Смекни!
smekni.com
Технология

Разработка модели технологического процесса получения ребристых труб и ее апробация

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ4

ЛИТЕРАТУРА116

ВВЕДЕНИЕ

Рациональноеиспользованиеприродныхресурсов иэнергии являетсяважнейшейзадачей производства,экономики иэкологии. Поэтомусозданиеоборудования,позволяющегоэкономитьтепловую энергию,является наиболееактуальным.

В решенииэтой проблемыважная рольпринадлежитлитейномупроизводству,т.к. литьем получаютбольшинствогидравлическогои энергетическогооборудования.Среди подобногооборудованияособое местозанимают литыетеплообменники,конструкциякоторых постоянноусовершенствуется,позволяя болеерациональноиспользоватьтепловую энергию.Другим направлениемв производстветеплообменников,является ихудешевлениеза счет используемогопри их отливкесплава. т.к. кподобным отливкампредъявляютсяповышенныетребованияпо герметичности,то их обычноизготавливаютиз стали, цветныхсплавов иливысокопрочногочугуна, чтозначительноувеличиваетстоимость этихотливок. Выходвидится виспользованиисерого чугуна,для чего необходимонайти способыулучшить егосвойства.

Впроизводствеподобных отливоктакже важнаяроль отводитсяматематическомумоделированию,которое взначительнойстепени упрощаетпрогнозированиепроцесса формированияотливки, структурыметалла и, вконечном итоге,качества получаемойотливки.

АНАЛИЗ И ТЕНДЕНЦИИРАЗВИТИЯ ЛИТЬЯТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГООБОРУДОВАНИЯ

Производствотеплоэнергетическогооборудованияявляется важнойэкономическойи экологическойзадачей. Этоопределяетактуальность задачи повышениянадежностии долговечностиработы и коэффициентаполезногодействияэнергетическогооборудования,в том числе итеплообменников.Надежностьи экономичностьработы этихагрегатовопределяетсяработоспособностьюрадиаторов- узлов, работающихв условияхповышенныхдавлений и вагрессивнойсреде.

Теплообменникиподразделяютсяна промышленныеи бытовые. Выпускбытовых радиатороввпервые былналажен ещев 40-х годах наМосковскомчугунолитейномзаводе им.Войкова(Россия). [1]. Былисозданы различныетипы радиаторов,разработанытехнологииих производства.

Назаводе им.Войковапроводилисьисследованияпо разработкесвязующихматериаловдля стержневыхсмесей, применяемыхв производстверадиаторов.В результатеисследованийбыл разработанбезмасляныйкрепитель БК.[2]. Для стержневыхсмесей былпредложен такжебезмасляныйкрепитель КО,для изготовлениякоторогоиспользовалисьостатки производствасинтетическихжирных кислот,растворенныхв уайт-спирите.[3].

Особыетребованияпри литье радиаторовпредъявляютсяк металлу отливки.Сплав долженобладать:

  • прочностью,

  • износостойкостью,

  • коррозионнойстойкостью,

  • герметичностью.

Такимиматериаламиобычно служатсталь, чугуни некоторыецветные сплавы.Однако, высокаястоимость сталии цветных сплавов,а также низкиелитейные свойстваэтих сплавовограничиваютширокое ихприменениев качествематериала дляотливок гидросистеми теплоэнергетическогооборудования.Наиболее широкоеприменениепри изготовлениитеплообменниковполучил чугун,как более дешевый,доступный ихороший литейныйматериал. [24]. Однимиз основныхтребований,предъявляемыхк чугуну, являетсяего герметичность.

Требованияпо герметичностипредъявляютсяк большинствуотливок, работающихс жидкостямии газами поддавлением. Принаблюденииза работойгидравлическихустройств,работающихпод давлением,часто приходитсянаблюдатьявления, противоречащиедруг другу.Так, в ряде случаеводни и те жематериалыиногда ведутсебя по-разному. То появляетсяпросачиваниежидкости принебольшомдавлении, топри значительныхдавлениях тотже материалведет себясовершеннопо-другому ипоказываетхорошую герметичность.[24].

Герметичностьотливок зависитот неплотногостроения. Неплотноестроение отливоквызывают макро-и микродефекты.Макродефекты- усадочные,песчаные, шлаковыераковины, различногорода трещины,спаи и другиенарушениясплошностиметалла; микродефекты- газовая ирассредоточеннаяусадочнаяпористость,крупные выделенияграфита, дефекты,связанные сфазовымипревращениямиматериалаотливки и другие.[8]. Эти дефектыприводят кбраку отливок.

С цельюизучениягерметичностичугунов многими исследователямибыли проведеныряд опытов,которые проливаютсвет на природугерметичностичугунов. Герметичностьопределяютразличнымиспособами:минимальнойтолщиной стенки,выдерживающейзаданное давление,максимальнымдавлением допоявления течи,расходом жидкостии газа черезстенку определеннойтолщины припостоянномдавлении, поэтомуневозможносопоставитьрезультатыотдельныхисследователей.

Так,например, Г.Таммани Г.Брейдемейерпредложилиметод определенияпористостичугуна красящимивеществами.Чугунные кубическиеобразцы с длинойребер 30 и 60 ммпомещали всвободноепространствостальногоцилиндра сплотно пригнаннымпоршнем, заливалисьводным растворомфуксина илизозина и с помощьюпресса в течение10-30 минут подвергалигидростатическомудавлению. Поколичествукрасителя,проникающегов образец,определяласьпористостьчугуна. [24].

В СШАприменяетсяэлектропневматическийметод испытанияна герметичность.[8]. Скорость утечкисжатого воздухаиз полостиотливки контролируетсяэлектрическимидатчиками.Метод пригодендля проверкиразличных пообъему образцовпри различныхдавлениях ипозволяеткачественнооценить герметичность,автоматизироватьпроцесс испытанияи автоматическисортироватьотливки погерметичности.

Герметомер,созданный вСанкт-Петербургскомполитехническоминституте(Россия), основанна определенииколичествагаза, просочившегосячерез стенкуобразца заопределенноевремя. [8]. Герметичностьопределяютс достаточновысокой точностью.Недостаток- низкая производительностьи необходимостьизготовленияспециальныхобразцов.

Напредприятиях,выпускающихгидравлическуюаппаратуруи оборудование,испытания нагерметичностьпроводят наспециальныхстендах. К рабочейполости изделияв течениеопределенноговремени поддавлением(1.5-2.5 номинального)подводитсярабочая жидкость.По величинепотери давленияопределяетсягерметичностьрабочей полости.[8].

В Одесскомполитехническомуниверситетепроводилисьисследованиягерметичностисерых чугунов,подвергаяобразец, вырезанныйиз отливки,одностороннемудавлению жидкости(газа). [9].

Результатыиспытания серыхчугунов разногосостава иллюстрируютвлияние графитовойи усадочнойпористостина характерфильтрациижидкости. Анализпоказывает,что количествопросочившейсяжидкости и,следовательно,определившаясяпри этом величинагерметичностизависят отпористостив сплаве, а такжеот свойствметаллическойосновы (фазовыйсостав, прочностьи пластичностьматериала).[8,9].

Известно,что величинаи тип пористости,являющийсяодним из основныхкритериевгерметичности,в значительнойстепени зависятот величиныинтервалакристаллизации.[19]. Поэтому большое значение приобретаетхимическийсостав применяемогочугуна, определяющийинтервалкристаллизации.Исследованызависимостипористостиот содержанияв чугуне углеродаи кремния. [19, 20,21]. Установлено,что при увеличениисодержанияуглерода икремния возрастаютчисло пор и ихразмер.

Установлено,что герметичностьчугунных отливокс пластинчатымграфитом зависитот количестваи размероввключенийграфита в структуречугуна. [22]. Графитовыевключения,сообщаясь междусобой, приводятк образованию“транзитной”микропористостииз-за сообщаемостимежду собойзазоров награницахграфит-матрицапо сечениюстенки отливки,что приводитк браку отливкипо “течи”. Поэтим зазорампроникаютжидкости и газыв стенках сосудов,работающихпод давлением.[23].

Учитываявсе вышеизложенное,основнымимероприятиями,направленнымина совершенствованиетехнологиирадиаторноголитья, должныбыть;

  • созданиетехнологичныхконструкций;

  • повышениеплотностисерого чугунаи использованиеего взаменвысокопрочногочугуна и стали;

  • дальнейшиеисследованияпо изучениюгерметичностиразличныхсплавов;

совершенствованиесистемы заливкии питания отливки.


РАЗРАБОТКАТЕХНОЛОГИЧЕСКОГОПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯОТЛИВКИ ТЕПЛООБМЕННИКА

Приразработкелитейной технологииочень важенобоснованныйвыбор наиболеерациональныхприемов, обеспечивающихнеобходимыеэксплуатационныесвойства литыхдеталей и высокиетехнико-экономическиепоказателипроизводства:получениекачественныхотливок приминимальнойих стоимости;высокая производительность; экономия металлав результатеуменьшенияприпусков наобработку;экономия топлива,электроэнергиии вспомогательныхматериалов;максимальноеиспользованиеимеющегосяоборудованияи оснастки.

Проектированиетехнологическогопроцесса изготовленияотливки включаетразработкунеобходимойтехнологическойдокументации:чертежей, расчетов,технологическихкарт и др. Объемтехнологическойдокументациизависит от типапроизводства(единичное,мелкосерийное,серийное, массовое).В условияхединичногои мелкосерийногопроизводствавсе технологическиеуказания наносятнепосредственнона чертеж детали.При серийноми массовомпроизводствена основаниианализа техническийусловий надеталь и ееконструкции,расчетов исправочныхданных разрабатываютчертеж отливки,чертежи моделей,стержневыхящиков, модельныхплит и т.д.

Правилавыполнениячертежей элементовлитейной формыи отливки установленыГОСТ 2.423-73.

АНАЛИЗ ЗАКАЗА

Преждечем приступитьк проектированиютехнологииизготовленияотливки, необходимооценить возможностии целесообразностьвыполнениязаказа на данномпредприятии,руководствуясьтехническимивозможностямиразличныхспособов литья,общими принципамиклассификацииотливок по иххарактернымпризнакам,сведениям омощностиподъемно-транспортныхсредств, наличиинеобходимоготехнологическогооборудования,опок, материалови др [29].

Детальтеплообменник(Рис.2-1) по назначениюотносится к особоответственнымотливкам, т.к.работает поддавлением вагрессивнойсреде. Отливкаподвергаетсяиспытаниюдавлением 11кгс/см2.

Производствоотливок единичное.Опытная партиясоставляет34 шт. Отливкапо массе относитсяк 1 группе - мелкиеотливки, т.к.ее масса составляет34 кг. По сложностиотливка относитсяк 2 группе сложныхотливок.

Рис.2-1.Труба ребристая

Имеющеесяв расположениитехнологическоеоборудованиедает возможностьотлить опытнуюпартию отливок в сырые песчано-глинистыеформы при ручномспособе изготовленияформ.

АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИКОНСТРУКЦИИЛИТОЙ ДЕТАЛИИ ВЫБОР СПОСОБАИЗГОТОВЛЕНИЯОТЛИВКИ

Технологичнойназывают такуюконструкциюизделия илисоставных ееэлементов(деталей, узлов,механизмов),которая обеспечивает заданныеэксплуатационныесвойства продукциии позволяетпри даннойсерийностиизготовлятьее с наименьшимизатратами.Технологичнаяконструкцияхарактеризуетсяпростотойкомпоновки,совершенствомформ. При наличииотклоненийот указанныхтребованийдолжен бытьпоставленвопрос о внесениив конструкциюдетали необходимыхизменений [29].

а

б

Рис.2-2.Технология:а) первый вариант,

б)второй вариант.

Привыборе способаизготовленияотливки в первуюочередь принимаютво вниманиерезультатыпредварительногоанализа заказаи технологичностидетали. Приэтом, как правило,определяющимфактором являетсясерийностьпроизводства,реже - техническиетребования,предъявляемыек изделию, чтовлияет на стоимостьформы и модельнойоснастки. Вединичном,мелкосерийном и серийномпроизводствеотливки изготавливаютобычно литьемв песчаныесырые формы.

Отливкутеплообменникполучаем литьемв песчано-глинистыесырые формы.Способ формовки- ручная.

Конструктивныеособенностии сложностьконфигурациирадиатораобусловливаютнекоторыетехнологическиеособенностипри литье даннойотливки впесчано-глинистыеформы. Отличительнойособенностьюрадиатораявляется конструкцияповерхноститеплообмена.Традиционныекруглые ребразаменены наквадратные,что позволяетпри неизменныхгабаритахувеличить площадь теплообменапочти в 1.5 раза.Это потребовалотехнологическогорешения, котороезаключаетсяв том, что разъемвыбран по диагоналифланца. Этообеспечиваетнаправленныйвыход газовчерез вентиляционныеканалы длякаждого ребраотливки (Рис.2-2).


Таккак отливкатонкостенная,то возникаетпроблемапроливаемостивсех ребер прилитье во влажнуюпесчано-глинистуюформу. С этойцелью в верхнейполуформе междуребрами устанавливаютсяпенополистироловыевставки, соединяющиеребра междусобой в их верхнейчасти. Послеудаления моделивставки остаютсяв форме и призаливке располагаютсятак, что образуютподпиточныйканал междудвумя массивнымифланцами (Рис.2-3).

Этопредотвращаетзамерзаниеметалла в тонкихчастях отливки.Образующийся канал такжеулучшает вентиляциюполости формы,так как соединенс двумя выпорами.Газы, образующиесяво время заливкивместе с продуктамидеструкциипенополистироловыхвставок удаляютсяпо этому каналучерез выпораи наколы.

Внутренняяполость даннойотливки формируетсяпротяженнымстержнем (отношениедлины к диаметрусоставляет11.7). Стерженьизготавливаетсяна органическихсвязующих. Вкачестве арматурыприменяетсятруба с отверстиями,обеспечивающимиотвод газовв знаковыечасти (Рис.2-3).

В связис высоким рельефоми большойповерхностнойплощадью моделиее протяжказатруднена.При протяжкенаблюдалисьобрывы формовочнойсмеси в межреберномпространствеи массовыезасоры полостиформы. Так какформовкаосуществляетсяручным способом,то в результатеинтенсивногорасталкиванияпроисходитизнос и разрушениемодели. Дляснижения износамодели и улучшениякачества формовкиприменилипротяжнойшаблон и специальноеподъемноерезьбовоеприспособлениедля извлечениямодели из формы(Рис.2-4).

Рис.2-3.Форма в сборе


  1. Полуформаверха,

  2. Полуформаниза,

  3. Наращалка,

  4. Штырь центрирующий,

  5. Штырь направляющий,

  6. Струбцина,

  7. Полость формы,

  8. Стержень,

  9. Арматура,

  10. Пенополистироловые вкладыши,

  11. Газоотводныенаколы,

  12. Стояк,

  13. Питатель,

  14. Шлакоуловитель,

  15. Выпор.

Рис.2-4.Устройстводля протяжкимодели:

  1. Опоканиза;

  2. Модель;

  3. Шаблон;

  4. Устройствопротяжки.

ОПРЕДЕЛЕНИЕПОЛОЖЕНИЯОТЛИВКИ В ФОРМЕПРИ ЗАЛИВКЕ

Приопределенииположенияотливки в форменужно руководствоватьсянесколькимиправилами,подтвержденнымимноголетнейпрактикой [29].

  1. Наиболее ответственныерабочие части,плоские поверхностибольшой протяженности,места, подлежащиемеханическойобработке,нужно, по возможности, располагатьвнизу; в крайнемслучае - вертикальноили наклонно.При вынужденномрасположенииобрабатываемыхповерхностейвверху нужнообеспечитьтакие условия,при которыхпесчаные игазовые раковинымогли бы образоватьсятолько в удаляемыхпри обработкечастях отливки.

  2. Формы для отливок,имеющих конфигурациютел вращения(гильзы, барабаны,шпиндели идр.) с обрабатываемыми наружными ивнутренними поверхностями,лучше заливатьв вертикальномположении илицентробежнымспособом. Иногдацелесообразноформовку выполнятьв одном положении, а заливатьформу в другом.

  3. Для отливок,имеющих внутренниеполости, образуемыестержнями,выбранноеположение должно обеспечиватьвозможностьпроверки размеровполости формыпри сборке, атакже надежноекреплениестержней.

  4. Для предупреждениянедоливовтонкие стенкиотливки следуетрасполагатьв нижней частиполуформы,желательновертикальноили наклонно,причем путьпрохожденияметалла отлитниковойсистемы дотонких стенокдолжен бытькратчайший.

  5. Отливки изсплавов с большойусадкой располагатьв положении,удобном дляпитания ихметаллом верхнихили боковыхотводных прибылей.

  6. Формы для станин,плит и другихотливок с большимчислом ребердолжны бытьпри заливкерасположенытак, чтобы имеласьвозможностьнаправитьметалл вдольстержней ивыступов формы.

Важнымявляется определениеоптимальногочисла отливокв форме. В условияединичногои мелкосерийногопроизводстваотливок в песчаныхформах желательнов форме размещатьодну отливку.

Выборповерхностиразъема формыподчинен выборуположения формыпри заливке.При определенииповерхностиразъема формынеобходиморуководствоватьсяследующимиположениями:

  • форма и модель,по возможности,должны иметьодну поверхностьразъема, желательноплоскую горизонтальную,удобную дляизготовленияи сборки формы;

  • модель должнасвободно извлекатьсяиз формы;

  • всю отливку,если позволяетеё конструкция,нужно располагатьв одной (преимущественнов нижней) полуформев целях исключенияперекоса;

  • при формовкев парных опокахследует стремитьсяк тому, чтобыобщая высотаформы быламинимальной.

Дляповышениятехнологичностиполученияданной отливкиразъем выбираетсяпо диагоналифланца (см. Рис.2-2).Плоскостьразъема моделисовпадает сплоскостьюразъема формы,отливка симметричнорасполагаетсяв верхней инижней полуформах(Рис.2-2).

ОПРЕДЕЛЕНИЕУЧАСТКОВ ПОВЕРХНОСТИОТЛИВКИ, ВЫПОЛНЯЕМЫХСТЕРЖНЯМИ

Предварительнонеобходимоопределитьвозможностьвыполненияотверстий впроцессе полученияотливки и техчастей отливки,которые немогут бытьполучены спомощью модели.Число стержней,служащих дляоформленияполости отливки,её отдельныхэлементов иэлементовлитниковойсистемы, определяюс учетом серийностивыпуска отливок.В единичноми мелкосерийномпроизводствецелесообразнополучать отливкис использованиемминимальногочисла стержнейили вовсе безних [29].

Приопределенииучастков поверхностиотливки, выполняемыхстержнями,нужно руководствоватьсяследующимиправилами.

  1. Обеспечиватьминимальныезатраты наизготовлениестержневыхящиков.

  2. Обеспечиватьудобную установкустержней вформу и контрольвсех размеровполостей вней.

  3. Газоотводныеканалы стержнейдолжны иметьвыходы в знаках,они должныбыть размещенытак, чтобы исключитьпопадание вних жидкогометалла.

  4. Опорные поверхностистержней должныбыть достаточными,чтобы исключитьдеформациюстержня поддействием силытяжести.

Точностьфиксации стержняв форме обеспечиваетсяразмерами иконфигурациейего знаковыхчастей, которыеназначают поГОСТ 3212-92 с учетомразмеров стержня,способа формовкии его положенияв форме (Рис.2-2).

В даннойотливке имеетсяодна внутренняяполость (сквозноеотверстие)формируемоеодним горизонтальнымпротяженнымстержнем. Стерженьармирован.Арматура служитканалами дляотвода газовв знаковыечасти (Рис.2-2).

ВЫБОР МАТЕРИАЛАДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯМОДЕЛЬНОГОКОМПЛЕКТА

Основныевиды оснастки,применяемыепри изготовлениилитейных формиз песчано-глинистыхсмесей, - моделии стержневыеящики, которыеклассифицируютсяпо следующимпризнакам:

  • виду материала- деревянные,металлические,деревометаллические,гипсовые, цементные,пластмассовые,пенополистироловые;

  • способу изготовленияформ и стержней- для ручной имашинной формовки;

  • компоновкеэлементов -разъемные инеразъемныемодели;

  • сложности -простые, среднейсложности исложные;

  • размерам модели:



а



б

Рис.2-5.а) модель верха,

б)модель верхаи низа в сборе.

  • для ручнойформовки - мелкие(до 500 мм), средние(500-5000 мм), крупные(более 5000 мм);

  • для машиннойформовки - мелкие(до 150 мм), средние(150-500 мм), крупные(более 500 мм);

  • конструктивномуисполнению- объемные ,пустотелые,скелетныемодели и шаблоны;

  • точностиизготовления- модельныекомплекты(сколько классовточности);

  • прочности -модели 1, 2 и 3 классапрочности.

Таккак производстводанной отливкиединичное томодель и стержневойящик изготавливаютсяиз дерева (основа- сосна, ребраи фланцы - береза,стержневойящик полностьюсосна).



Поспособу формовкимодель и ящикотносятся кручной формовке.

Рис.2-6.Стержневойящик

Модельразъемная (Рис.2-5),стержневойящик такжеразъемный (Рис.2-6).

