大型复杂重载车钩熔模铸造浇注系统优化

为解决机车车钩铸件在熔模铸造实际生产中裂纹、缩孔多发且成品率不高的难题,设计2种浇注系统方案A与B,利用ProCAST软件对2种浇注方案的充型-凝固过程的温度场、流场和缩孔缺陷等进行数值模拟,分析铸件凝固过程中的裂纹和缩孔位置及原因,确定了浇注系统方案B的可行性。经过对仿真结果的对比分析,在采用对称立式侧浇系统,浇注温度为1 580℃,充型时间30 s的条件下,铸件整体充型过程平稳,铸件裂纹、缩孔缺陷倾向小,最高充型速度相比于方案A减少0.23 m/s。对采用方案B的浇注系统试制的熔模铸件进行检测,发现易出现在方案A中钩头与钩舌连接重要部位的缩孔及裂纹消失,仅有细小缩孔出现在次要位置,对关键部位进行荧光磁粉检测未发现近表裂纹,X光探伤未发现裂纹和孔洞,与模拟结果一致;对铸件厚大部位取样进行金相组织和扫描电镜(SEM)观察,发现其组织均匀、晶粒细小,达到标准1~3级;在铸件大平面区切割取样进行力学性能测试,铸态下抗拉强度最高可达675 MPa,平均伸长率为2.14%。研究通过数值模拟分析优化了机车车钩浇注系统,试制和检测结果表明,裂纹和缩孔缺陷得到有效控制,成品率高,铸件质量满足使用要求。

熔模铸造机车车钩工作应力与疲劳寿命仿真

为快速评估熔模铸造机车车钩性能,先对车钩材料取样测试获取材料性能参数;然后在ANSYS Workbench中分别对车钩3种典型受力和2种载荷谱下的静力及疲劳进行有限元分析。结果表明,机车启、停时车钩内最大应力分别为482.7 MPa和603.4 MPa,满足使用要求;采用重庆地铁3号线和大秦线载荷谱模拟,绘制出了重庆地铁3号线车钩的脉冲循环应力-疲劳寿命曲线,分析结果可以满足寿命要求。文章基于车钩材料性能测试和仿真分析,为熔模铸造车钩应力分布状态和疲劳寿命快速评估提供了便捷有效的方法。