Теоретические и технологические основы управления свойствами моделей и форм в литье по удаляемым моделям для получения качественных отливок

• Автор: Петров, Виктор Викторович
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 394 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Основные задачи повышения качества отливок по выплавляемым моделям.

1.2. Трециностойкость оболочковых форм и способы се увеличения

1.3. Выплавление моделей из оболочковых форм.

1.4. Методы расчета напряженнодеформированного состояния оболочковых форм

1.5. Способы получения пенополистироловых моделей и отливок изготовленных на их основе

1.6. Анализ существующих способов повышения качества моделей и отливок.

1.7. Выводы и постановка задач исследований

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ТЕПЛООБМЕНА В СИСТЕМЕ ФОРМАМОДЕЛЬСТОЯК ПРИ ВЫПЛАВЛЕНИИ МОДЕЛЕЙ ИЗ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ.
2.1. Исследование влияния процесса выплавления моделей на трещиностойкость оболочковых форм
2.2. Расчет времени выплавления моделей из оболочковых форм при отсутствии стояка.
2.2 Метод оценки времени выплавления моделей из оболочковых форм.
2.2.2. Расчет полного времени выплавления моделей
2.3. Расчет времени выплавления моделей при наличии металлического
2.3.1. Температурные процессы в модели при наличии металлического
э
2.3.2. Расчет времени выплавления моделей при наличии металлического стояка
2.4. Экспериментальные исследования кинетики выплавления моделей
из оболочковых форм.
2.5. Выводы.
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА
СИЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕТАЛЛА И ОБОЛОЧКОВОЙ ФОРМЫ В ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
3.1. Инженерная постановка задачи.
3.2. Математическая постановка задачи.
3.3. Алгоритм решения задачи
3.4. Расчет напряженнодеформированного состояния оболочковых форм.
3.5. Влияние температурного режима прокаливания и заливки металла
на трещиностойкос ть оболочек1
3.6. Выводы.
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ.
4.1. Иерархия структур и свойства оболочковых форм по выплавляемым моделям
4.2. Влияние структуры оболочковых форм на их свойства
4.3. Применение натриевой соли хлопкового соапстока.
4.4. Обработка оболочковых форм ортофосфорной кислотой
4.5. Использование отходов гальванического производства.
4.6. Армирование оболочковых форм фарфоровой крошкой
4.7. Использование цеолитов в качестве огнеупорного материала.
4.8. Разработка методов контроля качества этил сили ката и этил силикатных суспензий
4.8.1. Фотометрический метод определения качества этилсиликага.
4.8.2. Метод диэлектрической спектроскопии.
4.9. Выводы
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ВСПЕНИВАНИЯ ПОЛИСТИРОЛА НА ЕГО СВОЙСТВА
5.1. Влияние температурного режима вспенивания па объемную массу пенополистирола
5.2. Влияние температурного режима предварительного вспенивания на размер гранул пенополистирола
5.3. Исследование физикомеханических свойств пенополлстироловых моделей
5.4. Исследование размерной точности пенополистироловых моделей
5.5. Исследование геометрической точности пенополистироловых моделей
5.6. Выводы
ГЛАВА 6. РАЗМЕРНОГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ТОЧНОСТЬ ОТЛИВОК
И ОПЫТНОПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
6.1. Размерная и геомсгрическая точность отливок, полученных по пенополистироловым моделям.
6.2. Технология получения пенополистироловых моделей.
6.3. Технология приготовления форм по газифицируемым и выжигаемым моделям
6.4. Технология получения отливок
6.5. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.
Принятые сокращении
ВЖМ выжигаемая модель
ВМ выплавляемая модель
ГМ газифицируемая модель
ДС диэлектрическая спектроскопия
ЖМ жидкий металл
ЖСС жидкоподвижные самотвердеюшие смеси
КТР коэффициент термического расширения
ЛГМ литье по газифицируемым моделям
1 литье по выплавляемым моделям
ЛПС литннковопитающая система
МКЭ метод конечных элементов
МС модельный состав
НДС напряженнодеформируемое состояние
ОГП отход гальванического производства
ОН опорный наполнитель
ОФ оболочковая форма
ПАВ поверхностноактивное вещество
ПВС поливиниловый спирт
1I полимегилмегакрилаг оргстекло
ППМ пенополистироловая модель III 1 пенополистирол ПС полистирол
РМС расплав модельного состава
СНБС сыпучий наполнитель без связующего
ХК хромелькопелевая термопара
ЭАФ эфироальдегидная фракция
ЭТС этил силикат
ВВЕДЕНИЕ