Посложностимодель относитсяк группе сложных,стержневойящик к группесредних.

Поразмерам модельдля ручнойформовки относитсяк группе средних.

Поконструктивномуисполнению- объемная.

Классточности модельногокомплекта - 5ГОСТ 3212-85.

Класспрочностимодельногокомплекта - 2.

КОНСТРУКЦИЯИ РАЗМЕРЫ МОДЕЛЬНЫХКОМПЛЕКТОВ

Дляопределенияконструктивныхразмеров модельныхкомплектовв первую очередьнеобходимоустановитьприпуски намеханическуюобработку,припуски наусадку и формовочныеуклоны.

Припускина механическуюобработкуназначают поГОСТ 26645-85. Этот ГОСТ распространяетсяна отливки изчерных и цветныхметаллов исплавов ирегламентируетдопуски наразмеры, массуи припуски намеханическуюобработку.

Даннаяотливка получаетсялитьем в песчано-глинистыесырые формыи обозначаетсяпо ГОСТ 26645-85:

точностьотливки 9-7-5-4;

массаотливки 34-04-0-34.4.

Припускина механическуюобработкупредставленына Рис.2-2.

Припускина литейнуюусадку обычноопределяютв зависимостиот вида сплава,массы и размеровотливки.

Приразработкетехнологииизготовлениясложных отливокможно использоватьзначение линейнойусадки сплавовпо спиральнойпробе, %.Материал даннойотливки серыйчугун следовательноусадка составляет1 %.

Формовочныеуклоны модельныхкомплектовв песчаныхформах регламентируетГОСТ 3212-92. Приприменениипесчано-глинистыхсмесей уклоныназначают взависимостиот диаметраили минимальнойширины углубленияи высоты формообразующейповерхности.В зависимостиот требований,предъявляемыхк поверхностиотливки, формовочныеуклоны следуетвыполнять:

наобрабатываемыхповерхностяхотливки сверхприпуска намеханическуюобработку засчет увеличенияразмеров отливки;

нанеобрабатываемыхповерхностяхотливки, несопрягаемыепо контуру сдругими деталями,за счет увеличенияи уменьшенияразмеров отливки;

нанеобрабатываемыхповерхностяхотливки, сопрягаемыхпо контуру сдругими деталями,за счет увеличенияили уменьшенияразмеров отливкив зависимостиот поверхностисопряжения.

Дляданной отливкина обрабатываемыхповерхностяхуклоны выполненыповерх припускана механическуюобработку засчет увеличенияразмеров отливки.На необрабатываемыхповерхностяхотливки уклонывыполняютсятакже за счетувеличенияразмеров отливки.

ОПРЕДЕЛЕНИЕРАЗМЕРОВ ИКОНСТРУКЦИИОПОК

Привыборе размеровопок следуетучитывать, чтоиспользованиечрезмернобольших опоквлечет за собойувеличениезатрат трудана уплотнениеформовочнойсмеси, нецелесообразныйрасход смеси,а использованиеочень маленькихопок можетвызвать бракотливок вследствиипродавливанияметаллом низаформы, уходаметалла поразъему и.т.п.

Дляизготовленияданной отливкисконструированыи изготовленыручные сварныеопоки следующихразмеров: длина- 1000 мм, ширина -250 мм, высота - 200мм. Для уменьшениярасхода смесии обеспечениянеобходимогогидростатическогонапора металлаприменяютсянаращалкивысотой 100 мм.

ПРОЕКТИРОВАНИЕИ РАСЧЕТ ЛИТНИКОВО-ПИТАЮЩЕЙСИСТЕМЫ

Литниково-питающаясистема - этосистема каналовдля подводажидкого металлав полость литейнойформы, отделениянеметаллическихвключений иобеспеченияподпитки отливкипри затвердевании[29].

Литниковуюсистему подводимпо разъемуформы. Условиязаполненияформы металломза определенноевремя tопт.

,

(2-1)

гдеk - поправочныйкоэффициент(1.8ё2.0);

d- средняя илипреобладающаятолщина отливки,мм;

G - массаотливки, кг;

сек.

Литниковаясистема сужающаяся.Площадь сеченияв самом узкомместе = площадипитателя.

(2-2)

где m- коэффициентзаполнения,m= 0.5;

Hср- расчетныйнапор, см;

r- плотностьотливки, r= 7700 кг/м3;

g - ускорениесвободногопадения g = 9.8 м/с2;

,

(2-3)

где Hст=hоп+hнар=85+45 = 130 мм;

hо- высота отливкив верхней полуформе59 мм;

мм = 12.26 см.

см2.

Расчет стоякаи шлакоуловителяпроизводимиз соотношения:

Fп:Fш:Fст =1:1.1:1.5

соответственносечения будут

Fп = 5 см2

Fш = 5.5 см2

Fст = 7.5 см2

т.к.питание отливкимы производим2 питателямиследовательноFп=2.5 см2.

Окончательнопринимаемплощади сеченийи по таблицамнаходим геометрическиеразмеры:

Fп =5 см2; а = 16 мм; в= 13 мм; h = 16мм;

Fш =5.5 см2; а = 24 мм; в= 20 мм; h = 26мм;

Fст =7.5 см2;dст =30.9 мм

Длязаливки металлаиспользуютнормализованныеворонки (Рис.2-7),размеры которыхвыбирают взависимостиот диаметрастояка и с учетомобеспечениянормальнойзаливки формы.


Dв= 30.9Ч3 = 90 мм.

Hв=90 мм.


Рис.2-7.

т.к.данная отливкаделается изчугуна, а прибылина чугунныеотливки неставятся (т.к.у чугуна усадкасамая минимальная),значит я прибылина данную отливкуне проектирую.

ОПРЕДЕЛЕНИЕТЕМПЕРАТУРЫРАСПЛАВА ПРИЗАЛИВКЕ В ФОРМУ

Дляобеспеченияхорошей заполняемостиформы и получениякачественныхотливок необходимовыдерживатьопределеннуютемпературузаливаемогорасплава, которуювыбирают взависимостиот вида сплаваи характераотливки [29].

Температураметалла необходимаядля заливкиформ при полученииданной отливкисоставляетпри выпускеи индукционнойпечи 1410 °С- 1420 °С,при заливкев форму 1330 °С.

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬОХЛАЖДЕНИЯОТЛИВОК В ФОРМЕ

Регламентированиевремени охлажденияотливок в формахдиктуетсянеобходимостьюобеспеченияполного затвердеваниярасплава, исключенияобразованиянекоторыхусадочныхдефектов, получениятребуемойструктурыметалла отливок.Последнеевесьма важнодля чугунов,структуракоторых в большойстепени зависитот скоростикристаллизации.

Расчетвремени затвердеванияотливки в формепроизведенс помощью программыFOUNDRY (автор ДубовойВ.В.)

Исходныеданные формы:

Tф (°C) = 20

bф (ккал) = 17


Исходныеданные материала:

C1 (ккал/кг) = 0.120

C1’(ккал/кг)= 0.200

Y1 (кг/м3) = 7000

p1 (ккал/кг) = 64

Tзал(°C) = 1420

Tлик(°C) = 1200

Tсол(°C) = 1150

Tкр (°C) = Ѕ Tлик+Tсол= 1175


Толщина стенкиотливки (мм)d=20

Расчет ведембазируясь на[29].

Время отводатеплоты перегрева[33]:

,

(2-3)

где

мм

t2 = 1.18 мин.

Времязатвердеванияотливки [33]:

,

(2-4)

t3 = 2.97 мин.

Средняяскоростьзатвердеванияотливки [33]:

мм/мин,

(2-5)

Время охлажденияотливки [33]:

,

(2-6)

t4 = 13.92 мин.

Общее времяотливки в форме[33]:

tв= t1 + t2+ t3 + t4= 18.07 мин.

Однако поэмпирическойформуле

[29] ,

гдеК- коэффициент,зависящий отконфигурацииотливки и толщиныее стенки;

G - массаотливки, т.,

времявыдержкисоставляет4.97ч.,что болеесоответствуетреальности,следовательнорасчеты приведенныев [33] неверны.

ФОРМОВОЧНЫЕИ СТЕРЖНЕВЫЕСМЕСИ

Припроизводстведанной отливкидля изготовления

форми стержнейиспользовалисьсмеси следующегосостава и следующимисвойствами(Таблица 2-1,2-2)[37,29].

Таблица2-1

Формовочнаясмесь для фомовкипо сырому (способформовки ручная)

Массовая долякомпонентовв смеси, % Характеристикасмеси Характеристикиполучаемыхотливок
облицовочной единой






Оборотнаясмесь Свежиематериалы Каменноугольный порошок Оборотная смесь Свежиематериалы Каменноугольный порошок Содержаниеглинистой составляющей,% Зерноваягруппа песка Влажность,% Газопроницаемость,единицы Прочностьна сжатие вовлажном состоянии,кПа Масса,кг Толщинастенки, мм
75-45 22-51 3-4 94.3-92.3 5-7 0.7 7-10 016А 4.0-5.5 40-60 29-49 20-200

Таблица2-2

Стержневаясмесь (способформовки ручная)

Назначениеи

Состав,%

областьприменения

Песок 016А

Глинаформовочная

Опилкидревесные

КрепительСБ

Прочность,105 Па

Газопроницаемость, ед.

Влажность,%




Сверх100%

По-сырому

По-сухому

По-сырому

По-сухому

Длясредних и мелкихстержней (ручнаяформовка)

80.0-81.0

4.0- 5.0

15.0

6.0

0.13- 0.15

3.5- 4.5

80

100

3.2- 3.6

ПРИМЕНЕНИЕЭВМ ПРИ РАЗРАБОТКЕТЕХНОЛОГИИПОЛУЧЕНИЯОТЛИВКИ

Припроектированиитехнологииизготовлениятрубы ребристойдля повышенияпроизводительностии качестваграфическойчасти использовалсяСАПР конструктораAuto CAD 12, также длярасчета литейныхприпусков намеханическуюобработку балприменен пакетприкладныхавторскихпрограмм написанныхна параметрическомязыке GI (см.приложение).

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙПРОЦЕСС РУЧНОЙФОРМОВКИ

ОСОБЕННОСТИВЫПОЛНЕНИЯРУЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ

ОБЩИЕТРЕБОВАНИЯК РУЧНОЙ ФОРМОВКЕ

Технологическийпроцесс ручногоизготовлениялитейных формхарактеризуетсярядом специфическихопераций. Наиболееважными являютсяоперации заполненияформовочнойсмесью опокии уплотнениясмеси. Уплотнениесмеси должнобыть проведеноравномернопо всему ееобъему. Правильноизготовленнаялитейная формадолжна сохранятьсвои размерыи конфигурацию,а в процессезаливки расплавленнымметаллом незатруднятьвыхода параи газов и легкоразрушатьсяпосле охлажденияотливок [27].

ОСНОВНЫЕОПЕРАЦИИ

Технологическийпроцесс ручногоизготовленияопытной партииотливки теплообменника “Труба ребристая”имеет рядтехнологическихособенностейи включает всебя следующиеоперации.



Рис.3-1.Модель верхана подмодельнойплите

Наподмодельнойплите устанавливаетсямодель верхас элементамилитниково-питающейсистемы: выпор,стояк, шлакоуловитель(Рис.3-1). По первомуварианту технологиидля полученияотливки былпредусмотренодин выпор надальнем фланцеотливки (Рис.2-2,а), что привелок типичномувиду брака ,который будетрассмотрендалее. Во второмварианте наотливке располагаютсявыпора на двухфланцах (Рис.2-2,б), что обеспечиваетподпиткукристаллизующейсяотливки. Послеустановкимодели верхана подмодельнойплите, она натираетсякеросино-графитовойсмазкой иприпудриваетсяпылевиднымграфитом дляпредотвращенияприлипаемостисмеси к поверхностимодели. Послеэтого производитсянанесение наповерхностьмодели облицовочногослоя смеси инабивка полуформыверха.

Необходимостьформовки впервую очередьопоки верхавызвана тем,что опока верхадолжна иметьболее высокиепрочностныехарактеристики,чем опока низадля предотвращениявыпадения смесииз межреберногопространстваформы при еекантовке послеудаления модели.Следовательно,для достиженияэтого необходимохорошее уплотнениеформовочнойсмеси в опоке.Достичь этоговозможно толькона подмодельнойплите. Такимобразом исключаетсядеформацияполуформы низапри формовкеопоки верха.Характернойтехнологическойособенностьюявляется простановкаотъемныхпенополистироловыхчастей по всейпротяженностиотливки в вершинахребер (Рис.2-3).



Рис.3-2.Опока верха

Послеокончанияформовки опокиверха, на нееустанавливаютсянаращалки.Наращалкислужат дляувеличениягидростатическогонапора металлапри заливкеформы (Рис.3-2). Поокончанииизготовлениянаращалокповерхностьопоки накалываетсядушником, удаляютсяэлементы ЛПС(выпор, стояк),снимаютсянаращалки иопока кантуется.



Рис.3-3.Установкамодели низа



Рис.3-4.Устройстводля протяжкимодели

Следующаятехнологическаяоперация включаетв себя изготовлениеопоки низа. Наперевернутуюопоку верхас помощью шиповустанавливаетсямодель низа(шипы дают точностьсборки моделиверха и низа)и модели питателей(Рис.3-3). Модельсмазываетсякеросино-графитовойсмазкой, припыляетсяграфитом. Наформовочнуюсмесь опокиниза наноситсяразделительныйслой. На опокуверха с помощьюнаправляющихи центрирующихштырей устанавливаетсяопока низа, намодель наноситсяоблицовочныйслой и осуществляетсяформовка опокиниза. По завершенииформовки опокиразбираютсяи из них извлекаютсямодели низаи верха.

Извлечениемодели имеетхарактернуюособенность.Успешное извлечениемодели можноосуществитьтолько припомощи протяжногошаблона и резьбовогопротяжногоустройства(Рис.3-4). Извлечениемодели безтаких приспособленийвело к обрывусмеси в межреберныхучастках, засорамформы или кполному ееразрушению.Перед наложениемшаблона и извлечениеммодели, она слегка расталкиваетсяв поперечномнаправлении.



Рис.3-5.Установкастержня в форме

Вполуформе верхапосле извлечениямодели в вершинекаждого ребранакалываютсявентиляционныеканалы с внутреннейстороны формынасквозь. Послеустановкиполуформы низана заливочныйплац, ее продувают,производятвизуальныйконтроль иустанавливаютстержень (Рис.3-5).Затем производитсяпродувка полуформыверха, ее контрольи сборка полуформ.Сборка полуформпроизводитсяпо штырям (Рис.2-3).Разъем формыпромазываетсяглиной дляпредотвращениятечи металлапо разъему формы. Послевырезания внаращалкахзаливочнойворонки настояке и подпитывающихворонок навыпорах, ониустанавливаютсяна форму (Рис.2-3).Креплениеполуформы низас полуформойверха производитсяс помощью струбцин.

ПОДГОТОВКАЛИТЕЙНОЙ ОСНАСТКИ

Правильнаяподготовкалитейной оснасткиспособствуетувеличениюпроизводительности,облегчает труди повышаеткачество литейныхформ. При подготовкепроверяютисправностьмодельных плит,осматриваютмодели. Моделисо смещениемполовинок пошипам болеенормы, с плохимкреплениемподъемов, атакже моделипокоробленные,с трещинами,забитыми углами,вмятинами киспользованиюнепригодны.

Передработой модельи модельныеплиты очищаютот пыли, формовочнойсмеси, протираюткеросином илисмесью керосинас графитом.Проверяюткомплектностьоснастки имодели, наличиеформовочногоинструмента,стояков длявывода газов,шлакоуловителей.

Передформовкойтщательнопроверяютисправностьопок, в них недолжно бытьостатков формовочнойсмеси и сплесковметалла.

УПЛОТНЕНИЕСМЕСИ В ОПОКЕ

Приручной формовкепо моделямзаполнениеопоки смесьюпроводят в дваэтапа. Сначалана модель наносятслой облицовочнойсмеси, уплотняяее вокруг моделивручную, послечего опокузаполняютнаполнительнойсмесью. Заполнениеи уплотнениедолжно производитьсяотдельнымислоями толщиной50-75 см, но не более150 см каждый.Толщина слояоблицовочнойсмеси в уплотненномсостоянии дляданной отливкисоставляет10-20 мм.

Приуплотнениисмеси в опокевсегда следуетобращать вниманиена то, чтобыклиновидныйконец ручнойтрамбовки недоходил домодели на 20-30 мм.В противномслучае можетбыть поврежденаповерхностьмодели, а такжеобразоватьсяместное переуплотнениеформовочнойсмеси, приводящеек возникновениюгазовых раковин.Уплотнениесмеси трамбовкойначинают вдольстенок опоки,после чегопереходят куплотнениюостальногообъема опоки.Во избежаниеразрушенияполуформы приперемещенииили кантованиинеобходимотщательноуплотнять смесьв углах опоки вдоль ее стенок.Слои формовочнойсмеси внизуопоки, т.е. прилегающиек модельнойплите, уплотняютклиновиднымконцом трамбовки;верхние слои- плоским. Приуплотнениинеобходимообращать вниманиена то, чтобы несмещалисьотъемныепенополистироловые части моделиверха.

Плотностьформовочнойсмеси в верхнейполуформедолжна бытьнесколькоменьше, чем внижней. Этонеобходимов связи с тем,что на смесьв нижней полуформедействует массаотливки. Поэтомусмесь в нейдолжна бытьболее прочной,не деформироваться.В верхней полуформесоздают условиядля удаленияпара и газов.Но для даннойотливки плотностьформовочнойсмеси в верхнейполуформе превосходитнеобходимуюплотностьформовочнойсмеси в нижнейполуформе. Этосвязано с тем,что из-за высокогои тонкого рельефамодели уплотненнаяформовочная смесь имееттенденцию котрыву и выпадениюиз формы, т.е.полуформаразрушается.При таком уплотненииудаление газаи пара из формы производитсячерез системувентиляционныхканалов.

Накалываниевентиляционныхканалов производятметаллическимииглами разнойдлины и диаметра.На 1 дм площадисырой формывыполняют 3-4накола. Крометого, полостьформы, формирующаяребро отливки,накалываетсяизнутри. Такимобразом нормализуетсягазовый режими компенсируетсяплотная набивкаполуформыверха.

ИЗГОТОВЛЕНИЕСТЕРЖНЕЙ

Стержнидолжны обладатьвысокой газопроницаемостью,прочностью,податливостьюи выбиваемостью.Эти свойстваобеспечиваютсявыбором стержнейсмеси и конструкциейстержня.

Стерженьизготавливаетсяв деревянномразъемномстержневомящике (Рис.2-6).Креплениеполовинок ящикамежду собойпроизводитсяскобами типа“ласточкинхвост”. Собираютсяполовинки пошипам. Собранныйстержневойящик устанавливаетсяна специальнуюподложку, накоторой крепитсяарматура будущегостержня (рис. 3-6). Набивкастержня производитсяв вертикальномположении припомощи специальнойнабойки, полойвнутри. Арматурастержня такжеявляется игазовентиляционнымходом, т.к. онаполая и в еестенках имеютсяотверстия,через которыепроисходитудаление газаиз стержня вего знаковыечасти.

СУШКАСТЕРЖНЕЙ

Сушкастержней необходимадля повышенияих прочности,газопроницаемостии уменьшениягазотворнойспособности.Сушка являетсяболее длительнойоперацией посравнению соперациейизготовлениястержня. Длительностьоперации сушкизависит оттребуемойтемпературы,массы стержняи других факторов.Продолжительностьсушки можетдостигатьнесколькихчасов.

Процессы,происходящиепри сушке, атакже температурасушки зависятот типа связующих.При сушке стержней,изготовленныхс применениемсульфитнойбарды, происходитиспарение воды,образуетсясмола, котораяобладает упрочняющимисвойствами.Температурасушки этихсмесей составляет165-190°С[27].

Рис.3-6.Схема набивкистержневогоящика

АНАЛИЗ БРАКАПОЛУЧЕННЫХОПЫТНЫХ ОТЛИВОК И ПУТИ ЕГОУСТРАНЕНИЯ

В процессеразработкитехнологиии совершенствованииее от первоговарианта (Рис.2-2,а) ко второму(Рис.2-2, б), получалиотливки, в которыхнаблюдалсябрак, связанныйс различнымифакторами.Анализ различныхвидов бракапри литье ребристыхтеплообменников(радиаторов)позволил предпринятьряд мер по егопредотвращению,что, в свою очередь,вносило коррективыв разработаннуютехнологию.

Тонкостенноелитье, какимявляется радиаторноепроизводство,имеет своиспецифическиеособенности.При тонкостенномлитье особенночасто наблюдается,что один и тотже вид бракавызываетсяразными причинами.Только детальноеизучение характерныхвнешних признаковкаждого видабрака с нахождениемотличительных,решающих признаковпозволяет верноклассифицироватьбрак, а следовательно,выявить действительнуюпричину.

Так,например, радиаторне выдерживаетгидравлическойпробы и даеттечь или потениевследствиеналичия следующихдефектов:

  1. спая;

  2. засоров(земляных ишлаковых);

  3. раковин(газовых, усадочных);

  4. пористойструктурыметалла;

  5. тонкоготела (1-1.5 мм).

