WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

ОБЪЯВЛЕНИЕ О ЗАЩИТЕ КАНДИДАТСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ

Ф.И.О

Асмамау Тегегне Абебе

Название диссертации

Разработка методики расчета и проектирования дождевой литниковой системы для отливок из серого чугуна

Специальность

05.16.04 - «Литейное производство»

Отрасль науки

Технические науки

Шифр совета

Д 212.110.05

Тел. ученого секретаря

(499)141-9495

E-mail

a_paltievich@mati.ru

Предполагаемая дата защиты

18 декабря 2008

Место защиты диссертации

Оршанская, 3, ауд. 523А

Автореферат и текст объявления были размещены на сайте «МАТИ»Российского государственного технологического университета им. К.Э.Циолковского в сети Интернет 18 ноября 2008 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.Р. Палтиевич

На правах рукописи

Асмамау Тегегне Абебе

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ДОЖДЕВОЙ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОТЛИВОК

ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Москва – 2008 г

Работа выполнена на кафедре «Материаловедение, литье и сварка» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П. А. Соловьева»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Шатульский Александр Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кимстач Геннадий Михайлович;

кандидат технических наук

Беляков Алексей Иванович

Ведущее предприятие ОАО «НПО САТУРН», г. Рыбинск.

Защита состоится «18» декабря, 2008 года в 12 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.110.05 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «МАТИ» – Российском государственном технологическом университете имени К. Э. Циолковского по адресу:

121552 Москва, ул. Оршанская, д.3, «МАТИ», аудитория № 523А, корп. А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «МАТИ»- РГТУ имени К. Э. Циолковского.

Телефон для справок 8-499-141-94-53.

Автореферат разослан « » ноября 2008 года.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

Диссертационного Совета Д 212.110.05

Кандидат технических наук, доцент Палтиевич А.Р.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в машиностроении широко применяют отливки из серого чугуна, получаемые методами литья в песчаные формы с помощью дождевых литниковых систем. Однако при их изготовлении достаточно часто выявляются дефекты типа «королек», газовая раковина и пористость количество которых иногда достигает 20 и более процентов. Решение проблемы повышения качества таких отливок во многом зависит от достоверности и эффективности применяемых методов проектирования литниковых систем и назначения параметров заливки.

Для решения подобной задачи российскими и зарубежными исследователями выполнен ряд важнейших теоретических и экспериментальных исследований, которые включают в себя решение задач начального этапа проектирования (выбор положения отливки в форме, места подвода питателей), а также изучение процесса заполнения полости формы расплавом и затвердевания отливок. Это позволило достичь определенных успехов в области создания методов моделирования литейных процессов и методик расчета литниковых систем.

В тоже время проведенный анализ показывает, что надежные методики расчета дождевых литниковых систем пока отсутствуют, недостаточно изучены особенности течения расплава в дождевой литниковой системе, нет надежных методов расчета процесса охлаждения при течении расплава, не сформулированы условия выбора оптимальных параметров литья. Поэтому проблема проектирования дождевой литниковой системы для отливок из чугуна с учетом выбора ее оптимальных размеров и параметров, литья, обеспечивающих необходимое качество отливок является весьма актуальной.

Поэтому целью работы является: повышение качества отливок из серого чугуна за счет выбора конструкции и расчета исполняемых размеров дождевой литниковой системы на основе исследования процесса истечения расплава.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1) теоретическое и экспериментальное изучение процесса истечения расплава из отверстий литниковой системы, установление зависимости между параметрами струи и возникающими в отливке дефектами;

2) изучение взаимодействия падающей струи с ванной расплава, определение критической силы удара струи, обеспечивающих получение отливок без характерных дефектов;

3) теоретическое и экспериментальное изучение процесса теплообмена при истечении расплава из отверстий литниковой системы;

4) разработка методики проектирования и расчета размеров дождевой литниковой системы и параметров заливки для отливок из чугуна;

5) проведение промышленных испытаний и опробование основных результатов исследования и методики расчета.

Научная новизна работы:

1) установлено, что возможны три механизма истечения расплава из отверстий дождевой литниковой системы: струйный, фрагментарный, капельный, предложено критериальное уравнение, описывающее условия распада струи, доказано существование взаимосвязи между условиями истечения и образованием дефектов в отливке;

2) теоретически обосновано и экспериментально определено существование критической силы удара струи о поверхность расплава в полости формы, которая определяется условиями истечения, показано, что есть взаимосвязь между величиной силы удара и образованием газовых дефектов в отливке;

3) доказано существование области гарантированного заполнения, границы которой определены критерием характера течения расплава и силой удара, предложена обобщенная математическая модель истечения расплава из отверстий дождевой литниковой системы, позволяющая рассчитать ее размеры, параметры заливки, выбор которых обеспечивает получение отливок без традиционных литейных дефектов.

Практическая значимость работы:

1) разработана и опробована в производственных условиях методика расчета дождевой литниковой системы для отливок из серого чугуна, обеспечивающая определение размеров литниковой системы и параметров заливки, позволяющая до минимума снизить уровень брака отливок;

2) разработан экспериментальный стенд, позволяющий моделировать процесс истечения расплава из отверстий дождевой литниковой системы, его взаимодействие с ванной расплава, образование газовых дефектов в отливках, который внедрен в учебный процесс;

3) разработан пакет прикладных программ автоматизированного проектирования дождевых литников систем, включающий решение технологических задач расчета размеров литниковой системы, выбора параметров заливки, расчета скоростей и температур.

