авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Совершенствование литниковых систем на основе исследования особенностей течения расплава по каналам вращающейся литейной формы

На правах рукописи

Сухорукова Елена Владимировна Совершенствование литниковых систем на основе исследования особенностей течения расплава по каналам вращающейся литейной формы Специальность 05.16.04 – Литейное производство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир 2011 Диссертационная работа выполнена на кафедре «Литейные процессы и конструкционные материалы» ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых».

Научный консультант:

Кечин Владимир Андреевич доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Шатульский Александр Анатольевич доктор технических наук, профессор Калистов Валентин Константинович кандидат технических наук, доцент ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный

Ведущая организация:

университет», г. Красноярск

Защита состоится « 5 » июля 2011 года в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.025.03 в ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени А.Г. и Н. Г. Столетовых» по адресу:

600000, г. Владимир, ул. Горького, 87, ауд.211, корпус 1.

Ваш отзыв в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим направлять по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87, ГОУ ВПО ВлГУ, диссертационный совет Д 212.025.03, тел./факс: 8(4922)331391, e-mail: lpikm@vlsu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет им.А.Г.и Н.Г. Столетовых» Автореферат разослан « 1 » июня 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.025. кандидат технических наук, доцент Панфилов А.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Особенности гидродинамики заполнения литейной формы в поле действия центробежных сил позволяют изготавливать самые разнообразные отливки производственно технического и культурно-бытового назначения. Отливки, полученные методом литья с центрифугированием расплава, имеют более плотную структуру, пониженное содержание усадочных пор, газовых и неметаллических включений. Кроме того, данный метод позволяет изготавливать тонкостенные сложнопрофильные отливки практически из всех видов сплавов, из сплавов с низкой жидкотекучестью, а также в жидко-твердом состоянии.

Между тем, метод литья с центрифугированием расплава пока не находит широкого применения в промышленности. Это связано с тем, что гидродинамические особенности течения расплава по каналам вращающейся литейной формы до конца не исследованы. В связи с этим возникают трудности при разработке технологии литья и проблемы с качеством отливок: вращающиеся формы заполняются хуже, чем неподвижные, отливки получаются с многочисленными поверхностными дефектами, неслитинами и складками оксидных плен. Основные причины низкой пропускной способности литниковых систем, обусловлены потерей динамического напора расплава при повороте потока в горизонтальную плоскость на установках с вертикальной осью вращения формы и проскальзыванием расплава в металлоприемнике мимо устьев коллекторов. Кроме того, в большинстве случаев, конфигурации отдельных элементов литниковых каналов (коллекторов) выполняются произвольно, без учета гидродинамических особенностей течения расплава. Применение таких коллекторов приводит к излишнему торможению, нарушению сплошности и утонению потока, и, как следствие, к браку отливок. Указанные проблемы сдерживают применение литья с центрифугированием расплава в промышленности несмотря на известные преимущества данного метода.

Таким образом, задача совершенствования конструкций литниковых систем при производстве фасонных отливок на установках центробежного литья с вертикальной осью вращения является особенно актуальной.

Цель работы заключается в изучении гидродинамических особенностей течения расплава по каналам вращающейся литейной формы и разработке новой конструкции литниковой системы, обладающей повышенной пропускной способностью и возможностью получения качественных отливок со сложной рельефной поверхностью.

На основе анализа процесса формирования отливок в поле действия центробежных сил, существующих конфигураций элементов литниковых систем и причин их низкой пропускной способности были поставлены следующие задачи исследований:

1. Изучить особенности течения потока в металлоприемнике, характер свободного истечения расплава и его влияние на течение потока в коллекторах различных конфигураций.

2. Разработать теоретические зависимости для расчета основных гидродинамических параметров процесса литья с центрифугированием расплава.

3. Разработать конструкцию литниковой системы с повышенной пропускной способностью для литья с центрифугированием расплава и методику расчета ее элементов.

