автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Оптимизация процессов формирования отливок при литье под регулируемым давлением

На правах рукописи

Чуркин Алексей Борисович

Оптимизация процессов формирования отливок при литье под регулируемым давлением

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Екатеринбург 2004

Работа выполнена на кафедре автоматизации и технологии литейных процессов Российского государственного профессионально-педагогического университета.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Е.Л. Фурман, доктор технических наук, профессор Б.А. Кулаков, доктор технических наук, профессор

В.Д. Белов

Ведущая организация ОАО «Уральский научно-исследовательский технологический институт»

Защита диссертации состоится 29 октября 2004 г. в 15 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.285.05 при Уральском государственном техническом университете-УПИ в ауд. I (главный учебный корпус).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГТУ-УПИ. Отзывы в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направить по адресу: 620002, г. Екатеринбург, УГТУ-УПИ, ученому секретарю совета университета, тел. 375-45-74, факс. 343-374-38-84.

Автореферат разослан 2004 г.

Ученый секретарь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Важными задачами литейного производства на современном этапе, решение которых определяет его конкурентоспособность как технологии заготовительного производства, являются:

- повышение точности заготовок и коэффициента использования металла;

- снижение расхода металла и повышение выхода годного;

- повышение эксплуатационных свойств сплавов в отливках;

- улучшение условий труда и повышение экологической чистоты производства.

Комплексное решение этих задач предполагает разработку, совершенствование и широкое использование прогрессивных методов литья. К числу таких методов относятся методы литья под регулируемым давлением (ЯРД), которые имеют существенные преимущества по сравнению с традиционными методами.

Среди основных преимуществ методов ЛРД можно выделить следующие:

- они позволяют осуществлять не только регулирование общей продолжительности заливки форм, но и целенаправленно управлять характером движения сплава при заполнении отдельных участков полости формы, что должно обеспечивать получение отливок сложных конфигураций без применения технологических напусков;

- нарастающий во времени перепад давлений на расплав существенно увеличивает заполняемость форм, особенно при литье вакуумным всасыванием, что позволяет сократить или полностью исключить технологические напуски и припуски. Это позволяет получать отливки с тонкостенными элементами без механической обработки или с наименьшей ее трудоемкостью;

- подвод металла через металлопровод при соответствующем конструировании и расчете литниково-питающих систем (ЛПС) позволяет обеспечить питание отливок без применения прибылей;

- интенсификация теплообмена между отливкой и формой при приложении давления позволяет существенно повысить плотность и эксплуатационные свойства отливок;

- автоматизация процесса заливки форм и герметизация тигля с расплавом (литье под низким давлением (ЛНД), литье с противодавлением (ЛПрД)) или формы (литье вакуумным всасыванием (ЛВВ), литье с противодавлением) позволяет улучшить условия труда и экологическую чистоту производства.

Как показала производственная практика, комплексная реализация этих преимуществ позволяет до 80% повысить коэффициент использования металла в заготовке, до 90% увеличить выход годного, на 20-30% увеличить прочностные свойства сплава в отливках и на 50-100% его пластические свойства.

Однако практическая реализация указанных преимуществ возможна лишь на основе разработки комплексной теории процессов формирования отливок при данных методах литья и методов оптимизации основных технологических параметров. В настоящее время в теории методов ЛРД существует ряд нерешенных проблем, что не позволяет в полной мере реализовать потенциальные возможно-

рос. адикокАЛ»*^

бкьлиотадА 3

оа

сти ЛРД и обуславливает сокращение их практического применения. К числу нерешенных проблем можно отнести:

- отсутствуют методы оптимального управления заливкой форм. В существующих установках обеспечивается практически линейный закон изменения перепада давлений на расплав в процессе заливки, темп которого постоянен во времени и на практике определяется методом проб и ошибок. В этих условиях качественное заполнение форм возможно лишь для отливок с относительно небольшими перепадами толщин стенок. Особые проблемы возникают при изготовлении сложных отливок, содержащих тонкостенные элементы. В этих случаях для обеспечения качественного заполнения форм приходится делать технологические напуски, что снижает коэффициент использования металла в заготовке и увеличивает трудоемкость механической обработки отливок;

- не разработаны методы расчета литкиково-питающих систем (ЛПС). Ввиду отсутствия научно-обоснованных методов расчета ЛПС их конструирование осуществляется эмпирически. Процесс отладки и доводки технологии часто занимает несколько месяцев и сопряжен со значительными расходами;

- отсутствуют четкие требования к технологичности конструкции отливок с точки зрения специфики ЛРД;

- большое значение имеет повышение надежности технологии. При ЛРД количество определяющих факторов увеличивается, что предполагает необходимость разработки принципов оптимизации технологических процессов, обеспечивающих стабильное получение качественных отливок;

- из всех разновидностей методов ЛРД наибольшее распространение получило литьё под низким давлением. Недостаточно разработана теория и технология литья вакуумным всасыванием, которое по сравнению с другими методами ЛРД имеет ряд существенных преимуществ, особенно для отливок сложной конфигурации с тонкостенными элементами.

Поэтому проблема повышения эффективности методов ЛРД на основе комплексной оптимизации процессов формирования отливок и расширения области применения указанных методов является весьма актуальной и имеет важное хозяйственное значение.

Цель работы. Разработка комплексной теории методов литья под регулируемым давлением и системы оптимального управления процессами формирования отливок. Работа выполнялась в соответствии с программами Гособразования СССР, АН СССР, Совета Министров СССР и Министерства образования РФ: математическое моделирование в научных технических системах; управление нелинейными динамическими объектами; новые технологии и автоматизация производственных процессов в машиностроении; математические методы моделирования и управления в народном хозяйстве; технология литейного производства (грант Министерства образования Российской Федерации).

Диссертация направлена на решение следующих задач:

- математическое моделирование и экспериментальные исследования гидродинамических, тепловых и газодинамических процессов при ЛРД. Определение границ применимости существующих методов управления заливкой форм;

- разработка и обоснование критериев оптимальности управления заливкой форм при ЛРД;

- разработка системы оптимального управления заливкой форм при ЛРД;

- постановка сопряженной краевой задачи тепломассопереноса при формировании отливок при ЛРД и разработка адекватного и устойчивого алгоритма ее численной реализации;

- выполнение компьютерного моделирования и экспериментов по исследованию заполняемости форм при ЛРД и разработка методов расчета максимальной продолжительности заливки форм сплавом;

- разработка рекомендаций по расчету оптимальной продолжительности заливки форм при ЛРД;

- разработка методов расчета разных типов ЛПС при ЛРД на основе оптимизации тепловых и гидродинамических процессов;

- обоснование рекомендаций по конструированию отливок с точки зрения обеспечения их направленного затвердевания в условиях ЛРД;

- создание системы автоматизированного проектирования технологического процесса изготовления отливок при ЛРД и проверка ее эффективности.

Научная новизна работы.

Выполненные исследования позволили получить следующие новые научные результаты:

- экспериментально и методом математического моделирования исследованы закономерности истечения расплава в полость формы при нижнем и боковом подводах сплава в условиях ЛРД и сформулированы условия, обеспечивающие плавное заполнение формы сплавом без возмущения свободной поверхности потока и образования поперечных вихревых зон;

- впервые в качестве критерия оптимальности гидравлического режима заполнения форм при ЛРД предложена степень отклонения значений скорости сплава в форме при заливке от соответствующих значений скорости изменения разности действующих на расплав пьезометрических напоров. Установлено, что плавное, качественное заполнение формы сплавом обеспечивается, если максимальные значения данного отклонения не превышают 10% независимо от наличия в полости формы резкого сужения или расширения ее поперечного сечения;

- определены условия применимости существующих методов управления заливкой формы при ЛРД;

- обоснован оптимальный кусочно-линейный характер изменения перепада давлений на расплав в процессе заливки форм при ЛРД. Разработана методика определения темпов изменения перепада давлений при заполнении метал-лопровода и участков полости формы, отличающихся площадями поперечного сечения;

- определены закономерности изменения разрежения или избыточного давления в камере машины ЛРД при управлении заливкой с помощью дросселирующего устройства с дискретно изменяющейся площадью проходного сечения;

- разработана система автоматизированного оптимального управления заливкой форм при ЛРД и получены формулы для расчета параметров для ее настройки;

- определены закономерности тепломассопереноса в потоке сплава при заполнении форм для тонкостенных отливок в условиях ЛРД, получены формулы для расчета максимальной продолжительности заливки;

- изучены гидравлические режимы работы семи основных типов ЛПС, получены формулы для определения оптимальных диапазонов технологических и геометрических параметров;

- методом математического моделирования изучено влияние естественной и вынужденной конвекции па кинетику затвердевания отливок при ЛРД, установлено существенное влияние естественной конвекции на организацию направленного затвердевания отливок при ЛРД;

- разработана методика оптимизации тепловых условий для основных типов ЛПС для ЛРД с точки зрения обеспечения непрерывного питания отливки из металлопровода.

Практическая значимость работы.

1. Разработана система автоматического оптимального управления заливкой форм при ЛРД, позволяющая значительно расширить сферу применения ЛРД и обеспечивающая качественное заполнение форм даже при десятикратном перепаде площадей поперечного сечения без применения технологических напусков. Это позволяет снизить трудоемкость механической обработки отливок.

2. Разработана методика расчета литниково-питающих систем при нижнем, рассредоточенном, боковом, вертикально-щелевом подводе сплава, а также при заполнении формы через два расположенных на разных уровнях питателя. Применение указанных ЛПС и определение их размеров по предложенной методике позволяет во многих случаях исключить применение прибылей и до 90% повысить выход годного.

3. Предложена методика оптимизации теплового режима кокилей в естественных условиях их охлаждения, обеспечивающая получение отливок со стабильным уровнем их эксплуатационных свойств.