Результаты работы в виде прикладных программ и методик проектирования литниково-питающих систем используются в учебном процессе на кафедре Материаловедения, литья, сварки РГАТА имени П. А. Соловьева в ряде изучаемых дисциплин, а также при курсовом и дипломном проектировании.

Научные положения, которые составляют основу работы и выносятся на защиту:

1) критическое значение силы удара струи, полученное на основании экспериментального исследования процесса методами гидромоделирования истечения расплава, накладывающее ограничения на параметры литья и размеры дождевой литниковой системы;

2) математическая модель процесса истечения расплава из отверстий литниково-питающей системы;

3) методика расчета параметров литья и размеров дождевой литниковой системы, позволяющая значительно сократить вероятность возникновения дефектов отливок на стадии заполнения полости формы расплавом.

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы обсуждались на международной школе-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов имени П. А. Соловьева и В. Н. Кондратьева «Авиационная и ракетно-космическая техника с использованием новых технических решений», Рыбинск, 2006 г., на Российской научно-технической конференции «Новые материалы, прогрессивные технологические процессы и управление качеством в заготовительном производстве», Рыбинск, 2007 г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ в различных журналах и сборниках научных трудов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 218 страницах машинописного текста, содержит 30 таблицы, 71 рисунков, 189 наименований российских и зарубежных библиографических источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цель и задачи исследований, приведены основные научные положения и результаты, вынесенные на защиту.

В первой главе проведен анализ литературных данных по вопросам, связанным с моделированием процессов формирования отливок из серого чугуна. Существенный вклад в развитие методов проектирования дождевых литниковых систем был внесен известными российскими учеными: Баландиным Г. Ф., Гиршовичем Н. Г., Неуструевым А. А., Чистяковым В. В., Рабиновичем А. Г., Шатульским А. А., Изотовым В. А., Спасским В. В., Никитичем А. М., Дорониным В. Ф. и др.

Показано, что имеющиеся методы расчета процесса заполнения полости формы расплавом и затвердевания отливок можно условно разбить на три основные группы: эмпирические, являющиеся результатом статистической обработки экспериментальных и производственных данных; теоретические, полученные на основе анализа протекающих тепловых и гидродинамических процессов, методы моделирования на ЭВМ с использованием численных методов решения задач. Однако все они имеют те или иные недостатки, главными из которых является невозможность выбора оптимальных параметров литья и размеров литниковой системы, обеспечивающих получение годной отливки без традиционных дефектов. На основе анализа литературных данных сформулированы основная цель и задачи исследования.

Во второй главе описаны материалы и методика исследований. Исследование проводили на серых чугунах СЧ20 и СЧ25, которые широко применяется для изготовления мелких и средних отливок различных конфигураций.

Необходимые в процессе исследований отливки и образцы получали методами литья в песчаную форму с использованием дождевой литниковой системы. Плавка металла осуществлялась в индукционных печах. Физическое моделирование процесса заполнения полости формы расплавом проводили на специально сконструированной установке, выбор параметров заливки и размеров литниковой системы осуществляли исходя из анализа реальных технологических процессов литья на ряде промышленных предприятий Ярославской области. Выбор параметров моделирующей жидкости осуществляли на основании теории подобия по равенству Вебера, Рейнольдса и Фруда.

Оценку плотности отливок из чугуна оценивали визуально, а также с использованием метода гидровзвешивания. Охлаждение металла струи при свободном истечении из отверстий дождевой литниковой системе проводили с помощью термоэлектрических пирометров с использованием программы «Автотерм». Обработку полученных экспериментальных данных проводили с использованием пакетов “Advanced Grapher”, “Statistica”и “Statgraphics”.

Третья глава посвящена экспериментальному и теоретическому анализу характера истечения расплава в дождевой литниковой системе. Первоначально исследования проводили на моделирующих жидкостях, а затем и на реальных расплавах серого чугуна.

При моделировании процесса было установлено, что после истечения из отверстия жидкость или расплав движутся струйно, затем происходит распад струи или на вытянутые цилиндрические элементы (фрагменты) или капли (рис. 1).

Рис.1. Истечение расплава из отверстий литниковой системы

Таким образом, струя имеет устойчивую и неустойчивую части. Устойчивость струи, ее распад, размеры фрагментов или капель зависят, от трех основных параметров: диаметра отверстия, величины напора и высоты падения, а также физических свойств жидкости, вязкости, поверхностного натяжения и плотности. Анализ полученных экспериментальных данных позволил установить следующие закономерности:

- с увеличением диаметра отверстий, напора и высоты падения длина нераспавшейся части струи l и длина фрагментов при фрагментарном характере течения возрастают;

- распад струи на вытянутые цилиндрические фрагменты наблюдали при диаметре отверстия 1мм (при всех напорах и высоте падения 250 мм), при диаметре отверстия 2 мм (высотах падениях 250 – 500 мм напорах 50 – 200 мм), при диаметре отверстии 3 мм (всех напорах и высоте падения 250 – 750 мм), при диаметрах отверстий 4, 6 мм (всех высотах падения и всех напорах), и при диаметре отверстия 8 мм (напорах 100 – 200 мм высотах падениях 500 – 1000 мм);

- распад струи на капли наблюдали при диаметре отверстия 1 мм, при напоре 50 – 200 мм, высоте падения 500 – 1000 мм; при диаметре отверстия 2 мм, высоте падения 750 – 1000 мм и напорах 50 – 200 мм, а также при диаметре отверстия 3 мм, высоте падения 1000 мм и напорах 200 мм.

Так как истечение расплава из отверстий дождевой литниковой системы является динамичным и свободным, то скорость движения была определена по закону свободного падения по схеме рис. 2.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»