4. Провести опытно-промышленную апробацию предложенной конструкции литниковой системы при изготовлении фасонных отливок из легкоплавких сплавов методом литья с центрифугированием расплава.

Научная новизна работы.

1. Установлены причины низкой пропускной способности элементов литниковых систем, связанные с деструктивным влиянием центробежной силы в основании металлоприемника, потерей начального динамического напора и тормозящим воздействием стенки коллектора, приводящие к нарушению сплошности и разрыву потока.



2. Показана принципиальная возможность управления движением потока по каналам литниковой системы с учетом естественного течения расплава, обеспечивающая повышенную пропускную способность и формирование напорного режима течения.

3. Получено уравнение, описывающее траекторию свободного истечения потока из металлоприемника в зависимости от скорости вращения формы, объема заливаемого расплава и положения отверстия истечения.

4. Получены зависимости для расчета элементов литниковой системы конфузорного типа, обеспечивающие высокую пропускную способность и напорный режим течения по каналам вращающейся литейной формы.

Практическая значимость работы.

1. Разработана конструкция литниковой системы, включающая металлоприемник конфузорного типа;

коллектор, выполненный с учетом свободного истечения потока из металлоприемника;

щелевой питатель.

2. Разработаны методики расчета основных гидродинамических параметров и конструктивных элементов литниковой системы конфузорного типа.

3. Предложены рекомендации по использованию литниковой системы конфузорного типа при изготовлении фасонных отливок из легкоплавких сплавов методом литья с центрифугированием расплава.

Личный вклад автора состоит в научной постановке задач исследования, проведении экспериментальных исследований гидродинамических особенностей течения потока по каналам литниковых систем, теоретическом и экспериментальном описании характера свободного истечения потока из металлоприемника, в обработке и анализе полученных результатов, формулировании выводов.

Положения, которые составляют основу работы и выносятся на защиту.

1. Принципы конструирования литниковых систем основанные на обеспечении высокой пропускной способности и напорного режима течения расплава по каналам вращающейся литейной формы.

2. Уравнение, описывающее траекторию свободного истечения потока из металлоприемника в зависимости от скорости вращения формы, объема заливаемого расплава и положения отверстия истечения.

3. Методика расчета конструктивных элементов литниковой системы конфузорного типа, учитывающая особенности течения расплава по каналам вращающейся литейной формы.

Апробация работы.

Основные положения настоящей работы доложены и обсуждены на всероссийской НТК «Новые материалы и технологии», г. Москва, 2006;

на III международной научно-практической конференции «Информационные технологии в проектировании и производстве изделий машиностроения «ИТМ-2008», г. Казань, 2008;

на V международной научно-технической конференция «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и наджность машин, приборов и оборудования», г. Вологда, 2009;

на V международной научно практической конференции «Прогрессивные литейные технологии», г.

Москва, 2009;

на VIII Всероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука – региону», г. Вологда, 2010;

на ежегодных научно технических конференциях ВлГУ, г.Владимир.

Публикации. По теме диссертации получен патент РФ и опубликовано 9 печатных работах в различных журналах, сборниках научных трудов и прочих изданиях, из них 3 научных статьи, рекомендованные ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованных источников. Изложена на страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц, 59 рисунков, библиографический список содержит 120 наименований.





ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе представлен обзор литературных источников и патентной информации в области применения технологии литья с центрифугированием расплава при получении отливок машиностроительного и художественного назначения. В частности, рассмотрены состояние, проблемы и направления развития и применения способа литья с центрифугированием расплава. Приведены особенности формирования отливок и условия течения потока по каналам вращающейся литейной формы. Рассмотрены кинематические и динамические условия формирования отливок, режимы течения потока расплава по каналам литниковой системы. Дана характеристика существующих конструкций литниковых систем и предложена их общая классификация. Особое внимание уделено гидродинамическим особенностям течения расплава по каналам литниковых систем различных конструкций, и их влиянию на пропускную способность литниковой системы и связанное с этим качество отливок.