4. Разработана комплексная система автоматизированного расчета всех основных технологических параметров изготовления отливок применительно к ЛВВ, ЛНД и ЛПрД.

Эффективность разработанной системы проверена на основных типах характерных для ЛРД промышленных отливок. Применение системы показало, что она позволяет быстро определить комплекс оптимальных значений технологических параметров, обеспечивающих получение качественных отливок с минимальной после дующей доводкой технологии. При этом резко сокращаются расходы на разработку и освоение технологии, повышается качество отливок и экономические показатели производства. Система принята к использованию на предприятиях: ФГУП «Уралтрансмаш», ФГУП «Уральский оптико-механический завод», ОАО «Уральский турбомоторный завод», ОАО «Курганмашзавод» и ОАО «Уральский научно-исследовательский технологический институт». Вне-

дренис рекомендаций по оптимизации теплового режима металлических форм обеспечило получение экономического эффекта 94389 руб. в ценах 1989 года. Ожидаемый экономический эффект при использовании разработанной системы автоматизированного расчета технологических параметров в расчете на освоение технологии получения одной отливки составляет от 1000 до 10000 руб. в ценах 2003 г.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Для обеспечения качественного заполнения форм при ЛРД необходимо реализовать условия, при которых независимо от наличия участков расширения или сужения потока в полости формы отклонения скорости сплава от предписываемых кинетикой изменения перепада давлений значений не превышают 10%.

2. Оптимальное управление заливкой форм при ЛРД предполагает дискретное изменение темпа нарастания перепада газового давления при переходе расплава через участки резкого расширения или сужения потока в соответствии с предложенными рекомендациями.

3. Инерционными явлениями в газовой сети установок ЛРД при дискретном изменении площади управляющего дросселирующего устройства в системе оптимального управления заливкой можно пренебречь.

4. При организации питания отливок при ЛРД необходимо учитывать влияние естественной конвекции в затвердевающем расплаве, которая существенно смещает термический центр отливки и при характерном для ЛРД нижнем подводе сплава затрудняет обеспечение направленного затвердевания отливки.

5. Для обеспечения непрерывного питания отливки через ЛПС, их тепловые и геометрические характеристики должны обеспечивать рекомендованные значения отрицательных продольных градиентов продолжительности затвердевания сечений литников и отливки, а также продолжительности достижения центров сечений фронтом нулевой жидкотекучести.

Апробация работы.

Результаты работы доложены на международных конференциях в г. Липецке (1989 г.), Екатеринбурге (1999 г.), на Y и У! съездах литейщиков России (2001, 2003 гг.), Республиканской конференции (г. Днепропетровск, 1990 г.), на региональных конференциях литейщиков в гг. Перми, Челябинске, Омске, Рыбинске и Екатеринбурге.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 32 работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и приложения. Работа изложена на 270 страницах машинописного текста, содержит 81 таблицу и 171 рисунок. Библиографический список содержит 207 наименований.

Основное содержание работы

Во введении раскрыта актуальность темы диссертационной работы, дана ее общая характеристика, указаны цели и задачи диссертации.

В первой главе выполнен аналитический обзор даппых, характеризующих современное состояние вопроса. Установлено, что при существующих методах управления заливкой с помощью включенного в газовую сеть дросселирующего устройства (ЛВВ, ЛНД, ЛПрД) реализуется апериодический закон изменения разрежения (ЛВВ), избыточного давления (ЛНД) в камере машины или перепада давлений между нижней и верхней камерами (ЛПрД).

0)

- давление в камере машины;

Р» - атмосферное давление;

- давление в камерах машины ЛПрД в начале процесса;

/? - газодинамический коэффициент, зависящий при заданном значении объема камеры и величины от площади проходного сечения дросселя.

В установках ЛНД для управления заливкой чаще применяют автоматические устройства, реализующие линейный закон изменения избыточного давления в камере машины

где параметр т непосредственно характеризует темп нарастания избыточного давления.

В существующих установках процесс заливки форм осуществляется при заданных фиксированных значениях величин /? и да. При этом рекомендации по определению значений и т фактически отсутствуют. Расчет кинетики заполнения на практике, как правило, выполняют по формулам, полученным из допущения, что расплав строго следует за перепадом давлений

. АР, ¿(АР.) 1

=—-----. (3)

pg & р%

Многочисленные экспериметальные данные показали, что уровень сплава к и скорость его движения V совершают колебания относительно значений А и ур. При этом погрешность применения формулы (3) может быть очень значительной, особенно при больших перепадах площадей сечений отливки и высоких скоростях заливки.

Установлено, что при отношениях площади формы и металлопровода и сужении сечений отливки более чем в 2 раза получение качественных отливок невозможно из-за интенсивного развития фонтанирования сплава. Поэтому реализуемые на практике зависимости (1) и (2) при управлении заливкой с гидродинамической точки зрения не являются оптимальными.

Предложенные в литературе критерии оптимальпости гидродинамического режима заполнения формы основаны на распространении на ЛРД известных из гидравлики закономерностей истечения жидкости в безграничное пространство, что не соответствует реальными законам ЛРД. Рекомендованные ме-

тоды оптимального управления очень сложны для практической реализации и поэтому не применяются.

В литературе отсутствуют системные данные по оптимальной продолжительности заливки форм при ЛРД и методики их расчета. Применяемые методы математического моделирования затвердевания отливок при ЛРД, как правило, не учитывают влияние естественной конвекции расплава, которая при организации питания отливки через ЛПС из металлопровода препятствует обеспечению направленного затвердевания сплава в системе.

Не разработаны методы расчета минимальных уклонов на стенках отливок из алюминиевых сплавов, необходимых для обеспечения направленного затвердевания. Это затрудняет конструирование технологичных отливок. В настоящее время не созданы методы расчета ЛПС для ЛРД, обеспечивающие непрерывное питание отливок при разных способах подвода сплава и не разработаны критерии оценки их эффективности.

В целом в настоящее время практически отсутствуют научно обоснованные методы для выполнения на практике расчетов оптимальных значений технологических параметров при ЛРД, которые на производстве определяются в ходе длительной доводки технологии.

На основании анализа современного состояния вопроса в главе сформулированы основные задачи исследования, которые приведены выше.

Вторая глава посвящена оптимизации гидродинамических процессов при заполнении форм при ЛРД и обоснованию принципов и методов оптимального управления заливкой.

В качестве основного метода исследований было принято выполнение планированных машинных экспериментов по численному математическому моделированию гидродинамических процессов. Адекватность полученных в ходе моделирования результатов была проверена при выполнении экспериментов по гидромоделированию и заполнению металлических форм алюминиевым сплавом АК7ч при ЛВВ, ЛИД и ЛПрД.

На первом этапе были выполнены расчеты при компьютерном моделировании процесса заполнения формы при истечении сплава из металлопровода (питателя) при расширении потока. Расчеты выполняли при центральном подводе сплава и при подводе его через два питателя.

Для математического моделирования процесса был применен численный метод потоков, основанный на интегральных законах изменения импульса и массы. Соответствующие уравнения, написанные для некоторого выделенного объема жидкости V, имеют вид

где Р - вектор скорости, определенный в точках поверхности 8, ограничивающей объем V; р - плотность жидкого сплава;

(4)

(5)

V,- компоненты вектора скорости по координатной оси.^,;

П^ -¿У, = -V, -о^п^Ю - 1-я компонента потока импульса через элемент

поверхности dS; dS - абсолютная величина элемента поверхности.

, Эу, ЭУ, ч дх,.

* (6) где а„ - тензор напряжений в точках поверхности 8 для несжимаемой жидкости;

3,к - символ Кронекера;

IX - динамический коэффициент вязкости сплава;

р - давление жидкости;

/, - проекция массовой силы (силы тяжести) на ось х,.

Величина представляет собой 1-ю компоненту импульса жид-

кости, находящейся в заданном выделенном объеме пространства. В методе потоков производную 8К,/8( в левой части уравнения (4) заменяют конечно-разностным выражением, т.е. принимают

дК, =К1(с + А1)-К,(1)

Ж — шаг по времени.

Идея метода потоков состоит в разбиении пространства, занятого жидкостью, на элементарные ячейки различной конфигурации и решения для каждой ячейки уравнений (4-6). При этом скорость и давление внутри ячейки принимаются равномерно распределенными и отнесены к центру ячейки. Величины компонент скорости и тензора напряжений на граничной поверхности вычисляются по соответствующим аппроксимирующим уравнениям. Решение задачи осуществляется в 2 этапа. На первом этапе по уравпению (4) определяют поля скоростей на следующем шаге по времени. На втором этапе выполняют итерационный процесс вычисления поля давлений. При этом используется рекку-рентная формула

■ значения давления на к-й и (к+ 1)-й итерациях. ■ дивергенция вектора скорости, ЛУу = — • ¿3.

На каждой итерации после вычисления по формуле (7) давлений по уравнению (4) вычисляют новые значения импульсов и новые поля скоростей. Итерации проводят до тех пор, пока во всех ячейках дивергенция скорости не достигнет малых, близких к нулю значений. Коэффициент В в (7) определяется эмпирически по условию устойчивости расчета и обеспечения приемлемой скорости сходимости итерационного процесса. В диссертации разработана методика расчета максимально допустимых значений коэффициента В, обеспечивающих устойчивость итерационного процесса. После завершения второго эта-па переходят к расчетам на следующем шаге по времени.

где

Специфика рассматриваемой задачи по сравнению с известными из литературы решениями состоит в том, что мы имеем дело с изменением объема, занятого жидкостью, вследствие перемещения ее свободной поверхности. Возникает задача описания этого перемещения и использования подвижных сеток, т.е. переменных во времени объемов ячеек.

