大型工程车桥壳铸造性能仿真分析和实验研究

发布时间：2017-10-25 12:23

  本文关键词：大型工程车桥壳铸造性能仿真分析和实验研究

  更多相关文章： 桥壳 浇注系统 热裂纹 工艺优化 数值模拟

【摘要】：该型桥壳是国内很少涉及的大型铸钢件桥壳,用于支承载重卡车的主减速器、半轴和差速器等基础件,因其质量对工程车的安全运行具有重要的影响,所以对产品的工艺设计和制造要求特别高。桥壳从试制到现在,已经暴露出了许多问题,例如桥壳的缩松、缩孔以及热裂纹等铸造缺陷。其中,桥壳腹部的缩松、缩孔缺陷尤为严重,缺陷发生率达到80%以上,而桥壳热裂纹缺陷的发生率更是达到了100%。这不但影响了桥壳的质量,而且延长了生产周期,增加了制造成本。本文首先应用铸造分析软件MAGMA,对桥壳原有浇注工艺进行了数值模拟,通过分析桥壳在充型和凝固过程中的温度场、流场及缩松、缩孔分布情况,提出了浇注工艺的优化方案,即用底注式浇注工艺替换原有的中注式浇注工艺,有助于合金液在充型过程中的均匀平稳,减少合金液的氧化和飞溅,实现桥壳腹部的同时凝固,从而达到降低该部位缩松、缩孔缺陷发生率的目的。此外,基于桥壳的充型和凝固过程,通过耦合桥壳的应力、应变和温度场,获得了桥壳在准固相区的热裂倾向分布图,分析可能发生热裂纹的部位,并根据热裂纹产生的不同原因,对原有的铸造工艺进行优化分析。通过增加防裂筋和冷铁,强化桥壳热裂纹发生部位的表面强度,加快铸件凝固速度,提高组织致密度,从而达到降低该部位热裂纹发生率的目的。应用优化后的铸造工艺进行桥壳的实验验证,其结果表明:在同等条件下,使用底注式浇注系统能有效的控制桥壳腹部的缩松、缩孔缺陷,缺陷发生率由原来的80%降至15%左右,桥壳的质量得到了显著的提高;而在增加防裂筋和冷铁后,桥壳碗口处、颈处、底部平台处和两端法兰盘处的热裂纹情况都得到了不同程度的改善,缺陷总体发生率由原来的几乎100%降为现在的20%左右,且热裂纹的尺寸缩小了,便于后期的焊补。桥壳的废品率实现了较好的控制,产品生产效率也得到了提高。
【关键词】：桥壳 浇注系统 热裂纹 工艺优化 数值模拟
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U466;TG24
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 课题研究背景及意义12
• 1.2 铸造数值模拟技术的发展情况12-16
• 1.2.1 铸造数值模拟的研究内容12-13
• 1.2.2 铸造数值模拟技术的国内外研究现状13-15
• 1.2.3 铸造数值模拟技术的发展前景15-16
• 1.3 论文主要研究内容与章节安排16-18
• 1.3.1 主要研究内容17
• 1.3.2 章节安排17-18
• 1.4 本章小结18-19
• 第2章 铸造过程数值模拟的理论基础19-32
• 2.1 铸造过程数值模拟常用的数值算法19-20
• 2.1.1 数值计算方法19
• 2.1.2 数值模拟方法19-20
• 2.2 充型过程数值模拟基础理论20-22
• 2.2.1 充型过程数值模拟的方法20-21
• 2.2.2 充型过程的数学模型21-22
• 2.3 凝固过程温度场数值模拟基础理论22-27
• 2.3.1 凝固过程传热学基础22-24
• 2.3.2 凝固过程结晶潜热的处理24-25
• 2.3.3 缩松、缩孔产生的机理与预测判据25-27
• 2.4 凝固过程热应力场数值模拟基础理论27-28
• 2.4.1 凝固过程的流变模型27
• 2.4.2 凝固过程热应力场的特点27-28
• 2.5 铸钢件凝固过程热裂纹的预测28-31
• 2.5.1 热裂纹产生的机理28-29
• 2.5.2 热裂纹的预测判据29-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第3章 中注式内浇道工艺下的数值分析与结果对比32-45
• 3.1 该型桥壳的概述32-33
• 3.2 桥壳初始铸造工艺及缺陷分析33-36
• 3.2.1 初始铸造工艺33-34
• 3.2.2 铸造缺陷分析34-36
• 3.3 中注式内浇道工艺的数值模拟36-44
• 3.3.1 浇注工艺三维建模36
• 3.3.2 数值计算参数的确定36-38
• 3.3.3 流场的模拟结果与分析38-40
• 3.3.4 温度场的模拟结果与分析40-41
• 3.3.5 缩松、缩孔缺陷预测与结果对比41-42
• 3.3.6 热应力的缺陷预测与结果对比42-44
• 3.4 本章小节44-45
• 第4章 底注式内浇道工艺下的数值分析45-54
• 4.1 桥壳浇注系统的优化45-47
• 4.1.1 铸造工艺设计方法45-46
• 4.1.2 内浇道的设置原则46
• 4.1.3 底注式内浇道的优化设计46-47
• 4.2 底注式内浇道工艺的数值模拟47-52
• 4.2.1 流场的模拟结果与分析47-49
• 4.2.2 温度场的模拟结果与分析49-50
• 4.2.3 缩松、缩孔的模拟结果与分析50-51
• 4.2.4 热应力的模拟结果与分析51-52
• 4.3 底注式内浇道工艺的生产验证52-53
• 4.4 本章小节53-54
• 第5章 底注式内浇道工艺下的热裂纹控制54-68
• 5.1 桥壳热裂纹的预防和控制措施54-57
• 5.1.1 铸钢件热裂纹常见的预防和控制措施54-55
• 5.1.2 防裂筋和冷铁的设置原则55-56
• 5.1.3 浇注温度和浇注速度的设置原则56-57
• 5.2 桥壳浇注温度和浇注速度的优化57-59
• 5.2.1 浇注温度对热应力的影响57-58
• 5.2.2 浇注速度对热应力的影响58-59
• 5.3 桥壳防裂筋和冷铁的工艺优化59-64
• 5.3.1 桥壳防裂筋和冷铁的布置60-61
• 5.3.2 桥壳工艺优化后的数值模拟及结果分析61-64
• 5.4 桥壳工艺优化后的生产验证64-65
• 5.5 本章小节65-68
• 总结与展望68-70
• 参考文献70-73
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文及参与的科研项目73-74
• 致谢74

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本文编号：1093717