Частоэтот вид бракаотносят за счетнеудовлетворительнойземли или пористого(вследствиекрупной графитизации)металла. Вдействительностибрак вызываетсясовокупностьюпричин, связанныхс неправильнойформовкой,заливкой иплохим качествомземли и металла.

Причиныбрака по винеформовки:

  1. модельне засеяна (скрупных кусковгравия и металлалегко смываетсяземля);

  2. формыи стержни непродуты;

  3. модельне очищена отприставшихчастиц земли (особенно резкосказываетсяпри горячейвлажной земле);

  4. неотделан литник(чаша имеетобрывистую,не гладкуюповерхность);

  5. сдвинутыопоки.

Размываниеземли металлом(струя не попадаетв серединулитника), незаполнениелитниковойсистемы, повышеннаяскорость заливкии зашлаковываниеобусловливаютполучениебракованныхрадиаторов.

Изчисла причин,связанных скачествомземли, следуетотметить следующие:

  1. недостаточнаясвязность(недостатокглины, плохаямеханическаяобработка);

  2. низкаявлажность(меньше 4.5 %);

  3. малаягазопроницаемость;

  4. запыленность;

  5. крупнозернистыйпесок.



Рис.4-1.Недолив

Металл,содержащийгазовые и усадочныераковины(высокозернистый,окисленныйметалл), и холодныйметалл (температураниже 1340 °С) также являетсяпричиной брака.Пористостьчугуна в радиаторахобусловленакрупной графитизацией.


Самым характернымвидом бракаявляетсянепроливаемостьтонких реберповерхноститеплообменарадиатора (Рис.4-1).Такой вид бракавозможен подвум причинам:“замерзание”металла инеудовлетворительныйгазовый режимформы. С цельюулучшениягазового режимаформы в полуформеверха для каждогоребра быливыполненынаколы, чтозаметно снизилоколичествоне проливаемыхребер. Для полногоустраненияэтого дефектанеобходимообеспечитьподпитку каждогоребра свежимипорциями металла.С этой цельюпредусмотреныпенополистироловыевкладыши (Рис.2-2,б), которыевкладываютсяв процессеформовки междукаждым ребромв верхней егочасти и послеудаления моделиостаются вформе (Рис.2-3). Впроцессе заливкиформы пенополистиролразлагаетсяи образовавшийсяканал связываетвсе ребра междусобой и двумямассивнымифланцами. Поэтому каналуосуществляетсяподпитка ребержидким металломдо полного ихзаполнения.Таким образомполностьюисключаетсябрак по непроливаемостиребер (Рис.4-2).



Рис.4-2.Годная отливка

Однако,ввод в формупенополистироловыхвкладышейприводит кповышениюгазотворностиформы, что всвою очередьприводит ктакому дефектукак газовыераковины. НаРис.4-3показанхарактерныйвид брака дляданной отливки- газовая раковинана фланце. Дляпредотвращенияэтого видабрака необходимоулучшить системувентиляцииформы. С этойцелью на отливкеустановленыдва выпора (Рис.2-2,б). Выпора, всовокупностис вентиляционнымиканалами,обеспечиваютсвоевременныйотвод газовиз полостиформы. Для того,чтобы системавыпоров сработала,необходимотакже предотвратитьих замерзание,т.к. если выпорзакристаллизуетсяраньше, чемвесь металлв форме, то онзакроет выходгаза из полостиформы и газостанется вметалле. Такоеявление наблюдалосьна ряде отливок.Для исключенияэтого явлениянеобходимоувеличитьплощадь сечениявыпора. Такойвыпор играетдвойную роль:обеспечиваетсвоевременныйвыход газа иподпитку отливкижидким металломво время кристаллизации,выполняя рольприбыли. Такимобразом предотвращаютсягазовые дефектыи усадочныераковины, которыевозможны призаливке в формуперегретогометалла.

Следующимнаиболее крупнымвидом бракаявляются засорыполости формы. Извлечениемодели из формы,вследствиеобширной поверхностиих соприкосновения,затруднительно.В результате происходитчастичноеразрушениеформы, что приводитк засорам ееполости. Удалитьэти частицыиз полостиформы практическине возможноиз-за оченьтонкого и глубокогорельефа отливки.В результате,в процессезаливки происходятпесчаные раковиныв теле отливки,что отрицательносказываетсяна ее герметичности,и на поверхностиребер, что сокращаетплощадь поверхноститеплообмена(Рис.4-4). Снизитьэти виды бракапозволяетприменениепротяжногошаблона с резьбовымпротяжнымустройством(Рис.2-4).




Рис.4-3.Газовые раковины



Рис.4-4.Засоры



Рис.4-5.Образцы вырезанныеиз тела отливки

Газоваяпористость,наблюдаемаяна некоторыхребристыхтрубах (“потение”поверхностив результатегидроиспытаний),связана с газотворнойспособностьюстержня. Дляее исключениянеобходимострого следитьза режимомсушки стержняи временем егонахожденияв форме до заливки.Время нахождениястержня в собраннойформе до заливкине должно превышать4-6 часов.

Остальныевиды бракатакже вскрываютсяпри гидроиспытанияхотливок. Этивиды бракасвязаны с тем,что радиаторыне держат давлениеиспытания 11кгс/см2. К такимвидам бракаотносятсяусадочнаяпористостьи дефекты связанныесо структуройметалла и егоплотностью.На Рис.4-5 представленыобразцы вырезанныеиз тела отливкив тепловыхузлах (Рис.4-6). Нанекоторыхшлифах выполненныхиз этих образцовобнаруженаусадочнаяпористость(Рис.4-7). Для устраненияэтих дефектовнеобходимостабильноеполучениестрого определеннойструктурычугуна, в частностиперлитной.

Рис.4-6.Тепловые узлы



Рис.4-7.Усадочнаяпористость

ПОСТРОЕНИЕПРИБЛИЖЕННОЙМАТЕМАТИЧЕСКОЙМОДЕЛИ СКОРОСТИЗАТВЕРДЕВАНИЯОТЛИВКИ

ОСНОВЫТЕРМОКИНЕТИЧЕСКОЙТЕОРИИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Н.Г.Гиршович,Г.Ф.Баландин,Б.Я.Любов иЮ.А.Самойловична основаниисинтеза теплофизическойи молекулярно-кинетическойтеории создалиматематическуюмодель [35], позволяющуюрешить вопросы,связанные сособенностямиформированиякристаллическогостроения слитков.Для сплава,кристаллизующегосяв интервалетемпературТL - ТS, залитогов форму притемпературеТН, в некоторыйпромежуточныймомент затвердеванияраспределениетемпературпредставленона Рис.5-1[34].

Рис.5-1.Схема температурныхполей затвердевающейотливки

Процессзатвердеванияразвиваетсяв двухфазнойзоне расплава,прилегающейк твердой корке.На Рис.5-1представленасхема температурныхполей: Т1(x,t) -температурноеполе в незатвердевшемрасплаве, Т2(x,t)- в двухфазнойзоне и Т3(x,t) - втвердой корке;c1(t) и c3(t)- соответственнокоординатыфронтов началаи конца затвердевания.

Есливнутри интервалакристаллизациисплава выбратьтемпературу,равную, например,1/2Ч(ТL + TS), и принять,что к моментуее достиженияв двухфазнойзоне практическизаканчиваетсяпроцесс кристаллизации(Рис.5-1), то кинетикузатвердеванияможно характеризоватьскоростьюнарастаниятвердой коркиx(t). Дляматематическогоописания такоговарианта схемыможно использоватьвсе уравненияи соотношения,которые былиполученыГ.Ф.Баландиным[34] применительнок схеме затвердеванияметаллов иэвтектик. Необходимолишь вместоc3(t) подставитькоординатуc2(t) условногофронта затвердевания(Рис.5-1) и Ткрзаменить 1/2Ч(ТL+ TS):

(5-1)

(5-)

(5-)

(5-)

(5-)

Несмотряна очень грубуюсхематизациюпроцессазатвердевания,с помощьюрассмотренногоспособа математическогоописания можнодостаточнопросто, но,естественно,приближеннорассчитатьлинейную скоростьзатвердеванияU, которая необходимадля практическогопримененияэкспериментальныхданных и диаграмм,устанавливающихсвязь свойстви структурыотливки соскоростью еезатвердевания[34].

Даннаяматематическаямодель справедливадля отливкив виде неограниченнойплиты. Правомерноли ее использованиев данном случае?

Рис.5-2.Схемы для сравненияплоской и полойцилиндрическойотливки

Сравнимплоскую отливку(плиту) с простейшимполым бесконечнымцилиндром (Рис.5-2),т.к. в нашем случаеосновной элементконструкцииотливки теплообменник- труба, т.е. полыйцилиндр.

Известно,что все поверхности,ограничивающиеплиту, имеютрадиус кривизны,равный бесконечнойвеличине. Поэтому,если радиускривизны боковыхповерхностейплиты обозначитьчерез r0, тоотношение2l0/r0 = 0. Следовательно,любую неплоскуюотливку, у которойотношениетолщины s еетела к радиусукривизны r0ее поверхностибудет весьмамалой величиной,можно приближеннорассматриватькак плоскую,т.е. если

(5-)

тоотливка плоская.

Ещеодно очевидноесвойство плоскойотливки в том,что у нее обебоковые поверхностиF1 и F2 равныдруг другу.Поэтому любуюнеплоскуюотливку, у которойотношение

(5-)

можноприближеннорассматриватькак плоскую.Неравенство(5-) и выражение(5-) связаны междусобой. Так, дляполого цилиндра(втулки)

(5-)

Допустим,что при приближенныхрасчетахзатвердеваниявозможно пренебречьразницей,составляющей20 %, междуплощадяминаружной F1и внутреннейF2 поверхностейтела отливки.Другими словами,примем, что приF2/F1 = 0.8 величинаF1 » F2.Тогда для пологоцилиндра s/r0= 0.2. Следовательно,можно условиться,что при [34]

(5-)

отливкитонкостенные,и в расчетахзатвердеванияони являютсяплоскими.

Анализноменклатурылитых деталеймашиностроенияи приборостроенияпоказывает,что подавляющеебольшинствоотливок удовлетворяеттребованию(5-); это - корпусныедетали, деталиарматуры, кронштейны,станины и т. п.Правда, соответствиетребованию(5-) нельзя пониматьв буквальномсмысле. На такихдеталях, конечно,есть бобышки,приливы, утолщения,ребра и другиеэлементы, толщинакоторых отличаетсяот толщиныосновного тела.Говоря о соответствиитребованию(5-) имеем в видутолщину и радиусыкривизны поверхностиосновного тела(или среднюютолщину телаи средний радиускривизны длядетали в целом)[34].

Отливкатеплообменникудовлетворяетэтим условиям,т.к. s = 8 мм, r0= 38 мм,

(5-)

Следовательно,данная математическаямодель справедливадля расчетовзатвердеванияотливки теплообменник.

РАСЧЕТЗАТВЕРДЕВАНИЯ

Используяобщее решениезадачи затвердеванияс помощьюматематическоймодели (5-1)-(5-) возможнорешить конкретныеинженерныезадачи, связанныес затвердеваниемотливки.

Так,для даннойотливки возможнопроизвестирасчет еезатвердевания.Продолжительностьзатвердеванияотливки t3определяемпо формуле[34]:

(5-)

гдеLE - удельнаятеплота кристаллизацииэвтектики,Дж/кг;

b4 -коэффициенттеплоаккумуляцииформы, Дж/м2КЧс0,5или ВтЧс1/2/м2К;

R0 -приведенныйразмер;

ТЕ- температураэвтектикисплава, К;

r3- плотностьотливки, кг/м3;

Тф- температураформы, К;

t1 -время полногоохлажденияперегретогорасплава, К.

(5-)

гдеС1 - удельнаятеплоемкостьрасплава, Дж/кгЧК;

r1- плотностьрасплава, кг/м3.

ТН= 1/2 (Тn + ТL), Тн» Тзал;


ТН= 1/2 (Тзал + ТL),

гдеТзал - температуразаливки, К;

ТL- температураликвидуса, К.

Рис.5-3.

НаРис.5-3,а приведенакривая измененияскоростизатвердеваниятела отливкив зависимостиот времени.Расчет выполненпо

(5-)


гдеVЕ- температураэвтектики,

дляt і t1.

НаРис.5-3, б представленораспределениелинейной скоростизатвердеванияв теле отливки.График построенпо формуле

(5-)

прик = 0,

гдеl0= r0 - характерныйприведенныйразмер, равныйполовине толщиныотливки.

Распределениескоростизатвердеваниянеоднородно:в центре теласкорость более,чем в 2 раза меньшескорости уповерхности(Рис.5-3). С помощьюструктурнойдиаграммы [34]по среднейскоростизатвердеванияи скоростизатвердеванияу поверхностии в центре отливки,а также химическомусоставу чугуна(чугунный лом- тормозныеколодки отжелезнодорожныхвагонов, химическийсостав: Si - 1.18 %,Mn - 0.61 %, C- 3.47 %, P -0.185 %, S -0.083 %) и НВ= 229, определяемструктуручугуна. Судяпо этой диаграмме,основной структуройданной отливкиявляется феррит,причем концентрацияего от поверхностик серединеувеличивается,что и подтверждаетструктурареальной отливки(Рис.5-4).



Рис.5-4.

Этаструктураявляется нежелательнойдля отливкитеплообменник,т.к. ферритнаяструктура плохоработает приповышенныхдавлениях, врезультатечего отливкадает течь. Необходимоизменить ферритнуюструктуру наперлитную.

ПРИМЕНЕНИЕЭВМ

Дляприближенногоинженерногорешения математическоймодели и построенияграфиков скоростизатвердеванияи эквивалентнойскоростизатвердевания(Рис.5-3) с помощьюЭВМ, использоваласьавторскаяпрограмма.Программанаписана наязыке высокогоуровня TURBO Pascal 7.0.

Результатырасчетов выведенына магнитныеносители информациипри помощи САПР“Аuto CAD 12”.

Исходныеданные длярасчета и текстпрограммы см.приложение.

ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ЧУГУНОВ

Подгерметичностьючугуна понимаютего способностьпротивостоятьпроникновениючерез негонаходящихсяпод давлениемжидкости илигаза [24].

Герметичностьчугуна во многомзависит отфизическогоего состоянияи, в частности,от наличия внем пористости.Герметичностьи пористостьчугуна являютсявзаимно связаннымивеличинами,одна из которыхобусловливаетдругую. Поэтомуоценка герметичностичугуна в дальнейшембудет произведенана основаниипористости.

РАЗНОВИДНОСТИНАРУШЕНИЙПЛОТНОСТИСЕРОГО ЧУГУНА

Целесообразноразличатьследующие видыпористостичугуна:

а)микропористость- обуславливаетсяпространствомграфитовыхвключений, атакже межкристаллическимпространством;

б)макропористость- является следствиемобразованиярассредоточеннойпористоститипа усадочной,газовой и пр.

в) грубаяпористость- имеет местопри образованиив отливкахгрубых пороков,таких как усадочные,песчаные, шлаковыераковины, трещины,неслитины ит.

Микропористость

Прианализе микропористостиполагаем:

- чтоплотностьграфитныхвключений независит отформы, характераи залегания,и во всех случаяхравна 2.25 г/см3;

-межкристаллическоепространствопо сравнениюс объемом графитовыхвключений оченьмало и поэтомув дальнейшемоно учитыватьсяне будет;

- плотностьосновнойметаллическоймассы для всехисследуемыхобразцов чугунаявляется постояннойвеличиной,равной 7.8 г/см3.

Наоснованиипринятых вышеусловий можнопредполагать,что микропористостьчугуна в основномобразуетсяза счет пространства,занимаемогографитнымивключениями[24]. Пространствографитных включенийопределяетсяколичествомсвободногоуглерода - Сгр:

Сгр= Собщ- Ссвяз,

(6-1)

Общеесодержаниеуглерода Собщи связанныйуглерод определяютсяхимическиманализом. Крометого, количествосвязанногоуглерода определяетсяструктуройметаллическойосновы, приэтом

Ссвяз= 0.8ЧКп,

(6-)

гдеКп - количествоперлита вметаллическойоснове чугуна.

Приопределениимикропористостицелесообразнопользоватьсяотносительнымивеличинамиколичестваи объема графита,а также основнойметаллическоймассы чугуна[24].

Еслиобозначить:

gгр- удельный весграфита;

gм- удельный весметаллическойосновы чугуна;

gгр- относительныйвес графитав чугуне;

gм- относительныйвес;

Кгр- относительныйобъем графитав чугуне;

Км- относительныйобъем металлическойчасти чугуна,

тогдаотносительныйобъем графитаи металлическойчасти

чугунаопределяютсяпо формулам(6-),(6-).


(6-)

(6-)

гдеVгр и Vм - абсолютныеобъемы графитаи металла.

Формулы(6-),(6-) позволяютопределитьотносительныйобъем графитаи металлическойосновы чугунав зависимостиот его химическогосостава.

(6-)

аналогично:

(6-)

Знаяотносительныйобъем графитныхвключений,можно определитьрасчетнуюплотностьчугуна, приусловии отсутствияв нем микропористости.

gт=КгрЧgгр+КмЧgм.

(6-)

Величинаgтназываетсятеоретическимудельным весомчугуна.

Формулой(6-) для определениятеоретическогоудельного весачугуна не всегдаудобно пользоваться,т.к. для этогонеобходимознать относительныеобъемы графитаи металлическойосновы чугуна.

Подставляяв формулу (6-)значения КгриКм изформул (6-) и (6-) послепреобразованияполучим:

(6-)

т.к.gгр+gм = 1, тогда:

(6-)

В качествекритерия дляоценки микропористостиследует принятьколичествосвободногоуглерода вчугуне, а такжехарактер егорасположения,имея ввидустепень разобщенияметаллическойосновы чугуна.

Какизвестно, графитв чугуне можетиметь пластинчатую,хлопьевиднуюили глобулярнуюформу, крометого, графитныевключенияотличаютсямежду собойразмерами ихарактеромзалегания.

МАКРОПОРИСТОСТЬ

Макропористостьчугуна обуславливаетсярассредоточеннойгазовой ирассредоточеннойусадочнойпористостью.Такой вид пористостиотличаетсянебольшимиразмерамигазовых и усадочныхпор, которыеобычно по объемуотливки располагаютсяболее или менееравномерно[24].

Макропористостьопределяетсяв относительныхвеличинах илив процентах.Для определениямакропористостисерого чугунаиспользуетсяследующаяформула:

(6-)

гдеgт- теоретическийудельный вессерого чугуна;

g- действительныйудельный весчугуна.

Макропорыв зависимостиот их величиныочень резкоснижают герметичностьчугунных отливок.Их появлениев чугуне зависитот большогочисла факторов.

Такрассредоточеннаягазовая пористостьобразуетсяза счет выделениярастворенныхили реакционныхгазов в чугуне.Растворимостьгазов в металлезависит оттемпературыи давления. НаРис.6-1 показанакривая растворимостиводорода вжелезе [30].

Рис.6-1.Растворимостьводорода вжелезе

Наэтой кривойимеются участки,которые характеризуютсобой растворимостьгаза в твердыхметаллах, впериод расплавленияи в жидком состоянии.Переход отодного состоянияв другое сопровождаетсяскачкообразнымизменениемрастворимостигазов.

Растворимостьгазов в зависимостиот давленияопределяетсяиз формулы[24]:

(6-)

гдеQ - количестворастворенныхгазов;

Р -давление;

К -постояннаявеличина.

Реакционныегазы образуютсяв следствиехимическихреакций, имеющихместо в сплаве,при повышенномсодержаниив них окисижелеза.

FeO + C = CO +Fe

Образованиегазов приводитк появлениюв металле отдельныхпузырьков. Взависимостиот свойствметалла и скоростигазообразования,пузырьки принимаютте или иныеразмеры и начинаютдвигатьсявверх; скоростьдвижения пузырьковопределяетсяиз формулыСтокса:

(6-)

гдеr- диаметр пузырька;

g - ускорениесвободногопадения;

h- вязкость жидкогометалла.

Согласноэтой формулывеличина пузырьковзависит отплотности ивязкости жидкогометалла. Степеньгазонасыщенностиотливки определяетсяколичествомрастворенныхгазов в металле,а последняязависит от егораскисленностии режим охлаждениясамой отливки.

Касаясьрассредоточеннойусадочнойпористости,следует напомнить,что она определяетсяобъемной усадкой,которая, в своюочередь, зависитот температурногоинтервалакристаллизациисерого чугуна.С увеличениемуглеродногоэквивалентав чугуне общийобъем усадочнойпористостиуменьшается.

Важнымфактором, влияющимна образованиеусадочнойпористости,является такжежесткостьлитейной формы:чем большежесткостьформы, тем меньшеобъем усадочныхпороков. Поэтомупри литье всухие формыи в формы изжидкостекольныхи цементныхсмесей частоне требуетсяпростановкаприбылей, в товремя как прилитье в сырыеформы они необходимы.

Рассеяннаяпористостьв отливках, какправило являетсярезультатомсовместногообразованиягазовой и усадочнойпористости.

ГРУБАЯДЕФЕКТНАЯПОРИСТОСТЬ

Грубаядефектнаяпористостьобуславливаетсяразличнымимакропорокамиотливок, которыеобычно являютсябраковочнымпризнаком [24].К ним относятсяместные и рассеянныегазовые, земляные,шлаковые, усадочныераковины, неслитины,спаи, трещиныи.т.д.

