浅谈履带板链节的铸造工艺设计及模拟优化设计

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　　【摘 要】履带板链节作为工程机械中重要的采掘机械完成采掘工作的重要设备和重要组成部分，特别适合应用在露天矿、大型土方工程中的采、运、排连续开采工艺。随着我国经济的快速发展，我国的工程机械发展与国外相比，虽然能够满足国内市场和国际市场的巨大需求，但是仍然还有较大的上升空间和上升幅度，仍然存在很多不足之处。大型化是市场的发展趋势，因此对于大型工程机械的研究显得尤为重要。研究主要就履带板链节的铸造工艺设计及模拟优化设计进行了重点分析和探讨，旨在提高、优化我国履带板链节的铸造工艺设计技术要求。
　　【关键词】履带板链节；铸造工艺；热处理；工艺设计
　　随着我国经济的快速发展，现阶段，我国工程机械行业也在不断的发展着，不断推动着国民经济的发展，工程机械行业在我国起步比较晚，目前已经可以满足国内市场和国际市场的巨大需求，但是与其他国家相比较而言，在经济全球化发展的今天，我国的工程机械发展与国外相比，仍然还有较大的上升空间和上升幅度，仍然存在很多不足之处。为工程机械行走系统的履带板，在工程机械行业的挖掘机推土机、压路机等产品中有着广泛的应用履带板是组成履带行走装置的关键部件，由于履带板应用数量较多，占整个履带行走装置的比重较大，履带重量过重会影响发动机功率，增加燃料消耗，缩短使用寿命。因此，履带板的优化对提高整机的综合性能、节约能源有重要意义，对于履带板的技术要求也越来越高，本研究主要就履带板链节的铸造工艺设计及模拟优化设计进行了重点分析和探讨，旨在提高、优化我国履带板链节的铸造工艺设计技术。
　　1 履带板链节铸造工艺设计
　　1.1 履带板链节铸造工艺
　　履带由若干块履带板通过履带销连接而成。由于其对地面条件要求较低，在矿山、深海、沼泽等多种环境中得到广泛应用。相关配件、备件的需求也越来越多，作为工程机械行走系统的履带板，设计开始趋于轻量化、节约化，大部分推土机履带板改进为铸造和焊接的组合件，不仅大大减低了重量，而且也降低了生产成本，但是对中间部分履带板链节提出了更高的要求。一般情况下，采用传统铸造工艺进行履带板链节的生产：从双耳分型面处浇注。履带板链节铸造工艺主要分为以下几个方面：首先，履带板链节的整个链条由多个首尾联接的链节组装而成，由两个链节组装为单耳和双耳间隙配合；其次，履带板链节的铸件拐角部位，容易出现粘砂、砂眼、裂纹等缺陷，该处不仅要避免出现上述缺陷而且要求通过MT2级；再次，履带板链节的铸件表淬部位为圆弧，表淬深度为10 mm，表面硬度为 40HRC；最后，确保在合适的铸造工艺和设计适宜的表面热处理工艺，确保铸件质量和 U型槽表淬效果，有较高的探伤验收要求。
　　1.2 设计参数的选择
　　履带板链节的设计参数主要分为三个。首先，铸件拔模斜度的选取。为避免造型后起模样时损坏砂型表面，对于于铸件毛坯的使用与其尺寸的控制相对较严格的，为了保证铸件精度和表面质量，防止铸件表面和拐角处发生粘砂，通常结合实际生产情况、采用树脂砂造型，在铸件表面和拐角处敷铬铁矿砂，并刷涂锆英粉醇基涂料。其次，浇注温度的选择，适宜的浇注温度是在保证金属液充满铸型型腔的前提下采用稍低的温度为宜。如果在履带板链节生产过程中浇注过程中温度过高，则履带板链节凝固的收缩性就特别大，容易导致铸件易产生缩孔和缩松、晶粒粗大及其粘砂等缺陷；而若果在履带板链节生产过程中浇注过程中温度过低，则就有可能由于壁薄则易产生浇不足、冷隔、欠铸等缺陷。一般情况下，考虑到钢液转运过程中热量的损失及其铸件本身等因素，选择浇注温度为15600-15800不等。最后，冒口设计的选择。为了能够有效、精准的避免在铸件内部出现缩孔、缩松、浇不足等缺陷、获得组织致密无缺陷的优良铸件，冒口的设计也相当重要。放置冒口主要集中在铸件平整且热节部位，采用 3 个保温发热冒口，加强对铸件内部的补缩，保证产品的质量。