В результате выполненного анализа литературных данных обоснована актуальность темы и сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе представлен анализ гидродинамических особенностей течения расплава по каналам вращающейся литейной формы, на основании которого разработана оптимальная конструкция литниковой системы.

Сделано теоретическое обоснование расчета основных гидродинамических параметров процесса литья с центрифугированием расплава. В частности, разработаны зависимости для расчета продолжительности истечения потока () из металлоприемника и расхода расплава (Q):

Н нач Fмет (1) мет m Fк 2g где Fмет – площадь поперечного м 2;

сечения металлоприемника, Fк – площадь сечения канала, м2;

– коэффициент расхода струи, = ·, Рис.1. Литниковая система определяет долю потерь энергии (напора) конфузорного типа.

в металлоприемнике на входе в радиальные каналы;

Ннач - начальный металлостатический напор, м.

W0 мет m Fк 2g Q (2) 2 Fмет Н нач где W0 – объем заливаемого расплава, м3.

В результате теоретического анализа основных факторов, влияющих на коэффициент расхода литниковой системы. Установлено, что эффективность работы металлоприемника зависит от коэффициента суммарного сопротивления на входе в радиальный канал, который, в свою очередь, складывается из потерь при повороте из металлоприемника в коллектор, потерь на сужение. При этом, коэффициент расхода можно значительно повысить за счт совершенствования конфигурации центрального узла I (рис. 1) вращающейся формы. Прежде всего, необходимо отказаться от резкого сужения потока при входе в коллектор, применив в основании приемной полости металлоприемника 1 систему конфузора 2, с плавным поворотом 3 струи на входе в канал коллектора II.

На гидродинамику течения потока расплава существенно влияет и конфигурация коллектора II, которая может как повысить, так и существенно снизить пропускную способность литниковой системы вцелом. Главная задача любой литниковой системы – подать расплав к полости формирования отливки IV с требуемым расходом и напором. При этом, конструкция литниковой системы должна обеспечивать возможности регулировки указанных параметров. Отклонение русла коллектора от естественного направления движения потока способствует его прижиму к стенке коллектора, повышению трения и, следовательно, торможению.

Известно, что многократное изменение направления усиливает эффект торможения. Необоснованно считается, что при литье с центрифугированием расплава напорные характеристики потока можно регулировать только за счет изменения скорости вращения формы, вместе с тем, ошибки при конструировании металлоприемника и центрального коллектора приводят к существенному снижению напора или вообще к безнапорному течению расплава. Увеличение скорости вращения формы в этих условиях приводит к нарушению сплошности и разрыву потока на тонкие струи и браку отливок. При разработке конструкций литниковых систем для литья с центрифугированием расплава необходимо учитывать естественное движение потока. В данной главе проведен теоретический анализ движения потока при истечении из металлоприемника, в результате которого установлено, что характер кривой течения зависит от скорости вращения формы, начальной скорости потока и положения выходного отверстия истечения.

В результате теоретических исследований гидродинамических особенностей течения расплава была предложена оптимальная конструкция литниковой системы конфузорного типа для получения отливок методом литья с центрифугированием расплава. Литниковая система (рис.1) включает в себя металлоприемник конфузорного типа I, коллектор II, выполненный с учетом кривой свободного истечения потока из металлоприемника, щелевидный питатель III.

Применение данной литниковой системы позволяет устранить проблемы качества заполнения форм при литье с центрифугированием расплава: потерю начального динамического напора, проскальзывание расплава в металлоприемнике, излишнее торможения потока в каналах литниковой системы, и обеспечивает напорный режим течения.

В третьей главе приведена методика экспериментальных исследований и дан анализ достоверности полученных результатов.

Исследования различных конфигураций элементов литниковых систем проводили с использованием метода экспериментального моделирования на холодных жидкостях. Выбор размеров форм для моделирования и моделирующей жидкости основывался на анализе технологических процессов и теории подобия.

