Разработка модели технологического процесса получения ребристых труб и ее апробация
Реферат - Экономика
Другие рефераты по предмету Экономика
+ TS ), и принять, что к моменту ее достижения в двухфазной зоне практически заканчивается процесс кристаллизации (рис.5-1), то кинетику затвердевания можно характеризовать скоростью нарастания твердой корки (t). Для математического описания такого варианта схемы можно использовать все уравнения и соотношения, которые были получены Г.Ф.Баландиным [34] применительно к схеме затвердевания металлов и эвтектик. Необходимо лишь вместо 3(t) подставить координату 2(t) условного фронта затвердевания (рис.5-1) и Ткр заменить 1/2(ТL + TS):
(5-1)
(5-2)
(5-3)
(5-4)
(5-5)
Несмотря на очень грубую схематизацию процесса затвердевания, с помощью рассмотренного способа математического описания можно достаточно просто, но, естественно, приближенно рассчитать линейную скорость затвердевания U, которая необходима для практического применения экспериментальных данных и диаграмм, устанавливающих связь свойств и структуры отливки со скоростью ее затвердевания [34].
Данная математическая модель справедлива для отливки в виде неограниченной плиты. Правомерно ли ее использование в данном случае ?
Рис.5-2. Схемы для сравнения плоской и полой цилиндрической отливки
Сравним плоскую отливку (плиту) с простейшим полым бесконечным цилиндром (рис.5-2), т.к. в нашем случае основной элемент конструкции отливки теплообменник - труба, т.е. полый цилиндр.
Известно, что все поверхности, ограничивающие плиту, имеют радиус кривизны, равный бесконечной величине. Поэтому, если радиус кривизны боковых поверхностей плиты обозначить через r0, то отношение 2l0/r0 = 0. Следовательно, любую неплоскую отливку, у которой отношение толщины s ее тела к радиусу кривизны r0 ее поверхности будет весьма малой величиной, можно приближенно рассматривать как плоскую, т.е. если
(5-6)
то отливка плоская.
Еще одно очевидное свойство плоской отливки в том, что у нее обе боковые поверхности F1 и F2 равны друг другу. Поэтому любую неплоскую отливку, у которой отношение
(5-7)
можно приближенно рассматривать как плоскую. Неравенство (5-6) и выражение (5-7) связаны между собой. Так, для полого цилиндра (втулки)
(5-8)
Допустим, что при приближенных расчетах затвердевания возможно пренебречь разницей, составляющей 20 %, между площадями наружной F1 и внутренней F2 поверхностей тела отливки. Другими словами, примем, что при F2/F1 = 0.8 величина F1 F2. Тогда для полого цилиндра s/r0 = 0.2. Следовательно, можно условиться, что при [34]
(5-9)
отливки тонкостенные, и в расчетах затвердевания они являются плоскими.
Анализ номенклатуры литых деталей машиностроения и приборостроения показывает, что подавляющее большинство отливок удовлетворяет требованию (5-9); это - корпусные детали, детали арматуры, кронштейны, станины и т. п. Правда, соответствие требованию (5-9) нельзя понимать в буквальном смысле. На таких деталях, конечно, есть бобышки, приливы, утолщения, ребра и другие элементы, толщина которых отличается от толщины основного тела. Говоря о соответствии требованию (5-9) имеем в виду толщину и радиусы кривизны поверхности основного тела (или среднюю толщину тела и средний радиус кривизны для детали в целом) [34].
Отливка теплообменник удовлетворяет этим условиям, т.к. s = 8 мм, r0= 38 мм,
(5-10)
Следовательно, данная математическая модель справедлива для расчетов затвердевания отливки теплообменник.
- РАСЧЕТ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ
Используя общее решение задачи затвердевания с помощью математической модели (5-1)-(5-5) возможно решить конкретные инженерные задачи, связанные с затвердеванием отливки.
Так, для данной отливки возможно произвести расчет ее затвердевания. Продолжительность затвердевания отливки t3 определяем по формуле [34]:
(5-11)
где LE - удельная теплота кристаллизации эвтектики, Дж/кг;
b4 - коэффициент теплоаккумуляции формы, Дж/м2Кс0,5 или Втс1/2/м2К;
R0 - приведенный размер;
ТЕ - температура эвтектики сплава, К;
3 - плотность отливки, кг/м3;
Тф - температура формы, К;
t1 - время полного охлаждения перегретого расплава, К.
(5-12)
где С1 - удельная теплоемкость расплава, Дж/кгК;
1 - плотность расплава, кг/м3.
ТН = 1/2 (Тn + ТL), Тн Тзал;
ТН = 1/2 (Тзал + ТL),
где Тзал - температура заливки, К;
ТL - температура ликвидуса, К.
Рис.5-3.
На рис.5-3,а приведена кривая изменения скорости затвердевания тела отливки в зависимости от времени. Расчет выполнен по
(5-13)
гдеVЕ - температура эвтектики,
для t t1.
На рис.5-3, б представлено распределение линейной скорости затвердевания в теле отливки. График построен по формуле
(5-14)
при к = 0,
гдеl0 = r0 - характерный приведенный размер, равный половине толщины отливки.
Распределение скорости затвердевания неоднородно: в центре тела скорость более, чем в 2 раза меньше скорости у поверхности (рис.5-3). С помощью структурной диаграммы [34] по средней скорости затвердевания и скорости затвердевания у поверхности и в центре отливки, а также химическому составу чугуна (чугунный лом - тормозные колодки от железнодорожных вагонов, химический состав: Si - 1.18 %, Mn - 0.61 %, C - 3.47 %, P - 0.185 %, S - 0.083 %) и НВ = 229, определяем структуру чугуна. Судя по этой диаграмме, основной структурой данной отливки является феррит, причем концентрация его от поверхности к сере?/p>