Моделирование проводили в декартовых и цилиндрических координатах. Расчет начинали при полностью заполненном металлопроводе (или питателе) и начальном положении уровня сплава в полости формы на некотором небольшом расстоянии //00. Скорости в конце заполнения металлопровода определяли при решении соответствующего уравнения Бернулли. Пространство, занятое сплавом в металлопроводе, разбивали на прямоугольные ячейки с постоянными размерами ИЯ и НУ. При принятом постоянном числе горизонтальных рядов ячеек в полости формы в процессе перемещения свободной поверхности сплава вертикальные размеры ячеек в полости формы и их конфигурация будут изменяться.

Расчеты выполняли при апериодическом законе изменения перепада давлений на расплав в соответствии с уравнением (1) в условиях ЛЕШ и ЛНД при ЛРр=66640 Па. В расчетах варьировали отношение площадей й>ф/й>„ и значение газодинамического коэффициента р. При выполнении расчетов па печать выводили значения компонент скоростей сплава в ячейках, уровней сплава в форме на свободной поверхности потока. Кроме этого на печать выводили данные по кинетике заполнения, рассчитанные по нестационарному уравнению Берпулли и по формуле

= АР" РШ

где АР. = ДР,(1 - ехр(-/?/)) + Р«(Я. + Я00)ехр(-/?/);

время с начала заполнения формы.

Как показали результаты расчетов, конфигурация свободной поверхпости потока сплава в форме с увеличением все более отклоняется от пло-

ской и отношение максимального значения уровня сплава УМА к минимальному значению УМ1 увеличивается, а величина —^^-100% может достигать 60% и более.

Для изучения внутренней структуры потока сплава были подвергнуты анализу расчетные поля скоростей. На рис. 1 приведен пример расчетных данных по характеру линий тока в потоке расплава. Анализ характера линий тока позволяет сделать следующие выводы:

- во всех случаях в периферийных частях потока формируются застойные (циркуляционные) зоны, протяженные вплоть до свободной поверхности потока;

- при подводе сплава через два симметрично расположенных питателя формируется две периферийные и две центральные застойные зоны;

- резкое расширение струи в проточной части происходит на расстоянии от свободной поверхности, не превышающем 0,2 от высоты потока. До этого расстояния скорости в проточпой части составляют не менее 0,8 их значения на выходе из металлопровода;

-Я., (8)

- в начальные моменты заполнения формы происходит фонтанирование сплава из металлопровода. Однако высота фонтана при всех рассмотренных условиях не превышает 10 мм. К моменту опадания фонтана завершается растекание потока в горизонтальном направлении, что соответствует времени 0,150,18 с с начала заливки;

- в процессе заливки вертикальные компоненты скорости совершают затухающие колебания относительно значений В разных точках свободной поверхности колебания происходят с разными фазами.

Как видно из рис. 1, при больших перепадах уровней на свободной поверхности происходит переток расплава с более высоких уровней к низким. Это вызывает нарушение сплошности окисной пленки на головной части потока и способствует замешиванию ее в расплав. Как показал анализ полей скоростей, эта явления исключаются,' если относительный перепад сУуровней не превышает 15%.

Для выполнения этого условия необходимо, чтобы величины /? или т не превышали некоторые критические для каждого отношения <»ф/й>м значения Дер и /Яцр. В диссертации плучены зависимости для определения величины Дцр. и т для различных методов ЛРД.

Важнейшей задачей является разработка пригодной для инженерной практики методики расчета кинетики заполнения полости формы сплавом для отливок различных конфигураций.

Универсальная и надежная методика была создана на основе применения формул (3, 8), так как из всех характеристик отливки для их использования необходимы только высотные размеры. Если обеспечить этим формулам необходимую точность, то их можно применять для отливок любой конфигурации. Следует отметить, что данные формулы в том или ином виде в настоящее время используются на практике без достаточного основания.

Как показали данные расчетов, лабораторных и промышленных экспериментов по заполнению форм сплавом АК7ч и гидромоделирование, погреш-

ность применения данных формул при существующих методах управления заливкой при выполнении условия/}</?Кр или т< т^, не превышает 15% вплоть до <Уф/сг>м$8. При этом также обеспечивается близкая к плоской конфигурация свободной поверхности потока при перепаде уровней меньше 15%. Для иллюстрации на рис. 2 приведены данные по характеру перемещения свободной поверхности сплава в форме по данным расчетов и гидромоделирования. При невыполнении этих условий применение формул становится неправомерным, так как погрешность может достигать 100% и более.

В следующих сериях машинных экспериментов исследовали закономерности заполнения сплавом форм сложной конфигурации, схемы которых показаны на рис. 3. При переходе в верхнюю часть полости формы имеет место сужение потока. В расчетах варьировали отношение площадей верхней <н» и нижней СОя частей в пределах от 0,1 до 0,8.

Как показали расчеты и эксперименты при заполнении формы сплавом АК7ч, при существующем методе управления заливкой, т.е. при неизменных в процессе заливки значениях коэффициентов /? или m, при а>,/а)и<0,6, т.е. при сужении потока более чем на 40%, имеют место колебания уровня сплава при заполнении тонкостенной части, вызванные интенсивным фонтанированием сплава вследствие увеличения скорости при сужении потока. Это приводит к образованию в отливках дефектов в виде спаев, оксидных плен и газовых не-сплошностей. Например, особые проблемы возникают при изготовлении мето-

а * X 1

н НРР

—— ж X

—_ а X

— о N

— -

Рис. 3" Расчетные

« С

- - _ и. и. X

-------- н„

— N !

- |

заполнения формы

дами ЛРД отливок типа рабочих колес, представляющих собой сочетание нижней, протяженной в горизонтальном направлении части и расположенных сверху тонкостенных лопаток. Так как отношение суммарной площади лопаток к площади сечения нижней части очень часто меньше 0,2-0,3, при существующих методах управления заливкой качественное заполнение формы обеспечить не удается. Приходится применять на лопатках технологические напуски, что сильно увеличивает трудоемкость механической обработки лопаток.

Таким образом,, существующие методы управления заливкой при ЛРД обеспечивают получение качественных отливок лишь в ограниченных диапазонах перепалов цлогцадей сечений участков отливок (Еа>м1щ 5:0,6) и скоростей заливки Ф<Р*р).

Выполненный анализ результатов математического и гидравлического моделирования, а также экспериментов по изготовлению отливок из алюминиевых сплавов позволил сформулировать следующие требования к оптимальной организации заливки форм сплавом:

- продолжительность заливки различных участков полости формы сплавом должна находиться в оптимальном диапазоне значений;

- должны отсутствовать колебания уровня сплава в процессе заполнения полости формы;

- конфигурация свободной поверхности потока сплава в полости формы должна быть близка к плоской. Относительная величине перепада уровней сплава на свободной поверхности не должна превышать 15%, что исключает недопустимые с точки зрения качественного заполнения поперечные вихревые зоны в потоке сплава;

- погрешность применения для расчета кинетики заполнения формы формулы (8) не должна превышать 15%.

Как показали результаты расчетов, гидромоделирования процесса заполнения форм и эксперименты при изготовлении отливок из алюминиевых сплавов при ЛНД, ЛВВ и ЛПрД, в качестве комплексного критерия оптимальности гидравлического режима заполнения форм можно принять относительное отклонение скорости сплава v относительно соответствующих значений скорости Vp изменения действующих на расплав пьезометрических напоров

|v-v,|

£-----100% . Комплексное выполнение указанных выше требований к организации заполнения форм обеспечивается, если независимо от наличия участков сужения или расширения потока величина указанного критерия оптимальности не превышает 10%.

В конце заполнения металлопровода колебания скорости сплава v относительно значений vp практически сглаживаются. Увеличение величины е на участках сужения или расширения поперечных сечений полости формы вызывается следующими обстоятельствами. При постоянном темпе изменения перепада давлений значение скорости vp при заполнении металлопровода и полости формы остается практически неизменным. В местах расширения v— — тока скорость сплава изменяется в соответствии с формулой

(i) ,

где - скорости сплава в вышележащем и нижележащем участке полости

формы, а - площади поперечных сечений вышележащего и нижеле-

жащего участков. При этом возникают отклонения скорости сплава от неизменного значения уртем большие, чем больше различие площадей a>¡ и Юм. Это наглядно иллюстрируют данные по характеру изменения скорости сплава АК7ч при заполнении металлопровода и полости формы, приведенные на рис. 4а. Существенные отклонения скорости v от величины vp приводят к интенсификации фонтанирования сплава и образованию дефектов в отливках. Для того чтобы минимизировать отклонения от необходимо в моменты перехода сплава через участки сужения и расширения потока соответствующим образом изменять темп нарастания разрежения или избыточного давления в камере машины, т.е. так изменять значения скорости vp> чтобы они были близки к скоростям движения сплава при заполнении соответствующих участков полости формы. В отличие от существующих методов управления заливкой при этом реализуется кусочно-линейный характер изменения перепада давлений на расплав, характеризующийся различными значениями коэффициентов fi¡ и m¡, при заполнении участков формы, отличающихся площадями поперечных сечений.

В результате выполненных машинных экспериментов по математическому моделированию заполнения форм при предложенном оптимальном способе управления заливкой были получены следующие формулы для определения величин и m¡, при которых выполняются сформулированные выше условия качественного заполнения форм независимо от наличия участков резкого сужения или расширения площадей сечений отливки.

