铸造缺陷对液压阀体强度影响的数值模拟研究.pdf

Hydraulics Pneumatics&Seals／No．05．201 6 doi：l O．39694．issn．1 008-081 3．201 6．05．004 铸造缺陷对液压阀体强度影响的数值模拟研究 苏玛亮 ，冀 宏 ，刘新强 ，李瑞锋 ，赵春玲。 (1．兰州理工大学能源与动力工程学院，甘肃兰州730050； 2．甘肃省液压气动工程技术研究中心，甘肃兰州730050； 3．兰州兰石能源装备工程研究院有限公司，甘肃兰州730050) 摘要：采用ProCAST软件对液压阀体铸造的流动和凝固过程进行数值模拟，预测铸造过程中出现缩孑L的位置；在此基础上建立含有 缩孔缺陷的阀体几何模型，利用Workbench计算带有缩孔的阀体在不同压力下的强度并改进阀体结构。结果表明：缩孑L出现在阀体 沉割槽靠出油口侧的两棱边附近，即最后凝固的部位，最大孔隙率为91．8％；与理想阀体相比，缩孔使得阀体局部有效壁厚大为减小， 削弱阀体强度，导致阀体最大应力增大且随压力变化的梯度增大；与改进前的阀体相比，改进后的阀体缩孔缺陷减少且孔隙率降低了 2,9倍；改进后带有缩孑L的阀体承载能力较改进前带有缩孔的阀体承载能力强。 关键词：液压阀；铸造缺陷；孔隙率；阀体强度；应力集中 中图分类号：TH137 文献标志码：A 文章编号：1008—0813(2016)05—0013—05 Numerica1 Simulation Research on the Influence of Casting Defects to Hydraulic Valve Body Strength SUMa—liangL2,J1HongL2,LIUXin—qiangL2,LIRui-feng1“2,ZHAO Chun--lingp (1．College ofEnergy and Power Engineering，Lanzhou Univ．of Tech．，Lanzhou 730050，China； 2．Hydraulic&Pneumatic Engineering Research Center in Gansu Province。Lanzhou 730050。China： 3．Lanzhou LS Energy Equipment Engineering Research Institute Co．，Ltd．，Lanzhou 730050，China；) Abstract：Casting flow and solidification process ofhydraulic valve body were calculated by using ProCAST,the location ofshrinkage cav— ity was predicted．Valve body model with shrinkage cavity defects was set up，valve body strength under different pressure was calculated by using Workbench and the structure of valve body was improved．The results show that Shrinkage cavity appears in the parts of final solidifi— cation．The maximum porosity is 91．8％．Comp~ed with the valve body without defects．shrinkage cavity decreases greatly effective wall thickness，which weakens the valve body strength，resulted in maximum stress and the change gradient of it with pressure increasing．Com— pared with the unimproved valve body,shrinkage cavity defects of the improved valve body is reduced and the porosity is decreased by 2．9 times．The carrying capacity of improved valve body with shrinkage cavity is higher than unimproved valve body with shrinkage cavity． Key words：hydraulic valve；casting defects；porosity；strength ofvalve body；stress concentration O引言 液压铸件质量问题是制约我国液压基础件发展的 一大瓶颈。随着液压元件向高压化和高集成度的方向 发展，铸件质量的优劣已成为影响液压技术发展的重 要因素…，即得铸造者得液压。液压阀体作为高负荷的 精密机械零件，具有耐高压、耐疲劳、变形小等要求，属 于精密铸件，其外形虽然简单，但其内部设计有数量不 等、形状各异的复杂内腔及窄长异形孔槽，并且断面厚 大，重量相差悬殊，导致阀体铸造工艺极复杂且通用性 差 。因此，铸件总会伴有缩松、缩孔、砂眼等铸造缺 收稿51期：2016一O卜l1 基金项目：国家自然科学基金(51575254) 作者简介：苏玛亮(1990-)，女，甘肃会宁人，硕士研究生，主要从事现代 液压元件方面的科研工作。 陷，导致铸件的致密性降低；当阀体承受载荷时，铸造 缺陷造成应力集中，冲击载荷会加剧应力不均匀性，削 弱阀体强度，产生局部破裂，引起渗漏I 。 近年来，许多学者针对液压阀体的铸造过程和结 构强度开展了相关研究。Jones P．E．等 1研究了汽车用 排气阀的金属型铸造过程，分析了铸型与金属液的相 互作用以及缩孔的控制方法。李彬 1、文厚林12J分别利 用ProCAST和Anycasting软件针对整体式多路阀阀体 两种浇注系统的凝固过程进行模拟，预测了缩松缩孔 出现的位置，并进行了试验验证。Christoph Boes~61分析 了高压环境下液压阀的应力与变形。刘书胤等1’ 采用 热一结构耦合的方法研究了液压滑阀阀体结构强度和 配合间隙等问题。廖瑶瑶 等人研究了影响液压支架 用电液换向阀阀套应力的多种因素。刘新强 1运用流 固耦合的方法分析了多路阀阀体强度与热力耦合变 】3 zzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrp