Повышение эксплуатационной стойкости пресс-форм литья под давлением на основе анализа теплонапряженного состояния и моделирования процессов термоусталостного разрушения

• Автор: Березин, Дмитрий Тимофеевич
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 234 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Основные характеристики технологического процесса литья

под давлением

1.2. Условия эксплуатации прессформ литья под давлением

1.3. Методы исследования теплового и напряженнодеформированного

состояния прессформ.

1.4. Влияние конструктивнотехнологических факторов на качество отливок

1.5. Методы оценки эксплуатационных свойств материалов для прсссформ ЛПД

1.6. Выводы и постановка задачи исследования

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Химический состав и свойства исследуемых сталей
2.2. Теоретический метод оценки теплонапряженного состояния прессформ
2.3. Выбор методики и режимов термоциклирования.
2.4. Методы исследования физикомеханических свойств
3. АНАЛИЗ ТЕПЛОНАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРЕССФОРМ
3.1. Расчет теплового баланса прсссформ
3.2. Основные положения для расчета теплового и наиряженнодеформи
рованного состояния прессформ методом конечных элементов. .
3.3. Численное моделирование теплонапряженного состояния
прессформ.
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
ТЕРМОСТОЙКОСТИ СТАЛЕЙ.
4.1. Экспериментальнорасчетная методика оценки циклической долговечности материалов в условиях термоусталости.
4.2. Изменение механических свойств сталей в процессе термоциклирования
4.3. Изменение теплофизических свойств сталей в процессе термоциклированияВ
4.4. Теоретическая оценка пригодности сталей для прессформ литья
под давлением.
5. ИССЛЕДОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
РАЗВИТИЯ ТРЕЩИН ТЕРМОУСТАЛОСТИ
5.1. Исследование влияния термической усталости на коэффициент вязкости разрушения.
5.2. Разработка общей схемы процесса моделирования развития трещин термоусталости.
5.3. Компьютерное моделирование развития трещин термоусталости
5.4. Моделирование кинетики развития трещин в формообразующей матрице прессформы.
6. РАЗРАБОТКА ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО РЕСУРСА ПРЕССФОРМ ЛПД
6.1. Определение полного эксплуатационного ресурса
6.2. Определение оптимальных конструктивных параметров формообразующих матриц
6.2.1. Определение оптимальной толщины стенки матрицы.
6.2.2. Определение расстояния до каналов системы водоохлаждения.
6.2.3. Определение толщины обрамления стенки матрицы
6.2.4. Разработка номограммы для определения конструктивных параметров матриц
6.3. Пример проектирования матриц прессформ ЛИД
6.4. Определение длительности эксплуатации прессформ до момента проведения восстановительной термической обработки
ОБЩИЕ ВЬГВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Специфика эксплуатации пресс-форм литья под давлением (гидродинамическое воздействие расплава) и конструктивные особенности пресс-форм (наличие подвижных сопрягаемых частей) обуславливают интенсивный износ отдельных деталей пресс-форм. Вследствие износа пресс-форм снижается чистота поверхности получаемых отливок. По данным /3/ чистота поверхности отливок из алюминиевых сплавов после . Таким образом, при увеличении количества запрессовок класс чистоты поверхности отливок снижается до уровня технических требований на отливку. Это предельное количество запрессовок и является непосредственным показателем износостойкости пресс-форм. Износ пресс-форм литья под давлением является более сложным процессом по сравнению с обычным износом, т. Это приводит не только к износу в результате трения, а также к гидравлическому уносу металла, коррозии, эрозии и кавитации. Таким образом, по причине износа кроме снижения чистоты поверхности отливок возникают задиры, налипания и приваривание алюминия на детали пресс-форм, что ухудшает их работоспособность и существенно снижает эффективность литья под давлением. В работе /3, 5, , -, /для оценки поведения материала в условиях циклических температурно-силовых воздействий используют характеристики: “разгаростойкость” и “термостойкость”. При этом, достаточно четкого разделения этих понятий в настоящее время нет. Так например, в работе // указано, что и “разгаростойкость, называемая сопротивлением термической усталости, характеризует устойчивость стали против образования трещин при многократном нагреве и охлаждении” и далее в этой же работе указывается что “разгаростойкость зависит от скорости дальнейшего развития трещин”. Таким образом, по Ю. А. Геллеру не ясно, что же характеризует разгаростойкость или стойкость материала против образования трещин термической усталости, или скорость дальнейшего развития образовавшихся трещим. Необходимо отметить, что термин разгаростойкость используется в литературе, посвященной эксплуатации штампов /5, - , /. В литературе по эксплуатационной стойкости литейной оснастки (пресс-формы, кокиля, изложницы) /3, 5, / используется термин “термостойкость”- сопротивление материала образованию трещин термической усталости. Ого на наш взгляд отражает физическую сущность происходящих процессов и позволит более грамотно и корректно использовать эти термины для оценки поведения материалов в условиях термической усталости. В результате анализа производственных данных по эксплуатации пресс-форм установлено, что общий срок их работы состоит из двух периодов: первый - до момента появления трещин термоусталости; второй - определяется длительностью развития трещин термоусталости до критических размеров, при которых дальнейшая эксплуатация пресс-форм становится практически невозможной. При этом длительность второго периода значительно больше первого. Поэтому общий срок эксплуатации пресс-форм определяется не только термостойкостью, но и разгаростойкостью материала. Однако процессы развития (разгара) трещин на пресс-формах литья под давлением в настоящее время, изучены явно недостаточны /, , , /. Учитывая, что термоусталостный механизм развития трещин на пресс-формах существенно усложняется физико-химическим взаимодействием жидкого расплава с материалом пресс-форм, в работах / - / проведены исследования процессов растворения и взаимодействия различных марок сталей с алюминиевыми расплавами. На основании проведенных исследований даны рекомендации по использованию для пресс-форм литья под давлением коррозионно-стойких сталей / - /, а также но нанесению на рабочую поверхность пресс-форм наиболее эффективных коррозионно-стойких и износостойких покрытий /4, - /. Таким образом, анализ условий эксплуатации пресс-форм ЛПД обуславливает многообразие причин выхода пресс-форм из строя. Коробление формы. При этом, как правило, одновременно действуют несколько из указанных причин. Это в значительной степени усложняет изучение проблемы повышения эксплуатационной стойкости пресс-форм и эффективности литья под давлением. Для их успешного решения необходимо использование и сочетание современных теоретических и экспериментальных методов с учетом конкретных требований предъявляемых к пресс-формам и условий их эксплуатации.