40

« 30

8 20 О

10

1 1 мггьплолроаод 1 к

^ ни» форм 1 =П N

1 1

А А, И&.. >мы

1 V ' 1 1 •

40 50 60 70 80 90 100 Расстояние от зеркала расплава в тигле, см

30

л-20

В

е о. 8

О ю

1 1

л

/ V \ 1. ¡г

40 50 60 70 80 00 100 Расстояние от зеркала расплава в тигле, си

Рис. 4 Данные по характеру изменения скорости сплава при заполнении металпопровода, нижней и верхней части формы при * Нн=150 мм; Н,=100 мм; /<>=400 мм; г„=800 мм; Ым/ш« =8; 10вДл!н = 0,2; 1 - V, 2 - vp

Для расширения потока:

Д =(Д..—>/*.;

а,

о},.

(9)

(10)

где /?,и Ри1, т/ И т,^ - значения коэффициентов при заполнении участков до и после расширения потока; К\ - поправочный коэффициент, рассчитываемый по приведенным в диссертации графикам. Для сужения потока:

Д = (Д.> —)/*•,; а.

(И)

т. ~ (тм ~) I Кг,

О),

(12)

г и/?/+;,»!(и/пушения коэффициентов при заполнении участков до и после сужения потока; К2 - поправочный коэффициент, рассчитываемый по приведенным в диссертации графикам. Коэффициенты К1 и К2 учитывают, что растекание сплава после изменения поперечного сечения потока осуществляется не мгновенно.

На рис. 4,6 приведены данные по характеру изменения скорости сплава при заполнении формы сплавом АК7ч при оптимальном управлении заливкой. При этом значение коэффициента /? для заполнения металлопровода и участков полости формы определены по приведенным выше формулам. Как видно из рис. 4,6 значение критерия с не превышают 10%. При этом было обеспечено получение качественных отливок, несмотря на пятикратное сужение площади сечения отливки при переходе в тонкостенную часть.

Экспериментальная проверка полученных расчетных формул и предложенного метода управления осуществлялась при гидромоделировании и при изготовлении модельных и промышленных отливок из сплава ЛК7ч. При гидромоделировании при геометричском подобии с масштабом 1:1 обеспечивали равенство критериев Рейнольдса и Фруда путем обеспечения равенства АР^р для опытов на сплаве и воде. В экспериментах но заполнению форм алюминиевыми сплавами измеряли скорость заполнения с применением записи измене-пия падения напряжепия па вертикально натянутой в полости формы нихромо-вой нити диаметром 0,1 мм.

Схема установки приведена на рис. 5. Для иллюстрации на рис. 6 приведены расчетные и экспериментальные данные по кинетике заполнения верхней

части изображенной на рис. 3,а полости формы при применении существующего метода управления заливкой и при оптимальном управлении.

Эксперименты, выполненные на промышленных отливках, показали высокую эффективность предложенного метода управления заливкой при отношениях площадей сечений отливки от 0,1 до 10 и скоростях заливки до 20 см/с, что практически охватывает номенклатуру отливок, изготавливаемых методом ЛРД. Предложенный метод целесообразно применять, если необходимые из соображений запол-няемости формы значения р или т превышают критические значения Др и /якр и,

Рис. 5. Электрическая схема исследования процесса заполнения формы сплавом: 1 - нихромовая нить; 2 - жидкий расплав

если в конструкции отливки есть участки сужения сечений при со^со„<0,6. В

100

■ 80

о. I

81 « а —

Ья

18

40

20

]

N

/ /

У / /

V

0,25 0,50 0,73 1,00 0 Время, с

у\

- 1 1-

/ !-

0,25 0,50 0,75 1,00 Время, с

Рис. 6. Расчетные и экспериментальные данные по кинетике заполнения верхней части формы сплавом АК7ч при о>н/шм=4 и йв/со„=0,2 при существующем (а) и оптимальном (б) методе управления заливкой: 1 — данные машинного расчета; 2 - расчет по формуле (8); х - экспериментальные данные

остальных случаях допустимо применение существующих методов.

В главе 3 рассмотрены вопросы разработки автоматизированной системы управления газодинамическими процессами в газовой сети с дросселирующими устройствами, реализующей предложенный в гл. 2 оптимальный кусочно-линейный закон изменения разрежения или избыточного давления в камере машины.

Разработанная система представляет собой несколько параллельно встроенных в газовую сеть дросселей (диафрагм) с разными проходными сечениями, которые автоматически подключаются к системе в соответствующие моменты времени. Настройка данной системы предполагает определение площадей проходных сечений диафрагм, обеспечивающих при истечении воздуха через них изменение разрежения или избыточного давления в камере машины с рекомендованными значениями газодинамического коэффициента /?, а также расчет времен включения в систему той или иной диафрагмы. Переключение диафрагм осуществляется автоматически с помощью реле времени.

С целью исследования закономерностей газодинамических процессов при истечении воздуха через ряд последовательно включаемых диафрагм с разными проходными сечениями и получения формул для расчета площадей диафрагм, обеспечивающих реализацию изменения разрежения или избыточного давления в камере машины с заданными значениями коэффициента /? были выполнены компьютерные расчеты по решению соответствующих математических моделей применительно к условиям ЛВВ, ЛНД и ЛПрД. Математические модели были разработаны на основе нестационарных уравнений газовой динамики в адиабатическом приближении с учетом инерционности газового потока.

При проведении рассчетов определяли закономерности изменения давления в камере машшш при варьировании объема камеры V» разрежения или избьпоч- . ного давления в ресивере APV, а также площади проходного сечения диафрагмы о»ь включаемой в начале процесса. При ЛПрД варьировали начальное избьпочное давление JPp=.P„-P,. Расчеты выполняли при дискретном подключении диафрагм с разными площадями проходного сечения в соответствующие моменты времени. Было предусмотрено включение 4-х диафрагм при выполнении расчетов в условиях ЛВВ и ЛПрД и 3-х диафрагм в расчетах при ЛНД.

Анализ расчетных данных показал, что с погрешностью, не превышающей 10%, изменение разрежения или избыточного давления в камере машины при истечении воздуха через различные диафрагмы может бьпь описано уравнениями:

при литье вакуумным всасыванием:

р.О - р. = (Л. - ЛЛ(1- ехр(-ДО); (13)

при литье под низким давлением:

р. - р.о - (р, - р,о X1 - «р(-ДО); • (14)

при литье с противодавлением:

р.Л~р. = (Л» ~ р* )(1_ ехР(_ Д')), (15)

где Р„о - давление в камере в момент включения соответствующей диафрагмы.

Для первой диафрагмы (при t=0 P^-Pt при ЛВВ и ЛНД и Рхо-Рн при ЛПрД);

/?, - газодинамический коэффициент, определяющий темп создания разрежения или избыточного давления при истечении воздуха через данную диафрагму.

Время в данных зависимостях отсчитывается с момента включения данной диафрагмы.

Для расчета коэффициентов были получены следующие формулы.

Д = 1330000-^1^- (ДЛЯ ЛВВ);

"к

а1063

Д = 19253—^3—, (для ЛПрД), р '

где - площадь проходного сечения диафрагмы, м;

V» - объем камеры, м3;

АРр=(Р«гРр);ия ЛВВ; ¿ÍPjriPp-Ptf) для ЛНД; ¿/^=(ЛотЛ)дпя ЛПрД.

Формулы позволяют выполнить расчет изменения разрежения или избыточного давления в камере машины в ходе всего процесса истечения воздуха при включении в соответствующие моменты времени t, диафрагм с разными проходными сечениями Эти формулы аппроксимируют результаты машинных расчетов с погрешностью, не превышающей 10%. То, что вид формул универсален в ходе истечения воздуха через все включаемые диафрагмы, свидетельствует о несущественном влиянии инерционности газового потока. С

(16) (17) (18)

использованием формул (16-18) получены зависимости, позволяющие определить значения площадей дросселирующих устройств <уд„ обеспечивающих реализацию заданных значений газодинамических коэффицентов Д.

Для экспериментального исследования закономерностей изменения разрежения (ЛВВ) или избыточного давления (ЛНД, ЛПрД) в камерах машины при дискретном изменении площади проходного сечения дросселирующего устройства и проверки адекватности полученных формул в газовую сеть установок между камерой и ресивером были включены конструкции, позволяющие последовательно включать в процесс диафрагмы различных проходных сечений.

В экспериментах осуществляли съемку на видеокамеру шкалы вакуумет-ра (или манометра), установленного на камере. Эксперименты проводили на универсальной установке, которая может работать как в режиме ЛВВ, так и в режиме ЛНД, а также на установке для ЛПрД ВП-1000.

Как показали эксперименты, характер изменения разрежения (ЛВВ) или избыточного давлепкя (ЛНД) в камере машипы может быть с погрешностью, не превышающей 10% описан полученными уравнениями. Для иллюстрации на рис. 7 приведены расчетные и экспериментальные данные по характеру измене-

й)^ 1=18,9 мм , 0)дг=3,15 ммг, <¿>¿3=6,3 мм% й>д4=3,15 мм*

1 -данные расчета на ЭВМ, о- расчет по формулам (13), (16), х - экспериментальные данные

ния разрежения в камере установки ЛВВ при некоторых условиях.

Как показало практическое опробование разработанной системы автоматического управления заливкой, ее инерционность не превышает 0,1 с.

Глава 4 посвящена разработке методов расчета оптимальной продолжительности заливки при ЛРД.

С целью экспериментального определения оптимальных диапазонов про-должительностей заливки форм для отливок при ЛРД была выполнена укрупненная классификация конфигурации отливок. При этом были выделены следующие типы:

- отливки вертикальной протяженности;

- отливки горизонтальной протяженности;

- отливки корпусного типа или типа полого цилиндра;

- отливки, представляющие собой комбинацию рассмотренных выше типов;

- отливки сложной конфигурации;

- отливки, содержащие протяженные тонкостенные элементы с толщиной стенки меньше 10 мм.

На рис. 8 приведены примеры отливок указанных типов.

