隔离开关壳体金属型低压铸造件缺陷分析

论文摘要

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。

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第一章绪论

1.1 本课题研究的背景目的及意义

1.1.1 本课题研究的背景

1.1.2 本课题研究的目的及意义

1.2 GIS 壳体的发展现状及趋势

1.3 低压铸造国内外发展现状及趋势

1.3.1 低压铸造国内外发展历史概况

1.3.2 低压铸造原理和特点

1.3.3 低压铸造主要存在问题

1.3.4 低压铸造发展方向

1.4 低压铸造数值模拟发展现状及趋势

1.4.1 低压铸造数值模拟国外研究现状

1.4.2 低压铸造数值模拟国内研究现状

1.4.3 低压铸造数值模拟缩孔、缩松研究现状

1.4.4 低压铸造数值模拟发展趋势

1.5 本课题的主要研究内容

1.5.1 本课题的主要研究内容

1.5.2 本课题拟采用的解决方法

第二章试验材料、方法及设备

2.1 试验材料

2.2 辅助材料

2.3 实验方案及流程

2.3.1 热处理试验

2.3.2 力学性能与微观组织分析试验

2.3.3 壳体性能试验

2.4 试验设备

第三章低压铸造工艺参数管理系统开发

3.1 壳体类铸件工艺设计分析

3.2 系统总体结构设计

3.2.1 系统总体设计思路

3.2.2 系统模块划分

3.3 系统主要模块的设计

3.3.1 文件模块

3.3.2 配料模块

3.3.3 低压铸造浇注系统设计模块

3.3.4 模具设计模块

3.3.5 低压铸造工艺参数模块

3.3.6 升液管与铸型连接方式模块

3.3.7 热处理工艺模块

3.3.8 缺陷分析模块

第四章隔离开关壳体CAD/CAE 低压铸造工艺设计

4.1 隔离开关壳体铸件工艺性分析

4.2 隔离开关壳体铸件浇注系统及模具设计

4.2.1 隔离开关壳体铸件浇注系统设计

4.2.2 隔离开关壳体铸件模具设计

4.3 隔离开关壳体应力分析

4.3.1 隔离开关壳体有限元模型建立

4.3.2 材料属性的设置

4.3.3 边界条件及施加载荷

4.3.4 模型应力结果与分析

4.4 隔离开关壳体充型与凝固过程分析

4.4.1 前处理

4.4.2 充型过程的数值模拟结果对比分析

4.4.3 凝固过程的数值模拟结果对比分析

4.4.4 铸件缺陷的预测

4.4.5 模具温度分布

4.5 隔离开关壳体工艺参数优化

4.5.1 正交实验方案

4.5.2 工艺参数优化结果

第五章隔离开关壳体低压铸造生产验证

5.1 隔离开关壳体低压铸造工艺试验

5.2 隔离开关壳体生产过程中缺陷分析及解决措施

5.2.1 气孔缺陷

5.2.2 缩孔与缩松缺陷

5.2.3 冷隔缺陷

5.2.4 夹渣缺陷

5.2.5 裂纹缺陷

5.3 隔离开关壳体铸件检验结果

5.3.1 热处理对隔离开关壳体铸件组织的影响

5.3.2 隔离开关壳体铸件力学性能

5.3.3 隔离开关壳体的无损探伤和气密性检测

第六章结论

参考文献

在学研究成果

致谢

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