Экспериментальное моделирование процесса движения потока в каналах литниковой системы проводили на специально сконструированной установке, включающей вращающийся вокруг вертикальной оси рабочий стол с закрепленными на нем прозрачными моделями форм с изменяющимися конфигурациями элементов литниковых систем, лабораторный строботахометр, заливочное устройство, фотокамеру.

Обработку данных производили с помощью программ VirtualDub-MPEG2 Rus 1.5.10, КОМПАС-3D V10, Microsoft Office Excel, MathCad 11 Enterprise Edition.

В ходе эксперимента определяли следующие гидродинамические параметры процесса: расход, коэффициент расхода, линейную скорость потока, число Рейнольдса. Для анализа эффективности работы литниковой системы предложено использовать действительный коэффициент расхода, позволяющий наиболее точно оценивать изменения пропускной способности литниковой системы. Действительный коэффициент расхода представляет собой отношение, где Qпр – практический расход жидкости в канале, Qзал – исходный практический расход жидкости на входе канал.

В результате анализа достоверности полученных результатов исследований, определены доверительные интервалы и установлено, что ошибка опытов составляет не более 5%.

Опытно-промышленные и лабораторные испытания литниковой системы конфузорного типа при изготовлении отливок литьем с центрифугированием расплава были проведены с использованием комплекса литья с центрифугированием расплава. В качестве опытного сплава использовали ЦА4. Литейную форму изготавливали из силиконовой резины горячей вулканизации. Исследования проводили с применением литниковых систем конфузорного и традиционного типов.

В четвертой главе представлены результаты исследований гидродинамических особенностей течения модельной жидкости по каналам вращающейся литейной формы, на основании которого предложены оптимальные конфигурации элементов литниковой системы и разработана методика ее расчета.

Представлены результаты исследований гидродинамических особенностей течения модельной жидкости в металлоприемниках различных конфигураций. В частности, проведен сравнительный анализ гидродинамических параметров истечения модельной жидкости из металлоприемников традиционного и конфузорного типов, а также оценка влияния геометрических параметров металлоприемника конфузорного типа на его пропускную способность.

Совершенствование конструкции металлоприемников при литье с центрифугированием расплава направлено на устранение проскальзывания расплава, сохранение начального динамического напора при одновременном сохранении спокойного, без завихрений и заворотов, близкого к ламинарному режима течения потока.

В результате проведенных исследований установлено, что использование металлоприемника конфузорного типа представляется наиболее эффективным в сравнении с металлоприемником литниковой системы традиционного типа, поскольку в данном металлоприемнике полностью устраняется эффект проскальзывания и коэффициент расхода повышается в 1,5- 2 раза и достигает численных значений 0,6-0,9 ед.

Исследования по выявлению оптимальных конструктивных параметров металлоприемника конфузорного типа были проведены при варьировании: угла конусности насадка ;

радиуса поворота вертикального канала R;

степени сужения h = D/d;

где D-диаметр приемной полости металлоприемника, d-диаметр вертикального канала. В результате проведенных исследований оптимизированы основные конструктивные параметры металлоприемника, в частности: оптимальный угол конусности насадка составляет не более 30 0;

отношение радиуса поворота вертикального канала к его диаметру р = R/d не менее 3,0;

оптимальная степень сужения насадка составляет 1,6 - 3,2.

Выполненный анализ влияния начального динамического напора на основные гидродинамические параметры при движении потока в металлоприемнике конфузорного типа убедительно показал, что варьирование скорости заливки позволяет повысить коэффициент расхода металлоприемника до 0,90-0,95 ед.

По результатам исследований выявлены граничные условия перехода напорного режима течения потока в безнапорный, в частности, разработаны зависимости для определения оптимальной скорости вращения формы и критического объема расплава в металлоприемнике, обеспечивающие гарантированный напорный режим течения потока.

