采煤机齿轨铸件铸造过程模拟及工艺创新设计

王成军^1,2，余汉伟^1,2，张子鹏^1,2

1. 深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室2. 安徽理工大学机械工程学院

摘 要：针对采煤机齿轨在作业中常出现断裂、销孔破坏等失效现象,为提高采煤机齿轨铸件的力学性能,保证采煤工作顺利进行,需要对齿轨铸件的铸造成型过程进行深入分析,寻求最优的铸造工艺方案。以五节距齿轨为研究对象,运用ProCAST软件对齿轨铸件的铸造过程进行数值模拟,通过对齿轨铸件凝固过程和孤立液相区的模拟结果进行分析,预测出齿轨铸件凝固后产生缩松缩孔缺陷的位置。运用TRIZ理论对齿轨铸件产生缺陷的原因进行因果分析,并采用物-场模型创新解决工具提出齿轨铸件工艺优化方案-倾斜浇注工艺方案:倾斜模样造型,浇注时砂箱与直浇道不倾斜;或浇注时将型腔与砂箱、直浇道保持同步倾斜。运用ProCAST软件对2种工艺方案进行模拟仿真,结果表明:齿轨铸件内部缩松缩孔缺陷均得到较大改善,但方案一不利于开模造型,且增加了砂箱的高度;方案二增加了浇注液对直浇道的冲刷,易引起夹砂。结合2种工艺方案的优点,得到最终的优化方案:将模样水平放置造型,浇注时再将型腔与砂箱同步倾斜,保持直浇道竖直状态。运用ProCAST软件对优化后的倾斜浇注工艺方案进行模拟仿真,结果表明:该方案可使齿轨铸件在凝固过程中保持递增的温度梯度,有效促进齿轨铸件实现顺序凝固,提高了组织致密性,明显改善了缩松缩孔缺陷,缩松缩孔体积由2.2%降低为0.052%。

关键词：采煤机齿轨铸件;TRIZ;倾斜浇注;工艺优化;铸造缺陷;