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箱體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

內(nèi)在質(zhì)量

  結(jié)合地鐵列車(chē)及大功率機(jī)車(chē)等齒輪箱體生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參考進(jìn)口齒輪箱的成分范圍，選擇力學(xué)性能較高、鑄造性能優(yōu)良，同時(shí)具有較好抗氧化和抗腐蝕能力的AlSi7Mg0.3作為齒輪箱材料。該材料的化學(xué)成分如表1所示，其力學(xué)性能技術(shù)要求抗拉強(qiáng)度Rm≥230 MPa，屈服強(qiáng)度Rp0.2≥190 MPa，斷后伸長(zhǎng)率A≥2%。鑄件內(nèi)部檢測(cè)要求全部按百分之百射線探傷，判定標(biāo)準(zhǔn)為ISO 9915—1992的C級(jí)以上。

表1 齒輪箱材料化學(xué)成分

外觀質(zhì)量

  參考日系齒輪箱與歐系齒輪箱的外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，制定了嚴(yán)格的國(guó)產(chǎn)化齒輪箱外觀檢驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，主要項(xiàng)點(diǎn)如表2所示。

表２ 齒輪箱外觀質(zhì)量要求

箱體結(jié)構(gòu)分析

  CRH380B齒輪箱箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為上下箱組成，上箱體電機(jī)孔外側(cè)安裝C型支架，在箱體頂部設(shè)置觀察窗。將齒輪箱三維模型導(dǎo)入到有限元分析軟件中，計(jì)算幾種典型工況下的箱體靜強(qiáng)度，各種工況下最大應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如表3所示，圖1a和1b分別為短路情況下反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)時(shí)箱體Von Mises應(yīng)力云圖。

  通過(guò)計(jì)算得出：在電機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)，三種工況下的箱體最大應(yīng)力都出現(xiàn)在電機(jī)孔下部安裝C型支架處，電機(jī)孔與大齒輪孔之間的部位也承受較大的應(yīng)力。在三種工況下箱體的最大應(yīng)力都小于材料AlSi7Mg的屈服極限190 MPa，箱體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足安全運(yùn)行要求。將小軸承座法蘭外圈與吊掛部位筋板連接處定義為齒輪箱關(guān)鍵部位，在進(jìn)行箱體制造時(shí)，需重點(diǎn)關(guān)注該部位鑄造缺陷及力學(xué)性能。

表3 在不同工況下箱體最大應(yīng)力值

a）電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)                      b）電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)

圖1 CRH380B箱體靜強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力云圖

箱體制造工藝

工藝方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化

  在工藝技術(shù)路線的選擇上，采用了國(guó)內(nèi)外較為先進(jìn)的低壓鑄造成形技術(shù)，鑄件在壓力作用下結(jié)晶凝固，補(bǔ)縮效率高，鑄件組織均勻、致密，偏析少，力學(xué)性能好，鑄件的氣密性、耐壓性都顯著提高。

  本工藝采用樹(shù)脂砂造型、制芯，使得鑄件尺寸精度高，操作過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單。采用計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)化澆注，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。在鑄造工藝設(shè)計(jì)上，選擇HALF分型面，采用平做立交的方案；設(shè)計(jì)開(kāi)放式澆注系統(tǒng)，其澆道截面比例為F直澆道:F橫澆道:F內(nèi)澆道=1:1.9:2.4，通過(guò)澆注系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)由下向上的整體壓力補(bǔ)縮；采取多個(gè)內(nèi)澆道同時(shí)注入，分散熱節(jié)減少針孔傾向；對(duì)于進(jìn)口齒輪箱裂紋多發(fā)的部位，通過(guò)分析，采用局部激冷的方法，細(xì)化晶粒，確保關(guān)鍵部位的內(nèi)在質(zhì)量和力學(xué)性能，防止裂紋產(chǎn)生。圖2a為進(jìn)口齒輪箱觀察窗部位冒口工藝，冒口雖然能實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮，但由于凝固速度慢容易導(dǎo)致組織粗大；圖2b為國(guó)產(chǎn)齒輪箱觀察窗部位的冷鐵工藝，冷鐵也能實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮，并且凝固速度快使組織得到細(xì)化。

  使用凝固模擬技術(shù)對(duì)箱體工藝進(jìn)行優(yōu)化分析，大大縮短了鑄件的試制周期，保證了產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量。如圖3所示，從充型模擬結(jié)果中看出，低壓鑄造充型過(guò)程平穩(wěn)，避免了金屬液產(chǎn)生翻卷、沖擊和飛濺，減少了氣孔、夾砂和非金屬氧化夾雜物等鑄造缺陷。

  從圖4凝固溫度場(chǎng)來(lái)看，鑄件基本實(shí)現(xiàn)了由上而下的順序凝固，補(bǔ)縮效果良好，內(nèi)部質(zhì)量得到保證。通過(guò)模擬分析改進(jìn)了工藝：將上箱體法蘭外側(cè)螺栓冷鐵去除，延長(zhǎng)法蘭內(nèi)側(cè)冷鐵長(zhǎng)度，達(dá)到激冷效果同時(shí)保證了外觀質(zhì)量。應(yīng)用該工藝試制的齒輪箱經(jīng)過(guò)射線探傷、全尺寸檢測(cè)和實(shí)物解剖，測(cè)試結(jié)果完全滿足技術(shù)要求的規(guī)定。