Представлены результаты исследований гидродинамических особенностей течения модельной жидкости на участке литниковой системы коллектор-полость формирования отливки.

Конфигурация коллектора оказывает существенное влияние на пропускную способность литниковой системы. Основным недостатком существующих коллекторов является то, что они не учитывают естественного направления течения расплава, оказывают тормозящее воздействие на поток, что снижает эффект, от использования преимуществ металлоприемника конфузорного типа по условиям заполнения литейных форм.

С целью создания оптимальной конфигурации коллектора, проведены модельные эксперименты по выявлению траектории свободного истечения из металлоприемника для различных начальных условий: положения отверстия истечения, объема заливки (металлоемкости формы), скорости вращения формы. По результатам исследований установлено, что характер кривой течения потока зависит от всех назначенных параметров процесса. При этом, степень закручивания кривой в направлении оси вращения увеличивается при повышении скорости вращения формы, увеличении радиуса удаления, уменьшении объема модельной жидкости. Все полученные экспериментальные кривые представляют собой полином следующего вида:

, (3) где r – радиус удаления точки кривой истечения от оси вращения, мм;

– угол поворота формы за определенный отрезок времени, град;

R – радиус поворота вертикального канала (радиус удаления отверстия истечения относительно оси вращения формы), мм;

А и В – эмпирические коэффициенты, зависящие от скорости вращения формы, положения отверстия истечения, объема заливаемой модельной жидкости.

Для определения коэффициентов А и В для любых начальных условий процесса провели аппроксимацию всех полученных данных в программе MathСad 11 Enterprise Edition:

n n rA dataNRV dataA r rB dataNRV dataB r A ( n r v ) interp B( n r v ) interp ;

v v А (N,R,V) = численное значение коэффициента А;

В (N,R,V) = численное значение коэффициента В.

В результате сравнительного анализа экспериментальной и теоретической кривых, а также кривых, представленных в работах других исследователей, установлено, что полученная экспериментальная кривая наиболее точно описывает процесс свободного истечения потока из металлоприемника, поскольку ее расчет учитывает только реальные факторы, влияющие на гидродинамику потока.

Проведены исследования влияния конфигурации оси коллектора на гидродинамику течения потока, при выполнении коллектора по искомой кривой и с отклонениями от нее (рис.2).

Рис.2. Исследование зависимости коэффициента расхода от конфигурации коллектора: 1 - прямой коллектор;

2 - коллектор, ось которого выполнена с отклонением от кривой свободного истечения потока по ходу вращения формы;

3 - коллектор, ось которого соответствует кривой свободного истечения;

4, 5 коллектора, оси которых выполнены с отклонением от кривой свободного истечения потока против хода вращения формы.

По результатам представленных данных установлено, что наиболее высокую пропускную способность обеспечивает коллектор, ось которого выполнена по кривой свободного истечения из металлоприемника, отклонение конфигурации коллектора от искомой кривой будет приводить к пропорциональному снижению коэффициента расхода и расхода литниковой системы. При отклонении конфигурации коллектора по ходу вращения формы наблюдается торможение потока набегающей стенкой коллектора, и соответственно при отклонении навстречу вращению формы поток тормозиться убегающей стенкой коллектора.

При исполнении литниковой системы с прямым коллектором коэффициент расхода имеет минимальное значение и по сравнению с коэффициентом расхода при истечении только из металлоприемника падает на 30-35%, происходит существенное торможение потока о набегающую стенку коллектора и возникновение безнапорного режима течения. Поэтому использование прямого коллектора нецелесообразно.

Проведены исследования влияния положения питателя при варьировании оси коллектора (рис.3), в результате которых установлено, что конфигурация оси коллектора оказывает существенное влияние на пропускную способность питателя и может обеспечивать принудительную подачу потока в определенном направлении, соотносящимся с естественным направлением течения потока в поле действия центробежных сил.

