针对采煤机齿轨在作业中常出现断裂、销孔破坏等失效现象,为提高采煤机齿轨铸件的力学性能,保证采煤工作顺利进行,需要对齿轨铸件的铸造成型过程进行深入分析,寻求最优的铸造工艺方案。论文以合金钢齿轨铸件为研究对象,运用ProCAST软件对齿轨铸件的铸造过程进行数值模拟,通过对齿轨铸件充型和凝固过程进行分析,预测出齿轨铸件凝固后产生缩松缩孔缺陷的位置。运用TRIZ理论对齿轨铸件产生缺陷的原因进行因果分析,采用物-场模型创新解决工具提出齿轨铸件工艺优化方案-倾斜浇注工艺方案,并对倾斜浇注方案的造型流程进行了说明,同时设计了方便固定浇口棒的辅助定位装置。运用ProCAST软件对优化后的倾斜浇注工艺方案进行模拟仿真,结果表明:该方案可使齿轨铸件在凝固过程中保持递增的温度梯度,有效促进齿轨铸件实现顺序凝固,提高了组织致密性,明显改善了缩松缩孔缺陷,缩松缩孔率由2.2%降低到0.052%。同时在倾斜浇注的基础上设置不同的浇注速度与浇注温度,通过分析浇注过程中温度场、流场及凝固场等变化图像,探究浇注温度与浇注速度对合金钢齿轨铸造成型的影响,得到在浇注温度为1560℃-1580℃、浇注速度为9.5kg/s时,获得的铸件性能最佳。最后设计标准螺旋试样,运用离散元软件模拟合金钢液在螺旋试样中的充型流动长度,探究多维高频振动对合金钢液流动性能的影响。通过正交实验,运用极差分析法和方差分析法分析不同振动影响因子对合金钢液充型流动性的影响程度,结果表明:在浇注过程中施加振动效果可有效提高合金钢液的充型流动性能,当振动自由度为X-Y-Z、振频为45Hz、振幅为0.45mm时,充型流动效果最佳。在齿轨铸件倾斜浇注工艺方案的基础上,对最优振动参数进行模拟验证,结果表明:相较于未施加振动的铸件,金属液的充型流动距离由149mm增加到720mm,充型效果得到显著的提高。制作了齿轨铸件浇注模型,在自制的电磁振动试验台上进行充型流动实验验证,实验结果与离散元软件模拟结果基本一致。图[63]表[26]参[91]