Читайте данную работу прямо на сайте или скачайте

Разработка модели технологического процесса получения ребристых труб и ее апробация

СОДЕРЖАНИЕ

"1-3" "Заголовок;1"........................................................................................................................................... GOTOBUTTON _Toc326580505а а2>

Технологичной называют такую конструкцию изделия или составных ее элементов (деталей, злов, механизмов), которая обеспечиваета заданные эксплуатационные свойства продукции и позволяет при данной серийности изготовлять ее с наименьшими затратами. Технологичная конструкция характеризуется простотой компоновки, совершенством форм. При наличии отклонений от казанных требований должен быть поставлен вопрос ао внесении в конструкцию детали необходимых изменений [29].

б

Рис. STYLEREF 1 2- SEQ Рис._ * ARABIC 2. Технология: а) первый вариант,

б) второй вариант.

При выборе способа изготовления отливки в первую очередь принимают во внимание результаты предварительного анализа заказа и технологичности детали. При этом, как правило, определяющим фактором является серийность производства, реже - технические требования, предъявляемые к изделию, что влияет на стоимость формы и модельной оснастки. В единичном, мелкосерийнома и серийном производстве отливки изготавливают обычно литьем в песчаные сырые формы.

Отливку теплообменник получаем литьем в песчано-глинистые сырые формы. Способ формовки - ручная.

Конструктивные особенности и сложность конфигурации радиатора обусловливают некоторые технологические особенности при литье данной отливки в песчано-глинистые формы. Отличительной особенностью радиатора является конструкция поверхности теплообмена. Традиционные круглые ребра заменены на квадратные, что позволяет при неизменных габаритах величить площадь теплообмена почти в 1.5 раза. Это потребовало технологического решения, которое заключается в том, что разъем выбран по диагонали фланца. Это обеспечивает направленный выход газов через вентиляционные каналы для каждого ребра отливки (рис.2-2).

Так как отливка тонкостенная, то возникает проблема проливаемости всех ребер при литье во влажную песчано-глинистую форму. С этой целью в верхней полуформе между ребрами устанавливаются пенополистироловые вставки, соединяющие ребра между собой в их верхней части. После даления модели вставки остаются в форме и при заливке располагаются так, что образуют подпиточный канал между двумя массивными фланцами (рис.2-3).

Это предотвращает замерзание металла в тонких частях отливки. Образующийся канал также лучшает вентиляцию полости формы, так как соединен с двумя выпорами. Газы, образующиеся во время заливки вместе с продуктами деструкции пенополистироловых вставок даляются по этому каналу через выпора и наколы.

Внутренняя полость данной отливки формируется протяженным стержнем (отношение длины к диаметру составляет 11.7). Стержень изготавливается на органических связующих. В качестве арматуры применяется труба с отверстиями, обеспечивающими отвод газов в знаковые части (рис.2-3).

В связи с высоким рельефом и большой поверхностной площадью модели ее протяжка затруднена. При протяжке наблюдались обрывы формовочной смеси в межреберном пространстве и массовые засоры полости формы. Так как формовка осуществляется ручным способом, то в результате интенсивного расталкивания происходит износ и разрушение модели. Для снижения износа модели и лучшения качества формовки применили протяжной шаблон и специальное подъемное резьбовое приспособление для извлечения модели из формы (рис.2-4).

Рис. STYLEREF 1 2- SEQ Рис._ * ARABIC 3. Форма в сборе

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10. вкладыши,

11.

12.

13.

14.

15.

Рис. STYLEREF 1 2- SEQ Рис._ * ARABIC 4. Устройство для протяжки модели:

1.

2.

3.

4.

Рис. STYLEREF 1 4- SEQ Рис._ * ARABIC 5. Образцы вырезанные из тела отливки

Газовая пористость, наблюдаемая на некоторых ребристых трубах (Употение поверхности в результате гидроиспытаний), связана с газотворной способностью стержня. Для ее исключения необходимо строго следить за режимом сушки стержня и временем его нахождения в форме до заливки. Время нахождения стержня в собранной форме до заливки не должно превышать 4-6 часов.