Рис. 3. Исследование влияния положения питателя на коэффициент расхода для литниковых систем с коллекторами, оси которых выполнены:

а) по кривой свободного истечения потока из металлоприемника;

б) с отклонением по ходу вращения формы;

в) с отклонением против хода вращения формы ( 1 – металлоприемник;

2 – коллектор;

3 – питатель прямой;

4 – питатель на набегающей стенке;

5 – питатель на убегающей стенке).

Представлены основные принципы конструирования литниковых систем конфузорного типа для литья с центрифугированием расплава и предложена методика расчета ее основных элементов.

При проектировании литниковой системы (рис.4) необходимо использовать металлоприемник 1 с оптимальными значениями геометрических параметров. При конструировании коллектора необходимо принять во внимание представленные ранее закономерности, при этом необходимо разграничить рекомендации по конструированию литниковых систем для одногнездных (или малогнездных форм) и многогнездных форм, обеспечивая возможности наиболее выгодного распределения полостей формирования отливок по объему формы.

Конфигурацию оси коллектора 2 необходимо конструировать с учетом кривой свободного истечения потока из металлоприемника, согласно полученному уравнению (3).

При получении небольшого количества отливок наиболее предпочтительным является исполнение коллектора, ось которого несколько отклоняется по ходу вращения формы, и питателей, расположенных на «набегающей» стенке коллектора. Данная литниковая система создаст условия для преимущественного затекания потока в полости формирования отливок без излишнего торможения потока и сопротивления стенок формы, и соответственно с необходимым коэффициентом расхода.

Рис.4. Конструкции литниковых систем для одногнездных (а) и многогнездных (б) форм: 1- металлоприемник, 2-коллектор, 3- кольцевой коллектор, 4- щелевой питатель, 5- полость формирования отливки.

Для многогнездной формы, в случае применения одного центрального коллектора, единственно возможным для наиболее выгодного расположении полостей формирования отливок является расположение питателей на убегающей стенке. При этом необходимо также создать условия преимущественной подачи потока в полости, что представляется возможным при исполнении оси коллектора с небольшим отклонением против хода вращения формы. Для наиболее эффективного распределения расплава в многогнездной форме в дополнение к центральному коллектору наиболее предпочтительным является применение кольцевого коллектора 3, который представляет собой круглый канал, концентричный с окружностью формы. Для подвода расплава к полости формы 5 используем щелевой питатель 4, который представляет собой узкий канал конической формы, ведущий к тонкому, щелевидному отверстию в стенке полости.

Разработана оригинальная методика расчета литниковой системы конфузорного типа, обеспечивающая высокую пропускную способность и гарантированный напорный режим течения по каналам литниковой системы.

В пятой главе представлены результаты лабораторных и опытно промышленных испытаний литниковой системы конфузорного типа при изготовлении отливок с выраженной рельефной поверхностью, различной толщиной стенок и мелкими элементами из сплава ЦА4 и цинка марок Ц0, Ц1 способом литья с центрифугированием расплава (рис.5).

В результате проведенных лабораторных испытаний конструкций литниковых систем установлено, что:

Литниковая система конфузорного типа обеспечивает необходимые условия заполнения полости формы и позволяет получать отливки с различной толщиной стенок, рельефом, мелкими элементами и надписями без дефектов. Литниковая система с традиционным цилиндрическим металлоприемником не обеспечивает получение качественных отливок, отмечены такие дефекты: недолив, неспай, газовоздушная пористость.

Предложенная конструкция литниковой системы конфузорного типа прошла успешные опытно-промышленные испытания на ЗАО «Интерсильверлайн» при изготовлении партии отливок фурнитуры из цинка марок Ц0, Ц1 на установке для литья с центрифугированием расплава с вертикальной осью вращения формы фирмы ОPDEL.

