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隔离开关壳体金属型低压铸造件缺陷分析

作　者: 教富川
导　师: 李庆丰；于宝义
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: GIS壳体低压铸造数值模拟缺陷分析
分类号: TG249.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着输变电设备的发展需要,GIS(Gas Insulated Switchgear)即高压气体绝缘金属封闭开关设备已被广泛采用,其中铝合金壳体铸件是关键部件之一,目前采用低压铸造已成为生产GIS壳体的重要工艺,可以生产出合格率高、质量稳定及合金液利用率高的铸件,是GIS壳体铸造生产的发展趋势,但目前制约其发展的主要是生产过程中铸件缺陷问题。本文主要研究壳体类铸件在生产过程中出现的问题,并从三个方面进行缺陷的分析与解决。首先,通过开发用于壳体铸件的低压铸造工艺参数管理系统,来规范低压铸造工艺设计。其次,通过基于CAD/CAE的低压铸造工艺设计,分析隔离开关壳体铸件受均布载荷状态下的壳体表面应力分布,找出其薄弱部位,据此指导浇注系统方案的设计;本文设计了两套浇注系统方案:“树枝状”浇注系统和环形缝隙式浇注系统;利用数值模拟技术进行充型与凝固过程分析,并对缺陷进行预测,确定合理的浇注系统方案和优化后低压铸造工艺参数:浇注温度700℃左右、模具温度200~300℃;升液压力0.04MPa,升液时间15s,充型压力0.055MPa,充型时间30s,增压压力0.08MPa,增压时间15s,保压时间120s。最后,通过实际跟踪铸件生产过程,对铸件出现的铸造缺陷(气孔、缩孔与缩松、冷隔,夹渣,裂纹等缺陷)进行分析并提出解决方案,进一步优化工艺方案。通过金相与力学性能分析表明:铸件组织致密;力学性能可达到:σb≥250MPa,δ≥1.4,HB≥90。壳体的无损检测和打压试验表明,铸件内部无明显缺陷;铸件的气密性检测一次性合格率达到了98%以上,满足GIS设备需求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-20
  1.1 本课题研究的背景目的及意义  11-12
    1.1.1 本课题研究的背景  11
    1.1.2 本课题研究的目的及意义  11-12
  1.2 GIS 壳体的发展现状及趋势  12
  1.3 低压铸造国内外发展现状及趋势  12-16
    1.3.1 低压铸造国内外发展历史概况  12-13
    1.3.2 低压铸造原理和特点  13-14
    1.3.3 低压铸造主要存在问题  14-15
    1.3.4 低压铸造发展方向  15-16
  1.4 低压铸造数值模拟发展现状及趋势  16-18
    1.4.1 低压铸造数值模拟国外研究现状  16-17
    1.4.2 低压铸造数值模拟国内研究现状  17
    1.4.3 低压铸造数值模拟缩孔、缩松研究现状  17-18
    1.4.4 低压铸造数值模拟发展趋势  18
  1.5 本课题的主要研究内容  18-20
    1.5.1 本课题的主要研究内容  18
    1.5.2 本课题拟采用的解决方法  18-20
第二章试验材料、方法及设备  20-25
  2.1 试验材料  20-21
  2.2 辅助材料  21
  2.3 实验方案及流程  21-23
    2.3.1 热处理试验  22
    2.3.2 力学性能与微观组织分析试验  22-23
    2.3.3 壳体性能试验  23
  2.4 试验设备  23-25
第三章低压铸造工艺参数管理系统开发  25-37
  3.1 壳体类铸件工艺设计分析  25-26
  3.2 系统总体结构设计  26-29
    3.2.1 系统总体设计思路  26-27
    3.2.2 系统模块划分  27-29
  3.3 系统主要模块的设计  29-37
    3.3.1 文件模块  29-31
    3.3.2 配料模块  31
    3.3.3 低压铸造浇注系统设计模块  31-33
    3.3.4 模具设计模块  33-34
    3.3.5 低压铸造工艺参数模块  34-36
    3.3.6 升液管与铸型连接方式模块  36
    3.3.7 热处理工艺模块  36
    3.3.8 缺陷分析模块  36-37
第四章隔离开关壳体CAD/CAE 低压铸造工艺设计  37-56
  4.1 隔离开关壳体铸件工艺性分析  37-38
  4.2 隔离开关壳体铸件浇注系统及模具设计  38-42
    4.2.1 隔离开关壳体铸件浇注系统设计  38-40
    4.2.2 隔离开关壳体铸件模具设计  40-42
  4.3 隔离开关壳体应力分析  42-47
    4.3.1 隔离开关壳体有限元模型建立  43-44
    4.3.2 材料属性的设置  44
    4.3.3 边界条件及施加载荷  44
    4.3.4 模型应力结果与分析  44-47
  4.4 隔离开关壳体充型与凝固过程分析  47-53
    4.4.1 前处理  47
    4.4.2 充型过程的数值模拟结果对比分析  47-50
    4.4.3 凝固过程的数值模拟结果对比分析  50-52
    4.4.4 铸件缺陷的预测  52
    4.4.5 模具温度分布  52-53
  4.5 隔离开关壳体工艺参数优化  53-56
    4.5.1 正交实验方案  53-54
    4.5.2 工艺参数优化结果  54-56
第五章隔离开关壳体低压铸造生产验证  56-65
  5.1 隔离开关壳体低压铸造工艺试验  56-57
  5.2 隔离开关壳体生产过程中缺陷分析及解决措施  57-62
    5.2.1 气孔缺陷  57-59
    5.2.2 缩孔与缩松缺陷  59-60
    5.2.3 冷隔缺陷  60
    5.2.4 夹渣缺陷  60-61
    5.2.5 裂纹缺陷  61-62
  5.3 隔离开关壳体铸件检验结果  62-65
    5.3.1 热处理对隔离开关壳体铸件组织的影响  62
    5.3.2 隔离开关壳体铸件力学性能  62-63
    5.3.3 隔离开关壳体的无损探伤和气密性检测  63-65
第六章结论  65-66
参考文献  66-69
在学研究成果  69-70
致谢  70

隔离开关壳体金属型低压铸造件缺陷分析

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