基于数值模拟技术的铝合金承载鞍铸造工艺研究.pdf

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1、ProductionTechniques生产技术基于数值模拟技术的铝合金承载鞍铸造工艺研究魏星，刘峻岭，蔺国隆(中车齐齐哈尔车辆有限公司，黑龙江齐齐哈尔161002)摘要：通过砂型重力铸造方法生产铝合金承载鞍，计算分析浇注系统和冒口尺寸，利用ProCAST软件进行数值模拟分析，通过研究铸件充型和凝固过程，分析工艺方案的可行性、合理性，成功预测铸造过程产生缩松、缩孔的位置，在铸件试制之前完成工艺方案优化，缩短试制周期、降低试制成本。关键词：数值模拟；铝合金；承载鞍；铸造中图分类号：TG244；文献标识码：A；文章编号：1006—9658(2017)02—0043—04DOI：10．39

2、69／j．issn．1006—9658．2017．02．014随着我国铁路货车重载、快捷技术的不断发展，减轻车体质量，尤其是减轻转向架质量，对保证整车高速、安全、平稳运行具有重要的价值和意义，承载鞍作为铁路货车转向架关键部件，其材质实现铝合金化对转向架轻量化研究具有重要意义。本文针对铁路货车铝合金承载鞍结构特点和技术要求，对其砂型铸造工艺方案进行了探索和研究，并采用ProCAST软件对铸件充型、凝固过程进行了模拟仿真分析，确定了最佳工艺方案。l承载鞍结构特点铁路货车承载鞍位于转向架侧架和车轴之间，同时受到压应力、拉应力和滚动摩擦力，受力情况比较复杂，品质要求较高，其结构如图1所示，两

3、侧设有对称的止挡，顶部为加工平面，底部为轴承环带。该产品的轮廓尺寸约为350mmx270mmx180mm，材质为铸钢时，净质量约30k，平均壁厚约为20mm，是典型的薄壁产品。通过该产品结构图可以看出其壁厚过渡不均，在顶部环带处存在壁厚增大部位，产品凝固过程不易控制，易产生铸造缺陷；由于环带部位与车轴轴承配合使用，因此该部位不允许焊修，一旦出现铸造缺陷必须进行报废处理，因此品质要求非常高，需采取工艺措施确保环带部位制造品质。收稿日期：2016—12—28稿件编号：1612—1627作者简介：魏星(1984一)，男，1：程师．主要从事铸造生产。T：艺技术工作．中国铸造装备与技术2／20

4、17oFMT43毋◇罔1承载鞍结构图2承载鞍铸造工艺分析砂型铸造适用于各种大小、形状、批量及不同合金铸件的生产，生产方式较灵活，是铝合金铸件生产中的常用方式，因此选用传统砂型重力铸造方法制造铝合金承载鞍。铝合金承载鞍材质为ZL205A，该材质为我国自行研制的一种铝铜系高强度铸造铝合金，是目前强度最高的铸造铝合金材料⋯，具体成分见表1，实际生产过程中ZL205A合金的浇注温度一般为730cC。表1ZL205A合金的化学成分w％CuCdMnTiZrVFPBSiZnMgAl5．240．210．430．180．120．0860．IlO．020．0370．OoolO．O007剩余承载鞍整体为u

5、型结构，一旦浇注系统设计不合理，将造成比较严重的紊流，产生气孑L、冷隔等铸造缺陷，为实现承载鞍的快速平稳充型，选择u型开口部位作为底部，设计底注式浇注系统。浇注系统采用开放式，通过浇注系统将铝液从u型开口的两端同时引入，最终在承载鞍顶端交汇。冒口的主要作用是充分补缩，防止铸件产生缩孔、缩松等缺陷，并兼有排气和集渣的作用，综合生产技术ProductionTechniques分析承载鞍的结构特点，其热节主要集中在顶部平面与环带的结合处，按照底注式浇注系统的充型顺序，该部位同样为铝液充型后交汇的部位，属于最后凝同的区域，因此在承载鞍顶部设置冒El。根据铸件质量和产品结构，可计算出直浇道高度

6、、浇注m／1'日3、各组元截面尺寸以及冒171尺寸等重要参数。(1)直浇道高度直浇道过低会使液态补缩压力不足，易m现铸件棱角和轮廓不清晰、浇不足、上表面凹陷等缺陷，一般直浇道高度等于上砂箱高度，可用经验公式检验该高度是否足够口】。Ⅳ≥上tgOr．=280×t943。=261．1(mm)式中，月为最小剩余压力头；L为直浇道中心到铸件最高且最远点的距离；d是压力角，为铸件最高最远端距直浇道中心最高处的连线与水平面的夹角。实际使用砂箱高度为400mm，直浇道高度与砂箱高度相等，能够满足压力头高度需求。(2)浇注时间t=-S划占28(s)式中，s为经验系数，取S=3；G为铝液总质量，约为铸件

7、质量的1．8倍，取20kg。经计算得出浇注时间约为8S。(3)阻流截面积铝合金承载鞍采用开放式浇注系统，阻流截面积公式为：A阻=G／(p肛∥29rip)式中，4刚为直浇道阻流截面积，cm2；G为铝液总质量，约为铸件质量的1．8倍，取20kg；P为金属液密度，0．0027kg／cm3；弘为流量损耗系数，根据经验，取肛=0．3；，为浇注时间，，≈8S；脚为平均压头，崩p=40cm；g为重力加速度，数值为981cm／s2。经计算，阻流截面积，灯约为11cm2，直