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原文传递铁路货车转向架支撑座铸改锻工艺研究

论文题名：	铁路货车转向架支撑座铸改锻工艺研究
关键词：	支撑座;铸改锻;铁路货车;转向架
摘要：	支撑座是铁路货车转向架上的关键及重要部件，其产品质量和性能对铁路货车提速、重载有着重要影响。支撑座产品目前在世界上广泛采用铸造工艺成形。近年来，随着铁路运输对重载、高速要求的提高，对关键部件支撑座的性能要求也在提高，铸钢支撑座产品存在的固有缺陷(铸钢件本身的机械性能、疲劳韧性、抗冲击性能都不高，铸件产品无法避免地存在气孔、缩松、夹杂、裂纹等)对铁路高速安全运行已构成威胁。提高支撑座产品的综合机械性能是中国铁道部为解决铁路运输所面临的重大改革和结构性调整，实施重载、提速、安全的发展技术，提高运输效益和效率的需要解决的重大课题。为确保铁路货车提速后运行的安全性和可靠性，论文创造性地提出了对支撑座进行铸改锻的工艺方案，以提高其综合机械性能。由于原铸钢支撑座产品形状复杂，精铸的支撑座产品存在高筋、薄壁的结构，给支撑座铸改锻带来加大困难。为了缩短锻钢支撑座新产品的开发周期，降低新产品开发成本，论文采用数值仿真技术对支撑座进行产品结构改进和成形工艺优化。本文的主要研究内容和结构如下：在对结构有限元分析中的关键技术问题进行深入研究的基础上，利用通用有限元分析软件ANSYS，首次对铁路车用转8AG支撑座进行了结构力学分析，分别得出了铸钢(材料为ZG25Mn Ni)支撑座零件和锻钢(材料为Q235D)支撑座零件在工作负荷作用下的应力、应变分布，通过有限元软件ANSYS分析计算，优化了锻钢支撑座的结构及形状尺寸，对转8AG锻钢支撑座零件结构进行了改进，有效地提高该零件的安全系数，为工艺设计提供了技术依据，并以此指导其它同类锻钢支撑座零件的结构改进。在对转8AG支撑座锻造过程三维刚塑性/刚粘塑性有限元模拟分析中关键技术问题进行深入研究的基础上，利用塑性成形模拟软件DEFORM-3D，首次对转8AG支撑座锻造过程进行了模拟，分析了坯料在成形过程中的金属流动规律及力学量场分布情况，对数值模拟中的一些关键技术问题进行处理。通过对支撑座锻造成形过程的不同工艺方案进行数值模拟，优化了支撑座的锻造成形工艺方案。首次采用并实现了一模两件，左、右支撑座合二为一的锻造新工艺及新方法。以转8AG支撑座为研究对象，采用改进后的支撑座结构和优化的锻造工艺方案对锻钢支撑座进行了生产试制，试制结果表明：采用一模二件锻造工艺成形支撑座，工艺可行、支撑座锻造工艺方案与模具设计合理，支撑座产品性能稳定可靠，并推广应用到其它同类转K2、转8G等型号的锻钢支撑座的开发制造。本文综合应用了失效理论、锻造工艺理论、数值模拟技术等，其研究成果是高新技术提升传统锻造产业的一个成功范例。研究开发的锻钢支撑座，其工艺先进，方案新颖，已列为2003年重庆市科委技术创新项目。通过本论文的研究可以得到以下结论： ①首次采用ANSYS软件对支撑座进行结构有限元受力分析，优化了支撑座的结构及形状，实现了支撑座结构的铸改锻，提高了支撑座产品的机械性能及安全性； ②首次利用三维模拟仿真软件Deform对支撑座的锻造成形过程进行模拟分析，优化了支撑座的锻造成形工艺参数，首次采用并实现了一模两件，左、右支撑座合二为一的锻造成形新工艺及新方法。 ③对结构和工艺优化后的锻钢支撑座产品进行了生产试制，试制结果表明：采用一模二件锻造工艺成形支撑座，工艺可行、方案与模具设计合理，支撑座产品性能稳定可靠。 ④本论文的研究成果已经成功应用到支撑座产品的批量生产，为信息技术改造和提升传统质量提供了成功的范例，给企业带来了显著的经济效益和社会效益。经重庆市科委组织的鉴定委员会认为，本论文的研究方法先进，分析合理，利用数字化设计仿真技术解决了铁路货车转向架支撑座锻件产品设计开发，研究成果在国内处于领先水平。
作者：	王梦寒
专业：	材料加工工程
导师：	周杰
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文