Такиедефекты приводятк местным нарушениямсплошностичугуна и резкойпотере егогерметичности.

Пористостьчугуна являетсяважной характеристикойопределяющейего герметичность.Под пористостьюследует пониматьотношениеобъема пор кобъему образца.

(6-)

гдеV1 - объем макро-и микро пор;

V2 -объем образца.

Какуказывалосьвыше, в серомчугуне имеютсяпоры заполненныеграфитом ипоры, свободныеот него.

Относительныйобъем пор занятыхграфитом,определяетсяпо формуле (6-).

Относительныйобъем свободныхот графитаможно определитьпо формуле (6-).

Общаяотносительнаяпористостьили простопористостьбудет равнасумме этихвидов пористости:

m= Кгр+ К.

(6-)

ФИЗИЧЕСКАЯХАРАКТЕРИСТИКАГЕРМЕТИЧНОСТИСЕРЫХ ЧУГУНОВ

Серыечугуны представляютсобой оченьсложные железоуглеродистыесплавы, заключающиев себе большоеколичествоизолированныхдруг от другасвободных изаполненныхграфитом порсамой разнообразнойформы и размеров.Характер порв чугуне, ихразмер и количествозависят отмногих факторов,основными изкоторых являются:химическийсостав, структурноестроение, технологияизготовленияотливок, ихтермообработкаи условияэксплуатации.

Привоздействиина отливкужидкости, находящейсяпод высокимдавлением, этажидкость проникаетв поры чугуна,а затем, еслине встречаетдостаточногосопротивления,она просачиваетсядальше в телоотливки.

Процесспросачиваемостичугунов являетсяочень сложными в настоящеевремя остаетсяпочти не изученным.Опыты, проведенныев этом направлениимногими исследователями,не раскрываютв достаточноймере механизмапросачиваемостижидкости черезтело чугунныхотливок. В связис этим оценкапросачиваемостичугунов в настоящеевремя производитсяпо двухбалльнойсистеме - “текут”,“не текут”[24].

Просачиваемостьчугунов находитсяв обратнойзависимостиот их плотностиили так называемойгерметичности.Поэтому изучениесвойств просачиваемостиили проницаемостиобычно ведетсяпо величине,обратной ихпроницаемости.

Движениежидкости впорах чугунаявляется чрезвычайносложным процессом.Даже в простейшихслучаях фильтрации,когда пористаяСреда образованаиз большогоколичествасистематическиуложенныхшаров, точногогидромеханическогорешения движенияжидкости неимеется. Впрочем,это не так важно,т.к. при изучениигерметичностичугунов в большейстепени имеютзначение усредненныехарактеристикипотока жидкоститакже как скоростипросачивания,расхода и т.д.,а не форма движенияжидкости всамих порах.

Внастоящее времясоздана достаточнообоснованнаятеория движенияжидкости игазов в естественныхпористых средах.В ней разработаныосновные положенияв случае движенияжидкостей игазов в естественныхпористых средахи определеныфизическиезаконы фильтрации.

В первомприближениидвижение жидкостичерез стенкичугунных отливок,находящихсяпод большимдавлением,должны подчинятьсятем же самымзакономерностям,что и движениежидкостей вестественныхпористых средах[24].

Однакопри движениижидкости впорах чугунаимеются существенныеразличия, которыепо нашему мнениюбудут заключатьсяв следующем:

  1. Естественныепористые средыимеют сплошныеканалы, а серыечугуны - изолированныепоры. Поэтомупотери давленияво втором случаебудут определятьсяне только внутреннимсопротивлениемдвижения жидкостив порах, но исопротивлением,возникающимв результатеразрушенияосновнойметаллическоймассы, расклинивающимдействиемжидкости.

  2. Перепаддавлений, дажепри незначительнойтолщине стенокотливок гидросистем,всегда будетзначительнобольше по сравнениюс перепадомдавления прифильтрациив естественныхпористых средах.

  3. Высокиедавления вотливках, какправило, вызываютв них деформации,что оказываетсущественноевлияние нагерметичностьчугуна.

  4. Скоростьпросачиванияжидкости вчугуне значительноменьше скоростифильтрациив пористыхсредах. Поэтомудинамическимии инерционнымифакторами,имеющими местопри просачиваниив дальнейшемпри изученииэтого явленияможно пренебречь.

  5. Наконец,самое главноеотличие состоитв том, что прифильтрациив естественныхпористых средахосновной цельюявляется увеличениескоростифильтрационногопотока и, следовательно,увеличениюрасхода жидкости,в то время какпри изучениигерметичностисерых чугуновглавной цельюявляется изысканиематериалов,обладающихмаксимальнойгерметичностью,которая обуславливалабы минимальнуюили же нулевуюскорость движенияпотока.

Указанныевыше различия,естественно,вносят существенныепоправки в теили иные уравнениядвижения жидкостив процессефильтрации,но не изменяютсамих условий,характера изаконов движенияэтой жидкостив теле чугунныхотливок гидросистем.

Поэтомув дальнейшемпри выводеосновныхзакономерностейпри исследованиипроницаемостисерого чугунаили обратнойвеличины намибыли использованывсе известныеэлементы теориитечения однородныхжидкостей игазов в пористойнедеформируемойсреде.

Дляизучения законовпроницаемостичугуна преждевсего необходимобыло установитьзависимостьрасхода и скоростидвиженияпросачиваемостижидкости отее давленияи герметичностичугуна. Этузакономерностьнеобходимоустановитьв пределахмалых площадок,величина которых,однако, великапо сравнениюс размерамипор. В этом случаесреднюю скоростьдвижения жидкостичерез элементарнуюплощадку чугунаможно определитьпо формуле[24]:

(6-)

гдеV - средняя скоростьдвижения жидкостичерез элементарнуюплощадку чугуна;

DW- количествопросочившейсяжидкости черезэлементарнуюплощадку;

Dw- элементарнаяплощадка;

t - время.

В случае,если толщинастенки значительноменьше линейныхразмеров площадкии плоскостиее параллельны,тогда средняяскорость движенияжидкости впорах будетвыражатьсяуравнением:

(6-)

гдеW - количествопросочившейсяжидкости черезплощадку.

Но,так как потокжидкости незаполняет всепространство,а движетсячерез частьобъема занятойпорами, тогдапри коэффициентепористостиm скорость движенияв порах Vўбудет равна:

и

(6-)

или V = mV’.

Таккак всегда m>1,то V = Vў.

Отсюдапространство,занятое потокомжидкости, можноназвать областьюпросачивания.

Очевидно,что линиейдвижения потокажидкости будетназыватьсятакая линия,касательнаяв каждой точкекоторой совпадаетс векторомскорости просачиванияв этой точке.

Известно,что скоростьпотока жидкостиV зависит отизбыточногодавления Р[24], действующегона стенки чугуна,от его внутреннегосопротивлениядвижению жидкостиG и от вязкостисамой жидкостиh, т.е.

(6-)

Внутреннеесопротивлениематериала Gдвижению черезнего жидкостиили газов посуществу являетсягерметичностьюэтого материала.

Приравниваяправые части(6-) и (6-) и решая ихотносительноG, получим математическоевыражение длягерметичностичугуна и длядругих материалов:

(6-)

Изприведенногоуравнения (6-)следует, чтогерметичностьесть такоесопротивлениематериалапроникновениючерез негожидкости, имеющейвязкость hи находящейсяпод давлениемР, при которомза время t черезплощадку wпроникает Wмиллилитровэтой жидкости.Другими словами,движение жидкости,находящейсяпод давлениемР, столбикаматериала столщиной стенки,равной толщинеотливки и поперечнымсечением 1 см2(Рис.6-2).

Еслиизмерять количествопросочившейсяжидкости в см3,давление вкг/см2, площадьобразца в см2,время в минутахи вязкость в°Е, тогдаразмерностьгерметичностибудет выражатьсяв

[24].

Этаединица герметичностив дальнейшемнами будетобозначатьсяЕГ.

Рис.6-2.Схема к расчетуединицы герметичности

ЕГесть такаягерметичностьматериала, прикоторой черезплощадку в 1см2 просачивается1 см3 воды привязкости 1°Е,находящейсяпод избыточнымдавлением,равном 1 кг/см2за 1 минуту.

В видутого, что единицаЕГ являетсявесьма малойвеличиной, тов дальнейшемее значениеприводитсяв кЕГ и МЕГ:


1 кЕГ= 1000 ЕГ = 103 ЕГ;

1 МЕГ= 1000000 ЕГ = 106 ЕГ.

Герметичностьчугуна зависитот его природныхсвойств, а именно:пористости,сопротивленияразрушениюрасклинивающегодействия жидкости,деформации,а также от толщиныстенки отливки.

Дляоценки качестваматериала, имеяв виду егогерметическиесвойства,целесообразноввести понятиеудельнойгерметичности.Удельнойгерметичностьюназываетсягерметичность,отнесеннаяк единице толщиныстенки отливки,изготовленнойиз данной маркичугуна илиданного материала.Зависимостьгерметичностичугуна от толщиныстенки dточно еще неустановлена.Поэтому удельнуюгерметичностьможно представитьв такой функциональнойзависимости:

G0=GЧf(d).

(6-)

Какбудет указанониже (рис.8.2и 8.3),эта функциональнаязависимостьприближаетсяк квадратичнойи представляетсяв виде следующегоуравнения:

(6-)

Подставляяв (6-) значениягерметичностиG, получим окончательнуюформулу длявыраженияудельнойгерметичности:

(6-)

Величины,вычисленныепо (6-) достаточнохорошо совпадаютс нашими опытнымиданными. Поэтомуэту формулув первом приближенииможно рекомендоватьдля определенияудельнойгерметичностистандартныхмарок чугунови других материалов.

Припроектированиилитых деталей,работающихпод повышеннымдавлениемжидкости, желательнозаранее знать,какой герметичностьюдолжна обладатьданная деталь,работающаяв заданныхконкретныхусловиях, какимобразом установитьи определитьгерметичностьчугуна для этойдетали.

Длявыполненияпоставленнойзадачи необходимоввести понятиео предельнойдопустимойгерметичности.Предельно-допустимойгерметичностьюматериала будемназывать такоеего внутреннеесопротивление,при которомскорость просачиванияданной жидкости,находящейсяпод давлениемР, будет меньшеили равна допустимойскоростипросачивания.

В качестведопустимойскорости просачиванияцелесообразнопринять скоростьво много разменьшую скоростииспаренияжидкости споверхностиотливки. Можнозадаватьсядопустимойскоростьюпросачиванияи из другихсоображений,например, прочностиотливки и т.д.

МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯЭКСПЕРИМЕНТОВ

ОПРЕДЕЛЕНИЕГЕРМЕТИЧНОСТИЧУГУНА

РАЗРАБОТКАСПОСОБА И МЕТОДИКИОПРЕДЕЛЕНИЯГЕРМЕТИЧНОСТИЧУГУНА

Разработкаметодики исследованиягерметичностичугуна веласьв направлениивыбора типапроб, установлениицелесообразнойформы и размеровтемплета, определенияметода испытаний,разработкеоптимальныхрежимов испытаний,а также выявлениязависимостигерметичностиот химическогосостава структурыи физическогостроения чугуна[24].

Известно,что подавляющееколичествовсех гидравлическихустройствработают приодностороннемдавлении до100-150 и более атмосфер.Это условиеявилось основаниемдля выбораметода испытаниягерметичностисерых чугунов,при которомобразец испытываетсяпод воздействиемодностороннегодавления до400 атмосфер.

Приразработкеметодики испытанияобразцов нагерметичность,кроме того,были принятыво вниманиеследующиеположения:

  1. Испытаниягерметичностичугунов должнывестись натемплетах,изготовленныхкак из стандартныхобразцов диаметром30 мм и длиной340 мм, так и непосредственноиз готовыхотливок.

  2. Формаи размеры образцадолжны обеспечиватьнаиболее верныепоказателигерметичностичугуна.

  3. Оптимальноедавление прииспытаниигерметичностичугунов должносоставлять150 - 350 атм., т.к. приболее высокихдавленияхимеют местонеточностив определениигерметичностив связи с деформациейобразца.

  4. Испытаниягерметичностичугунов должнопроизводитьсяв течениеминимальногопромежуткавремени, ноэто положениене должноограничиватьвремя специальныхцелевых испытаний(например,определениеколичества просочившейсяжидкости взависимостиот давленияи времени).

  5. Вкачестве жидкостидля испытанияпринят керосин.

  6. Контрольпросачиванияжидкости -визуальный.

Образцыили темплетыдля испытанияна герметичностьвырезалисьиз среднейчасти различныхпроб. На стандартныхпробах предварительноопределялитвердость,предел прочностина изгиб и стрелупрогиба. Затемиз мест, указанныхна Рис.7-1, вырезалисьтемплеты дляопределенияудельного весачугуна и образцыдля испытанияих на герметичность.

Рис.7-1.Места отборапроб из стандартногообразца:

а -темплет дляопределениявеса;

б -образцы дляиспытания нагерметичность;

в- место определениятвердости

Образецдля испытанийчугуна нагерметичностьпредставляетсобой (Рис.7-2) дискдиаметром 29.5мм и толщиной3.5 мм. В нижнейчасти образцапрорезается3 - 4 кольцевыеканавки нарасстоянии1 - 1.2 мм друг отдруга, служащихдля лабиринтногоуплотнения.В верхней частиобразца предусматриваетсякольцевая фаскаБ, предохраняющаяконтрольнуюповерхностьА от затеканияжидкости. Сцелью лучшегообеспеченияконтроля запросачиваемостьюкеросина поверхностьА притираетсядо матовогосостояния.Толщина рабочейчасти образцаопределяетсяглубиной канавкидиаметром 14мм.

Длясохраненияпостоянныхусловий испытаниявсе образцыобрабатывалиодним и тем же режущим инструментомпри одних и техже режимахрезания, а именно:

числооборотов приобработке - 540об/мин;

числооборотов приотрезании - 280об/мин;

подача- 0.15 мм на 1 оборот.

Рис.7-2.Образец дляиспытаний нагерметичность

Схемаустановкиобразца дляего испытанияна герметичностьпоказана наРис.7-3.

Рис.7-3.Схема для установкиобразца дляиспытаний егона герметичность:

1- образец;2- гайка; 3- прокладка;4- корпус

Важнымусловием припроведениииспытанийявляетсяпредупреждениепросачиванияжидкости междуобразцом иалюминиевойпрокладкой,Для этой целипри каждомиспытанииустанавливаетсяновая прокладкаи образец зажимаетсягайкой посредствомключа с моментом40-50 кгм.

Дляиспытаниягерметичностичугунов использовалсяспециальныйприбор - герметометр.

КОНСТРУКЦИЯГЕРМЕТОМЕТРАДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯГЕРМЕТИЧНОСТИЧУГУНА

Герметометр(Рис.7-4) предназначендля определенияплотности(герметичности)серого чугунаразличныхмарок, а такжелюбых другихматериаловпри одностороннемдавлением до1000 атмосфер.



Рис.7-4.Внешний видгерметометра

Наприборе можноподвергатьиспытанию нагерметичностькак образцы,вырезанныеиз стандартныхпроб, так и образцы,взятые непосредственноиз отливок.Толщина образца,в зависимостиот рода материала,может колебатьсяот 3.5 до 5 мм.

Конструктивнаясхема герметометраприведена наРис.7-5.

Герметометрсостоит изклапаннойсистемы: всасывающих3 и нагнетающих7 клапанов;плунжерногонасоса 4; аккумулятора9. Все части приборасмонтированына основании.


Рис.7-5.Схема герметометра

Образецдля испытания11 устанавливаетсявместе с алюминиевойпрокладкойв корпус аккумулятора9 и плотно зажимаетсягайкой 10. Жидкостьдля испытаниянаходится врезервуаре1. Давление жидкостиизмеряетсяманометром12. Повышениедавления вгерметометреосуществляетсяплунжернымнасосом 4, которыйприводитсяв действиерукояткой 6,при этом жидкостьиз резервуара1 по трубке 2подается кплунжерномунасосу. Сбросдавленияосуществляетсявинтом 13.

Прииспытании нагерметичностьвозможны разрывыобразцов, поэтомунаблюдаемаяповерхностьобразца должнабыть огражденапрозрачнымзащитным устройством.

Испытаниеобразцов нагерметичностьдолжно производитьсяпри выполненииследующихусловий:

  • образецдолжен бытьпромыт в бензине;

  • передзакреплениемобразца, с цельюудаления воздуха,необходимопроизвестиподкачку жидкостидо появленияее под прокладкой;

  • зажатиегайки производитсяключом до отказа;

  • контрольнаяповерхностьобразца сновапромываетсябензином ивысушивается;

  • повышениедавления должноосуществлятьсяступенями 10,20, 30, 50, 75, 100, 125, 150 и затемчерез каждые50 атмосфер. Дляобразцов свысокой герметичностьюдопускаетсяначинать испытанияпри более высокихдавлениях, ноне менее, чемза две ступенидо появлениятечи. Времявыдержки накаждой ступени- 15 мин;

  • образецснимаетсяпосле сбросадавления, прииспытанииприбор долженбыть ограждензащитнымприспособлением.

ОПРЕДЕЛЕНИЕТВЕРДОСТИЧУГУНА

ТВЕРДОСТЬКАК ХАРАКТЕРИСТИКАСВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ

Подтвердостью(Т) понимаютсопротивлениематериаламестной пластическойдеформации,возникающейпри внедрениив него болеетвердого тела- индентора[31]. Твердостьможно измерятьвдавливаниемнаконечника(индентора) -способ вдавливания,царапаньемповерхности- способ царапанья,ударом или поотскоку наконечника- шарика. Наибольшеераспространениеполучил методвдавливания.В результатевдавливанияпод достаточнобольшой нагрузкойповерхностныеслои металла,находящиесяпод наконечникоми вблизи него,пластическидеформируются.После снятиянагрузки остаетсяотпечаток.Таким образом,твердостьхарактеризуетсопротивлениепластическойдеформациии представляетсобой механическоесвойство металла.

ОПРЕДЕЛЕНИЕТВЕРДОСТИМЕТАЛЛОВ МЕТОДОМБРИНЕЛЛЯ

Определениетвердостиметалла методомБринелляосуществляетсяпо ГОСТ 9012-59. Методоснован на том,что в плоскуюповерхностьметалла (илидругого материала)вдавливаетсяпод постояннойнагрузкой (Р)твердый стальнойшарик; по величинеповерхностиотпечатка,оставляемогошариком, определяютзначение Т.Диаметр отпечатка(в двух взаимноперпендикулярныхнаправлениях)измеряют спомощью лупы,на окулярекоторой нанесенашкала с делениями,соответствующими0.05 мм. Для определенияТ следует приниматьсреднюю изполученныхвеличин.

Числотвердости поБринеллю (НВ)определяетсяотношениемнагрузки, действующейна шарик кповерхностиотпечатка:

(7-1)

где Р - нагрузкана шарик, Н;

F - поверхностьотпечатка, м2;

D - диаметрвдавливаемогошарика, м;

d - диаметротпечатка, м.

Записываетсятвердость поБринеллю вединицах НВ,например 300 НВ(3000 МПа). Получаемое число Т припрочих равныхусловиях определяетсядиаметромотпечатка d.Последний темменьше, чемвыше твердостьиспытуемогометалла. Однакополучениепостояннойи одинаковойзависимостеймежду величинойнагрузки идиаметромотпечатка,необходимыдля точногоопределениятвердости,сравнительнонадежно достигаетсятолько присоблюденииопределенныхусловий. Привдавливаниишарика на разнуюглубину, т.е.разной нагрузкойдля одного итого же материала,не соблюдаетсязакон подобиямежду полученнымидиаметрамиотпечатка.

Наибольшиеотклонениянаблюдаются,если шариквдавливаетсяс малой нагрузкойи составляетотпечатокнебольшогодиаметра, иливдавливаетсяс очень большойнагрузкой иоставляетотпечатокбольшого диаметра,приближающегосяпо величинек диаметрушарика. Поэтомутвердостьизмеряют припостоянномсоотношениимежду величинойнагрузки Р иквадратомдиаметра шарикаD2.

Этосоотношениедолжно бытьразличным дляметаллов разнойтвердости.Методом Бринелляизмеряют твердостьметаллов до450 НВ. Государственнымстандартомустановленынормы для испытанийпо Бринеллю(Таблица 7-1).

Измерениятвердости пометоду Бринелляпроизводитсяна прессах -гидравлическихили механических.

