疏浚泥泵泵体砂型铸造数值模拟及工艺优化

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泥泵泵体作为泥泵的核心过流部件,其铸造质量的好坏直接影响泥泵的使用寿命和挖泥船的整体工作效率。国产泵壳与进口泵壳相比还有诸多不足,如耐磨性较差、气蚀显著、尺寸精度低、更换和维修频繁等。如何显著提升泥泵泵体的铸造质量以增加其使用寿命,已成为国内疏浚行业急需解决的核心技术难题之一。因此,运用数值模拟软件进行铸造过程计算,优化工艺,消除缺陷,提升泥泵泵体的铸造质量就显得至关重要。  根据铸造工艺学的基本理论,对铸件泥泵泵体的结构进行了铸造工艺性分析。参考分析结果提出了底注式和阶梯式两套浇注系统,并计算了泥泵泵体浇注时间及速度,确定了两套工艺方案中各浇道的尺寸,完成了泥泵泵体的浇注系统设计。  运用软件 CREO完成了泥泵泵体的造型设计,运用软件 GeoMESH和MeshCAST完成了有限元网格的划分,运用软件ProCAST对泥泵泵体的两种浇注方案进行了充填过程模拟计算。对比两套工艺方案的模拟结果得知,底注式方案的充填过程温度梯度分布无序、金属液温度下降较大,易造成氧化、缩孔缺陷,而阶梯式方案充型时能提供一个较好的温度梯度分布,并且金属液温度降低较小。因此,最终确定的铸件泥泵泵体浇注系统采用阶梯式方案。  对铸件泥泵泵体的补缩系统及激冷系统进行了设计,运用软件ProCAST对泥泵泵体凝固过程进行了温度场及应力场的模拟,预测了铸造过程中泥泵泵体缺陷的分布,分析了缺陷产生的原因,并对补缩系统及激冷系统设计的合理性进行了全面的判断。分析模拟结果发现,由于设计的补缩系统中冒口补缩距离不足、补缩效率不高且激冷系统中的冷铁设置不合理,铸件在凝固时各部位温度分布无序,形成了多处孤立的液相区,导致凝固过程出现了缩松、缩孔缺陷;分析了应力场模拟中凝固时泥泵泵体的等效应力、变形量以及热裂的分布,发现由于铸件法兰与泵管壁厚不同,凝固时有温度差,在法兰处存在较大变形。  根据模拟的分析结果,提出了优化的工艺方案,在原方案的基础上调整了内浇道的设计,添加了冷铁、补贴,改用保温冒口同时洒保温剂。运用 ProCAST对优化后的工艺方案再次进行模拟分析,有效消除了泥泵泵体的铸造缺陷,显著提升了泥泵泵体的铸造质量。
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