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随着汽车、铁道车辆制造业的进步和我国铸造行业准入条件的推行,对整车的安全、高速、低耗、低成本及良好的舒适性等性能提出了较高要求。同时铸钢件型腔的复杂程度、壁厚、工艺精度等需求在不断提高,给铸钢件铸造工艺生产带来较多的工艺和生产难题。本文以振动优化列车车钩缩松缩孔为主要研究目标,基于TRIZ和拓扑机构设计理论设计制作了一台多维振动铸造机;利用EDEM-FLUENT液固两相流耦合和基于相似准则的物理模拟实验,分别研究了多维振动物性参数对小型铸钢件车钩试样充型和缩松缩孔的影响。利用TRIZ对现有振动铸造机系统功能、物质-场及因果关系进行分析,理清其冲突、矛盾所在,根据拓扑结构理论在现有铸造机基础上提出一种振动物性参数独立可调的多维振动铸造机构。利用ADAMS分析该多维运动机构在不同工况下的运动性质,验证振动在X、Y、Z方向的运动独立性,证明此并联机构为完全解耦。借助EDEM-FLUENT固液两相流耦合模拟分析小型铸钢件列车车钩的试样合金液在不同振动维数、振幅、振频下对充型流动的影响,得出:在维数为XYZ、频率为30Hz、振幅为0.35mm的振动条件下,铸钢液在螺旋试样中的充型流动长度最佳。基于相似准则和正交设计方式对小型铸钢件车钩试样进行实验设计,通过物理模拟实验研究多维振动参数对其缩松缩孔的影响,得出最优振动参数为维数为XYZ、振频35Hz、振幅0.30mm;并通过对各振动参数对缩松缩孔影响极差大小分析得出振动频率影响最大,振动维数(自由度)次之,振动幅值影响相对较小。为进一步验证多维振动铸造技术对小型铸钢件缺陷的改善程度,以安徽鑫宏有限公司生产中某型号小型铸钢件列车车钩为研究对象。通过ProCAST分析车钩内部所存在的缩松缩孔缺陷问题,并对原浇注方案存在的补缩不足问题进行优化。并在优化工艺基础上对车钩铸件充型过程施加同EDEM-FLUENT耦合模拟得出最佳振动物性参数;并对凝固过程施加物理模拟得出的最优振动参数进行振动优化。通过理论、数值模拟和实验分析得出,小型铸钢件列车车钩在振动参数为XYZ维数、30Hz频率、0.35mm振幅下充型,在XYZ维数、35Hz频率、0.30mm振幅凝固铸件缺陷改善程度最佳。通过对试制车钩样件进行X射线无损检测,检测结果表明振动优化后的车钩铸件缩松缩孔缺陷明显减少,铸件品质得到很大提升,有效的为企业解决缩松缩孔缺陷问题。由理论、数值模拟和实验分析得出,小型铸钢件列车车钩在振动参数为XYZ维数、30Hz频率、0.35mm振幅下充型,在XYZ维数、35Hz频率、0.30mm振幅凝固铸件缺陷改善程度最佳。