數值模擬的煤礦機械論文范文

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1柱帽的模擬結果與分析

圖2是凝固過程隨時間變化的結果，顏色條的深淺表示凝固的不同狀態，透明表示完全凝固，顏色越深，表示溫度越高（下同）。t=1400s時，柱帽下方的雙耳及上平面的“王”字加強肋已經凝固，溫度最高的部位，出現在中間，見圖2（a）；當t=1650s時，柱帽中心完全凝固，連通的液體變成4個獨立孤島，這些孤島在后續的凝固過程中得不到補縮，必然產生質量缺陷，見圖2（b）。

2加上冒口的柱帽凝固過程數值模擬

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移到冒口中去。在鑄件的中心位置，設置一個240mm×120mm，×200mm橢圓形大口。由于柱帽上方的“王”字加強肋結構，兩邊丁字形的加強肋部位也需要補縮，因此在兩邊丁字形的部位各設置2個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，轉換成*.stl格式，再次用V-Cast軟件進行數值模擬。圖3是帶冒口的柱帽凝固過程隨時間變化的模擬結果。t=1600s時，四周已經凝固，整個柱帽中剩余未凝固液體呈現元寶形狀；t=3000s時，柱帽中心區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，而是在工件上，這樣會導致“王”字加強肋中心的十字部位存在縮孔縮松的質量缺陷。說明要想獲得質量合格的鑄件，必須加大冒口的向下補縮距離，提高熱節存在的部位。

3帶澆注系統的工件凝固過程數值模擬

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

4實際生產驗證

為了檢驗實際效果，采用計算機數值模擬的鑄造工藝，在某鑄造公司進行試制生產，澆注的柱帽經過超聲檢測，質量合格，安裝在液壓支架上，經過井下試用，其技術指標符合要求，沒有出現破裂等質量問題。縮短了鑄造周期，提高了產品質量，降低了能源消耗。

5結語

（1）利用計算機數值模擬軟件對柱帽的凝固過程進行了數值模擬，設計了2個小冒口和1個大冒口；結果發現：小冒口能形成有效補縮，大冒口的補縮能力不夠；（2）增加保溫套，同時增加冒口高度和長度，采用一箱兩件造型，再次模擬發現，熱節部位上移，縮松縮孔完全轉移到了冒口中，經生產驗證，設計的鑄造工藝能滿足技術要求；（3）運用計算機數值模擬技術，能預測鑄造過程的縮松和縮孔，提高澆注系統的設計效率，縮短制造周期，改善產品質量，降低人力物力的消耗，是一種極有發展前景的綠色鑄造技術。

作者：李鴻征趙鋒單位：焦作大學機電工程學院