LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Підвищення якості виливків у формах із структурочутливих формувальних сумішей

якої неоднорідна за об`ємом;

  • визначення потрібних змін неоднорідності структури піщаної ливарної форми, які забезпечують необхідні параметри протікання в заданих місцях;

  • визначення потрібних змін неоднорідності складу матеріалу піщаної ливарної форми, які забезпечують необхідні параметри протікання;

  • розрахунок параметрів зовнішнього технологічного впливу на формувальну суміш для одержання форми з необхідними параметрами протікання;

  • визначення необхідного вектора впливів на виливок, який забезпечує задані властивості останнього.

    Відповідно до основних технологічних операцій при литті в піщані форми існує три головні можливості впливати на структуру скелета і пор форми на мікрорівні: збільшити кількість контактів між зернами; збільшити площу контакта між зернами; частково замінити зерна на одержані із іншого матеріалу. Перші дві можливості можуть бути здійснені за рахунок ущільнення суміші, третя – при введенні домішок у суміш.

    На макрорівні, у свою чергу, існують такі технологічні можливості: диференційне ущільнення; введення макрохолодильників; виконання наколів. Крім того, різноманітні макроподії з формою можуть відбуватися довільно, але й у цьому випадку ними можна управляти. Насамперед, це – тріщини, що утворюються, наприклад, при литті в керамічні форми.

    Модель дозволяє вивчати зміну структури шляхом додавання зв'язків між вузлами; зміну параметрів, не пов'язану зі зміною матеріалів, що входять до суміші, або їхньої концентрації, а також часткову або повну заміну компонентів суміші; зміну рівномірності розподілу частинок наповнювача в суцільній фазі.

    Модель працює таким чином.

  • Вибирається початкова структура об'єкта.

  • Задаються початкові і граничні умови процесу, що моделюється.

  • Виконується просторове структурування об'єкта моделювання і визначається тривалість часових ітерацій.

  • Визначаються параметри елементів електричної моделі, що відповідають обраним матеріалам і їхньому початковому стану, а також початковій температурі.

  • За допомогою схемотехнічної САПР "MICRO-CAP V" будується принципова схема електричної моделі, що відповідає початковому стану.

  • Визначаються зовнішні рушійні сили процесу переносу (температурний градіент, різниця тисків, тощо).

  • Виконується перша часова ітерація моделювання.

  • Інформація про зміни, які відбулися із компонентними параметрами моделі (температура, тиск, тощо), надходить у блок управління, де вона опрацьовується.

  • Блок управління готує до початку наступної ітерації інформацію про структурні зміни, що необхідно зробити в моделі: додаються нові зв'язки, якщо це необхідно; змінюються значення елементів зв'язку, якщо змінюються умови контакту; змінюються значення параметрів елементів, які моделюють властивості піщаної основи, якщо до суміші вводяться домішки.

  • Проводиться ітерація моделювання і здійснюється повернення до п. 8.

  • Закінчення моделювання відповідає закінченню зовнішнього впливу на суміш з урахуванням часової прив'язки ітерацій.

    Загальна схема універсальної моделі структурних перетворень у формувальних сумішах наведена на рис. 1. Під час моделювання мінімальний розмір мікрозразка, при якому його ефективні властивості переносу ще відповідають ефективним властивостям макрозразка, визначають мінімальну розмірність електричної моделі, яка адекватно відбиває ці властивості. З іншого боку, збільшення розмірності моделі призводить до швидкого зростання кількості необхідних елементів електричної схеми. Остання обставина обмежує застосування для моделювання схемотехнічних САПР. Дійсно, в стандартному зразку діаметром і висотою 50 мм знаходяться біля ста мільйонів піщинок фракції 01. Це перевищує можливості діючих САПР приблизно в 10000 разів!

    Тому моделювання переносу в гетерогенних піщаних середовищах ливарних формувальних сумішей необхідно розподіляти, як мінімум, на два розмірних рівні: на нижньому, мікрорівні повинні моделюватися конкретні

    ситуації, які спостерігаються у формі при тому або іншому методі її утворення, співмірні з 10 – 15 розмірами зерна; на верхньому, макрорівні – ситуації, що спостерігаються у формі при тому або іншому методі її утворення, співмірні з розмірами самої форми.

    Моделювання зміни структури в процесі ущільнення. Модель цього процесу раніше мала вигляд одержаного експериментально математичного опису зміни ефективних значень головних фізичних характеристик сумішей, яка супроводжує ущільнення. Таке, чисто "параметричне" моделювання процесів, що відбуваються при ущільненні, не є повним, оскільки воно не враховує механізм глибоких структурних змін, які відбуваються при цьому у гетерогенному середовищі "сипучий матеріал – поровий простір". Створена структурна модель дозволяє не тільки відтворювати експериментально визначені властивості, але і прогнозувати їхню зміну в широкому діапазоні гранулометричних і масових характеристик.

    Так, при кубічній укладці зерен суміші в кожного з них з координатами центра ijk є шість "сусідів", а формула такої укладки має вигляд:

    K6 = {(i-1)jk; i(j-1)k; i(j+1)k; (i+1)jk; ij(k+1); ij(k-1)}. (1)

    При найщільнішій – гексагональній укладці в кожного ijk-го зерна вже дванадцять сусідів, а формула такої укладки має вигляд:

    K12 = {(i-1)jk; i(j-1)k; i(j+1)k; (i+1)jk; ij(k+1); ij(k-1); i(j+1)(k-1); (i-1)j(k-1);

    (i-1)(j-1)k; i(j+1)(k+1); (i-1)j(k+1); (i+ 1)(j+1)k} (2)

    Порівнюючи формули (1) і (2), знайдемо, що їхня відмінність полягає в шести нових зв'язках:

    K12-6 = {i(j+1)(k-1);(i-1)j(k-1);(i-1)(j-1)k; i(j+1)(k+1);(i-1)j(k+1);(i+1)(j+1)k} (3)

    Таким чином, якщо в деякій початковій моделі врахувати зв'язки (1), а потім додавати, наприклад, випадково, зв'язки з (3), то цим можна моделювати процес ущільнення. Кількісний опис такого додавання здійснювали, виходячи з того, що кожній укладці відповідає своя відносна щільність:

    , (4)

    де Уеф – ефективне значення відносної щільності суміші при даній укладці; ρ еф – ефективна насипна щільність; ρ мат. зерна – щільність матеріала зерна.

    Кількість зв'язків між зернами при кубічній N6 і гексагональній N12 укладках, відповідно, дорівнює:

    , ,

    де d – середній (ефективний) діаметр зерна; n, m, l – розміри зразка.

    Моделювання ущільнення піщаної суміші від щільності ρmin до ρmax здійснювали у відповідності з таким алгоритмом.

    1. Передбачається наявність віртуального об'єкта у вигляді розташованих у вузлах трьохвимірної сітки I J K правильних кулеподібних піщинок, які не контактують між собою.

    2. Створюється трьохвимірний масив чисел А(I, J, K), а також масив У(I, J, K - I, J, K) із розрахованих за (1) N12 "зв'язків" між цими числами. Оскільки піщини між собою не контактують, масив У спочатку


  •