异型衬板液态模锻工艺及模具设计

• 作 者: 刘毓
• 机 构: 北京交通大学
• 出 处: 北京交通大学
• 发表日期: 2010年01期
• 关键词: 异型衬板 高锰钢 间接液锻 模具 数值模拟 优化 正交实验 残余应力

目前破碎机用异型衬板的铸造工艺仍然为砂型铸造。传统的砂型铸造工艺生产的异型衬板在使用中暴露出一系列问题,如使用寿命短,缩孔缩松等。本文提出采用液态模锻工艺进行高锰钢异型衬板的生产,从成形工艺的选择,模具设计及液锻过程的数值模拟等方面对该工件液态模锻工艺及其模具设计进行了系统的理论和虚拟实验研究。确定了间接液锻工艺方案。设计了异型衬板一模一件成形的工艺实验模具和批量生产模具。并设计了针对该件二次抽芯的专用卡具和可替换式冲头。由于本工件的特殊性和设备的吨位要求高,确定了以数值模拟为主要研究方法。为实现对液态模锻生产过程的精确控制,运用有限元模拟软件对高锰钢异型衬板进行了充型和凝固过程的数值模拟,对充型和凝固过程进行了可视化研究。预测和分析了在充型和凝固过程中出现的气孔和缩孔缩松缺陷。在上述研究基础上,对异型衬板的液态模锻工艺进行了优化,得到的最优的工艺方案为：浇注温度1430℃,冲头速度38.74mm／s,模具预热温度500℃,比压200MPa,保压时间60s。改进了模具结构,彻底解决了金属液的旋涡状流动。结果表明,充型和凝固过程合理,铸件结构完整,效果良好,冷却至室温的残余应力-最大为11.06MPa,远低于高锰钢的屈服极限350MPa,因此不会产生热裂。最后,通过一组L9(34)正交实验,建立了充型时间和凝固时间及气孔率与工艺参数的关系,可以起到指导生产的作用。