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货车转向架摇枕铸造过程数值模拟研究
| 论文题名： | 货车转向架摇枕铸造过程数值模拟研究 |
| 关键词： | 货车转向架;摇枕;铸造模拟;结构优化;有限元分析;热裂预测 |
| 摘要： | 为适应国民经济的快速发展,满足货运市场的需求,铁道部提出铁路运输发展要重载化和快速化。摇枕和侧架是铁路货车转向架的关键部件,其产品的质量和可靠性直接关系到铁路运输的安全。随着运行速度的提高和载重的增加,对于摇枕和侧架的生产制造过程和产品质量提出了更高的要求,从而保证产品的应用可靠性。因此,要保证摇枕和侧架具有足够的强度和抗疲劳性能,就要求在铸造过程中防止铸造缺陷的产生。而传统的铸造工艺设计过程主要依赖于经验,不但费时费力,其工艺设计效果也欠佳。本论文以转K6型转向架摇枕为研究对象,采用铸造模拟软件ProCAST进行铸造过程数值模拟和分析,由此确定出最佳铸造工艺。 材料的热物性参数是研究铸件在铸造过程中的基本参数,为客观评价流动传热过程提供依据。本文在比较了B+级钢和C级钢的力学性能与化学成分组成的基础上,通过ProCAST自带的热力学数据库计算出了B+级钢的热物性参数,扩展了材料热物性参数数据库,确定了铸造模拟分析的基本流程,为摇枕铸造模拟分析做准备。 为实现铁路货车转向架摇枕结构最优的目的,在Pro／E三维建模基础上,本文采用铸造模拟软件ProCAST对该摇枕的铸造过程进行了数值模拟,数值模拟计算结果显示铸件的凝固顺序。通过温度场分析,找出铸造热节,对产品结构设计不合理的区域进行改进。运用大型通用有限元软件ANSYS对改进结构后的摇枕进行了静强度分析,确保满足铁道部相关标准的使用要求。 本文根据摇枕的结构特点,对其进行了初步工艺设计,然后使用ProCAST软件对其进行了充型凝固模拟,设计出合适的冒口与浇注系统,分析了不同浇注系统对铸件充型过程的影响,从而确定出最佳浇注工艺。在合理的浇注系统下,采用正交试验设计方法,设定不同的充型速度、浇注温度等工艺参数对铸造缺陷的影响,得出了最佳浇注温度和浇注速度。在合理的浇注温度和浇注速度范围内,通过凝固过程数值模拟,对缩孔缩松等铸造缺陷进行预测,得出浇注温度与浇注速度对缩孔缩松等缺陷影响不大,而合理布置冷铁和冒口能很大程度上改善缩孔缩松等铸造缺陷,从而满足相关标准的使用要求,得到高质量的铸件。 裂纹作为摇枕铸造缺陷之一,对摇枕的质量具有重要的影响。本文阐述了影响热裂形成因素,利用ProCAST的应力分析模块对摇枕凝固过程进行了热应力的模拟分析,从而预测了铸件热裂倾向,并提出了降低热裂的有效措施。 |
| 作者： | 刘运兵 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 卜继玲 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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