最后凝固阶段,冒口根部和铸件同时凝固,铸件不能得到很好的补缩,形成缩孔、缩松缺陷。该车轮铸造工艺改进的要点是使凝固过程中铸件内出现的孤立液相区延伸到冒口中,
通过增大冒口模数、添加冷铁,使工艺系统能按照顺序凝固方式,将缺陷留在冒口内。为保证获得致密铸件, 对初始工艺进行如下改进: ①将冒口尺寸改为准140mm×150mm ; ②在两冒口对称的铸件中部增设两块适当尺寸的冷铁。优化工艺模型如图 2所示。
优化工艺的充型过程及分析
充型过程对铸件的最终质量具有重要影响,浇不足、冷隔、气孔、夹砂等缺陷都与铸造的充型过程密切相关