Остальные виды брака также вскрываются при гидроиспытаниях отливок. Эти виды брака связаны с тем, что радиаторы не держат давление испытания 11 кгс/см². К таким видам брака относятся садочная пористость и дефекты связанные со структурой металла и его плотностью. На рис.4-5 представлены образцы вырезанные из тела отливки в тепловых злах (рис.4-6). На некоторых шлифах выполненных из этих образцов обнаружена садочная пористость (рис.4-7). Для странения этих дефектов необходимо стабильное получение строго определенной структуры чугуна, в частности перлитной.

Рис. STYLEREF 1 4- SEQ Рис._ * ARABIC 6. Тепловые злы

Рис. STYLEREF 1 4- SEQ Рис._ * ARABIC 7. Усадочная пористость

Процесс затвердевания развивается в двухфазной зоне расплава, прилегающей к твердой корке. На рис.5-1 представлена схема температурных полей: Т₁(x,t) - температурное поле в незатвердевшем расплаве, Т₂(x,t) - в двухфазной зоне и Т₃(x,t) - в твердой корке; c₁(t) и c₃(t) - соответственно координаты фронтов начала и конца затвердевания.

Если внутри интервала кристаллизации сплава выбрать температуру, равную, например, 1/2×(Т_L + T_S ), 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 x(t). Для математического описания такого варианта схемы можно использовать все равнения и соотношения, которые были получены Г.Ф.Баландиным [34]а применительно к схеме затвердевания металлов и эвтектик. Необходимо лишь вместо c₃(t) подставить координату c₂(t) словного фронта затвердевания (рис.5-1) и Т_кр заменить 1/2×(Т_L + T_S):

( STYLEREF 1 5- SEQ (_) * ARABIC 1 1)

( STYLEREF 1 5- SEQ (_) * ARABIC 2)

( STYLEREF 1 5- SEQ (_) * ARABIC 3)

( STYLEREF 1 5- SEQ (_) * ARABIC 4)

( STYLEREF 1 5- SEQ (_) * ARABIC 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, станавливающих 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. STYLEREF 1 5- SEQ Рис._ * ARABIC 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

( STYLEREF 1 5- SEQ (_) * ARABIC 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

( STYLEREF 1 5- SEQ (_) * ARABIC 7)

можно приближенно рассматривать как плоскую. Неравенство (5-6) и выражение (5-7) связаны между собой. Так, для полого цилиндра (втулки)

( STYLEREF 1 5- SEQ (_) * ARABIC 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 словиться, что при [34]

( STYLEREF 1 5- SEQ (_) * ARABIC 9)

отливки тонкостенные, и в расчетах затвердевания они являются плоскими.

анализ номенклатуры литых деталей машиностроения и приборостроения показывает, что подавляющее большинство отливок довлетворяет 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, толщения, 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 довлетворяет этим словиям, т.к. s = 8 мм, r₀= 38 мм,

( STYLEREF 1 5- SEQ (_) * ARABIC 10)

Следовательно, данная математическая модель справедлива для расчетов затвердевания отливки теплообменник.

( STYLEREF 1 6- SEQ (_) * ARABIC 4)

где V_гр и V_м - абсолютные объемы графита и металла.

Формулы (6-3),(6-4) позволяют определить относительный объем графита и металлической основы чугуна в зависимости от его химического состава.

( STYLEREF 1 6- SEQ (_) * ARABIC 5)

налогично:

( STYLEREF 1 6- SEQ (_) * ARABIC 6)

Зная относительный объем графитных включений, можно определить расчетную плотность чугуна, при словии отсутствия в нем микропористости.

g_т = К_гр×g_гр+К_м×g_м.

( STYLEREF 1 6- SEQ (_) * ARABIC 7)

Величина g_т называется теоретическим дельным весом чугуна.

Формулой (6-7) для определения теоретического дельного веса чугуна не всегда добно пользоваться, т.к. для этого необходимо знать относительные объемы графита и металлической основы чугуна.