С целью определения оптимальных продолжительностей заливки выполняли эксперименты по изготовлению отливок указанных типов из сплава АК7ч методами ЛВВ и ЛНД. В экспериментах для различных размеров и условий заливки осуществляли заполнение форм при разных скоростях заливки. Управление скоростью заливки осуществляли изменением проходного сечения диафрагм в вакуумной или газовой сети. В экспериментах измеряли продолжительность заливки Скорость заполнения рассчитывали по формуле

1'з4п=//»тл/'м*«

Качество отливок оценивали внешним осмотром, анализом шлифов продольных и поперечных сечений, исследованием пористости темплетов, вырезанных из отливок, с применением метода гидростатического взвешивания. В результате статистической обработки результатов экспериментов для определения оптимальных диапазонов продолжительности заливки получены формулы для расчета минимальных и максимальных значений продолжительности заливки для указанных типов отливок в зависимости от их геометрических размеров и тепловых условий заливки.

Реальные отливки, относимые к указанным типам, имеют конфигурационные усложнения в виде ребер, фланцев, бобышек и т.п. и могут содержать стенки разной толщины; Как показала проверка полученных формул на промышленных отливках, они обеспечивают получение качественных отливок, если в качестве толщины стенки принимать преобладающую толщину, как это принято в общей теории литниковых систем

Многие отливки настолько сложны по своей конфигурации, что их сложно отнести к какому-нибудь из рассмотренных типов. Пример такой отливки приведен на рис. 8 (отливка «Корпус»).

Для проверки возможности применения для таких отливок для расчета оптимальной продолжительности заливки известной формулы = 5, ^¡Зй ,

ГшЛ

1. Нижний центральный подвод сплава Отливка «Корпус» (отливка типа 5, Отливка «Крыльчатка» (отливка' сложная конфигурация) типа 4, комбинированный тип)

Отливка «Крышка спидометра» (отливка типа 2, горизонтальной протяженности)

Отливка «Щека» (отливка типа 1, вертикальной протяженности)

2. Нижний рассредоточенный подвод сплава

Отливка «Основание» (отливка типа 3, корпусного типа)

Отливка «Крыльчатка» (отливка типа 2, горизонтальной протяженности)

Рис 8 Основные типы отливок и литниково-питающих систем (ЛПС)

3. Боковой подвод сплава

Щ

Отливка «Цилиндр» (отливка типа 3, полый цилиндр)

4. Подвод на двух уровнях.

Отливка «Корпус» (отливка типа 3, полый цилиндр)

5. Вертикально-щелевая система

ш

г

ж

Отливка «Форма для

выпечки кексов (отливка типа 3, полый цилиндр)

Рис. 8. (продолжение) 23

где <5 - преобладающая толщина стенки, мм; О - масса жидкого сплава в форме на одну отливку, кг, были проведены эксперименты по изготовлению 30 типовых наименований отливок из сплава ЛК7ч при ЛВВ и ЛНД. Статистическая обработка данных по максимальной продолжительности заливки этих отливок показала адекватность данной формулы при значении эмпирического коэффициента 8±0,4.

Следует отметить, что во всех рассмотренных выше экспериментах данные, полученные при ЛВВ и ЛНД, практически совпадали. Изготовление ряда типовых отливок на машине ВП-1000 показало применимость полученных формул для условий ЛПрД.

Качественное заполнение тонкостенных отливок или их элементов с толщиной стенки <10 мм определяется заполняемостью форм, которую количественно можно охарактеризовать продолжительностью течения сплава в форме до остановки потока В основу разработки методики расчета величины положена математическая модель, включающая интегральные чаконы изменения импульса, неразрывности потока и внутренней энергии. Для численного исследования модели был применен описанный выше метод потоков. Пространство, занятое расплавом, разбивается на элементарные ячейки, верхние и нижние границы которых перемещаются в вертикальном направлении. Кроме уравнений (4-7) для каждой ячейки, занятой сплавом, в принятой модели использованы уравнения изменения внутренней энергии в ячейке Е.

(19)

где Е - теплосодержание сплава в ячейке с учетом теплот плавления или кристаллизации сплава;

Я, =(Ну1-8и/8Х1) — /-я компонента плотности потока внутренней энергии через элемент dS;

Я- теплосодержание единицы объема сплава при данной температуре;

и = \х{Т)йТ - функция Гудмена; Д(Т) - теплопроводность сплава.

В процессе обработки результатов расчетов по решению уравнений разработанной математической модели получена следующая формула для расчета величны для сплава АК7ч

^„.=3,04 + 1,76л"! + 0,77X2 + 0,38^ + 0,ЗЗХ4 + 0,35ЛУГ2 +

+ 0,15;ГЛ + 0,тЖ + 0,1 ЛУТ3, (20)

где ^Г1=(Дог-3,5)/1,5;Лг2=(^чД1ф-4,5)/1,5;Л'з=(Г]ог-725)/25;

^=(Гаг-200)/50; Л-5=(^-0,02)/0,01;

Яд - половина толщины стенки, мм

и Хкр - толщина и теплопроводность кокильного покрытия;

Т20 - начальная температура формы, °С.

В диссертации получено также аналогичное уравнение для широкоинтервального алюминиевого сплава АЛ7-ЗЛ.

йЕ г Л * '

В диссертации получено также аналогичное уравнение для широкоинтер-вальпого алюминиевого сплава АЛ7-ЗЛ.

Как показали расчеты, уравнение (20) вследствие практически линейной зависимости от Я0 можно применять и вне принятого интервала изменения Я, в пределах 1,5<Я<6 мм.

Экспериментальное исследование заполняемости форм было проведено при заливке форм для плоских, вертикально расположенных тонкостенных отливок из сплава ЛК7ч на установках ЛНД и ЛВВ. Отливки заливали в открытые сверху формы высотой 300 мм. Отливки заливались через металлопровод диаметром 50 мм и нижний расширяющийся до ширины отливки щелевой питатель. Толщина кокильного покрытия на основе оксида цинка составляла 0,1; 0,15 и 0,2 мм.

Для исследования кинетики заполнения и изменения температуры головной части потока применяли специальную измерительную следящую систему, обеспечивающую синхронное с уровнем сплава перемещение спая хромель-алюмелевой термопары. Скорость движения сплава измеряли по изменению падения напряжения на натянутой в полости формы нихромовой нити при ее шунтировании поднимающимся в форме сплавом.

Как показали эксперименты, температура на оси головы потока вплоть до его остановки превышает температуру нулевой жидкотекучести. Это является подтверждением принятого в расчетной схеме механизма остановки потока путем перехвата фронтами нулевой жидкотекучести поперечного сечения потока.

Эксперименты по исследованию процесса заполнения форм для тонкостепных отливок показали, что при ЛРД вследствие действия непрерывно нарастающего перепада давлений на расплав, скорость сплава в ходе заполнения формы практически не изменяется вплоть до остановки потока, что обеспечивает высокую заполняемость форм. Поэтому высоту заполненной части формы можно достаточно точно определить по формуле Дил=^р/„ч. Естественно, что при этом должны быть выполнены условия плавного заполнения, приведенные в гл.2.

Глава 5 посвящена оптимизации гидравлического режима литниково-питающих систем (ЛПС).

Как правило, ЛПС при ЛРД не является регуляторами продолжительности заполнения форм. Гидравлический расчет ЛПС сводится к определению их оптимальных размеров, при которых выполняются условия плавного, качественного заполнения форм, сформулированные в гл. 2. Литниковые каналы создают дополнительные возмущения в потоке сплава и оказывают существенное влияние на гидродинамический режим заполнения форм.

В диссертации рассмотрены закономерности гидродинамических процессов при заполнении формы через 7 основных типов ЛПС:

- ЛПС при нижнем центральном подводе сплава непосредственно через металлопровод или установленную в ней втулку;

- нижняя рассредоточенная ЛПС;

- боковая рассредоточенная ЛПС;

- ЛПС при нижнем боковом подводе сплава;

- ЛПС при боковом подводе на некотором уровне;

- ЛПС при подводе сплава на двух уровнях;

- вертикально-щелевая ЛПС.

Основные типы ЛПС приведены на рис. 8.

Исследования гидродинамических процессов при работе ЛПС проводили путем выполнения машинных экспериментов по исследованию разработанных для каждого типа систем математических моделей. Математические модели представляют собой нестационарные гидродинамические уравнения, полученные на основе теоремы об изменении механической энергии жидкости с учетом специфики каждого типа ЛПС. В процессе исследования моделей определяли кинетику заполнения литниковых каналов и полости формы с учетом геометрических размеров ЛПС, полости формы и газодинамических параметров процесса.

Адекватность полученных результатов и расчетных формул проверялась при гидромоделировании и при получении модельных и промышленных отливок из сплава АК7ч в условиях ЛНД, ЛВВ и ЛПрД.

Гидродинамические условия при подводе непосредственно через металло-провод детально рассмотрены в гл.2. При подводе через втулку при переходе сплава из металлопровода во втулку имеет место дросселирование сплава, которое может привести к колебаниям его уровня как во втулке, так и в полости формы. Как показали результаты математического моделирования и натурные эксперименты, для обеспечения качественного заполнения формы диаметр втулки следует выбирать таким образом, чтобы при соблюдении рекомендаций гл.2 выполнялось условие Для сглаживания колебаний скорости сплава

при заполнении втулки ее высота должна превышать некоторые минимальные значения, для определения которых в диссертации разработаны рекомендации.

В отличие от рассмотренной ЛПС рассредоточенный подвод сплава через распределенные по периметру отливки питатели осуществляется при горизонтальном расположении питателей или с небольшим увеличением их уровня. Так как геометрический напор при заполнении питателей при этом не изменяется, то происходит монотонное возрастание скорости сплава в питателях. На выходе из питателей скорость сплава V существенно превышает значения ур. Это приводит к нарушению сформулированных в гл.2 условий оптимальности гидродинамического режима заполнения формы. Критерий оптимальности е может достигать 40% и более.

