數(shù)值模擬的煤礦機(jī)械論文范文

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1柱帽的模擬結(jié)果與分析

圖2是凝固過程隨時(shí)間變化的結(jié)果，顏色條的深淺表示凝固的不同狀態(tài)，透明表示完全凝固，顏色越深，表示溫度越高（下同）。t=1400s時(shí)，柱帽下方的雙耳及上平面的“王”字加強(qiáng)肋已經(jīng)凝固，溫度最高的部位，出現(xiàn)在中間，見圖2（a）；當(dāng)t=1650s時(shí)，柱帽中心完全凝固，連通的液體變成4個(gè)獨(dú)立孤島，這些孤島在后續(xù)的凝固過程中得不到補(bǔ)縮，必然產(chǎn)生質(zhì)量缺陷，見圖2（b）。

2加上冒口的柱帽凝固過程數(shù)值模擬

由圖2的凝固模擬過程可知，需要把最后凝固的凹槽部分轉(zhuǎn)移到冒口中去。在鑄件的中心位置，設(shè)置一個(gè)240mm×120mm，×200mm橢圓形大口。由于柱帽上方的“王”字加強(qiáng)肋結(jié)構(gòu)，兩邊丁字形的加強(qiáng)肋部位也需要補(bǔ)縮，因此在兩邊丁字形的部位各設(shè)置2個(gè)120mm×80mm×160mm較小的橢圓形冒口。把加上冒口的柱帽繪制三維立體圖，轉(zhuǎn)換成*.stl格式，再次用V-Cast軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。圖3是帶冒口的柱帽凝固過程隨時(shí)間變化的模擬結(jié)果。t=1600s時(shí)，四周已經(jīng)凝固，整個(gè)柱帽中剩余未凝固液體呈現(xiàn)元寶形狀；t=3000s時(shí)，柱帽中心區(qū)域的金屬液體逐漸縮小，大冒口下面最后凝固的部位不是在冒口內(nèi)，而是在工件上，這樣會導(dǎo)致“王”字加強(qiáng)肋中心的十字部位存在縮孔縮松的質(zhì)量缺陷。說明要想獲得質(zhì)量合格的鑄件，必須加大冒口的向下補(bǔ)縮距離，提高熱節(jié)存在的部位。

3帶澆注系統(tǒng)的工件凝固過程數(shù)值模擬

根據(jù)圖3的結(jié)果，大冒口的下方存在質(zhì)量缺陷，應(yīng)延長其補(bǔ)縮距離。寬度120mm不變，長度由240mm增加到280mm，高度由200mm增加到280mm，同時(shí)增加20mm厚的保溫套。一箱兩件造型，半封閉澆注系統(tǒng)，2個(gè)內(nèi)澆道開在分型面上。直澆道高度400mm，直澆道窩60mm，直澆道直徑準(zhǔn)55mm；橫澆道長度330mm，下底寬32mm，高32mm，上底寬28mm；內(nèi)澆道長度160mm，下底寬44mm，高20mm，上底寬32mm。把加上澆鑄系統(tǒng)的模型轉(zhuǎn)換成*.stl格式導(dǎo)入V-cast軟件，模擬結(jié)果如圖4。加上保溫套之后，整個(gè)鑄件的凝固過程明顯延長；t=1500s時(shí)，澆注系統(tǒng)凝固，保溫冒口和十字加強(qiáng)肋結(jié)合的部位溫度最高，小冒口即將凝固；t=4500s時(shí)，保溫冒口內(nèi)存在著最后未凝固的液體，說明隨著凝固過程的進(jìn)行，冒口內(nèi)的液體對鑄件形成了有效補(bǔ)縮。圖5是利用虛擬X射線對柱帽的檢測結(jié)果，可看出，縮孔、縮松質(zhì)量缺陷均轉(zhuǎn)移到冒口中，從而證明了設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)合理性。

4實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)實(shí)際效果，采用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的鑄造工藝，在某鑄造公司進(jìn)行試制生產(chǎn)，澆注的柱帽經(jīng)過超聲檢測，質(zhì)量合格，安裝在液壓支架上，經(jīng)過井下試用，其技術(shù)指標(biāo)符合要求，沒有出現(xiàn)破裂等質(zhì)量問題。縮短了鑄造周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了能源消耗。

5結(jié)語

（1）利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬軟件對柱帽的凝固過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，設(shè)計(jì)了2個(gè)小冒口和1個(gè)大冒口；結(jié)果發(fā)現(xiàn)：小冒口能形成有效補(bǔ)縮，大冒口的補(bǔ)縮能力不夠；（2）增加保溫套，同時(shí)增加冒口高度和長度，采用一箱兩件造型，再次模擬發(fā)現(xiàn)，熱節(jié)部位上移，縮松縮孔完全轉(zhuǎn)移到了冒口中，經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，設(shè)計(jì)的鑄造工藝能滿足技術(shù)要求；（3）運(yùn)用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)，能預(yù)測鑄造過程的縮松和縮孔，提高澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率，縮短制造周期，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低人力物力的消耗，是一種極有發(fā)展前景的綠色鑄造技術(shù)。

作者：李鴻征趙鋒單位：焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院