ПОРЯДОКРАБОТЫ НАПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОМПРИБОРЕ 2109 ТБ

Подготовкуприбора к работепо определениютвердостиметаллов проводитсяв такой последовательности:

  • взависимостиот условийиспытанийустанавливаетсясоответствующийнаконечникв шпиндель,предварительносняв упор;

Таблица7-1

Условияиспытанияметаллов наТ по Бринеллю

Металлы

Твердость,НВ

Толщинаобразца, мм

Соотношениемежду Р и D2

Диаметршарика D, мм

НагрузкаР, кг

Выдержкапод нагрузкой,с

Черные

140-450

6-3

Р =30D2

10

30

10


4-2

5

75

10


> 2

2,5

187,5

10

Черные

Ј140

> 6

Р =10D2

10

30

10


6-3

5

25

10


> 3

2,5

62,5

10

  • поТаблица 7-1 выбираетсянагрузка исоответствующийдиаметр шарика,устанавливаетсяна подвескунабор грузов,учитывая, чторычажная системас подвескамисоздает нагрузку1.839 кН;

  • напредметныйстол устанавливаетсяконтролируемоепо твердостиизделие так,чтобы оно лежалоустойчиво ине имело возможностисместитьсяили прогнутьсяво время испытаний;

  • переключательрежима работустанавливаетсяв положениеРУЧН. или АВТ. Переключательрежима работыустанавливаетсяв положениеРАБОТА;

  • релевремени устанавливаетсяна заданноевремя;

  • столс изделиемперемещаетсяв верхнее положениемаховиком досоприкосновенияс индентороми далее до запиранияего механизмомостанова (щелчкаэлектромагнита);

  • еслипереключательрежима работстоит в положенииРУЧН., нажимаетсякнопка ПУСК,а если в положенииАВТ., нагрузкаприкладываетсяавтоматически.Происходитвнедрениеиндентора виспытуемоеизделие;

  • измеряетсядиаметр отпечаткас помощью микроскопаМПБ-2 и по стандартнымтаблицамопределяетсязначение твердости.

ОПРЕДЕЛЕНИЕМАКРОСТРУКТУРЫМЕТАЛЛОВ ИСПЛАВОВ

МАКРОАНАЛИЗСТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВ

Макроскопическийанализ заключаетсяв определениистроения металланевооруженнымглазом или принебольшомувеличении(до 30 раз) [32]. Этонаиболее простойметод. Он позволяетсделать предварительнуюоценку качестваметалла, а именно,определитьплотностьметалла поналичию пор,раковин и другихдефектов, прочностьпо величинезерна, химическуюнеоднородностьпо ликвацииотдельныхэлементов ит.д.

Макроанализособенно важендля литейщиков,поскольку повиду изломав местах отделенияот отливокпитателей идругих элементовлитниковойсистемы можносделать первыевыводы о качествеметалла.

Методоммакроанализаопределяют:

  • видизлома - вязкий,хрупкий, нафталинистый,камневидный(в стали) и т.д.;

  • плотностьметалла - наличиеусадочнойпористости,рыхлости, газовыхраковин, свищей,межкристаллитныхтрещин;

  • дендритноестроение, зонутранскристаллизациив отливках;

  • химическуюнеоднородность(ликвацию) металла;

  • волокнистуюструктурудеформированногометалла;

  • структурнуюи химическуюнеоднородностьметалла послетермическойили химико-термическойобработки,наличие отбелав чугунныхотливках;

  • величинузерна.

МАКРОАНАЛИЗИЗЛОМА МЕТАЛЛА

Излом,в зависимостиот характераразрушения(хрупкого иливязкого) металла,может бытьразным по форме,виду и способностии отражениюсвета. Анализизлома позволяетустановитьмногие особенностистроения металлов,а в ряде случаеви причины хрупкогоили вязкогоразрушения.

Повнешнему видуизлома различают:

  • кристаллический(светлый) излом,поверхностьразрушениякоторогохарактеризуетсяналичием блестящихплоских участков.Такой изломсвойствененхрупкому разрушению;

  • волокнистый(матовый) излом,поверхностьразрушениякоторого содержитвесьма мелкиеуступы - волокна,образующиесяпри пластическойдеформациизерен в процессеразрушения.Этот изломсвидетельствуето вязком разрушении.Излом можетиметь и смешанныйхарактер.

ОПРЕДЕЛЕНИЕМИКРОСТРУКТУРЫМЕТАЛЛОВ ИСПЛАВОВ

МИКРОСТРУКТУРАЧУГУНА

Сплавжелеза с углеродомпри содержаниипоследнегобольше 2.14 %называетсячугуном. Наличиеэвтектики вструктуречугуна обуславливаетего малую способностьк пластическойдеформации.Поэтому чугуниспользуютисключительнов качествелитейногосплава. Чугун,используемыйдля изготовленияотливок, содержиттакже Si и вкачестве неизбежныхпримесей Mn, Ри S. Чугун дешевлестали [32].

Взависимостиот состоянияуглерода вчугуне различают:

  • белыйчугун, в которомвесь углероднаходится всвязанномсостоянии ввиде цементита.В виду высокойтвердости ихрупкости,практическогозначения дляполученияотливок неимеет;

  • серыйчугун (СЧ), вкотором углеродв значительнойили полностьюнаходится всвободномсостоянии вформе пластинчатогографита. РазновидностьюСЧ являетсячугун с вермикулярнойформой графита.

Химическийсостав, и, вчастности,содержаниеуглерода нев полной мерехарактеризуютсвойства чугуна:его структураи основныесвойства зависяттакже от процессавыплавки, скоростиохлажденияотливки и режиматермическойобработки.Свойства чугунаопределяютсяего структурой.Эта зависимостьу чугуна значительносложнее, чему стали, таккак его структурасостоит изметаллическойосновы и включенийграфита, вкрапленныхв эту основу.Для характеристикиструктуры СЧнеобходимоопределятьразмеры, форму,распределениеграфита, а такжеструктуруметаллическойосновы.

ГОСТ3443-77 классифицируетструктуручугуна как поформе графита,так и по матрице[32]. При оценкеграфита определяютформу, распределение,количествои размеры включений;при оценкематрицы - типструктуры,количествоперлита и феррита,дисперсностьперлита; строение,распределение,размер ячеексетки и отдельныхвключенийфосфиднойэвтектики,количествои размер включенийцементита илиледебурита.

Графитныевключения лучшеизучать нанетравленыхшлифах (приувеличении100...200), а структуруметаллическойосновы - на травленых(при увеличении350...500).

Серыйчугун маркируетсябуквами СЧ ицифрами, указывающимипредел прочностипри растяжении(ГОСТ 1412-79). ИзломСЧ имеет серыйцвет из-заприсутствияв его структуреграфита. Включенияграфита в СЧимеют формулепестков,которые в плоскостишлифа имеютвид прямолинейныхили завихренныхпластинок.

Чемменьше графитовыхвключений,тем они мельчеи больше степеньих изолированностидруг от другаи тем выше прочностьчугуна. СЧ сбольшим количествомпрямолинейныхкрупных графитовыхвключений,разделяющихего металлическуюоснову, имеетгрубозернистыйизлом и низкиемеханическиесвойства. Величина,форма и характерраспределенияграфитовыхвключенийзависят отскорости охлажденияотливки иопределяютсяпо типовойшкале (ГОСТ3443-77).

Количествографита в чугунеможно определитьметодом количественнойметаллографии.Для этого, используялинейный метод,определяютобъемную долю,занятую графитоми металлическойматрицей. Затемс учетом плотностиграфита и матрицыопределяютколичествографита:

СЧразделяют построениюметаллическойосновы.

Ферритныйчугун. В этомслучае металлическойосновой являетсяферрит (Ф), и весьуглерод, имеющийсяв сплаве, находитсяв виде графита.Чугун имеетнизкую прочность(100...150 МПа) и используетсядля малоответственныхдеталей, испытывающихнебольшиенагрузки вработе, с толщинойстенки отливки10...30 мм.

Ферритно-перлитныйчугун. Структураэтого чугунасостоит из Ф+Пи включенийграфита. Ферритрасполагаетсявокруг графитныхвключений.Количествосвязанногоуглерода в немменьше, чем вперлитномчугуне. Следовательно,твердость ипрочность такжениже.

Перлитныйчугун. Структураего состоитиз перлита свключениямиграфита. Таккак перлитсодержит 0.8 %С, то такоеколичествоуглерода вперлитномчугуне находитсяв связанномсостоянии, аостальноеколичество- в свободномсостоянии (т.е.в виде графита).Перлитнуюструктуру имеютчугуны марокСЧ25-СЧ45. Они применяютсядля изготовленияотливок, испытывающихдинамическиенагрузки, например,станины станков,шестерни, блокицилиндров,поршневыекольца и др.

МИКРОАНАЛИЗМЕТАЛЛОВ

Микроскопическийанализ заключаетсяв исследованииструктурыметаллов прибольших увеличенияхс помощью микроскопа.

Наиболеепростым ираспространеннымметодом микроанализаявляется оптическая(световая)микроскопия.Этим методомизучают размеры,форму, взаимноерасположениекристаллов(зерен), достаточнокрупные включенияв них, некоторыедефекты кристаллическогостроения (двойники,дислокации).

Исследованиемикроструктурыполучаемыхсерых чугуновпроизводимна металлографическоммикроскопеМИМ-7.

ПРИГОТОВЛЕНИЕМИКРОШЛИФОВ

Изучениемикроструктурыметаллов производитсяв отраженномсвете, поэтомуповерхностьобразца должнабыть специальноподготовлена.Такой образецназываетсямикрошлифом.Для изготовленияшлифа вырезаютобразец изисследуемогометалла и получаютна нем плоскуюи блестящуюповерхность.

Оченьважно (особеннодля литых материалов)правильновыбрать место,из которогонадо вырезатьобразец. Еслиотливка имеетразличнуютолщину стенки,то вырезатьобразцы нужноиз тонко- итолстостеннойее частей. Методвырезаниязначения неимеет. Важнотолько, чтобыв процессевырезания неизменять структуруметалла.

Вырезанныеобразцы собираютв струбцинепо несколькоштук в зависимостиот их размера,при этом междуобразцамипомещают прокладкииз латуни, чтопредотвращаетперенос одногоматериала надругой. Иногдаобразцы заливаютв обечайкепластмассойили легкоплавкимсплавом. Этообеспечиваетполучениеплоской поверхностишлифа при егообработке.

Шлифованиеповерхностиобразца проводятна бумажнойшкурке, последовательнопереходя отодной шкуркик другой с непрерывноуменьшающимисяразмерамиабразивныхчастиц. Переходк обработкена следующейшкурке производяттолько послеисчезновениярисок от предыдущейшкурки.

Полированиемполучаютокончательнуюзеркальнуюповерхностьшлифа. Чащевсего используютмеханическоеполирование,когда на сукнонаносят мелкиечастицы абразивныхматериалов- оксиды алюминия,железа илихрома в видеводной суспензии.После полированиямикрошлифпромываютводой, затемспиртом и просушиваютфильтровальнойбумагой.

ИЗУЧЕНИЕМИКРОСТРУКТУРЫ

Вначалеобычно изучаютструктурунетравленногомикрошлифа,т.е. непосредственнопосле полирования.Под микроскопомтакой шлифимеет вид светлогокруга, на которомчасто можнозаметить темныеучастки (серыеили черные).Это неметаллическиевключения -оксиды, сульфиды,нитриды, силикаты,графит. Вследствиехрупкостинеметаллическиевключения могутвыкрашиватьсяпри шлифовании,и тогда наповерхностишлифа остаютсяуглубления,которые могутбыть заполненыабразивнымичастицами. Влюбом случаеэти углубленияимеют темныйцвет.

В серыхчугунах нанетравленыхшлифах наблюдаютвключения(серые или темные)графита. Оценкуколичестваграфитовыхвключений ихарактера ихраспределенияпроизводяттакже по типовойшкале, установленнойГОСТ 3443-77.

Приизучениинетравленногомикрошлифалитого материалачасто обнаруживаетсямикропористость.

Послепросмотранетравленогошлифа для болееполного изученияструктурысплава шлифтравят. Травлениеосуществляютнесколькимиспособами, ночаще всегометодом избирательногорастворенияфаз. Этот методоснован наразличиифизико-химическихсвойств отдельныхфаз и пограничныхучастков зерен.В результатеразличнойинтенсивностирастворениясоздаетсярельеф поверхностишлифа.

Еслиосвещать шлифпадающим светом,то из-за присутствиякосых лучейобразуютсятеневые картины,по которымможно судитьо структуресплава. Этотметод позволяетустановитьструктурумногофазныхсплавов, а такжеграницы зеренв однофазныхсплавах.

Длятравлениямикрошлифполированнойстороной погружаютв раствор нанекоторое время(до появленияматовой поверхности),затем промываютводой и спиртоми высушивают.Составы растворовдля травлениямикрошлифоввесьма разнообразныи зависят отматериала ицели исследования.Чаще всего дляисследованиямикроструктурыжелезоуглеродистыхсплавов используют2...4 %-ныйраствор азотнойкислоты в этиловомспирте.

КОЛИЧЕСТВЕННАЯМЕТАЛЛОГРАФИЯ

Методыколичественнойметаллографиинеобходимыдля определенияхарактеристикимногих важныхособенностейструктуры:величинынеметаллическихвключений илиотдельных фаз,присутствующихв сплаве, количествавключенийразных фазсплава, величинызерна. Величиназерна выявляетсячаще всегопосле травлениямикрошлифов.Для определенияразмера зернасравниваютмикроструктурупри увеличениив 100 раз со стандартнымишкалами [32].

Основнойнедостатокметодики стандартныхшкал - оценкаусловнымибаллами иобусловленныйэтим ступенчатый,скачкообразныйхарактер шкал.Для полученияболее точныхи надежныхрезультатовте же параметрымогут бытьоценены невизуально, анепосредственноизмерены илиподсчитаныпод микроскопомили на микрофотографии.

С этойцелью используютметоды стереометрическойметаллографии.В частности,для определенияфазового иструктурногообъемногосостава сплаваиспользуетсялинейный методРозиваля. Этотметод основываетсяна принципеКавельери-Ноера,согласно которомуизмерениеобъемов телможно заменитьне только измерениемплощадей, нои длин отрезков.Сущность линейногометода заключаетсяв том, что видимаяв микроскопструктура,состоящая излюбого количествафаз или структурныхсоставляющих,пересекаетсяпрямой линией.Контуры сеченийотдельных фазили структурныхсоставляющихрассекут этилинии на отдельныеотрезки.

Еслираздельнопросуммироватьдлины отрезков,попавших накаждую из фазили структурныхсоставляющихсплава, и разделитьсуммы на общуюдлину секущихлиний, то полученныечастные, согласнопринципуКавальери-Акера,будут равныдолям объемасплава, которыезанимает каждаяиз этих фаз илиструктурныхсоставляющих.

ОБРАБОТКА ИАНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВИССЛЕДОВАНИЙ

ОПРЕДЕЛЕНИЕОПТИМАЛЬНЫХРАЗМЕРОВ ОБРАЗЦАДЛЯ ИСПЫТАНИЙНА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ

Дляиспытанияобразцов нагерметичностьнеобходимостремитьсяк сокращениювремени, затрачиваемогона проведениеопытов. Дляэтого испытанияцелесообразнопроводить приусловиях, которыепозволяютобеспечитьбыстрое просачивание(10-15 минут) жидкостичерез образец.



Рис.8-1.Стандартнаяпроба

Очевидно,чем меньшебудет толщинастенки образца,тем быстреечерез негобудет проникатьжидкость.Следовательно,образец должениметь минимальнуютолщину. Но, сдругой стороны,чем большебудет толщинастенки образца,тем вернеебудут показаниягерметичности.Таким образом,необходимопровести рядопытов с цельюопределенияоптимальнойтолщины стенкиобразца и установитьзависимостьее от давления,при которомдолжно происходитьпросачиваниежидкости всравнительнонебольшойпромежутоквремени. Дляэтой цели отлитытри стандартныепробы с размерами:диаметр - 30 мм,длина - 340 мм (Рис.8-1)из чугунноголома следующегохимическогосостава:

С -3.47 %;

Si - 1.18%;

Mn - 0.54%;

S -0.083 %;

Р - 0.185 %.

Механическиесвойства: НВ= 220,

sизг= 33.5 кг/мм2,

fпр= 3.8 мм.

Изкаждой пробыбыли выточеныобразцы с толщинойрабочей частисоответственно0.5 ; 1.0; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0 мм. Этиобразцы подвергалисьиспытанию нагерметичностьпо описаннойметодике.

С цельюисключенияслучайныхошибок испытанияобразцов нагерметичностьпроводилисьдважды. Привсех испытанияхпроводилсязамер и фиксировалосьвремя, при которыхпроисходилопросачиваниекеросина (h= 1,18 °Е) повсей контрольнойповерхностиобразца. Опытамибыло установлено,что самое минимальноеколичествопросочившейсяжидкости, котораянаблюдаетсяна поверхностиобразца, составляетW » 0.002 мл. Этоколичествожидкости вдальнейшемиспользовалосьдля расчетагерметичностичугуна.

Результатыиспытанийгерметичностичугунных образцовсведены в Таблица 8-1.Время просачиваниякеросина наконтрольнойповерхностиобразца определялосьс момента воздействияна него критическогодавления.

Таблица8-1

№

толщинастенки,d,см

критическоедавление,Р,кг/см2

кол-вопросочившейсяжидкости,W,см3

площадьрабочей поверхности,см2

времяпросачивания,мин.

герметичность,кЕГ

удельнаягерметичность,кЕГ/см2

1

0.05

15

0.02

1.5

2

18

7200

2

0.05

20

0.02

1.5

2

24

9600

3

0.08

25

0.02

1.5

3

48

7500

4

0.1

50

0.02

1.5

2

66

6600

5

0.15

70

0.02

1.5

5

160

7100

6

0.15

50

0.02

1.5

7

220

9600

7

0.20

100

0.02

1.5

8

520

12600

8

0.20

150

0.02

1.5

5

470

10200

9

0.25

400

Просачиваниене наблюдалось

10

0.25

400

Просачиваниене наблюдалось

11

0.30

400

Просачиваниене наблюдалось

12

0.30

400

Просачиваниене наблюдалось

Рис.8-2

На Рис.8-2представленакривая герметичностичугунных образцовв зависимостиот их толщины,построеннаяпо данным Таблица 8-1.

В Таблица 8-2приведенырезультатыповторныхиспытанийчугунных образцовна герметичностьв зависимостиот их толщины.

Таблица8-2

№

толщинастенки,d,см

критическоедавление, Р,кг/см2

кол-вопросочившейсяжидкости,W,см3

площадьрабочей поверхности,см2

времяпросачивания,мин.

герметичность,кЕГ

удельнаягерметичность,кЕГ/см2

1

0.06

20

0.02

1.5

2

25

7000

2

0.06

15

0.02

1.5

2

19

5200

3

0.1

18

0.02

1.5

1

12

1200

4

0.12

30

0.02

1.5

2

38

2700

5

0.12

50

0.02

1.5

2

64

4700

6

0.12

50

0.02

1.5

2

64

4700

7

0.16

250

0.02

1.5

1

156

6100

8

0.2

150

0.02

1.5

4

390

9900

9

0.25

400

Просачиваниене наблюдалось

10

0.3

400

Просачиваниене наблюдалось

11

0.3

400

Просачиваниене наблюдалось

12

0.3

400

Просачиваниене наблюдалось

Рис.8-3

На Рис.8-3представленакривая герметичностичугуна в зависимостиот толщиныстенки образца,построеннаяпо данным Таблица 8-2.

Анализэкспериментальныхданных, приведенныхв таблицах Таблица 8-1и Таблица 8-2,показывает,что герметичностьчугунных образцовочень быстровозрастаетс увеличениемих величины.

Кривыена рисункахРис.8-2 и Рис.8-3 построеныпо данным таблиц Таблица 8-1 и Таблица 8-2,имеют видквадратичнойпараболы. Этодает основаниеполагать, чтогерметичностьчугуна G являетсяфункцией оттолщины стенкииспытуемыхобразцов вквадрате, т.е.

G = f(d2).

(8-1)

Достоверностьэтого предположениятакже подтверждаетсяудельнойгерметичностью,которая былаопределенадля исследуемыхчугунов.

Расчетныеданные удельнойгерметичностиявляются величинойпочти одногопорядка. Этообстоятельствопоказывает,что удельнаягерметичностьдля одной и тойже марки чугунадолжна, повидимому,являться величинойпостоянной,независящейот толщиныстенки отливки.

Врезультатеэкспериментаустановленочто, оптимальныеразмеры рабочейчасти образцапри испытанииего на герметичностьследует считать:толщина стенкиd = 2 мм; диаметррабочей частиd = 1.4 см; площадьрабочей частиw = 1.5 см2.

ИССЛЕДОВАНИЕВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОГОСОСТАВА И СТРУКТУРЫНА ГЕРМЕТИЧНОСТЬЧУГУНА

Экспериментальныеисследованияс целью изученияхимическогосостава и структурычугуна на егогерметическиесвойства состоялииз опытныхплавок, проведенныхна лабораторнойиндукционнойпечи с емкостьютигля 50 кг. Опытныеплавки отличалисьсобой по химическомусоставу чугуна.Из каждой опытнойплавки отливалисьобразцы итехнологическиепробы для определенияструктуры,механическихи герметическихсвойств чугуна.Состав шихтыдля опытныхплавок приведенв Таблица 8-3:

Таблица8-3

№

Ломчугунный, %

Ферросилиций75%, %

Присадкасурьмы, %

1

100

0.5

0.0

2

100

0.5

0.05

3

100

0.5

0.1

4

100

0.5

0.2

5

100

0.5

0.4

6

100

0.5

0.6

7

100

0.5

0.8

8

100

0.5

1.0

Получениесурьмянистогочугуна осуществляетсяпутем введениянебольшогоколичестваметаллическойсурьмы на дноковша с жидкимметаллом. Сурьмаприменяетсякак присадкапри производствеантифрикционныхчугунов [25] испособствуетобразованиюв чугунах болееплотной перлитнойструктуры, чтодолжно способствоватьповышениюгерметичностиотливок.