Внедрение новой конструкции литниковой системы обеспечит экономический эффект в условиях ЗАО «Интерсильверлайн» в размере 20000 рублей на тонну годного литья за счет снижения объема брака и увеличения выхода годного литья при изготовлении отливок и связанного с этим снижения энергетических и материальных затрат.

На литейном участке предприятия ООО «МПК» были проведены испытания литниковой системы конфузорного типа при изготовлении отливок художественного назначения. В качестве материала литейной формы использовали кремний органическую резину горячей вулканиза а) б) Рис. 5. Литейные одногнездная (а) и многогнездная (б) формы с использованием литниковой системы конфузорного типа.

ции. Испытания проводили на установке литья с центрифугированием расплава модели TEKCASTER 100-D в сравнении с литейной формой с применением литниковой системы, рекомендованной фирмой Tekcast, включающей цилиндрический металлоприемник с зумпфом, кольцевой коллектор, соединенный с металлоприемником посредством радиальных каналов, щелевые питатели. Результаты опытно-промышленных испытаний позволили провести сравнительную оценку технико экономических показателей при изготовлении отливок с использованием литниковой системы, рекомендованной фирмой Tekcast (КИМ 50-70%;

доля брака 20-25%) и литниковой системы конфузорного типа (КИМ 65 80%;

доля брака 3-5%).

Таким образом, применение литниковой системы конфузорного типа при изготовлении фасонных отливок художественного назначения позволяет уменьшить себестоимость продукции на 10-15% за счт увеличения коэффициента использования металла, а также сокращения брака отливок по недоливу и неспаю, газовоздушным раковинам.

Основные результаты и выводы по работе:

1. Дана оценка эффективности работы литниковых систем и их классификация применительно к способу литья с центрифугированием расплава на установках с вертикальной осью вращения форм. Предложено использовать действительный коэффициент расхода для оценки работы литниковых систем.

2. Установлены причины низкой пропускной способности элементов литниковых систем, связанные с деструктивным влиянием центробежной силы в основании металлоприемника, потерей начального динамического напора, и тормозящим воздействием стенки коллектора, приводящим к нарушению сплошности и разрыву потока.

3. Предложена конфигурация металлоприемника конфузорного типа, обеспечивающая повышение пропускной способности в 1,5-2,0 раза с коэффициентом расхода 0,6-0,9, включающая приемную полость диаметром D сужающуюся посредством насадка конфузорного типа с углом конусности не более 300 в вертикальный канал диаметром d, плавно переходящий в горизонтальный с радиусом перехода R, при этом отношение радиуса поворота вертикального канала к его диаметру р = R/d не менее 3,0;

оптимальная степень сужения насадка h=D/d = 1,6 - 3,2.

4. Изучено влияние начального динамического напора на основные гидродинамические параметры движения потока в металлоприемнике конфузорного типа, в результате которого установлено, что увеличение скорости заливки позволяет повысить коэффициент расхода металлоприемника до 0,90-0,95 ед.

5. Выявлена траектория свободного истечения потока из металлоприемника, представляющая собой полином вида:

, где r – радиус удаления точки кривой от оси вращения, мм;

– угол поворота формы за определенный отрезок времени, град;

R – положение отверстия истечения, мм;

А и В – эмпирические коэффициенты, зависящие от числа оборотов формы, положения отверстия истечения и объема заливаемого расплава.

6. Показано, что наиболее высокую пропускную способность с коэффициентом расхода 0,75-0,95 ед. обеспечивает коллектор, ось которого выполнена по кривой свободного истечения из металлоприемника и установлено, что конфигурация оси коллектора оказывает существенное влияние на пропускную способность питателя и может обеспечивать принудительную подачу потока в определенном направлении, соотносящимся с естественным направлением течения в поле действия центробежных сил.

7. Установлены условия формирования напорного режима течения потока по каналам литниковой системы конфузорного типа, разработаны методики расчета основных гидродинамических параметров процесса и конструктивных элементов литниковой системы.