　　1.3 表面热处理工艺设计
　　一般情况下，按照我国履带板链节的铸造工艺设计的铸件的结构以及表淬要求看来，履带板链节的的表面处理工艺与履带板链节的质量、寿命以及综合性能有着非常密切的关系。为了以保证表淬过程顺利、确保达到表淬要求，要求经常使用型号为ZG34CrNiMo型的履带板链节材质，并且在此基础上进行了专业的专用工装设计，铸件竖直放置，表淬面与工装底座呈 900，表淬刀头距表淬面4毫米到5毫米。
　　2 履带板链节铸造工艺优化
　　2.1 工艺优化
　　受传统工艺技术模拟分析结果的作用，一般情况下铸件在凝固过程中，由于中间部位拉筋模数大于冒口与交界处之间的模数，就会常常出现因为参数不符合而导致的导致补缩通道过早阻断的现象，这不仅会影响冒口补缩能力的发挥，还会造成缩孔、缩松缺陷发生的严重后果。因此，为了能够有效地避免在铸件内部出现缩孔、缩松、浇不足等缺陷、获得组织致密无缺陷的优良铸件，提高履带板链节的质量、寿命以及综合性能，需要对带板链节铸造工艺进行必要改进，而改进工作的重点则是应该严格按照铸件结构和缺陷的分布状况，采用底注式浇注系统，用浇道间接补缩内部的孤立液相区，使得缺陷转移到浇注系统，确保消除凝固过程中内部的孤立液相区，保证补缩通道的畅通，实现铸件的顺序凝固。
　　2.2 优化工艺模拟结果
　　在对传统的履带板链节铸造工艺进行优化和改进工作的基础上，对优化工艺模拟结果的实际效果的验证工作也是至关重要的。一般情况下，将优化的铸造工艺进行CAE 模拟，开始阶段，可以检测到存在4 个液相区，这主要是因为冒口和浇注系统液相区与内部液相区彼此之间是相通的，可以起到一个补缩的作用。而过一段时间以后，则只可以检测到存在一个液相区在冒口处，这说明此时缩孔、缩松已经转移到冒口和浇注系统中，实现了铸件的顺序凝固，保证了铸件的质量。
　　3 履带板链节的实际应用效果
　　在完成了上述工艺选择、工艺优化的步骤以后，通常优化后的铸造工艺生产的铸件在对其进行磁粉探伤和超声波探伤的情况下，表淬以后检测硬度均在标准要求值以上。如果检测过程中没有发现缩孔 缩松等缺陷，并且表淬以后检测硬度均符合标准，那则表明在最终确定的履带链节生产采用优化铸造工艺方案中实际生产的铸件，能够获得了优质的铸件，能够满足要求。
　　4 结束语
　　综上所述，履带板的链节铸造工艺的优化对提高整机的综合性能、节约能源有重要意义。因此，只有对履带板链节铸造工艺的试制以及 CAE模拟缺陷分析的基础上，对铸造工艺进行优化、改变浇注系统方式，才能实现了履带板链节的顺序凝固，消除了缩孔 缩松等缺陷，才能在满足强度要求的前提下，提高了铸件的成品率，大大提升产品质量、提高工作效率，减少因不必要的破坏带来的经济损失。
　　【参考文献】
　　[1]倪娜.大型履带行走装置履带板的拓扑优化研究[D].吉林大学，2011.
　　[2]鲁志武，雷鹏飞，马涛.履带板链节的铸造工艺设计及模拟优化[J].铸造设备与工艺，2012，06：24-26.
　　[3]乔中莲，张治民.坦克履带的应用及其发展[J].国防技术基础，2005，06：28-29.
　　[责任编辑：薛俊歌]
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