Введениесурьмы в жидкийчугун протекаетсовершенноспокойно, безвыброса металла,выделениягазов, а так жене сопровождаетсясветовым ипиротехническимэффектом.

Температураплавлениясурьмы 630 °С,температуракипения 1635 °С[6]. Т.к. температуракипения превышаеттемпературувыпуска чугунаиз индукционнойпечи, то испарениеее при введениив жидкий чугунне имеет места.Сурьма оченьхрупкий металли легко истираетсяв порошок. Приобычной температуресурьма на воздухене окисляется,а при нагреванииее выше точкикипения сгораетс выделениембелого дыма,состоящегоиз окисловсурьмы. Сурьмаявляется оченьхорошим антикоррозионнымматериалом.

Сурьмаобразует сплавыс большинствомметаллов, в томчисле и с железом,образуя хрупкиесоединениялегко истирающиесяв порошок. Диаграммасостояниясистемы Fe - Sbприведена наРис.8-4 [25].

Изприведеннойдиаграммысостояниясистемы видно,что сурьма ижелезо в жидкомсостоянииполностьюрастворяютсядруг в другеобразуя 2 химическихсоединенияFeSb2 и Fe3Sb2.Температураплавленияпервого химическогосоединенияравна 732 °С,а второго 1014.Железо в твердойсурьме нерастворяется,а сурьма в твердомжелезе имеетограниченнуюрастворимость,до 5 % повесу. Сурьмасильно увеличиваетинтервалзатвердеваниятвердого раствора.Один процентсурьмы понижаеттемпературуначала затвердеванияжелеза на 10.5 °С,а конец затвердеванияна 105 °С[25].


Рис.8-4.Структурнаядиаграммасостояниясистемы Fe-Sb

Известно,что при введениисурьмы в чугунтемпературавыделенияпервичногоаустенита изатвердеванияэвтектикипонижается.

Присадкасурьмы способствуетстабилизацииперлита и повышениютвердости,сдвигает критическуюточку S на диаграммеFe - Sb влево [25].

Таблица8-4

№

Химическийсостав, %

Sb

C

Si

Mn

S

P

1

0.0

3.47

1.18

0.61

0.083

0.185

2

0.05

3.47

1.18

0.61

0.083

0.185

3

0.1

3.47

1.18

0.61

0.083

0.185

4

0.2

3.47

1.18

0.61

0.083

0.185

5

0.4

3.47

1.18

0.61

0.083

0.185

6

0.6

3.47

1.18

0.61

0.083

0.185

7

0.8

3.47

1.18

0.61

0.083

0.185

8

1.0

3.47

1.18

0.61

0.083

0.185

Простотаполучениясурьмянистогочугуна даетвозможностьпроизводитьего в любомлитейном цехебез установкикакого-либодополнительногооборудованияи без усложнениятехнологиилитых деталей.

Дляисследованияструктуры исвойств сурьмянистогочугуна, установленияего оптимальногохимическогосостава, в литейнойлабораториибыли проведеныопытные плавки,во время которыхотливалисьобразцы длямеханическихиспытаний,технологическиепробы и опытныедетали дляпроизводственныхиспытаний.

Химическийсостав исследуемыхчугунов опытныхплавок приведенв Таблица 8-4.

МАКРОСТРУКТУРАСУРЬМЯНИСТОГОЧУГУНА

Присадкасурьмы существенноизменяет характеризлома чугуна.На фотографии(Error: Reference source not found) представленвнешний видизломов исходногочугуна. Данныеобразцы полученыв результатеопытных плавок.


Рис.8-5.Внешний видизломов серогои сурьмянистогочугунов


Рис.8-6.Излом исходногосерого чугуна


Рис.8-7.Излом чугунас содержаниемсурьмы 0.05 %


Рис.8-8.Излом чугунас содержаниемсурьмы 0.1 %


Рис.8-9.Излом чугунас содержаниемсурьмы 0.2 %


Рис.8-10.Излом чугунас содержаниемсурьмы 0.4 %


Рис.8-11.Излом чугунас содержаниемсурьмы 0.6 %


Рис.8-12.Излом чугунас содержаниемсурьмы 0.8 %


Рис.8-13.Излом чугунас содержаниемсурьмы 1.0 %


Плавкавелась в индукционнойпечи с машиннымгенератором.

Состависходной шихты:

Практически100 % машинногочугунного лома(тормозныеколодки ж.д.вагонов). Модифицированиепроизводилосьв ковше емкостью50 кг измельченным75 % ферросилицием,который вводилсяна дно ковша,совместно сметаллическойсурьмой. Массымодификаторовсоответственно:75 % FeSi - 250г, Sb - 0ё1 %(от массы металла).

Температуравыпуска 1410ё1420°С. Заливалисьстандартныеобразцы диаметром30 мм из ковшаемкостью 50 кг.

Былиотлиты образцыследующегохимическогосостава (по 3на каждый состав)приведенногов таблице 8.4.

Описаниемакроструктуры исследуемыхобразцов (Error: Reference source not found).

Образец1 (рис.8-6).

Исходныйчугун.

Изломтемно-серый,рыхлый, рваный.В центре наблюдаетсяувеличеннаярыхлота к периферииобразца макроструктураизмельчаетсялитейной корочкипрактическине видно, видимыераковины отсутствуют.

Образец2 (рис.8-7).

Приприсадке сурьмы0.05 % изломсветлее чему образца 1, зернокрупное номельче чем уисходногометалла, раковиныотсутствуют,на периметреизлом мелкозернистыйпрослеживаетсялитейная корочкатолщиной 0.5мм.

Образец3 (рис.8-8).

Наобразце с присадкойSb 0.1 % явныхвидимых измененийв макроструктуренет. Излом болеесветлый имелкозернистыйпо всему сечению,раковины отсутствуют.Поверхностьизлома менеерваная.

Образец4 (рис.8-9).

Приприсадке Sb 0.2 %цвет изломаболее светлыйи мелкозернистый.Макроструктураизлома равномерная,рыхлоты отсутствуют.

Образец5 (рис.8-10).

Содержаниесурьмы 0.4 %.

Изломболее светлыйпо сравнениюс предыдущимиобразцами иболее мелкозернистый,просматриваютсяболее светлыеблестящиевключения вцентре, на периферииимеется песочнаяраковина.

Образец6 (рис.8-11).

Содержаниесурьмы 0.6 %.

Изломпо прежнемусветло-серыйи мелкозернистыйпо сравнениюс предыдущимиобразцами.Рваностей наповерхностинет.

Образец7 (рис.8-12).

Содержаниесурьмы 0.8 %.

Изломболее мелкозернистыйи светлее - мышиныйцвет. На периферииимеется засор.

Образец8 (рис.8-13).

Содержаниесурьмы 1.0 %.

Изломсветло-серыйочень мелкозернистый,зерно равномернораспределенопо всему полюизлома, на перифериинаходитсятонкая отбеленнаякорка 0.1ё0.2мм.

МИКРОСТРУКТУРАСУРЬМЯНИСТОГОЧУГУНА

Одновременнос резким изменениеммакроструктурычугуна, присадкасурьмы оказываетзначительноевлияние и наего микроструктуру.введениенезначительногоколичествасурьмы в чугунспособствуетизмельчениюперлита и образованиюгнездообразногои точечногографита (рис.8-14 ё 8-21).

Сувеличениемсурьмы в чугунеуменьшаетсяколичествои размерыпластинчатогографита, а также количествоферрита.

В чугунахс содержаниемсурьмы 0.2 - 0.4 %уже полностьюотсутствуетсвободныйферрит и нарядус образовавшимсягнездообразными точечнымграфитом присутствуети мелкий пластинчатыйграфит.

Присодержаниисурьмы в чугуне0.6 - 1.0 % доляпластинчатогографита ещеболее уменьшается,а гнездобразногоувеличивается.

Цементитныевключения всурьмянистыхчугунах обнаруживаютсяобычно присодержаниисурьмы более1.0 %. Появлениеотдельных зеренцементита вструктуречугуна повышаетего твердость.

ВЛИЯНИЕСУРЬМЫ НАГЕРМЕТИЧНОСТЬЧУГУНА

Описанныеизмененияструктурычугуна приводятк повышениюего герметичности.Это происходитиз-за появленияперлитнойструктурыизмельченияпластинчатогографита и образованияточечного игнездообразногографита, чтоисключаетрасклинивающеедействие жидкости(из-за уменьшенияколичестваконцентраторовнапряжениямежду кристалламиметаллическойматрицы).


дотравления(х120)


послетравления(х270)

Рис.8-14.Исходный серыйчугун


дотравления(х120)


послетравления(х270)

Рис.8-15.Чугун с содержаниемсурьмы 0.05 %


дотравления(х120)


послетравления(х270)

Рис.8-16.Чугун с содержаниемсурьмы 0.1 %


дотравления(х120)


послетравления(х270)

Рис.8-17.Чугун с содержаниемсурьмы 0.2 %


дотравления(х120)


послетравления(х270)

Рис.8-18.Чугун с содержаниемсурьмы 0.4 %


дотравления(х120)


послетравления(х270)

Рис.8-19.Чугун с содержаниемсурьмы 0.6 %


дотравления(х120)


послетравления(х270)

Рис.8-20.Чугун с содержаниемсурьмы 0.8 %


дотравления(х120)


послетравления(х270)

Рис.8-21.Чугун с содержаниемсурьмы 1.0 %

Опытамиустановлено,что при присадкесурьмы 0.1 %и более на образцетолщиной d= 2 мм при давлении150 атм просачиваниежидкости ненаблюдается.На образцахбез сурьмыпросачиваниежидкости притаком давленииимеет место.

МЕХАНИЧЕСКИЕСВОЙСТВАСУРЬМЯНИСТОГОЧУГУНА

Испытаниямеханическихсвойств сурьмянистогочугуна производилосьпо стандартнымметодикам (ГОСТ24812-81). В таблице8.5 приведенымеханическиесвойства чугунас присадкойсурьмы от 0.0 до1.0 %. Образцыдля испытанийимеют химическийсостав представленныйв таблице 8.4.

Таблица8.5

№

Sb, %

Механическиесвойства


sизг,10-7ЧН/м2

sр, 10-7ЧН/м2

sсж, 10-7ЧН/м2

fпр,10-3 м

HB

1

0.0

33.5

13.5

66.2

3.8

220

2

0.05

30.9

13.3

66.5

3.7

226

3

0.1

28.3

13.1

66.3

3.6

239

4

0.2

27.9

12.9

66.9

3.5

244

5

0.4

23.8

12.7

67.3

3.2

267

6

0.6

18.4

9.1

66.9

2.5

282

7

0.8

18.0

9.2

67.5

2.6

299

8

1.0

17.0

7.3

68.3

2.4

316

Поданным таблицы8.5 были построеныкривые изменениямеханическихсвойств серогочугуна в зависимостиот содержаниясурьмы (рис.8-22- 8-26).

Изприведенныхкривых видно,что с повышениемприсадки сурьмыпрочность приизгибе, прочностьпри растяжениии стрела прогибапонижаются,а прочностьпри сжатиипрактическине изменяется.

Твердостьравномерноповышаетсяи достигает316 HB для чугуновс содержаниемсурьмы 1.0 %.

Присадкасурьмы резкоизмельчаетструктуручугуна и переводитсвободныйграфит изпластинчатогосостояния вгнездообразнуюи точечнуюформу. Отсюда,казалось бы,что механическиесвойствасурьмянистогочугуна в соответствиис существующимитеоретическимиположениямидолжны былибы повышаться.

Рис.8-22

Рис.8-23

Рис.8-24

Рис.8-25

Рис.8-26

Однако,сурьмянистыхчугунах этоне наблюдается.Несмотря намелкозернистоестроение иравномерноераспределениесвободногографита в видегнезд или точек,механическиепоказателиимеют ярковыраженнуютенденцию сувеличениемприсадки сурьмык снижению.Исключениемявляются прочностьна сжатие итвердость.Понижениемеханическихсвойств сурьмянистыхчугунов объясняется,повидимомутем, что ферритв этих чугунахполучаетсятвердым и хрупкимв сравнениис ферритом вобычных серыхчугунах.


ОХРАНА ТРУДА

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ ПРИРАБОТЕ В ЛИТЕЙНОЙЛАБОРАТОРИИ

ОТКЛОНЕНИЯОТ НОРМАТИВНОГОМИКРОКЛИМАТА

Основнымивредными факторами,связаннымис загрязнениемвоздушной средыв литейнойлабораторииявляются пыльи аэрозоликонденсацииметаллов, выделениявредных парови газов, тепловыделенияот технологическогооборудования.

ОСВЕЩЕННОСТЬ

В литейнойлабораториинедостаточноеосвещение, акак следствиеповышены утомляемостьи производственныйтравматизм.

ПОВЫШЕННЫЙУРОВЕНЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГОПОЛЯ

В литейнойлабораторииединственнымиисточникамиЭМП являютсяиндукционнаяпечь (2560 Гц) и машинныйгенератор кэтой печи.

ПОВЫШЕННЫЙУРОВЕНЬ ШУМАИ ВИБРАЦИИ

Источникамишума и вибрациив литейнойлабораторииявляется вселабораторноеоборудо­вание,так например:машинный генератор;смешивающиебегуны; обдирочныйстанок; сверлильныйстанок; шароваямельница.

ОПАСНОСТЬТРАВМИРОВАНИЯ

Источникомтакой опасностиявляется, всевышеперечисленноелабораторноеоборудование.

ОПАСНОСТЬПОРАЖЕНИЯЭЛЕКТРОТОКОМ

Источникомтакой опасностиявляется, всетехнологическоеоборудование.Но основнымисточ­никомопасностиявляется индукционнаяпечь.

ПОЖАРНАЯОПАСНОСТЬ

Источникипожарной опасности:

  • индукционнаяпечь и жидкийметалл;

  • сушильныешкафы;

  • электросварка.

МЕРОПРИЯТИЯ,НАПРАВЛЕННЫЕ НА УСТРАНЕНИЕ И СНИЖЕНИЕ ВЫЯВЛЕННЫХОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХПРОИЗВОДСТВЕННЫХФАКТОРОВ

ОТКЛОНЕНИЯОТ НОРМАТИВНОГОМИКРОКЛИМАТА,ЗАПЫЛЕННОСТЬИ ЗАГАЗОВАННОСТЬ

Значительноеколичествопыли выделяетсяпри изготовленииразличныхформовочныхсмесей, выбивкеотливок и очисткелитья. Особаяопасность вней обуславливаетсявысоким содержаниемоксида кремния(94%-99%).При плавкевозможно загрязнениевоздушной средыаэрозолямиконденсацииметаллов, которыеоказываютнеблагоприятноедействие припоступлениив организмработающего.

ГОСТ12.1.005-88 ССБТ. Воздухрабочей зоны.Общие санитарно-гигиеническиетребования.

Нормируемыепараметры:

  1. оптимальные:

    • Температура20 - 22 °С;

    • Относительнаявлажностьвоздуха неболее 40 - 60%;

    • Скорость движениявоздуха 0.3 м/с.

  2. допускаемые:

    • Температура 15 - 21 °С;

    • Относительнаявлажностьвоздуха неболее 75%;

    • Скорость движениявоздуха (неболее) 0.4 м/с.

По вреднымвыбросам:

  1. Цинка окись(не более) 5 мг/м3;

  2. Кремния окись(не более) 1 мг/м3;

  3. Сурьмы окись(не более) 5 мг/м3.

Поэтомурекомендуетсяво время формовкии выбивкипользоватьсяреспиратором,а также использоватьобщеобменнуюи местную вентиляции.

ОСВЕЩЕННОСТЬ

Приискусственномосвещениинормируемоезначение освещенностипо СНиП II-4-79 составляет200 лк.

Дляулучшенияосвещенияпомещенийлитейной лабораториинадо установитьлампы дневногосвета на местои для оборудования,требующегоэтого, поставитьместное освещение.

ПОВЫШЕННЫЙУРОВЕНЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГОПОЛЯ

Дляэлектромагнитныхполей радиочастотнапряженностьЭМП по электрическойсоставляющейне должна превышать50 В/м, по магнитнойсоставляющей5 А/м (ГОСТ 12.1.006-76).

Вовремя веденияплавки рекомендуетсяпользоватьсязащитнымиэкранами, операторплавки не долженнаходитсядлительноевремя рядомс работающиминдуктором.

ПОВЫШЕННЫЙУРОВЕНЬ ШУМАИ ВИБРАЦИИ

ПоГОСТ 12.1.003-83 ССБТнорма дБ пооктавам составляет:

Таблица9-1

Рабочееместо

Среднегеометрическиечастоты октавныхполос, Гц

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

дБа

Допускаемыев лаборатории

94

87

72

78

75

73

71

70

80

Допустимыезначения вибрациипри интегральнойоценке по частотенормируемогопараметра длядлительностивоздействия480 мин :

по виброускорению- Z,X,Y = 4 м/c2;

по виброскорости- 4 м/сЧ10-2;

для частот16 - 1000 Гц - дБ 118 (ГОСТ12.1.012-91)

Вовремя работына лабораторномоборудованиинадо использоватьдля: электро-индукционнойпечи ботинкина толстойподошве; смешивающихбегунов, сверлильногостанка и шаровоймельницызвукоизолирующиенаушники.

ОПАСНОСТЬТРАВМИРОВАНИЯ

Опасностьтравмированияна рабочемместе определяютпо ГОСТ 12.0.004-79.

Опасностьтравмированияв текущее времяв основномобусловленабольшим износомоборудования.Поэтому дляуменьшенияопасноститравмированиянадо при работесоблюдать мерытехники безопасности.При работе натехнологическомоборудованииустановитьограждающиеэкраны на силовомоборудованииа также провестиреконструкциюи ремонт существующегооборудования.

ОПАСНОСТЬПОРАЖЕНИЯЭЛЕКТРОТОКОМ

ПоГОСТ 12.1.038-82 Напряжениеприкосновенияи уровни токовсоставляют:

для токачастотой 50 Гц(не более) - U=2В,I=0.3 мA.

Изза большогоизноса индукционнойпечи возникаетотпотеваниевитков индуктораи, как следствие,опасностьмежвитковогозамыкания. Сэтой опасностьюборется операторплавки. Поэтомувозможно поражениеэлектротоком.Для устраненияэтой опасностипредусматривается:

  • установказащитных заземлений;

  • при эксплуатациииндукционнойпечи работатьв асбестовыхперчатках навойлочнойоснове;

  • догрузку шихтыв печь производитьтолько приотключенномэлектропитании.

ПОЖАРНАЯОПАСНОСТЬ

Пожарнаяопасностьнормируетсяпо ГОСТ 12.1.033-81.

Для обеспеченияпожарной безопасностинадо поддерживатьпорядок влаборатории,не допускатьнагроможденияпожароопасныхвеществ. Иметьдействующиеогнетушители(желательнопорошковыеили на CO2).

РАСЧЕТМЕСТНОЙ ВЫТЯЖНОЙВЕНТИЛЯЦИИОТ ЭЛЕКТРО-ИНДУКЦИОННОЙПЕЧИ

Расчет местнойвентиляциина плавильномучастке ведембазируясь на[7].

ВЫБОРКОНСТРУКЦИИМЕСТНОГО ОТСОСА

Т.к. индукционнаяпечь являетсяинтенсивнымисточникомтепла, то надней присутствуетустойчивоеструйное течение,а значит, основываясьна [7], мы выбираемзонт с неравномернымвсасываниемпо площади.

Радиус источникавредных веществr = 0.15 м.

Для отсосаулавливающегоприточную струю в пределах разгонногоучастка высотазонта выбираетсяиз соотношения(h і4r), также необходимоудалять вредныевыбросы в видеокисла сурьмы.

h = 4Ч0.15 = 1.1 м.

Основные параметрызонта:

Rзонта = r+0.24Чh= 0.414 м,

R1 = 0.8ЧR =0.8Ч0.414 = 0.3312 м,

R2 = 0.6ЧRзонта= 0.6Ч0.414 = 0.248 м,

R4 = 0.7ЧR3 =0.7Ч0.15 = 0.105 м.

Рис.9-1.Схема Зонта:

  1. корпус зонта;

  2. всасывающийконус.

ИСХОДНЫЕДАННЫЕ ДЛЯРАСЧЕТА

r = 0.15 (м),

Q = 50000Ч0.55 = 27500 (Вт);по [12] тепловыделениев воздух рабочейзоны для печимощностью 50кВт составляет55%,

Рис.9-2. Схемаместной вентиляции

wb = 0.05 (м/с),

h = 1.1 (м),

R = 0.414 (м),

Gsb= 31.25 (мг/с) (времяплавки / суммарныйугар Sb).

h2 = 10 см; h4 = 20 см; h6 = 7 м; h8 = 50 см;

h10 = 20 см; 1 - местныйотсос; 2 - шибернаязадвижка;

7 - скруббер Вентури;9 - вентилятор;11 - факельныйвыброс.