Подставляя в формулу (6-7) значения К_гр и К_м из формул (6-5) и (6-6) после преобразования получим:

( STYLEREF 1 6- SEQ (_) * ARABIC 8)

т.к. g_гр+g_м = 1, тогда:

( STYLEREF 1 6- SEQ (_) * ARABIC 9)

В качестве критерия для оценки микропористости следует принять количество свободного глерода в чугуне, также характер его расположения, имея ввиду степень разобщения металлической основы чугуна.

Как известно, графит в чугуне может иметь пластинчатую, хлопьевидную или глобулярную форму, кроме того, графитные включения отличаются между собой размерами и характером залегания.

( STYLEREF 1 6- SEQ (_) * ARABIC 10)

где g_т - теоретический дельный вес серого чугуна;

g - действительный дельный вес чугуна.

Макропоры в зависимости от их величины очень резко снижают герметичность чугунных отливок. Их появление в чугуне зависит от большого числа факторов.

Так рассредоточенная газовая пористость образуется за счет выделения растворенных или реакционных газов в чугуне. Растворимость газов в металле зависит от температуры и давления. На рис.6-1 показана кривая растворимости водорода в железе [30].

Рис. STYLEREF 1 6- SEQ Рис._ * ARABIC 1 1. Растворимость водорода в железе

На этой кривой имеются частки, которые характеризуют собой растворимость газа в твердых металлах, в период расплавления и в жидком состоянии. Переход от одного состояния в другое сопровождается скачкообразным изменением растворимости газов.

Растворимость газов в зависимости от давления определяется из формулы [24]:

( STYLEREF 1 6- SEQ (_) * ARABIC 11)

где Q - количество растворенных газов;

Р - давление;

К - постоянная величина.

Реакционные газы образуются в следствие химических реакций, имеющих место в сплаве, при повышенном содержании в них окиси железа.

FeO + C = CO + Fe

Образование газов приводит к появлению в металле отдельных пузырьков. В зависимости от свойств металла и скорости газообразования, пузырьки принимают те или иные размеры и начинают двигаться вверх; скорость движения пузырьков определяется из формулы Стокса:

( STYLEREF 1 6- SEQ (_) * ARABIC 12)

где r - диаметр пузырька ;

g - скорение свободного падения;

h - вязкость жидкого металла.

Согласно этой формулы величина пузырьков зависит от плотности и вязкости жидкого металла. Степень газонасыщенности отливки определяется количеством растворенных газов в металле, последняя зависит от его раскисленности и режим охлаждения самой отливки.

Касаясь рассредоточенной садочной пористости, следует напомнить, что она определяется объемной садкой, которая, в свою очередь, зависит от температурного интервала кристаллизации серого чугуна. С величением углеродного эквивалента в чугуне общий объем садочной пористости меньшается.

Важным фактором, влияющим на образование садочной пористости, является также жесткость литейной формы: чем больше жесткость формы, тем меньше объем садочных пороков. Поэтому при литье в сухие формы и в формы из жидкостекольных и цементных смесей часто не требуется простановка прибылей, в то время как при литье в сырые формы они необходимы.

Рассеянная пористость в отливках, как правило является результатом совместного образования газовой и садочной пористости.

Рис. STYLEREF 1 6- SEQ Рис._ * ARABIC 2. Схема к расчету единицы герметичности

ЕГ есть такая герметичность материала, при которой через площадку в 1 см² просачивается 1 см³ воды при вязкости 1

В виду того, что единица ЕГ является весьма малой величиной, то в дальнейшем ее значение приводится в кЕГ и МЕГ:

1 кЕГ = 1 ЕГ = 10³ ЕГ;

1 МЕГ = 1 ЕГ = 10⁶ ЕГ.

Герметичность чугуна зависит от его природных свойств, именно: пористости, сопротивления разрушению расклинивающего действия жидкости, деформации, также от толщины стенки отливки.