Поэтому для обеспечения качественного заполнения форм через данные ЛПС необходимо применять оптимальное управление заливкой форм, при котором металлопровод с питателями и полость формы заполняются с разными значениями коэффициентов Рит. В диссертации получены формулы для расчета газодинамических параметров.

Организация управления заливкой с использованием предложенных рекомендаций обеспечила получение качественных отливок без колебаний уровня сплава в процессе заливки.

Если термический центр отливки расположен сбоку внизу или на некоторой высоте, целесообразно применение боковой ЛПС. В данном случае длина питателей невелика (не более 30-50 мм). Поэтому можно принять, что ЛПС за-

полняется мгновенно и скорость сплава на выходе из питателя практически равна уп=ур.

При выполнении условия со^о)^0,6 условия качественного заполнения соблюдаются в широком интервале значений Если в отлив-

ке есть сужение потока, превышающее 40%, то следует примепять оптимальное управление.

Боковой подвод на некотором уровне применим, если уровень питателя пад низом формы не превышает 50 мм. Как показала практика применения этих систем, при большей высоте падения алюминиевых сплавов в полость формы из питателя возникают дефекты, связанные с окислением сплава и разрывом оксидной плены. Поэтому при более высоком положении термического центра или нескольких термических центрах по высоте отливки следует осуществлять подвод сплава на двух или нескольких уровнях (рис. 8).

В ходе компьютерных расчетов по решению гидродинамических уравнений установлено, что влияние площадей питателей на продолжительность заливки незначимо в принятых диапазонах их варьирования (02.<(oJa)¿£L и 0,2<й>в/й>с<2). Для исключения колебаний уровня сплава в стояке его площадь должна удовлетворять условию Гидравлический расчет данных си-

стем сводится к определению значений газодинамических коэффициентов и определению минимального значения отношения площадей нижнего питателя сои и стояка при которой максимальный перепад уровней сплава в стояке и полости формы АН пе превышает допустимых значений. Как показали лабораторные и промышленные эксперименты, при мм при литье алюминиевых сплавов

происходит сильное возмущение свободной поверхности сплава в форме падающей из верхнего питателя струей сплава после заполнения стояка. Это приводит к замешиванию оксидной плены в расплав и браку отливок по пленам.

В диссертации разработаны формулы для расчета коэффициентов р или т, а также минимальной площади нижнего питателя в зависимости от высоты стояка и отливки, площади формы и стояка.

Вертикально-щелевые системы применяются при заполнении форм для отливок с протяженными топкими стенками и при наличии нескольких термических узлов по высоте отливки. Как показали результаты гидромоделиро-вапия при заполнении формы через вертикально-щелевую ЛПС в месте перехода сплава из щели в полость формы имеет место гидравлический прыжок. При перепаде уровней сплава па щели превышающем 40 мм, гидравлический прыжок сопровождается образованием обширной поперечной вихревой зоны на свободной поверхности сплава. В полученных отливках при этом наблюдаются оксидные плены, которые замешиваются в расплав при возмущении головы потока сплава при заливке. Поэтому ЛПС должна быть сконструирована таким образом, чтобы перепад уровней сплава в стояке и полости формы не превышал 40 мм. Для ограничения высоты падения струи из стояка в указанных пределах ширина щели должна быть не меньше некоторого минимального значения В результате обработки машинных экспериментов по решению гидродинамических уравнений получены формулы для расчета минимальных значений ширины щели и значений газодинамических коэффициентов

или т обеспечивающих заливку формы за заданное время. Для исключения колебаний уровня сплава в стояке должно выполняться условие о)с>0,6 сим. Гидравлический расчет вертикально-щелевых ЛПС сводится к определению диаметра стояка и значения коэффициентов /? или т и минимальной ширины щели.

Приведенные в гл. 5 рекомендации являются необходимыми с точки зрения оптимизации гидравлического режима заливки. Для окончательного решения вопроса о выборе размеров ЛПС необходимо рассмотреть тепловые условия их работы с точки зрения обеспечения непрерывного питания отливки из металлопровода через литники. Этим вопросам посвящена гл.6. Непрерывное питание отливки из металлопровода через ЛПС требует обеспечения направленного к металл опроводу затвердевания отливки и литников. В качестве условия направленного затвердевания таких объемно затвердевающих сплавов, как алюминиевые, было принято следующее требование: продолжительности затвердевания поперечных сечений отливки и литников а также продолжительности достижения центров сечений фронтом нулевой жидкотекучести должны монотонно увеличиваться по направлению к металлопроводу. При

этом - расстояние соответствующего сечения от

ду ду

металлопровода. Для обеспечения фильтрационного питания необходимо, чтобы продолжительность затвердевания сечения отливок в месте подвода литников была меньше продолжительности снятия перегрева во входном сечении литников. Это также обеспечивает слив металла после затвердевания отливки и повышение выхода годного.

Специфика методов ЛРД состоит в том, что при нижнем подводе сплава естественная конвекция сплава затрудняет организацию направленного затвердевания вследствие выноса более нагретого расплава вверх. Напротив охлаждение расплава в процессе заполпения формы должно способствовать направленному затвердеванию.

Для исследования влияния процесса заполнения формы и естественной конвекции сплава на процесс затвердевания отливки были выполнены эксперименты по машинному моделированию заполнения форм и затвердевания плоских отливок из сплава АК7ч в условиях ЛВВ. В расчетах осуществляли решение комплексной краевой задачи, включающей в себя гидродинамические и теплофизические уравнения. На этапе заполнения формы в систему уравнений входили уравнения (4-7,19). На этапе затвердевния сплава после заполнения формы для учета влияния естественной конвекции во всех элементарных ячейках с температурой выше температуры нулевой жидкотекучести расчет полей скоростей осуществляли с учетом представления массовой силы в приближении Буссинеска.

где ра - плотность сплава при температуре Т10;

Г<7"о - температура сплава в ячейке в данный момент времени; а, - коэффициент термического расширения жидкого сплава (для сплава АК7ч было принято ат=1,2-1(Г4К~1).

Решение задачи осуществляли по описанному выше методу потоков. В расчетах фиксировали продолжительность прохождения центров элементарных ячеек фронтами ликвидуса Гдии,, нулевой жидкотскучести т„ и солидуса гмт„ а также распределение температур в потоке сплава в процессе заполнения полости формы.

При соответствующих условиях выполняли эксперименты по изготовлению отливок из сплава АК7ч при ЛВВ, ЛИД и ЛПрД, в которых в осевых точках сечения по высоте отливки и длине литника устанавливали спаи хромель-алюмелевых термопар. По записанным температурным кривым охлаждения сплава определяли величины Расчеты и эксперименты выполня-

ли при нижнем центральном и боковом подводе сплава.

Как показали расчеты и натурные эксперименты, рассмотренные выше критерии направленности затвердевания при постоянной по высоте отливки толщине стенки не выполняются. Величины т^, и т„ж по высоте отливки изменяются немонотонно. От низа отливки до ее термического центра они увеличиваются, а затем уменьшаются. Как показали сравнительные расчеты, термический центр отливки при расчетах без учета естественной конвекции (от =0) располагается на уровне (0,5-0,6) Д"отл. Естественная конвекция существенно смещает термический центр отливки вверх до уровня Вследствие естественной конвекции термический центр отдаляется от расположенного внизу питающего элемента (питателя). Это затрудняет организацию направленного затвердевания. Организация непрерывного питания отливки через литники без применения прибылей возможна лишь при технологичтюй конструкции отливки. Технологичность отливок, изготовляемых при ЛРД, предполагает не только последовательное уменьшение толщин стенок по мере удаления от места подвода сплава, по и обеспечение необходимых минимальных уклонов стенок, называемых конусностью питания.

Для расчета конусности питания в диссертации выполнены решения краевых задач тепломассообмена при затвердевании отливок с разными уклонами стенок с учетом естественной конвекции. В результате обработки расчетных данных были получены расчетные формулы для разных способов подвода сплава. С целью проверки адекватности формул были выполнены эксперименты по изготовлению плоских отливок из сплава ЛК7ч иАЛ7-3 Л в условиях ЛВВ и ЛИД. В экспериментах измеряли температуры по высоте отливки и определяли плотность темплетов, вырезанных из отливок, по методу гидростатического взвешивания. По значениям плотности оценивали пористость сплава по формуле - плотность предварительно прокованного до постоянного значения плотности образца.

Как показали результаты экспериментов, при расчетных значениях

Эг, „ <3г_

конусности питания обеспечивается выполнение условий и

получение качественных отливок. При этом пористость сплава в отливках находится на уровне 0,5-2,0 %, что в 2-2,5 раза меньше, чем при обычном кокильном литье.

Назначение конусности питания в соответствии с полученными выше рекомендациями обеспечивает получение качественных отливок без усадочных дефектов лишь при непрерывном питании отливки через литники из ме-таллопровода.

Для рассмотренных в гл.5 типов ЛПС можно выделить 3 основных типа для анализа тепловой работы ЛПС:

- нижний центральный подвод сплава;

- боковой подвод сплава;

- вертикально-щелевая ЛПС.

Для всех указанных типов были сформулированы краевые задачи процессов тепломассопереноса в системе «отливка-питатель-форма». Для ЛПС со стояком в систему включали и стояк.

С целью получения формул для расчета геометрических параметров ЛПС, при которых обеспечивается выполнение приведенных выше условий направленности затвердевания, были выполнены машинные эксперименты по решению указанных краевых задач.