8. Результаты опытно-промышленных испытаний позволили установить преимущества литниковой системы конфузорного типа при изготовлении отливок высокого качества со сложной рельефной поверхностью во вращающихся литейных формах с пониженной с 20- % до 3-5% долей брака с практически полным исключением дефектов по недоливу, неспаю, газовоздушным раковинам.

Основные результаты работы представлены в следующих публикациях:

1. Кечин, В.А. Исследование гидродинамических параметров процесса литья с центрифугированием расплава / В.А. Кечин, В.Н. Шаршин, Е.В. Сухорукова // Новые материалы и технологии – НМТ-2006:

Материалы всерос. науч.-техн. конф. В 3 т. Т1 – Москва: Изд-во ИЦ МАТИ, 2006. – с. 34-35.

2. Шаршин, В.Н. Классификация и особенности расчета литниковых систем при литье с центрифугированием расплава / В.Н. Шаршин [и др.] // Литейщик России. – 2007. – №7. – С. 29-32.

3. Сухорукова, Е.В. Повышение качества отливок на основе моделирования гидродинамических процессов при литье с центрифугированием расплава / Е.В. Сухорукова, В.А. Кечин, В.Н.

Шаршин // Информационные технологии в проектировании и производстве изделий машиностроения «ИТМ-2008»: Материалы III междунар. науч.-практ. конф. – Казань: Изд-во ЗАО «Новое знание», 2008. – с.152-157.

4. Шаршин, В.Н. Особенности конструирования литниковых систем при литье с центрифугированием расплава / В.Н. Шаршин [и др.]// Литейщик России. – 2008. - №7. – С. 50-54.

5. Сухорукова, Е.В. Разработка оптимизированной конструкции литниковой системы для установок литья с центрифугированием расплава / Е.В. Сухорукова // Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и наджность машин, приборов и оборудования: Материалы пятой междунар. науч.-техн. конф. Т.2. – Вологда: Изд-во ВоГТУ, 2009 – с.167-169.

6. Сухорукова, Е.В. Совершенствование конфигураций литниковых систем при литье с центрифугированием расплава / Е.В. Сухорукова, В.Н. Шаршин, В.А. Кечин, // Прогрессивные литейные технологии:

Труды V междунар. науч.-практ. конф. – Москва: Изд-во «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Лаборатория рекламы и печати, 2009. – с.230-231.

7. Сухорукова, Е.В. Определение оптимального соотношения параметров элементов литниковой системы для литья с центрифугированием расплава / Е.В. Сухорукова, П.В. Тимошин // Вузовская наука – региону: Материалы восьмой всерос. науч.-техн. конф. В 2-х т. Т. 1 – Вологда: Изд-во ВоГТУ, 2010. – с.282-284.

8. Шаршин, В.Н. Совершенствование конфигурации металлоприемника при литье с центрифугированием расплава / / В.Н. Шаршин [и др.] // Известия вузов. Цветная металлургия. – 2011. – № 3 (принята к опубликованию).

9. Sharshin V. N., Improvement of Configuration of a Metal Reservoir for Casting with Centrifugation of the Melt / V. N. Sharshin V. A. Kechin, E. V.

Sukhorukova, and D. V. Sukhorukov // Russian Journal of Non_Ferrous Metals, 2011, Vol. 52, No. 3, pp. 223–226 (принята к опубликованию).

10. Пат. 2402403 Российская Федерация, МПК В 22 С 9/08, В 22 D 13/10.

Металлоприемник для центробежного литья с вертикальной осью вращения / В.Н. Шаршин [и др.];

заявитель и патентообладатель Е.В.

Сухорукова;

№ 2008150936/02;

заявл. 22.12.2008;

опубл. 27.10.2010, Бюл. №30. – 6 с.: ил.

Подписано в печать 19.05.11.

Формат 60х84/16. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз.

Заказ Издательство Владимирского государственного университета.

600000, Владимир, ул. Горького, 87.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.