В целях упрощения расчетов при моделировании деформаций для двумерной задачи использовалась треугольная конечноэлементная сетка без решения громоздких матриц. В результате расчета были определены точки в теле отливки, в которых деформации превышаю предельно допустимый для данного сплава уровень. Кинетика затвердевания литой заготовки прокатного валка из заэвтектоидной стали представлена в работе . Задача решалась в одномерном приближении по явной схеме конечноразностного метода. Расчет затвердевания отливки был проделан по трем вариантам учета коэффициента теплопередачи, при этом было показано, что на процесс затвердевания рабочего слоя оказывает существенное влияние не только наличие газового зазора, но и упругие и пластические деформации затвердевающей корочки сплава. Подробное решение задачи охлаждения и затвердевания отливки произвольной конфигурации представлено в работе . Автор считает, что метод конечных элементов 4 является наиболее современным и часто применяющимся для решения дифференциальных уравнений моделей физических процессов. Для тепловой задачи, задачи фильтрационного течения, деформационных процессов метод конечных элементов более эффективен, чем метод конечных разностей. Сформулированные в работе принципы успешно использовались при моделировании различных литейных процессов получения крупногабаритных отливок высокой сложности. Существующие методики определения и прогнозирования 1ЩС ОФ, достаточно трудоемкие и не всегда охватывают весь спектр возможных температурных воздействий при технологических операциях прокаливания и заливки ОФ металлом. НДС ОФ. Некоторыми преимуществами по сравнению с перечисленными методами обладает численный метод решения дифференциальных уравнений пластического течения, предложенный В. И . Одииоковым 0. Этот метод заимствует некоторые положения метода конечных элементов МКЭ и метода сеток как и в МКЭ рассматриваемая область разбивается на элементы конечных размеров, как и в методе сеток решается система дифференциальных уравнений, записанная в конечноразностном виде. Б то же время, этот метод имеет существенные отличия и преимущества. Структура уравнений в МКЭ зависит от свойств деформируемой среды. Следовательно, от свойств среды будет меняться алгоритм и сложност ь решения задачи. В выбранном методе изменение свойств среды не усложняет задачу и не изменяет алгоритм ее решения. Кроме того, данный метод позволяет построить рекуррентные соотношения, в результате чего резко уменьшается количество неизвестных в раз. Расчет НДС деформируемого тела с использованием численных методов 1 удобнее осуществлять, когда исследуемая область разбита на элементы ортогональной формы. При этом упрощается запись уравнений как внутри элемента, так и на границе области, уменьшается число неизвестных параметров, упрощается вычислительная процедура. В тех случаях, когда область имеет сложную конфигурацию, разбивка на ортогональные элементы представляет значительные трудности, включающие использование различных систем криволинейных ортогональных координат и запись уравнений на стыке двух элементов, пос троенных в различных системах координат. Иногда невозможно изза математических сложностей описать область деформирования ортогональными системами координат. В то же время, в любой сложной области можно сравнительно просто графически нанести ортогональную сетку. Кроме этих достоинств, необходимо отметить возможность единого подхода к различным классам задач, простоту формализации для программирования, независимость постановки и алгоритма решения задачи от использования различных моделей физического состояния исследуемой среды. Технология литья по иенополистироловым моделям ППМ является одним из самых перспективных способов получения отливок высокой точности, который широко применяется в мелкосерийном, серийном н массовом производс тве отливок из черных и цветных сплавов. В настоящее время эта технология применяется в трех основных вариантах литье но газифицируемым моделям, литье по выжигаемым моделям и литье по растворяемым моделям.