При соответствующих условиях были выполнены эксперименты по изготовлению отливок из сплава АК7ч с использованием разных типов ЛПС. В экспериментах определяли величины по высоте отливки. В натурных экспериментах определяли также распределение пористости по высоте отливок. После обработки данных машинных экспериментов были получены формулы для расчета геометрических размеров ЛПС.

В диссертаци разработана методика расчета размеров литников (их толщины и ширины). При рассредоточенном подводе получены формулы для расчета числа питателей по периметру отливки.

Как показали эксперименты по изготовлению отливок при ЛРД из сплава ЛК7ч, при расчетных значениях размеров литников обеспечивается монотонное увеличение величин по длине литников по мере удаления от термиче-

ского центра отливок. При этом в отливках отсутствовали усадочные дефекты, а пористость сплава находилась на уровне 0,5-1,7 %. При невыполнении условий в отливках обнаруживались усадочные дефекты в виде крупных пор и раковин. Эксперименты показали, что при ЛПрД вследствие действия повышенного (до 0,5 МПа) всестороннего газового давления обеспечивается снижение пористости отливок до 0,2-0,8 %.

Размеры ЛПС, определенные с точки зрения требования обеспечения непрерывного питания отливки через литники, должны быть согласованы с гидродинамическими требованиями, сформулированными в гл. 5.

В главе 7 на основе обобщения полученных в предыдущих главах формул и рекомендаций разработана автоматизированная система расчета технологических параметров изготовления отливок при ЛРД.

По введенным в ЭВМ исходным данным система позволяет рассчитать весь комплекс технологических параметров изготовления отливок:

- оптимальную продолжительность заливки формы;

- способ управления заливкой формы;

- значения площадей дросселирующих устройств при заполнении металлопровода и отдельных участков полости формы, а также моментов времени их переключения;

- значения газодинамических параметров процесса;

- размеры элементов литниково-питающей системы;

- тип кокильной краски в полости формы и в литниках и толщину кокильного покрытия.

При отсутствии термостабилизации формы система позволяет определить температуру нагрева формы перед первой заливкой, толщину стенки формы и степень оребрения ее наружной поверхности. Эти параметры обеспечивают стабильное получение отливок при заданном уровне механических свойств и параметров макро- и микроструктуры в процессе последовательного изготовления отливок на технологической установке. При этом разброс механических свойств не превышвет 15-20%, а их уровень на 30-40% превышает требования стандарта.

Внедрение оптимизации параметров теплового режима формы обеспечило экономический эффект 94 тыс. руб. в ценах 1989 года (ориентировочно 1 млн руб. в современных ценах).

Разработанная автоматизированная ситема опробована при изготовлении 30 типовых промышленных отливок из номенклатуры предприятий «Урал-трансмаш», «Курганмашзавод», «Уральский оптико-механический завод», «Уральский турбомоторный завод», а также в Уральском научно-исследовательском технологическом институте. Она принята к использованию на этих предприятиях, о чем имеются заключения и акты, приведенные в приложении к диссертации.

В процессе опробования и использования системы установлено, что в зависимости от отливки время, затрачиваемое на выполнение расчетов не превышает 5-15 минут, что значительно сокращает трудоемкость проектирования технологии. Расчетные параметры позволяют получать качественные отливки без длительной дорогостоящей доводки технологии. Применение предлагаемой системы позволяет на 10-15% повысить коэффициент использования металла в заготовке, снизить трудоемкость механической обработки, до 80-90% повысить выход годного, в 1,5-2 раза снизить пористость отливок. Ожидаемый экономический эффект от использования системы в расчете на освоение технологии производства одной отливки в зависимости от массы отливки составляет от 1000 до 10000 рублей.

Получено 5 свидетельств Роспатента об официальной регистрации и включении в государственный реестр разработанных в диссертации компьютерных программ.

Заключение

В соответствии с поставленной целью в диссертации решена научная проблема по разработке комплексной теория методов ЛРД и созданию научно обоснованной системы оптимальной организации технологических процессов

получения отливок методами ЛРД, позволяющей расширить сферу применения методов ЛРД, обеспечивающей получение качественных отливок сложной конфигурации с большими перепадами толщин стенок, повышение КИМ и выхода годного до 80% и более, резкое снижение затрат на проектирование и освоение технологии.

В работе проведены экспериментальные и промышленные исследования, а также математическое моделирование процессов формирования отливок при ЛРД, что позволило разработать научно обоснованные методики определения оптимальных значений технологических параметров.

Предложенная система организации технологии сводится к следующему:

- применение оптимального управления заливкой форм, сводящегося к реализации оптимального кусочно-линейного закона изменения разрежения или избыточного давления в камере машины, параметры которого определяются по разработанной в диссертации методике с учетом реальной конфигурации отливки;

- определение оптимальной продолжительности или скорости заливки, осуществляющееся с учетом специфики ЛРД, размеров и типа конфигурации изготовляемых отливок, по разработанной в диссертации методике;

- определение параметров заливки тонкостенных отливок в соответствии с разработанной в диссертации методики расчета заполняемое™ форм сплавом;

- выбор типа литниково-питающих систем, обеспечивающих подвод сплава из металл опровода во все термические узлы отливки. Это позволяет исключить применение прибылей и повысить до 80% и более выход годного;

- обеспечение технологичности отливок за счет реализации направленной к металлопроводу или к питателям минимальной конусности питания, рассчитываемой по разработанной в диссертации методике;

- применение разработанной в диссертации автоматизированной системы расчетов для определения оптимальных значений технологических параметров: скорости заливки и необходимого для ее обеспечения темпа изменения перепада давлений на расплав; параметров газовой системы для настройки системы оптимального управления заливкой форм; размеров и условий теплоизоляции литниково-питающей системы, при которых обеепчеивается плавное, качественное заполнение форм сплавом и непрерывное питание отливки из тигля через металлопровод и литниковую систему; тепловых и геометрических параметров металлических форм, обеспечивающих высокую стабильность механических свойств полученных отливок.

Реализация указанной системы и предложенной организации технологии позволяет резко сократить расходы на ее проектирование и освоение, повысить выход годного, коэффициент использования металла и эксплуатационные свойства сплава, а также обеспечить получение качественных отливок в широком диапазоне перепадов толщин стенок (от 0,1 до 10 мм) и скоростей заливки (до 20 см/с).

По теме диссертации опубликованы 1 учебник и учебное пособие, 67 статей и докладов. Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Книги (учебники и учебные пособия)

1. Технология литейного производства: Учеб./Б.С Чуркин, Э.Б. Гофман, С.Г.Майзель, А.В. Афонаскип, В.М. Миляев, А.Б. Чуркин, А.А.Филиппенков. -Екатеринбург, 2000. - 662 с.

2. Чуркин Б.С., Гофман Э.Б., Чуркин А.Б. Специальные методы литья: Учеб пособие для вузов.- Екатеринбург, 1992,- 127 с.

Статьи и доклады

3. Расчет литниковых систем при литье под регулируемым давлени-ем/Б.С Чуркин, Э.Б. Гофман, Г.П. Шумихин, А.Б. Чуркин//Литейное производство. №10. 1985.

4. Чуркин Б.С., Чуркин А.Б. Расчет оптимальных параметров заливки форм под регулируемым давлснием//Литейпое производство. №10,1988. С.22-23.

5. Чуркин Б.С., Чуркин А.Б. Статистическое моделирование теплового режима металлических форм//Литейное производство. №10. 1990. С.22-23.

6. Чуркин А.Б., Гофман Э.Б., Шабалин АЛО. Опыт проектирования технологии с помощью ЭВМ при литье под регулируемым давлением// Литейное производство. №10.1990. С.20-21.

7. Чуркин А.Б., Чуркин Б.С. Оптимизация теплового режима кокилей для полых цилиндрических отливок//Известия вузов. Машиностроение. №6. 1991. С. 36-41.

8. Чуркин А.Б., Чуркин Б.С. Методика автоматизированного расчета тепловых и геометрических параметров металлических форм//Известия вузов. Машиностроение. №12.1991. С. 86-88.

9. Чуркин Б.С, Чуркин А.Б. Оптимальные условия формирования отливок в металлических формах//Литейное производство. №2.1994. С.ЗО-31.

10. Чуркин А.Б., Чуркин Б.С, Клюев В.А. Статистический анализ надежности технологии изготовления отливок литьем под регулируемым газовым давленим//Совершенствование литейных процессов. Труды международной конференции литейщиков.-Екатеринбург: Изд-во УГТУ. С 140-144.

11. Чуркин Б.С, Графман З.И., Чуркин А.Б. Статистическое моделирование технологических процессов в литейпом производстве/Труды международной конференции литейщиков. - Липецк, 1989.

12. Оптимизация характера изменения перепада газового давления на расплав в процессе заполнения форм при литье под регулируемым давле-нием/А.Б. Чуркин, Б.С Чуркин, Э.Б. Гофман, Ю.И. Категоренко// Литейное производство. №2.2002. С.31-32.

13. Чуркин Б.С, Чуркин А.Б., Гофман Э.Б. Оптимальное управление заливкой форм при литье под регулируемым давлением. Беларусь. Минск// Литье и металлургия. №2.2002.

14. Влияние перепада давлений на заполнение формы при литье под регулируемым давлением//А.Б. Чуркин, Б.С. Чуркин, Э.Б. Гофман, Ю.И. Катего-ренко//Литсйное производство. №4 2002. С. 15-17.

15. Чуркин А.Б. Расчет литникво-питающих систем при литье под регулируемым давлением//Литейное производство. №6.2002 (приложение). СЗ-5.

16. Об изменении избыточного давления в камере установки для литья под низким давлением/Л.Б. Чуркин, Б.С. Чуркин, Э.Б. Гофман, Ю.И. Катего-ренко//Литейное производство. №6.2002. С.33—35.