ВЫЧИСЛЯЕМОСЕВУЮ СКОРОСТЬUM И РАСХОДВОЗДУХА В СТРУЕНА УРОВНЕ ВСАСЫВАНИЯLСТР:

(9-1)

(9-2)

ОПРЕДЕЛЯЕМЗНАЧЕНИЕ ПОПРАВОЧНОГОКОЭФФИЦИЕНТА,УЧИТЫВАЮЩЕГОПОДВИЖНОСТЬВОЗДУХА В ПОМЕЩЕНИИ:

(9-3)

гдеF - площадь всасывающегоотверстия, м2;

Fстр- площадь сечениязатопленнойструи, м2, наразгонномучастке Fстр= Fисточника;

wb -скорость движениявоздуха в помещении,м/с.

(9-4)

ПОГРАФИКУ 1.4 [7] ОПРЕДЕЛЯЕМОТНОСИТЕЛЬНЫЙ ПРЕДЕЛЬНЫЙРАСХОД ОТСОСА:

ВЫЧИСЛЯЕМПРЕДЕЛЬНЫЙРАСХОД ОТСОСА,ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙПОЛНОЕ УЛАВЛИВАНИЕСТРУИ ПРИ МИНИМАЛЬНОЙПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИОТСОСА:

(9-5)

НАХОДИММАКСИМАЛЬНУЮИ ОТНОСИТЕЛЬНУЮИЗБЫТОЧНУЮКОНЦЕНТРАЦИИВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВВ УДАЛЯЕМОМВОЗДУХЕ, СООТВЕТСТВУЮЩИЕРЕЖИМУ ПРЕДЕЛЬНОГОУЛАВЛИВАНИЯ:

(9-6)

гдеG- производительностьисточника погазовым выбросам,мг/с;

Cпр- концентрациявредных примесейв приточномвоздухе общеобменнойвентиляции,мг/м3;

Спред= 0, т.к. другихисточниковвыделениявредных веществнет.

(9-7)

  1. ПДК рабочейзоны по содержаниюсурьмы не должнопревышать 5мг/м3.

ВЫЧИСЛЯЕМЗНАЧЕНИЕБЕЗРАЗМЕРНОГОКОМПЛЕКСА М:

(9-8)

гдеGр- приходящеесяна 1 отсос количествогазовой примеси,выделяющейсяв единицу времениот рассредоточенныхисточниковне снабженныхместными отсосами,мг/с;

G -производительностьисточника погазовым выбросам,мг/с;

НАХОДИМКОЭФФИЦИЕНТЭФФЕКТИВНОСТИУЛАВЛИВАНИЯВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВh = GУ/GИ КОЭФФИЦИЕНТЭФФЕКТИВНОСТИОТСАСЫВАНИЯВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВKh =LОТ/LПР.ОТ.:

(9-9)

Методом подборарешаем системууравнений,откуда находимkh.

kh= 1.12.

ОПРЕДЕЛЯЕМТРЕБУЕМУЮПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬОТСОСА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩУЮОПТИМАЛЬНУЮЭФФЕКТИВНОСТЬУЛАВЛИВАНИЯВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ:

(9-10)

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕПРОБЛЕМЫ ОТВАЛОВЛИТЕЙНОГОПРОИЗВОДСТВА

Литейноепроизводствоявляется основнойзаготовительнойбазой машиностроения.Около 40%всех заготовок,используемыхв машиностроении,получают литьем.Однако, литейноепроизводствоявляется однимиз наиболееэкологическинеблагоприятных.

В литейномпроизводствеприменяетсяболее 100 технологическихпроцессов,более 40 видовсвязующих ,более 200 противопригарныхпокрытий.

Этопривело к тому,что в воздухерабочей зонывстречаетсядо 50 вредныхвеществ, регламентированныхсанитарныминормами. Припроизводстве1т чугунныхотливок выделяется:

  • 10..30 кг - пыли;

  • 200..300 кг - оксидауглерода;

  • 1..2 кг - оксидаазота и серы;

  • 0.5..1.5 г - фенола,формальдегида,цианидов идр.;

  • 3 м3 - загрязненныхсточных водможет поступитьв водный бассейн;

  • 0.7..1.2 т - отработанныхсмесей в отвал[10].

Основнуюмассу отходовлитейногопроизводствасоставляютотработанныеформовочныеи стержневыесмеси и шлак.Утилизацияэтих отходовлитейногопроизводстванаиболее актуальна,т.к. несколькосот гектаровповерхностиземли занимаютвывозимыеежегодно вотвал смеси[10], в Одесскойобласти.

В целяхснижения загрязненияпочв различнымипромышленнымиотходами впрактике охраныземельныхресурсовпредусматриваютсяследующиемероприятия:

  • утилизация;

  • обезвреживаниеметодом сжигания;

  • захоронениена специальныхполигонах;

  • организацияусовершенствованныхсвалок [11].

Выборметода обезвреживанияи утилизацииотходов зависитот их химическогосостава и степенивлияния наокружающуюсреду.

Так,отходы металлообрабатывающей,металлургической,угольнойпромышленности,содержат частицыпеска, породыи механическиепримеси. Поэтомуотвалы изменяютструктуру,физико-химическиесвойства имеханическийсостав почв.

Указанныеотходы используютпри строительстведорог, засыпкекотлованови отработанныхкарьеров послеобезвоживания.В тоже времяотходы машиностроительныхзаводов и химическихпредприятий,содержащиесоли тяжелыхметаллов, цианиды,токсичныеорганическиеи неорганическиесоединения,утилизациине подлежат.Эти виды отходовсобирают вшламонакопители,после чего ихзасыпают,утрамбовываюти озеленяютместо захоронения[12].

Фенол- наиболее опасноетоксичноесоединение,находящеесяв формовочныхи стержневыхсмесях. В тожевремя исследованияпоказывают,что основнаячасть фенолсодержащихсмесей, прошедшихзаливку, практическине содержитфенола и непредставляетсобой опасностидля окружающейсреды. Крометого, фенол,несмотря наего высокуютоксичность,быстро разлагаетсяв почве [13]. Спектральныйанализ отработанныхсмесей на другихвидах связующегопоказал отсутствиеособоопасныхэлементов: Hg,Pb, As, Fи тяжелых металлов[13]. Т.е., как показываютрасчеты данныхисследований,отработанныеформовочныесмеси не представляютсобой опасностидля окружающейсреды и не требуюткаких-либоспециальныхмероприятийпо их захоро­нению[13]. Негативнымфактором являетсясамо существованиеотвалов, которыесоздают неприглядныйпейзаж, нарушаютландшафт. Крометого, пыль, уносимаяс отвалов ветром,загрязняетокружающуюсреду [14]. Однако,нельзя сказать,что проблемаотвалов нерешается. Влитейном производствесуществуетцелый рядтехнологическогооборудования,позволяющегопроводитьрегенерациюформовочныхпесков и использоватьих в производственномцикле неоднократно.Существующиеметоды регенерациитрадиционноделятся намеханические,пневматические,термические,гидравлическиеи комбинированные.

Поданным Международнойкомиссии порегенерациипесков, в 1980 г. из70 опрошенныхлитейных предприятийЗападной Европыи Японии 45 использовалиустановкимеханическойрегенерации[15].

В тожевремя, литейныеотработанныесмеси - хорошеесырье длястройматериалов:кирпича, силикатногобетона, и изделийиз него, строительныхрастворов,асфальтобетонадля дорожныхпокрытий, дляотсыпки полотнажелезных дорог[10].

ИсследованияСвердловскихученых (Россия)показали, чтоотходы литейногопроизводстваобладают уникальнымисвойствами:ими можнообрабатыватьосадки сточныхвод (для этогопригодны существующиеотвалы литейногопроизводства);защищать стальныеконструкцииот почвеннойкоррозии [16]. СпециалистыЧебоксарскогозавода промышленныхтракторов(Россия) использовалипылевидныеотходы регенерациив качестведобавки (до10%)при производствесиликатногокирпича [10].

Многиелитейные отвалыиспользуютсякак вторичноесырье в самомлитейномпроизводстве.Так, например,кислый шлаксталелитейногопроизводстваи феррохромовыйшлак применяютсяв технологиишликерногоформообразованияпри литье повыплавляемыммоделям [17].

В рядеслучаев отходымашиностроительныхи металлургическихпроизводствсодержат значительноеколичествохимическихсоединений,которые могутпредставлятьценность каксырье и использоватьсяв виде дополненияк шихте [18].

Рассмотренныевопросы улучшенияэкологическойобстановкипри производствелитых деталейпозволяетсделать выводо том, что в литейномпроизводствеможно комплекснорешать весьмасложные экологическиепроблемы.


ВЫВОДЫ

Результатомданной работыявилась разработаннаятехнологияполучениятонкостенныхребристыхрадиаторовв песчано-глинистыесырые формы,которая имеетряд особенностей:

  • выборразъема моделии формы подиагонали;

  • применениепри формовкепенополистироловыхвкладышей,выжигаемыхпри заливке;

  • вентилированиеполости формычерез системувыпоров игазоотводныенаколы длякаждого ребра;

  • применениепротяжногошаблона приизвлечениимодели из формы;

  • совмещениефункций выпораи прибыли.

Этитехнологическиеособенностиобеспечиваютулучшениегазового режимаформы, предотвращаютзасоры, а такжеполную проливаемостьотливки. Применениеразработаннойтехнологиипрактическиполностьюисключило бракотливок понедоливам,газовым, усадочными песчанымраковинам.

Разработаннаяматематическаямодель скоростизатвердеванияотливки позволяетуже на стадиипроектированияпо химическомусоставу, механическимсвойствам,конфигурации,судить о возможнойструктуребудущей отливки.Что позволяетконструктору-технологусвоевременновносить измененияи коррективыв разрабатываемуютехнологию.

Такв результатепросчетаматематическоймодели получено,что структуройотливки теплообменникявляетсяферрит+графитс незначительнымивключениямиперлита. Этов последствиии подтвердилосьна практике.

Длясоздания болееплотной перлитнойструктурынеобходимоизменить скоростькристаллизацииили химическийсостав металла.Изменениехимическогосостава металлапо технологическимпричинам вданном случаеболее приемлемо.При изменениихимическогосостава длясоздания болееплотной структурыприменяласьсурьма, т.к. присадкаданного компонентав металл (надно ковша) непредставляетсобой никакихтрудностейи возможна влюбом литейномцехе.

Врезультатепроведенныхэкспериментоввыявлено, чтонезначительнаяприсадка сурьмыизменяет егоструктуру.Преобладающейструктуройстановитсяперлит+графит,причем графитовыевключенияизмельчаются,более равномернораспределяютсяпо сечениюотливки и стремятсяк шаровиднойформе. Все этоповышаетгерметичностьполучаемогочугуна, а следовательнои отливки.

Порезультатамэкспериментоввыявлена оптимальнаяв процентномсоотношенииприсадка сурьмыобеспечивающаягерметичностьданной отливкии не ухудшающаяее механическихсвойств.

Приполученииотливок работающихпри повышенномдавлении дляобеспеченияих герметичностинеобходимопроизвестиприсадку сурьмына дно ковша0.1 %-0.4 %от массы жидкогометалла.



Рис.10-1.Годная отливка

Поразработаннойтехнологииотлита опытнаяпартия радиаторов(рис.10-1)с присадкойсурьмы 0.16 %.Полученныерадиаторыуспешно выдержализаводскиеиспытаниядавлением 11 кгс/см2, в отличииот отливокполученныхбез присадоксурьмы, которыедавали “течь”при 4-5 кгс/см2.

Исходяиз результатовэкспериментови производственныхиспытаний можносделать вывод,что при литьетонкостенныхчугунных отливок,работающихпри повышенныхдавлениях,можно использоватьсерый чугунс присадкойсурьмы взаменвысокопрочныхчугунов, чтозначительнооблегчаетпроцесс производства.

ЛИТЕРАТУРА

  1. ВолковВ.И., УстиновМ.А. Отливкачугунных радиаторов.-М.: Гос.Издательствостроительнойлитературы,1946. -131 с.

  2. Безмаслянныйкрепитель "БК"в радиаторноми котельномпроизводстве.-М.: Промстройиздат,1954, -10 с.

  3. Новыйбезмаслянныйкрепитель КО.-Таганрог, 1965. -7с.

  4. Методическиеуказания повыполнениюраздела "Охранатруда" в дипломныхпроектах, Одесса1986, А.К.Машков.

  5. Методическиеуказания изадания ксамостоятельнойработе студентовпо курсу "Охранатруда" длястудентовспециальности12.03 А.К.Машков,ОПИ 1989.

  6. В.Н.Иванов.Словарь справочникпо литейномупроизводству

  7. СправочникСредства защитыв машиностроении,С.В.Белов, А.Ф.Козьяков,О.Ф.Партолини др., 1989, -М: Машиностроение-368 с.

  8. Получениегерметичныхчугунных отливокгидроаппаратурыс литыми каналами.Обзор. -М., 1973. -51 с.

  9. Исследованиегерметичностичугунных отливокдля компрессоровхолодильныхмашин. ОтчетОПИ. -Одесса,1968.

  10. ГрачевВ.А., СосновскийЕ.Д. Улучшениеусловий трудаи экологии влитейномпроизводстве// Литейноепроизводство,3, 1990. -с. 29

  11. Охранаокружающейсреды / С.В.Белов,Ф.А.Козьякови др. -М: Всшаяшкола, 1983. -264с.

  12. Справочнаякнига по охранетруда в машиностроении/ Г.В.Бектобекови др. -Л: Машиностроение,1989. -541с.

  13. Токсичныевещества втвердых отходахЛитейногопроизводстваА.А.Ляпкин,Н.С.Чуракова,Т.В.Баталова// Литейное производство,10, 1984. -с. 35-36.

  14. Опринципахзахороненияотходов литейногопроизводства.А.А.Ляпкин,М.В.Пасынкова// Литейноепроизводство, 5, 1987. -с. 9-11.

  15. Регенерацияпеска из отработанныхсмесей. А.А.Шпектор,В.С.Палестин,В.Н.Скорняков// Литейное производство, 5, 1987. -с. 26-30.

  16. Проблемыэкологии ипути их решенияв литейномпроизводстве.А.И.Корзон,А.А.Ляпкин,Р.И.Оглоблина// Литейное производство,3, 1988. -с. 2-3.

  17. ОбэкологичностишликернойтехнологииЛ.А.Иванова,Л.В.Прокопович,И.В.Прокопович/Сб. "Пути повышениякачества иэкономичностилитейных процессов".-Одесса: Совпин,1994. -с. 37-38.

  18. Техниказащиты окружающейсреды: Учебноепособие длявузов / Н.С.Торочешников,А.И.Родионови др. -М.: Химия,1981. -368 с.

  19. Исследованиягерметичностилитейных сплавов./Сб. "Труды первогосовещания политейным свойствамсплавов". -Киев:Наукова думка,1968.

  20. MaschineDesign, США, 1970, Т -29.

  21. Влияниеуглерода икремния напористостьчугунных цилиндровыхвтулок длядизелей. // Вестникмашиностроения,1969, 10.

  22. Свойстваэлементов.Справочник/Под редакциейМ.Е.Дрица- М.:Металлургия,1985. -672 с.

  23. КолесниченкоА.Г., ДубининА.В. О герметичностисерых чугунов// Литейноепроизводство,1979, 12 -с. 18-20.

  24. Исследованиепроцесса полученияздоровых корпусныхстаночныхотливок и отливокгидравлическихсистем. -ОчетОПИ, 1962. -150 с.

  25. ДоценкоП.В. Исследованиенекоторыхсвойств серыхчугунов, легированныхсурьмой. - Диссертацияктн. -Одесса;ОПИ, 1967. -160 с.

  26. ГОСТ24812-81. Ипытаниеизделий навоздействиемеханическихфакторов.

  27. В.А.РыбкинРучное изготовлениелитейныХ форм.- М.: Высшая школа,1986. -199 с.

  28. Справочникмолодого литейщика.- М.: Высшая школа,1991. -319 с. АбрамовГ.Г., ПанченкоБ.С.

  29. МогилевВ.К., Лев О.И. Справочниклитейщика. -М.: Машиностроение,1988. -272 с.

  30. КуманинИ.Б. Вопросытеории литейныхпроцессов. -М.: Машиностроение,1976. -216с.

  31. Методическиеуказания клабораторнымработам подисциплине"Литейноематериаловедение".Раздел "Определениетвердостиметаллов исплавов" длястудентовспециальности12.03. /Сост. В.Г.Борщ,В.И.Саитов. -Одесса: ОПИ,1991. -20 с.

  32. Методическиеуказания клабораторнымработам подисциплине"Литейноематериаловедение".Раздел "Изучениемакро- и микроструктурыметаллов исплавов". длястудентовспециальности12.03. /Сост. В.Г.Борщ,П.В.Доценко. -Одесса: ОПИ,1990. -32 с.

  33. Методическиеуказания квыполнениюлабораторнымработам подисциплине"Теория формированияотливок". длястудентовспециальности12.03. /Сост. Л.А.Иванова,Ю.Г.Баринов. -Одесса: ОПИ,1991. -28 с.

  34. БаландинГ.Ф. Основыформированияотливки. Ч.1.Тепловые основытеории. Затвердеваниеи охлаждениеотливки. -М.:Машиностроение,1976 -328 с.

  35. КомаровО.С. Термокинетическиеосновы кристаллизациичугуна. - Мн.: Наукаи техника, 1982.-262 с.

  36. СычевВ.В. Дифференциальныеуравнениятермодинамики.-М.: Высшая школа,1991. -224 с.

  37. СереброВ.С. Основы теориигазовых процессовв литейнойформе. -М.: Машиностроение,1991. -208 с.

  38. ФельдманО.А. Microsoft Word для Windows 6.0.-М.: ЕвроиндексЛТД, 1994. - 176 с.



ПРИЛОЖЕНИЕ


Программадля расчетаприпусков намеханическуюобработку (языкпрограммированияGI):


Главнаяпрограмма:

CALL pri }c

FR "M" mane$ }

EX k% "GR.EXE" "SLD.KX" 1 1 33 78 "a" }

rmax=309

rmin=19

PR "~c14m1" }

PR "~c15" }

MV 23 40 "" i%=3

"Наибольшийразмер детали" rmax

"Наименьшийразмер детали" rmin

"Продолжитьработу " }


PR "~c15" }

MV 26 45 "Тип сплава"i%=1

"Черныйнетермообрабатываемый" m1

"Черный термообрабатываемый" m2

"Цветнойнетермообрабатываемый"m3

"Цветнойтермообрабатываемый"} GO m4


m1:

ts=1

GO m5

m2:

ts=2

GO m5

m3:

ts=3

GO m5

m4:

ts=4

m5:


CALL pri }c


DE 1 1 2 0 15


"Диапазон классаразмерной"

"точностиотливки выбирается"

"из таблицы9 ГОСТ 26645-85" }


k%=0


GBD p% "t9_"+mane$ k% "ngab>=" rmax }


IF p% GO en }i


CALL case }c


PRINT "~x20y5X59Y9f1w" "~v_Классразмернойточностиотливки:_bl7p34",krt$}


DE 1 1 3 0 15

"Допуск смещенияформы отливки"

"по плоскостиразъема устанавливается"

"по таблице1 ГОСТ 26645-85 на уровне"

"класса размернойточности отливки"

"Допуск смещения,вызваный перекосом"

"стержняустанавливаетсяв диаметральном"

"выражениипо таблице 1ГОСТ 26645-85 на"

"1-2 класса точнее"}


DE 9 40 2 0 15

"Класс размернойточности"

"отливки выбираетсяиз диапазона"

"в зависимостиот группы сложности"

"(для даннойотливки - 2 группа)"}


krto%=9


MV 14 18 "Тип сплава"i%=2

"Класс размернойточности отливки:" krto%

"Продолжитьработу "}


DE 31 29 4 0 14

"Нажмите любуюклавишу..." }

KEY s$


k%=0

GBD p% "t1" "nomr

CALL kkrtt }c

DE "Припуск наразмер"

nomr1

"состовляет"

prips }

k%=0

GBD p% "t1" "nr>=" nomr2 }

CALL kkrtt }c

DE "Припуск наразмер"

nomr1

"состовляет"

prips }


k%=0

GBD p% "t1" "nr>=" nomr2 }

CALL kkrtt }c

DE "Припуск наразмер"

nomr1

"состовляет"

prips }


IF p% 0 GO en }i


ktnr$=krto%

nomr=19

MV 19 20 "" i%=3

"Номинальныйразмер " nomr

"Класс точностиданного размера" ktnr$

"Продолжитьработу "}

CALL rr }c

nomr1=nomr

dop1=dop


nomr=60

ktnr$=8

MV 19 20 "" i%=3

"Номинальныйразмер " nomr

"Класс точностиданного размера" ktnr$

"Продолжитьработу "}

CALL rr }c

nomr2=nomr

dop2=dop


nomr=266

ktnr$=11т

MV 19 20 "" i%=3

"Номинальныйразмер " nomr

"Класс точностиданного размера" ktnr$

"Продолжитьработу "}

CALL rr }c

nomr3=nomr

dop3=dop


DE 31 29 4 0 14

"Нажмите любуюклавишу..." }

KEY s$


; Пункт 2.2;


d=rmin/rmax


PRINT "~i" }


DE 1 1 1 0 15

"Отношениемаксимального"