Для оценки качества материала, имея в виду его герметические свойства, целесообразно ввести понятие дельной герметичности. Удельной герметичностью называется герметичность, отнесенная к единице толщины стенки отливки, изготовленной из данной марки чугуна или данного материала. Зависимость герметичности чугуна от толщины стенки d точно еще не становлена. Поэтому дельную герметичность можно представить в такой функциональной зависимости:

G₀ = G×f(d).

( STYLEREF 1 6- SEQ (_) * ARABIC 20)

Как будет казано ниже (рис.8.2 и 8.3), эта функциональная зависимость приближается к квадратичной и представляется в виде следующего равнения:

( STYLEREF 1 6- SEQ (_) * ARABIC 21)

Подставляя в (6-21) значения герметичности G, получим окончательную формулу для выражения дельной герметичности:

( STYLEREF 1 6- SEQ (_) * ARABIC 22)

Величины, вычисленные по (6-22) достаточно хорошо совпадают с нашими опытными данными. Поэтому эту формулу в первом приближении можно рекомендовать для определения дельной герметичности стандартных марок чугунов и других материалов.

При проектировании литых деталей, работающих под повышенным давлением жидкости, желательно заранее знать, какой герметичностью должна обладать данная деталь, работающая в заданных конкретных словиях, каким образом становить и определить герметичность чугуна для этой детали.

Для выполнения поставленной задачи необходимо ввести понятие о предельной допустимой герметичности. Предельно-допустимой герметичностью материала будем называть такое его внутреннее сопротивление, при котором скорость просачивания данной жидкости, находящейся под давлением Р, будет меньше или равна допустимой скорости просачивания.

В качестве допустимой скорости просачивания целесообразно принять скорость во много раз меньшую скорости испарения жидкости с поверхности отливки. Можно задаваться допустимой скоростью просачивания и из других соображений, например, прочности отливки и т.д.

- темплет для определения веса;

б - образцы для испытания на герметичность;

в - место определения твердости

Образец для испытаний чугуна на герметичность представляет собой (рис.7-2) диск диаметром 29.5 мм и толщиной 3.5 мм. В нижней части образца прорезается 3 - 4 кольцевые канавки на расстоянии 1 - 1.2 мм друг от друга, служащих для лабиринтного плотнения. В верхней части образца предусматривается кольцевая фаска Б, предохраняющая контрольную поверхность А от затекания жидкости. С целью лучшего обеспечения контроля за просачиваемостью керосина поверхность А притирается до матового состояния. Толщина рабочей части образца определяется глубиной канавки диаметром 14 мм.

Для сохранения постоянных словий испытания все образцы обрабатывали одним и тем же режущим инструментом при одних и тех же режимах резания, именно:

число оборотов при обработке - 540 об/мин;

число оборотов при отрезании - 280 об/мин;

подача - 0.15 мм на 1 оборот.

Рис. STYLEREF 1 7- SEQ Рис._ * ARABIC 2. Образец для испытаний на герметичность

Схема установки образца для его испытания на герметичность показана на рис.7-3.

Рис. STYLEREF 1 7- SEQ Рис._ * ARABIC 3. Схема для становки образца для испытаний его на герметичность:

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

Важным условием при проведении испытаний является предупреждение просачивания жидкости между образцом и алюминиевой прокладкой, Для этой цели при каждом испытании устанавливается новая прокладка и образец зажимается гайкой посредством ключа с моментом 40-50 кгм.

Для испытания герметичности чугунов использовался специальный прибор - герметометр.

1.    

2.    

3.    

4.    

5.    

6.    

7.    

8.    

9.    

10.  

11.  

12.  

13.   а производство, 10, 1984. -с. 35-36.

14.   а 5, 1987. -с. 9-11.

15.   а производство, 5, 1987. -с. 26-30.

16.   а Литейноеа производство, 3, 1988. -с. 2-3.

17.  

18.  

19.  

20.  

21.  

22.  

23.  

24.  

25.  

26.  

27.  

28.  

29.  

30.  

31.  

32.  

33.  

34.  

35.  

36.  

37.  

38.