LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Підвищення якості сталевих виливків шляхом удосконалення тепло-газового режиму лиття у сиру форму

присвячений розробці та реалізації алгоритму розрахунку параметрів ТГР для досліджуваної системи "стержень – метал – сира піщана форма", яка подана системою рівнянь (1) – (5).

У структурному плані елементами алгоритму є: метод сіток числового розв'язання рівняння теплопровідності, що враховує виділення теплоти кристалізації в металі виливка, а також математична модель для опису полів температур і вологості сирої піщаної форми, побудована на основі обробки експериментальних даних.

Для моделювання кінетики формування газового тиску в ливарній формі розроблено ітераційно-різницевий алгоритм розв'язання рівнянь (4) – (5), якому належить провідна роль в обчислювальному процесі розробленої системи.

Дослідження параметрів ТГР сирої піщаної форми на основі розробленого алгоритму виконувалось в діалоговому режимі шляхом послідовного введення з дисплея початкових даних: температури відливання рідкого металу, геометричних розмірів елементів ливарної форми, що беруть участь у формуванні параметрів ТГР, теплофізичних та фільтраційних властивостей форми, параметрів алгоритму – кількості вузлів сітки, тривалості розрахунку, параметра закінчення ітераційного процесу та ін.

Для підвищення адекватності математичних моделей розроблено і реалізовано метод їх параметричної ідентифікації. Як параметр, що уточняється, вибрали теплопровідність сухої формувальної суміші та стержня, що при відомій вологості однозначно визначає і теплопровідність сирої суміші. У цьому випадку уточнене значення цього параметра визначали на основі пошуку мінімуму суми квадратів відхилень між розрахунковими та експериментальними значеннями цих параметрів в точці.

Запропонований метод ідентифікації параметрів математичної моделі також використовували при розв'язанні задачі числового розрахунку значення газового тиску в ливарній формі; він дозволяє використовувати розроблений алгоритм як ефективний робочий інструмент для аналізу реальних процесів, що формують ТГР сирої піщаної форми при виготовленні виливків невеликого і середнього розважування в умовах масового виробництва литва. Описаний алгоритм реалізовано на ПЕОМ у вигляді пакета прикладних програм "МАGМА-R" алгоритмічною мовою ФОРТРАН.

Обробка даних про ступінь відповідності розрахункових та експериментальних параметрів ТГР ливарної форми показує, що середньоквадратичне відхилення в розрахунках температури складає 11,3%, а за розрахунком газового тиску 14,6%, тобто розроблені алгоритми забезпечують задовільну відповідність експериментальним даним.

За допомогою пакета прикладних програм реалізували серію математичних експериментів з вивчення процесів формування ТГР сирої ливарної форми і ступеня впливу на нього основних параметрів технологічного процесу виготовлення сталевих виливків: товщини стінки виливка, температури металу, що заливається, твердості поверхневого шару форми, технологічних і теплофізичних властивостей матеріалу форми і стержня.

На рис. 3 і 4 наведені типові криві залежності значення максимального газового тиску від товщини стінки виливка і температури металу , що заливається, отримані розрахунковим шляхом (суцільна лінія). Тут також наведені результати експериментальних вимірювань тих же параметрів (крапки).

Рис. 3. Вплив товщини стінки виливка

на величину максимуму газового тиску :

1 – , од., %;

2 – , од., %;

– теоретично; – експериментально

Рис. 4. Вплив температури відливання сталі 45Л

на величину максимуму газового тиску :

1 – мм, %, од.;

2 – мм, %, од.;

– теоретично; – експериментально

З рисунків 3 і 4 видно, що підвищення температури відливання металу у форму і збільшення товщини стінки виливка (часу контакту з нею) викликає зростання максимального тиску газу на межі контакту "метал-форма". Аналіз результатів сполучення впливу та показав, що із збільшенням обох цих величин швидше настає .

Аналогічними експериментами встановлено, що при зниженні вологості формувальної суміші W і твердості поверхневого шару сирої піщаної форми Н помітно зменшується пік тиску газів. При цьому, на максимум тиску газу фактор твердості впливає сильніше, ніж зміна вологості формувальної суміші.

Також встановлено, що в початковий момент часу після відливання форми спостерігається активна зміна величини зони конденсації убік її збільшення залежно від виду сплаву і початкової вологості формувальної суміші, при цьому максимум тиску газу настає в момент утворення зони конденсації значної ширини (більше 8-10 мм).

У четвертому розділі описані експериментальні дослідження температурних полів і газового тиску за допомогою датчиків, розташованих у дослідній ливарній формі та приєднаних до прибору автоматичного запису температури і тиску в часі.

На створеній експериментальній установці вивчена кінетика формування температурного поля сирої ливарної форми. З цією метою в лабораторних умовах відливалися плоскі, розміром мм, товщиною 10, 20, 30 і 40 мм, зразки зі сталей 45Л и 110Г13Л в сиру піщану форму, в яку для запису процесу зміни температур встановлювали термопари на відстані 0, 1, 3 і 5 мм від поверхні контакту "метал-форма". Сталь виплавляли в печі Таммана у корундових тиглях. В усіх дослідах зберігали незмінними параметри ливникової системи, хімічний склад металу і тривалість його відливання.

На основі обробки отриманих експериментальних даних вивчили кінетику зміни ширини трьох характерних температурних зон сирої ливарної форми: першої, у якій температура змінюється від температури на поверхні контакту "метал-форма" до температури випаровування ; друга, що має сталу температуру, яка дорівнює температурі випаровування води ; і третю, у якій температура змінюється від до початкової температури форми. Великий вплив на процес формування дефектів газового походження у виливках має температура на межі зіткнення рідкого металу і форми. Експериментально знайдені її значення в процесі відливання для різних сплавів. В усіх випадках загальний закон її зміни полягає в послідовній зміні трьох етапів: 1) повільний підйом температури за рахунок теплового впливу дзеркала рідкого металу, що піднімається; 2) швидке збільшення при зіткненні рідкого металу з формою; 3) стабілізація в наступний період, тривалість якого залежить від товщини стінки виливка і знаходиться в межах до 1...2 хв.

Виміряне значення газового тиску на межі "метал-форма" у початковий момент часу при зміні складу і властивостей досліджуваної суміші, температури відливання рідкого металу, вологості форми і регульованій довжині шляху фільтрації газу.

Ключовим чинником утворення газових раковин з причини форми є значення першого максимуму () газового тиску в ливарній формі. Результати обробки осцилограм залежності тиску газу від часу для сталевих виливків показали, що ця крива, як і для чавунного лиття, має два екстремуми: перший з яких