Развитие теории, разработка и внедрение автоматизированного проектирования технологических процессов литья по выплавляемым моделям газотурбинных лопаток

• Автор: Смыков, Андрей Федорович
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 389 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛИТЬЯ ЛОПАТОК

1.1. Особенности технологических процессов литья лопаток с равноосной структурой.

1.2. Сравнение методов математического моделирования и поузлового расчета процессов затвердевания отливок.

1.3. Расчеты эффективных коэффициентов аккумуляции теплоты форм

1.4. Расчет начальной температуры формы при литье с применением ее тепловой изоляции.
1.5. Уравнение теплового баланса затвердевания узла элемента лопатки и методики расчета его статей.

1.6. Оценка непрерывности питания и формирования однородной структуры лопатки

1.7. Принципы структурирования программ проектирования технологических процессов литья
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК И МОДУЛЕЙ РАСЧЕТОВ ЛПС ДЛЯ ЛИТЬЯ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ И СРЕДСТВ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ ГАЗОТУРБИННЫХ ЛОПАТОК
2.1. Типы ЛПС и основы их автоматизированного проектирования
2.2. Расчеты заполнения формы расплавом.
2.3. Основы расчетов размеров прибылей
2.4. Расчеты размеров питателей.
2.5. Расчеты средств воздействия на непрерывность питания участков лопатки .
2.6. Расчеты средств воздействия на формирование однородной структуры .
ГЛАВА 3. МОДУЛЬНОЕ СТРУКТУРИРОВАНИЕ ПРОГРАММ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛПС И СРЕДСТВ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ ЛОПАТОК
3.1. Особенности прикладных проектирующих программ.
3.2. Проектирование ЛПС для рабочих лопаток
3.3. Проектирование ЛПС для сопловых лопаток.
3.4. Проектирование ЛПС для крупных лопаток
3.5. Проектирование средств воздействия на формирование лопаток.2 ГЛАВА 4. МОДУЛЬНЫЕ ПРИКЛАДНЫЕ ПРОГРАММЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛПС ДЛЯ СЕКТОРОВ СОПЛОВЫХ ЛОПАТОК
4.1. Особенности конструкций секторов и проектирования их ЛПС
4.2. Методика расчета затвердевания участков и узлов пера в форме со слоем керамики
4.3. Разработка программ проектирования ЛПС с верхней заливкой при вертикальном и горизонтальном расположении сектора
4.4. Блоксхема программы выбора положения сектора в форме и типа
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ППП ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛИТЬЯ ЛОПАТОК
5.1. Основы построения ППП проектирования технологических процессов лить я
5.2. Методы решения предпроектных задач.
5.3. Автоматизированное формирование технологической документации
5.4. ППП для технологических процессов литья лопаток
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Автоматизированный поузловой расчет формирования отливок позволяет решать оптимизационные задачи по проектированию технологических процессов литья ТПЛ. Определяется прежде всего требуемая температура заливки, минимальнодопустимые размеры ЛПС, рациональные параметры технологических средств воздействия на затвердевание бездефектной отливки. Наряду с оптимизационными задачами проектирования также возможны расчеты по выявлению нетехнологичных участков фасонной отливки, свя
занных в первую очередь с ее конструкционными особенностями и приводящие к разным видам брака в них, например, незаливы, неспаи, усадочные раковины, пористость, нарушение однородности структуры и др. Метод поузлового расчета формирования отливок успешно осваивается для автоматизировашюго проектирования ТП для разных способов литья, в том числе и для ЛВМ лопаток ГТД , , , 1 . В данной работе метод активно развивается, совершенствуется, дополняется новыми расчетными методиками и программами для ПЭВМ, получен ряд оригинальных решений технологических задач. Метод поузлового расчета предназначен для определения оптимальных условий затвердевания формирования узлов элементов отливок последовагелыюсти загвердевания, непрерывности питания, формирования однородной структуры и др. Поэтому в расчетах приняты средние во времени затвердевания значения тепловых параметров, в частности, эффективного коэффициента аккумуляции теплоты формы. Средний во времени ЬЭф определен на основе уравнения 1. Км. Расчетная начальная температура расплава Тр введена для того, чтобы иметь возможность стадии затвердевания отливки отвод перегрева и собственно затвердевания объединять в единый расчет с константами сплава сэк и рь Это тем более рационально для расчета фасонных отливок, в разных частях которых могут одновременно проходить разные стадии затвердевания. Тр Тя с, Р1 ТТл сэк рО, 1. ДжкгК. Сэк 0,5С, сО ЯкрДТкр. Величина среднего за время т градиента температуры определяется решением ММ температурного поля формы. В результате использования ЬЭф появилась возможность выполнять расчеты для литейных форм, ограниченных в тепловом отношении. Кроме этого ЬЭф может быть использовано при численном моделировании процесса затвердевания отливки, если определяется не средняя, а переменная величина ЬЭф во времени. При этом граничное условие задается на поверхности отливки в виде 1. ММ. Такой подход упрощает ММ процесса затвердевания и се решение численным методом. На рис. В настоящее время активно используются в автоматизированных расчетах полученые ранее формулы по определению ЬЭф для условий литья, приведенных на схемах рис. Наряду с названными при литье газотурбинных лопаток применяют схемы охлаждения отливок при использовании средств теплового воздействия на оболочку формы тепловой изоляции и охлаждающей подложки. Для определения ЬЭф формы с тепловой изоляцией использована следующая ММ температурного поля формы рис. ЭТ2х,т Эх. Т2х,0 Т2н Т2нТ0С 1. Т,т Тр 1. Х2 асТ2,т Тос, 1. Втм К. Решение 1. Лапласа, изложенного в работе . Рис. Схемы распределения температуры в формах по выплавляемым моделям при литье лопаток а форма без опорного наполнителя и тепловой изоляции б форма с тепловой изоляцией в внутренний стержень г форма с опорным наполнителем д форма с охлаждающей подложкой 1 оболочка формы 2 тепловая изоляция 3 стержень 4 опорный наполнитель 5 охлаждающая подложка. Т2 X ТхД А с
1. А и В определяются из граничных условий. V а2 сЬ V а2
Для обратного преобразования Лапласа изображения 1. Цп х Вь Среднее за время затвердевания т3 значение градиента 1. Тогда
дх. На основании 1. В случае равенства начальной температуры формы и окружающей среды и выражение 1. Для форм без опорного наполнителя при заливке их в печи подогрева форм в выражении 1. Х2 1. ТгСо средняя расчетная температура на наружной поверхности формы, К. В результате этого по аналогии с 1. Т4 0, Тр4 2 Т2н4 Тос4 1. Т2б4 0, Тр4 ЗТос4 , 1. Т2 Тос. При применении в технологии 1 охлаждающей подложки из металлической дроби или керамической крошки рис.