"и минимальногоразмера"

"отливки"

""

d

"" }


DE 6 20 2 0 15

"Диапазонстепени коробления"

"отливки определяетсяпо"

"таблице 10 ГОСТ26645-85" }


n%=0


GBD p% "t10" n% "div

IF p% THEN GO en }i


FR "M" sk1$ sk2$ }

IF ts=1 THEN sk$=sk1$ }i

ELSE IF ts=2 THEN sk$=sk2$ }i

ELSE IF ts=3 THEN sk$=sk1$ }i

ELSE IF ts=4 THEN sk$=sk2$ }i

}e }e }e }e


DE 10 34 1 0 15

"Диапазонстепени"

"коробленияотливки"

""

sk$

"" }

sko=5


MV 18 31 "" i%=2

"Степень коробленияэлементовотливки " sko

"Продолжитьработу " }


;Пункт 2.3;


DE 19 48 2 0 15

"Допуск формыи расположения"

"поверхностейотливки"

"с учетом степеникоробления"

"определяетсяпо таблице 2"

"ГОСТ 26645-85" }


nomr=nomr1

CALL rr1 }

dopc1=dop


MV 18 31 "" i%=2

"Степень коробленияэлементовотливки " sko

"Продолжитьработу " }


nomr=nomr2

CALL rr1 }

dopc2=dop


MV 18 31 "" i%=2

"Степень коробленияэлементовотливки " sko

"Продолжитьработу " }


nomr=nomr3

CALL rr1 }

dopc3=dop

DE 31 29 4 0 14

"Нажмите любуюклавишу..." }

KEY s$


PRINT "~i" }


DE 1 1 5 0 15

"Общий допускнеобходимоопределить"

"по таблице16 ГОСТ 26645-85" }

GBD p% "t16" }


DE 1 1 5 0 15

"Степень точностиповерхностивыбираем"

"по таблице11 ГОСТ 26645-85 в соответствии"

"c типом литья."}


GBD p% "t11_"+mane$ k% "nq>=" rmax }


IF p% GO en }i


FR "M" q1$ q2$ q3$ q4$ }


IF ts=1 THEN krt$=q2$ }i

ELSE IF ts=2 THEN krt$=q4$ }i

ELSE IF ts=3 THEN krt$=q1$ }i

ELSE IF ts=4 THEN krt$=q3$ }i

}e

}e

}e


DE 9 25 2 0 15

"Диапазонcтепени точностиповерхности"

""

krt$

"" }


stp=14

MV 14 37 "" i%=2

"Cтепени точностиповерхности" stp

"Продолжитьработу " }


DE 17 5 2 0 15

"Определяемвид"

"окончательной"

"обработки"}

PR "~c10m14" }

PR "~c11C13" }

MV 20 26 "Квалитет Rz обработка " i%=1

" 16-17 Rz 320 обдирка " v10

" 14 Rz 100 черновая " v14

" 12 Rz 50 получистовая" v14

" 10-11 Rz 25 чистовая " v14

" 7-9 Rz 5 тонкая " }

v10:

v14:


PR "~i" }

DE 1 1 1 0 15

"Ряд припусковна механическую"

"обработкуопределяютпо "

"таблице 14ГОСТ26645-85" }


GBD p% "t14" k% "stt>="stp }


;IF k% GO en }i;


FR "M" rpr$ }


DE 5 28 1 0 15

"Ряд припусков"

""

rpr$

"" }


prt%=5

PR "~c15m1" }

MV 14 29 "" i%=2

"Ряд припуска " prt%

"Продолжитьработу " }


GBD p% "t5" k% "rrr>="prt% }

FR "M" minpr }


DE 7 52 2 0 15

"Минимальныйприпуск"

"определяемпо таблице 5"

"ГОСТ 26645-85" }


DE 15 52 1 0 15

"Минимальныйприпуск"

"равен ", minpr }


DE 31 29 4 0 14

"Нажмите любуюклавишу..." }

KEY s$


CALL pri }


us=1.0


MV 19 20 "" i%=3

"Номинальныйразмер " nomr

"Процент усадкисплава " us

"Продолжитьработу " }


usn=(nomr*us)/100


DE 13 29 1 0 15

"Допуск наусадку:"

""

usn

"" }


DE "Общий допускна сторонускладывается"

"из значенийнайденных втаблицы 16"

"и вида окончательноймеханическойобработки"

"и ряда припускаотливки" }


nomrr=nomr+dop+usn


KEY q$


MV 1 1 "" i%=1

"Класс точностимассы" klm

"Продолжить " }

en:

}p


Подпрограммавыбора типалитья:

CALL pri }c

mans1:

PR "~i" }

DE 1 1 8 0 14

">>>>>>>>>>>>>>>>>1

"Литье поддавлением вметаллическиеформы"

"и по выжигаемыммоделям сприменением"

"малотерморасширяющихсяогнеупорных"

"материалов(корунд,плавленныйкварц и т.п.)" }


DE 10 1 8 0 14

">>>>>>>>>>>>>>>>>>>2

"Литье по выжигаемыммоделям сприменением"

"кварцевыхогнеупорныхматериалов."}


DE 17 1 8 0 14

">>>>>>>>>>>>>>>>>>>3

"Литье по выплавляемыммоделям сприменением"

"кварцевыхогнеупорныхматериалов."}


DE 24 1 8 0 14

">>>>>>>>>>>>>>>>>>>4

"Литье поднизким давлениеми в кокиль без"

"песчаныхстержней." }


DE 9 50 2 9 14 "Технологический""процесс литья"}


MV 15 54 "" i%=5

"1" mas1

"2" mas2

"3" mas3

"4" mas4

"Следующий"mans2

"Выход " } GO end


mas1:

mane$="1"

GO end1

mas2:

mane$="2"

GO end1

mas3:

mane$="3"

GO end1

mas4:

mane$="4"

GO end1

mans2:

PR "~i" }

DE 1 1 8 0 14

">>>>>>>>>>>>>>>>>5

"Литье в песчано-глинистыесырые формыиз"

"низковлажных(до 2.8%) высокопрочных(более"

"160 кПа) смесей,с высоким однородным"

"уплотнениемдо твердостине ниже 90 едениц."

"Литье погазифицированныммоделям в песчаные"

" формы. "

"Литье в формы,отвержденныев контакте схолодной"

" оснасткой. "

"Литье поднизким давлениеми в кокиль спесчаными"

" стержнями. "

"Литье в облицованныйкокиль." }


DE 16 1 8 0 14

">>>>>>>>>>>>>>>>>>>6

"Литье в песчано-глинистыеформы из смесейс"

"влажностью2.8-3.5% и прочностью120-160 кПа"

"и уплотненностьюне менее 80 ед."

"Литье центробежное(внутренниепоерхности)"

"Литье в формы,отверждаемыев контакте"

" с горячейоснасткой. "

"Литье в вакуумно-пленочныепесчаные формы."}


DE 9 56 2 9 14 "Технологический""процесс литья"}


MV 15 59 "" i%=3

"5" mas5

"6" mas6

"Следующий"mans3

"Предыдущий"mans1

"Выход " } GO end


mas5:

mane$="5"

GO end1

mas6:

mane$="6"

GO end1


mans3:

PR "~i" }

DE 1 1 8 0 14

">>>>>>>>>>>>>>>>7

"Литье в песчано-глинистыесырые формы"

"из смесей свлажностьюот 3.5% до 4.5%"

"и прочностьюот 60 до 120 кПа суровнем "

"уплотнениядо твердостине ниже 70 едениц."

""

"Литье в оболочковыеформы из"

"термореактивныхсмесей."

""

"Литье в формы,отверждаемыевне контакта"

"с оснасткойбез тепловойсушки."

""

"Литье в песчано-глинистыеподсушенные"

" и сухие формы. " }


DE 19 1 8 0 14

">>>>>>>>>>>>>> 8

"Литье в песчано-глинистыесырые формы"

"из высоковлажных(более 4.5%), низкопрочных"

"(до 60 кПа) смесейс низким уровнем"

"уплотнениядо твердостиниже 70 едениц."}


DE 9 50 2 9 14 "Технологический""процесс литья"}


MV 15 53 "" i%=1

"7" mas7

"8" mas8

"Предыдущий"mans2

"Выход " } GO end


mas7:

mane$=7

GO end1

mas8:

mane$="8"

GO end1


end1:

FW "M" mane$ }

GI "ppo.gi"

end:


}p

INC "wait.gi"


Комплексподпрограммвыбора по условию:

INC "wait.gi"


case: }c

FR "M" ts1$ ts2$ ts3$ ts4$ }

IF ts = 1 THEN krt$=ts1$ }i

ELSE IF ts = 2 THEN krt$=ts4$ }i

ELSE IF ts = 3 THEN krt$=ts1$ }i

ELSE IF ts = 4 THEN krt$=ts3$ }i

}e

}e

}e

}s


rr: }c


n%=0


GBD p% "t1" n% "nr>=" nomr }


IF p% 0 GO en }i


FR "M" d6 d7t d7 d8 d9t d9 d10 d11t d11 d12 d13t d13d14 d15 d16 }


IF ktnr$ = "6" THEN dop=d6 }i

ELSE IF ktnr$ = "7т" THEN dop=d7t }i

ELSE IF ktnr$ = "7" THEN dop=d7 }i

ELSE IF ktnr$ = "8" THEN dop=d8 }i

ELSE IF ktnr$ = "9т" THEN dop=d9t }i

ELSE IF ktnr$ = "9" THEN dop=d9 }i

ELSE IF ktnr$ = "10" THEN dop=d10 }i

ELSE IF ktnr$ = "11т" THEN dop=d11t }i

ELSE IF ktnr$ = "11" THEN dop=d11 }i

ELSE IF ktnr$ = "12" THEN dop=d12 }i

ELSE IF ktnr$ = "13т" THEN dop=d13t }i

ELSE IF ktnr$ = "13" THEN dop=d13 }i

ELSE IF ktnr$ = "14" THEN dop=d14 }i

ELSE IF ktnr$ = "15" THEN dop=d15 }i

ELSE IF ktnr$ = "16" THEN dop=d16 }i

}e }e }e }e }e }e }e }e }e }e }e }e }e }e


DE 25 28 1 0 15

"Допуск размернойточности:"

"для размера"

nomr

"будет"

dop }

}s


rr1: }c

n%=0


GBD p% "t2" n% "nrr>=" nomr }


FR "M" dr5 dr6 dr7 dr8 dr9 dr10 dr11 }


IF sko = 5 THEN dop=dr5 }i

ELSE IF sko = 6 THEN dop=dr6 }i

ELSE IF sko = 7 THEN dop=dr7 }i

ELSE IF sko = 8 THEN dop=dr8 }i

ELSE IF sko = 9 THEN dop=dr9 }i

ELSE IF sko = 10 THEN dop=dr10 }i

ELSE IF sko = 11 THEN dop=dr11 }i

}e }e }e }e }e }e


DE 22 20 1 0 15

"Допуск формыи расположения:"

"для размера"

nomr

"будет"

dop

"" }

}s

kkrtt: }c

IF ktnr$ = "6" THEN FR "M" prips"d6$" } }i

ELSE IF ktnr$ = "7t" THEN FR "M" prips"d7t$" } }i

ELSE IF ktnr$ = "7" THEN FR "M" prips"d7$" } }i

ELSE IF ktnr$ = "8" THEN FR "M" prips"d8$" } }i

ELSE IF ktnr$ = "9t" THEN FR "M" prips"d9t$" } }i

ELSE IF ktnr$ = "9" THEN FR "M" prips"d9$" } }i

ELSE IF ktnr$ = "10" THEN FR "M" prips"d10$" } }i

ELSE IF ktnr$ = "11t" THEN FR "M" prips"d11t$"} }i

ELSE IF ktnr$ = "11" THEN FR "M" prips"d11$" } }i

ELSE IF ktnr$ = "12" THEN FR "M" prips"d12$" } }i

ELSE IF ktnr$ = "13t" THEN FR "M" prips"d13t$"} }i

ELSE IF ktnr$ = "13" THEN FR "M" prips"d13$" } }i

ELSE IF ktnr$ = "14" THEN FR "M" prips"d14$" } }i

ELSE IF ktnr$ = "15" THEN FR "M" prips"d15$" } }i

ELSE IF ktnr$ = "16" THEN FR "M" prips"d16$" } }i

}e }e }e }e

}e }e }e }e

}e }e }e }e

}e }e }e

}s


Подпрограммавыбора серийностипроизводства:

CALL pri }c

PR "~c14a3" }


MV 13 25 "Серийностьпроизводства"i%=1

"Массовое " m1

"Крупносерийное " m1

"Серийное " m2

"Мелкосерийное " m2

"Единичное " } GO m2


m1:

DE 28 22 11 15 0 "Выбираемметаллическуюмодель" }

GO m3

m2:

DE 28 24 11 15 0 "Выбираемдеревяннуюмодель" }

m3:

EX k% "GR.EXE" "SLD_1_3.KX" 2 1 17 50 "a"}

EX k% "GR.EXE" "VID3.GR" 2 51 17 78 }


FILE "*.*" g$

}p


Подпрограммавывода авторскихзаписей:

pri: }c

PR "~ic14x40Y35l35p40w" "(C) ДубовойВ.В. & КаспревичП.В." }

PR "~c15x1Y33" }

}s


DE 1 1 2 0 14

"text" }

}p


Программарисованияграфика длявставки

в Auto CAD 12(язык программированияAuto LISP):


(defun graf( / x y sp tmp temp1 temp3 f1 tmp1 step)

;открываю файлс данными

(setq f1 (open "$$u$$.dan" "r"))


(setq tmp 0);сбил nil со счетчика

(setq sp nil)

(setq temp1 (atoi (read-line f1))); извлекаюначальнуютемпературу

(setq temp3 (atoi (read-line f1))); извлекаюконечную температуру


(setq sp (list (list (atoi (read-line f1)) (atof (read-line f1)))));начинаю списокданных

(while tmp

(setq tmp1 (read-line f1))

(setq tmp (read-line f1))

(if tmp1 (setq sp (cons (list (atoi tmp) (atof tmp1)) sp)))

); end while

(close f1)

(setq sp (reverse sp))

;(COMMAND "PLINE" '(temp3 0) '(temp1 0) )


(COMMAND "PLINE" (nth 1 sp))

(setq step 2)

(repeat (- (length sp) 1)

(COMMAND (nth step sp))

(setq step (1+ step))

); end repeat

)

(defun c:kurs ( / )

(graf)

)


Программыдля расчетаскоростизатвердеванияи относительнойскоростизатвердевания(язык программированияTurbo Pascal 7.0):

Начальныеданные длярасчета:

Удельная теплоемкостьотливки

C1:=838; Дж/кг°К

Плотностьрасплава

r1:=7000; кг/м3

Приведенныйразмер отливки

Ro:=0.004; м

Температуразаливки

Tзал:=1643; °K

Темперетураликвидуса

Tликв:=1473; °K

Масса отливки

Co:=40; кг

Коэффициенттепловой аккумуляцииформы

Bф:=1377;

Температураформы

Tф:=293; °K

Удельная теплотакристаллизацииотливки

Le:=215Е3; Дж/кг

Плотностьотливки

r3:=7500; кг/м3

Температураэвтектики

Tэвт:=1470; °K


{1 программа}

uses crt;

const A=3.7;

m=0.38;


type point = record

X,Y:integer;

end;

var

Co:real;

VremZal,TempZal,Tn,Tf,Bf,Tlikv,Ro1,Ro,C1:real;

T1,T3:real;

Le,Ro3,Tevt,U:real;

t:Longint;

fil:text;

spis:array[1..4] of point;

{Функция возведенияв дробную степень:

вход основаниестепени,самастепень}

function pow(osnovanie,stepen:real):real;

begin

pow:=exp(stepen*ln(osnovanie));

end;


procedure out(per:real);

begin

Writeln(' ',per);

end;

begin


{********************************************************}

writeln;

writeln;

{Время заполненияформы металлом}

VremZal:=A*pow(Co,M);

Tn:=(TempZal+TLikv)/2;

T1:=sqr((C1*Ro1*Ro*(Tn-Tlikv)/(1.128*Bf*(Tn-Tf)))+sqrt(VremZal));

T3:=sqr(Le*Ro3*Ro/(1.13*Bf*(Tevt-Tf))+sqrt(T1));

out(t1);

out(t3);

{Линейная скоростьзатвердеванияэквивалентнойплоскостиотливки}

assign(fil,'$$u$$.dan');

rewrite(fil);

t:=round(t1);

writeln(fil,round(t1));

writeln(fil,round(t3));


while t

U:=Bf*Tevt/(Le*Ro3*Sqrt(pi*t));

writeln(fil,U*500000:2:2);

writeln(fil,t);

writeln(u:2:8,' текущее',t,' всего до',round(t3));

inc(t);

end;


close(fil);


assign(fil,'params.dat');

rewrite(fil);

{spis[1].X:=round(t3+20);

spis[1].Y:=round(Bf*Tevt/(Le*Ro3*Sqrt(pi*t3)))*500000-20;

spis[2].X:=round(t1-20);

spis[2].Y:=spis[1].Y;

spis[3].X:=spis[2].X;

spis[3].Y:=round(Bf*Tevt/(Le*Ro3*Sqrt(pi*t1)))*500000+20;

spis[4].X:=spis[1].X;

spis[4].Y:=spis[3].Y;

writeln(fil,spis[1].X);

writeln(fil,spis[1].Y);

writeln(fil,spis[2].X);

writeln(fil,spis[2].Y);

writeln(fil,spis[3].X);

writeln(fil,spis[3].Y);

writeln(fil,spis[4].X);

writeln(fil,spis[4].Y);}

writeln(fil,'Температураконечная',round(t3));

writeln(fil,'Температураначальная',round(t1));

writeln(fil,'U верхнее ',Bf*Tevt/(Le*Ro3*Sqrt(pi*t1)));

writeln(fil,'U нижнее ',Bf*Tevt/(Le*Ro3*Sqrt(pi*t3)));

close(fil);

end.

{2 программа}

uses crt;

const A=3.7;

m=0.38;

k=0;


var

Co:real;

VremZal,TempZal,Tn,Tf,Bf,Tlikv,Ro1,Ro,C1:real;

T1,T3,x:real;

Le,Ro3,Tevt,Ue:real;

t:Longint;

fil:text;

{Функция возведенияв дробную степень:

вход основаниестепени,самастепень}

function pow(osnovanie,stepen:real):real;

begin

pow:=exp(stepen*ln(osnovanie));

end;


procedure out(per:real);

begin

Writeln(' ',per);

end;

begin


{Начальныеданные}


{Удельнаятеплоемкостьотливки Дж/Кг*К}

C1:=838;

{Плотностьрасплава Кг/м3}

Ro1:=7000;

{Приведенныйразмер отливки}

Ro:=0.004;

{Температуразаливки}

TempZal:=1643; {K.}

{Темперетураликвидуса}

Tlikv:=1473; {K.}

{Co Масса отливки}

Co:=40; {кг.}

{Коэффициенттепловой аккумуляцииформы}

Bf:=1377;

{Температураформы }

Tf:=293; {K.}

{Удельная теплотакристаллизацииотливки}

Le:=215e3; {Дж/Кг}

{Плотностьотливки}

Ro3:=7500;

{Температураэвтектики}

TEvt:=1470; {K.}

{******************************************************}

writeln;

writeln;

{Время заполненияформы металлом}

VremZal:=A*pow(Co,M);

Tn:=(TempZal+TLikv)/2;

T1:=sqr((C1*Ro1*Ro*(Tn-Tlikv)/(1.128*Bf*(Tn-Tf)))+sqrt(VremZal));

T3:=sqr(Le*Ro3*Ro/(1.13*Bf*(Tevt-Tf))+sqrt(T1));

assign(fil,'$$u$$2.dan');

rewrite(fil);

writeln(round(t1));

writeln(round(t3));

x:=0;

while x

{Линейная скоростьзатвердеванияэквивалентнойплоскостиотливки}

Ue:=2*(k+1)*sqr(Bf*Tevt)/(Ro*sqr(sqrt(pi)*Le*Ro3))*

(1/(1+{-pow(}x/Ro{,k+1)}+(1.13*(k+1)*Bf*Tevt/(Le*Ro3*Ro))*sqrt(T1)));

{Ue:=2*(k+1)*sqr(Bf*Tevt)/(Ro*sqr(sqrt(pi)*Le*Ro3))*

(1/(1+pow(x/Ro,k+1)+(1.13*(k+1)*Bf*Tevt/(Le*Ro3*Ro))*sqrt(T1)));}

writeln(fil,ue*100000:2:3);

writeln(ue*100000:2:8,' текущее',x:2:6,' всего до',Ro:2:6);

x:=x+0.0001;

end;

close(fil);

end.



МинистерствообразованияУкраины


ОДЕССКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ


Механико-технологическийфакультет


Кафедра“Машины и технологиялитейногопроизводства”


ДИПЛОМНАЯРАБОТА


“Разработкамодели технологическогопроцесса полученияребристых труби её апробация”


студента КаспревичаП.В.


руководитель асс. ПрокоповичИ.В.


Одесса, 1995

 
НАПИШИТЕ НАМ
Copyright © Smekni.com. All rigths reserved.