高速铁路铝合金棘轮低压铸造工艺及性能研究

发布时间：2017-08-12 04:16

  本文关键词：高速铁路铝合金棘轮低压铸造工艺及性能研究

  更多相关文章： 棘轮 低压铸造 数值模拟 铸造缺陷 热处理

【摘要】：棘轮是高速铁路接触网上十分关键的构件,采用低压金属型铸造工艺进行生产可使产品的力学性能以及动态疲劳性能满足需要。但是由于棘轮外形结构壁厚不均,轮廓较为复杂,在实际生产过程出现缺陷问题较多,极大降低了产品质量以及铁路运输的安全性。本文以低压金属型铸造的ZL114A铝合金棘轮为研究对象,通过优化低压铸造工艺和热处理工艺,获得了高性能棘轮铸件。利用三维造型软件完成了对棘轮铸件的三维建模,运用数值模拟软件Pro CAST对低压金属型铸造充型过程和凝固过程进行模拟,预测了棘轮中可能出现的缩孔、缩松的具体位置,并分析了引发这些缺陷的原因。数值模拟结果显示:整个低压铸造过程未出现金属液紊流现象,说明充型过程平稳,有效避免了氧化夹杂缺陷。但是由于棘轮结构尺寸复杂、薄厚分布不均,凝固过程温度梯度分布紊乱,在棘轮的厚大部位形成了缩孔、缩松等缺陷,通过无损探伤检验和显微组织观察验证了模拟结果的准确性。选择对铸型中心分流锥进行水冷,上模中心高温区进行气冷,下模整体气冷,以平衡模具温度场,基本解决了低压金属型铸造工艺过程中产生的缩孔、缩松等缺陷问题。根据对低压铸造工艺充型及凝固过程数值模拟的结果,合理设计了模具冷却工艺,以及金属型分型和抽芯工艺,并对金属型的脱模力进行了校核计算,合理设计了脱模机构,最终完成了棘轮的铸造模具的制造。并使用设计的模具浇注获得外形尺寸合格的铸件。对铝合金棘轮热处理工艺进行了优化。最终确定热处理工艺:固溶温度为535±5℃,时间8h;淬火温度为60℃,时间2h;时效温度为160±5℃,时间3h。热处理后试样抗拉强度达到320MPa,延伸率为5.4%,能够满足目前国内ZL114A合金低压铸造棘轮力学性能标准。按照高速铁路标准,对热处理后的棘轮进行了疲劳实验。试制铸件在高精度动态疲劳试验时,在标准要求的2×104次以内,本体运转正常,无任何裂纹和变形,实验结果满足标准要求。
【关键词】：棘轮 低压铸造 数值模拟 铸造缺陷 热处理
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U225;TG292
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-24
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 低压铸造的国内外发展历史及研究现状10-16
• 1.3 铸造数值模拟的研究现状16-21
• 1.4 铝合金热处理强化及性能21-23
• 1.5 论文主要研究内容23-24
• 第2章 实验材料与研究方法24-32
• 2.1 棘轮所用铝合金24
• 2.2 实验方案24-28
• 2.2.1 熔炼与浇注工艺24-27
• 2.2.2 热处理工艺27-28
• 2.3 低压铸造充型与凝固阶段数学模型28-30
• 2.3.1 低压铸造充型阶段数学模型28-29
• 2.3.2 铸件凝固过程温度场数学模型29-30
• 2.4 分析测试方法30-32
• 2.4.1 拉伸性能测试30-31
• 2.4.2 硬度测试31
• 2.4.3 显微组织观察分析31-32
• 第3章 铝合金棘轮低压铸造工艺数值模拟及优化32-43
• 3.1 铸件低压铸造工艺参数设计32-35
• 3.1.1 浇注过程中升液阶段工艺参数的确定32-33
• 3.1.2 浇注过程中充型及保压阶段参数的确定33-35
• 3.1.3 浇注温度和铸型温度的确定35
• 3.2 棘轮低压金属型铸造工艺模拟参数设置35-38
• 3.3 棘轮低压金属型铸造工艺模拟结果及分析38-41
• 3.4 本章小结41-43
• 第4章 铝合金棘轮的铸造与热处理工艺43-60
• 4.1 引言43
• 4.2 棘轮低压铸造模具结构设计43-49
• 4.3 棘轮的低压浇注49-51
• 4.4 热处理及合金力学性能研究51-55
• 4.4.1 固溶时间对ZL114A力学性能的影响51-52
• 4.4.2 淬火处理对ZL114A力学性能的影响52-54
• 4.4.3 时效时间对ZL114A力学性能的影响54-55
• 4.5 热处理态显微组织分析55-56
• 4.6 铸造铝合金棘轮的疲劳性能56-58
• 4.7 本章小结58-60
• 结论60-61
• 参考文献61-67
• 致谢67-68
• 个人简历68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵志刚;施得运;;汽车铸件低压铸造的临界加压速度数值模拟研究[J];热加工工艺;2011年23期

2 何韶;;2.0L汽油发动机缸盖低压铸造的工艺研究[J];机电工程技术;2011年05期

3 孙起立;;特大型铝合金导体金属型低压铸造工艺的探讨[J];特种铸造及有色合金;2010年09期

4 刘道春;;铝合金轮毂奔向汽车的未来[J];有色金属加工;2010年02期

5 米国发;赵大为;董翠粉;;薄壁铝合金铸件低压铸造的数值模拟与工艺优化[J];热加工工艺;2008年23期

6 陈宗民;;汽车壳体低压铸造工艺与模具设计[J];热加工工艺;2008年01期

7 刘金祥;左正兴;廖日东;;气缸盖铸件凝固过程数值模拟及缩松缩孔预测[J];铸造技术;2007年02期

8 史自力;中国汽车铝轮毂行业发展前景分析[J];经济经纬;2004年03期

9 邬京利,季代杰,姜俊英;低压铸造工艺参数的选择[J];中国铸造装备与技术;2002年05期

10 吴战越,王赏,宋德宏,赵志良;浅析低压铸造的工艺特点[J];煤矿机械;2002年03期

，

本文编号：659711