铁路铸钢件湿型粘土砂铸造工艺优化及缺陷防治

  湿型粘土砂铸钢工艺具有生产效率高、成本低、可连续生产、易实现机械化自动化等优点；但湿型粘土砂铸钢工艺生产，存在型砂的原材料要求较高，型砂性能受环境影响大，难于精确控制，铸钢件易产生气孔、夹砂、裂纹铸造缺陷等技术难题。因此，为了保证生产出合格铸件，需对生产过程中的每个环节进行细致的分析、严格的控制。即：在保证原材料质量基础上，综合考虑环境因素，研制合理的型砂配方与混制工艺；采用先进的铸造模拟软件对工艺方案进行模拟优化，最大限度地降低缺陷产生倾向；对生产中产生的各类铸造缺陷进行宏观和微观分析，提出有效的解决方案。本文研究以湿型粘土砂工艺低成本生产高质量铸钢件为目标，具有较大的理论与实际意义。本文基于系统的型砂试验研究，提出了满足铸钢件生产要求的面砂、背砂的型砂配方。优化的面砂配方为“100%晋江砂+（8.0-8.5%）膨润土+（0.3-0.5%）淀粉类添加剂+（3.0-3.6%）水”，能够达到的型砂性能为紧实率51-54%、透气性440-450、湿压强度85-95kPa、热湿拉强度4.1-4.5kPa、破碎指数70-72%、表面稳定性97-97.5%。优化的背砂配方为“100%回用旧砂+（0.2-0.3%）膨润土+（0.1-0.3%）添加剂+（3.3-3.6%）水”，能够达到的型砂性能为紧实率55-60%、透气性200-210、湿压强度90-95kPa、热湿拉强度3.8-4.5kPa、破碎指数72-75%、表面稳定性97.5-98%。面砂、背砂的砂型配方均通过工厂批量生产验证。利用合作工厂购买的Procast铸造模拟软件，对典型的17型车钩钩体、16型车钩钩舌等铁路铸钢件原工艺方案进行了模拟分析，预测到了产生冲蚀、夹渣、粘砂、气孔、缩松缩孔、热裂纹等铸造缺陷部位，通过优化提出了改进工艺方案。改进工艺的模拟结果显示，各类缺陷出现概率大大降低，工艺设计更加合理，改进工艺方案已作为产品试制与生产的工艺方案。产品试制生产过程中，试制产品的主要铸造缺陷是裂纹。本文详细分析了缺陷的类别及特征，缺陷产生的原因，并从多个角度提出了铸造缺陷解决方案。由本文提出的最终铸造工艺方案生产的车钩钩体、钩舌铸件通过了各级鉴定，质量检测项目均满足标准要求，工厂具备17型车钩钩体、16型车钩钩舌批量生产能力。批量生产的钩体、钩舌产品无明显表面缺陷，存在的部分裂纹缺陷在可加工处理控制的范围内，批量生产运行有效。本论文较好地完成了研究目标及任务。

 

【学位授予单位】：华中科技大学湖北省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【学位级别】：硕士

【学位授予年份】：2011

【页数】：98

文章目录

摘要

Abstract

1 绪论

    1.1 课题背景和意义

    1.2 湿型粘土砂原材料及型砂性能基本理论

    1.3 铸造工艺模拟仿真技术介绍

    1.4 铁路铸钢件湿型粘土砂工艺研究现状

    1.5 本论文研究内容

2 湿型粘土砂配方试验与分析

    2.1 湿型粘土砂配方研制实验方案设计

    2.2 湿型粘土砂配方研制实验结果分析及讨论

    2.3 湿型粘土砂配方研制实验结论及生产验证

    2.4 本章小结

3 铁路铸钢件工艺模拟与优化

    3.1 铁路铸钢件工艺模拟背景

    3.2 车钩钩体工艺模拟与优化

    3.3 车钩钩舌工艺模拟与优化

    3.4 本章小结

4 铁路铸钢件工艺生产及缺陷防治

    4.1 铁路铸钢件产品试制工艺概述

    4.2 铁路铸钢件批量生产工艺方案的确定

    4.3 铁路铸钢件生产产品质量检测

    4.4 湿型粘土砂铸钢件常见缺陷及防治

    4.5 铁路铸钢件产品试制关键缺陷分析与优化

    4.6 铁路铸钢件批量生产工艺验证

    4.7 本章小结

5 主要结论与发展方向

    5.1 主要结论

    5.2 发展方向

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间已发表的论文

 

参考文献

 

期刊论文

 

[1]粘土湿砂型铸钢件铸造缺陷产生原因与控制[J]. 杜方孟,倪世锋,刘文松,郭春杰,彭发云.  铸造技术. 2010(12)

[2]大型铸钢件铸造过程的Procast应力场模拟研究[J]. 胡黎辉.  安徽冶金科技职业学院学报. 2010(S1)

[3]铸钢件生产中推广酯固化水玻璃自硬砂的可行性[J]. 金广明,魏甲,张俊法,刘洪涛.  铸造. 2009(09)

[4]黄壤土天然粘土砂湿型铸造工艺的应用研究[J]. 宗倩,朱世根,骆岚,杨振刚,袁怀鹏,朱君生,金啸海.  铸造. 2009(07)

[5]铁路车辆铸钢件酯硬化水玻璃砂工艺设计[J]. 白文弟.  中国铸造装备与技术. 2007(05)

[6]大型轧钢机机架凝固过程温度场应力场模拟分析[J]. 刘小刚,康进武,黄天佑,边敦亭,张良红.  铸造. 2006(09)

[7]ProCAST软件的特点及其在铸件成形过程中的应用[J]. 胡红军.  热加工工艺. 2005(01)

[8]不同膨润土加入量对型砂性能的影响[J]. 林祥华.  内燃机配件. 2004(05)

[9]保证型砂质量进行正交试验分析[J]. 邹燕.  装备制造技术. 2004(02)

[10]湿型砂品质的控制要点[J]. 金仲信.  机械工人(热加工). 2004(04)

 

硕士论文

 

[1]基于数值模拟密接式车钩工艺改进[D]. 郭光辉.北京交通大学 2007

[2]呋喃树脂砂生产薄壁箱体铸钢件的实践与研究[D]. 刘胜田.哈尔滨理工大学 2005