17. Чуркин А.Б. Система автоматизированных расчетов технологичес-их параметров при литье под регулируемым давлением//Литейное производство. №7.2002 - С. 27-29.

18. Чуркин Б.С, Чуркин Л.Б., Гофман Э.Б. Оптимальное управление заполнением форм сплавом при литье под регулируемым давлением//Труды У съезда литейщиков России. - М., 2001. - С. 366-370.

19. Чуркин А.Б. Организация питания отливок при литье под регулируемым давлением/ЛГрупы У1 съезда литейщиков России. — М., 2003. — С. 143—149.

20. Расширение сферы применения и повышение эффективности методов литья под регулируемым давлением/Б.С.Чуркип, А.Б. Чуркин, Э.Б. Гофман, Ю.И. Категоренко//Труды У1 съезда литейщиков России. - М., 2003. - С. 170-174.

21. Чуркип Л.Б. Эффективность прихменеииея автоматизированной системы расчетов технологических параметров изготовления отливок при литье под регулируемым давлением//Литейщик России. №9.2003. С.32-33.

22. Чуркип А.Б. Закономерности заполнения форм сплавом при литье под регулируемым давлепием//Литейщик России. №11. 2003. С.13-16.

23. Чуркин А.Б. Направленное затвердевание отливок из алюминиевых сплавов при литье пол регулируемым давлением//Литейиое производство. №9 (приложение). 2003. С.6-8.

24. Чуркин А.Б., Гофман Э.Б., Карпов В.В. Оптимальная организация технологии изготовления отливок по пенополистироловым моделям вакуумным всасыванием//Литейное производство. №11.2003. С.43.

25. Чуркин А.Б. Организация питания отливок при литье под регулируемым давлением//Литейное производство. №11.2003. С.43.

26. Чуркин А.Б., Категоренко Ю.И. Управление заливкой форм при литье вакуумным всасыванием//Литейное производство. №12 (приоложение). 2003. С.5-6.

27. Чуркин А.Б. Расчет литниково-питающих систем при литье под регулируемым давлением при подводе на двух уровнях//Литешцик России. №2. 2004. С. 18-20.

Авторские свидетельства

28. Чуркин А.Б., Чуркин Б.С. Свидетельство Роспатента №2003611605 об официальной регистрации компьютерной программы для ЭВМ «Ргоекйех». М., 4.07.2003.

29. Чуркин А.Б., Категоренко Ю.И., Гофман Э.Б. Свидетельство Роспатента №2003612274 об официальной регистрации компьютерной программы для ЭВМ «Ргоек: Ь^^». М., 18.08.2003.

30. Чуркин А.Б. Свидетельство Роспатента №2003612273 об официальной регистрации компьютерной программы для ЭВМ «ОТЫ 1». М., 06.10.2003.

31. Чуркин А.Б. Свидетельство Роспатента №2003612271 об официальной регистрации компьютерной программы для ЭВМ «ОТК 2». М., 06.10.2003.

32. Чуркин А.Б., Чуркин Б.С. Свидетельство Роспатента №2003612272 об официальной регистрации компьютерной программы для ЭВМ «8ЛРРОЯМ». М., 06.10.2003.

Подписано в печать 08.09.2004. Формат 60x84/16.

Бумага для множ. Аппаратов. Усл. печ. л. 2,03 Уч.-изд.

Тираж 100 экз. Заказ № ЯО$

Уральский государственный технический университет УГТУ-УПИ. 620002

Екатеринбург, ул. Мира, 19._____________

Отпечатано на ризографе Российского государственного профессионально-педагогического университета. 620012 Екатеринбург, ул. Машиностроителей,! 1.

>1648«

Введение.

Глава 1. Анализ современного состояния вопроса.

1.1. Управление заливкой форм.

1.2. Затвердевание и питание отливок при литье под регулируемым давлением.

1.3. Расчет и конструирование литниковых систем при ЛРД

1.4. Оптимальная продолжительность заполнения форм при ЛРД 42 Выводы и задачи исследования.

Глава 2. Оптимизация гидродинамических процессов при заполнении форм при литье под регулируемым давлением.

2.1. Математическая модель гидравлических процессов при заполнении полости формы при ЛРД и ее численная аппроксимация.

2.2. Организация выполнения машинных экспериментов.

2.3. Анализ результатов машинных экспериментов.

2.4. Исследование гидравлического режима заполнения форм при наличии сужения сечения потока.

2.5. Критерии оптимизации гидравлического режима заполнения формы. Обеспечение оптимального режима заливки

2.6. Особенности применения предложенной методики оптимизации гидравлического режима заполнения формы применительно к литью под низким давлением и с противодавлением.

2.7. Экспериментальная проверка адекватности результатов математического моделирования.

Выводы.

Глава 3. Разработка системы управления газодинамическими процессами в установках ЛРД, обеспечивающей оптимальные условия заливки форм.

3.1. Математическая модель истечения воздуха через ряд последовательно включаемых дросселирующих устройств с различными площадями проходного сечениями.

3.2. Методика проведения машинных экспериментов.

3.3. Анализ данных машинных экспериментов.

3.4. Экспериментальное исследование закономерностей изменения перепада давлений на расплав при управлении процессом путем последовательного включения дросселирующих устройств с различными проходными сечениями

Выводы.

Глава 4. Оптимальная продолжительность заливки форм при литье под регулируемым давлением.

4.1. Характеристика дефектов отливок, связанных с заполнением формы в условиях ЛРД.

4.2. Типовые конструкции элементов отливок.

4.3. Методика выполнения экспериментов. Анализ результатов

4.4. Заполняемость форм сплавом. Расчет максимальной продолжительности заливки тонкостенных элементов отливок

Выводы.

Глава 5. Оптимизация гидравлических процессов в литниковопитающих системах (ЛПС).

5.1. Литниково-питающие системы, осуществляющие нижний центральный или распределенный по периметру отливки подвод сплава из металлопровода.

5.2. Литниково-питающие системы, осуществляющие боковой подвод сплава к отливке.

5.3. Литниково-питающие системы при боковом подводе сплава на некотором уровне по высоте отливки.

5.4. Вертикально-щелевые литниково-питающие системы.

5.5. Экспериментальная проверка полученных результатов.

Выводы.

Глава 6. Оптимизация теплового режима заполнения форм при ЛРД

6.1. Влияние заполнения формы и естественной конвекции сплава на процесс затвердевания отливки.

6.2. Обеспечение направленного затвердевания отливок при ЛРД

6.2.1. Расчет конусности питания при боковом нижнем подводе ЛПС.

6.2.2. Расчет конусности питания при нижнем подводе сплава.

6.3. Разработка методики теплового расчета литниково-питающих систем.

6.3.1. Тепловой расчет нижней боковой литниковопитающей системы.

6.3.2. Тепловой расчет литниково-питающей системы при нижнем подводе сплава.

6.3.3. Тепловой расчет щелевых литниково-питающих систем.

Выводы.

Глава 7. Разработка системы автоматизированного расчета оптимальных технологических параметров изготовления отливок при ЛРД.

7.1. Последовательность определения параметров заполнения формы и формирования отливки.

7.1.1. Анализ конструкции отливок.>

7.1.2. Определение характерных геометрических размеров отливки.

7.1.3. Расчет продолжительности или скорости заливки полости формы.

7.1.4. Расчет газодинамических параметров заливки форм

7.1.5. Расчет параметров системы при управлении процессом с помощью дросселирующих устройств

7.1.6. Выбор места подвода сплава и типа ЛПС.

7.1.7. Расчет параметров литниково-питающих систем.

7.1.8. Расчет прибылей.

7.1.9. Оптимизация теплового режима металлической формы в естественных условиях ее охлаждения.

7.2. Система автоматизированного расчета оптимальных технологических параметров.

7.3. Эффективность применения системы автоматизированного расчета технологических параметров.

Выводы.

Методы литья с использованием регулируемого перепада давлений на расплав позволяют решать многие проблемы литейного производства. Широкое использование методов литья под низким давлением, с противодавлением и особенно вакуумным всасыванием обеспечивает повышение экономической эффективности, экологической чистоты технологии и конкурентоспособности литейного производства как основной заготовительной отрасли машиностроения.

Среди основных преимуществ указанных методов литья можно выделить следующие [15,17, 27, 28, 53-55, 60, 79, 81, 85, 92,104, 135]:

• они позволяют осуществить не только регулирование общей продолжительности заливки форм, но и целенаправленное управление характером движения расплава при заполнении отдельных участков полости формы;

• подвод металла через металлопровод позволяет существенно интенсифицировать процесс питания затвердевающей отливки, снизить расход металла на прибыли и повысить выход годного до 90 % и более;

• благодаря повышению заполняемое™ форм, особенно при литье вакуумным всасыванием, можно сократить или полностью исключить технологические напуски и припуски, что, как показывает практика, позволяет существенно повысить коэффициент использования металла в заготовке (КИМ) и снизить трудоемкость механической обработки отливок;

• интенсификация теплообмена между отливкой и формой путем приложения давления в сочетании с различивши методами воздействия на ~ расплав создает возможность эффективно управлять кристаллической структурой отливки, позволяет повысить эксплуатационные свойства отливок;

• наличие камеры, в которой находится отливка при литье вакуумным всасыванием и с противодавлением, исключает выделение вредных газообразных продуктов в атмосферу цеха;

• возможность создания средств комплексной механизации и автоматизации технологических процессов обеспечивает снижение их трудоемкости и существенное улучшение условий труда.

Практическая реализация указанных преимуществ возможна лишь на основе разработки комплексной теории общих и специфических для данных методов процессов, создания методов оптимизации определяющих технологических параметров.

Решением этих вопросов в последние десятилетия активно занимались отечественные и зарубежные ученые. В разработку теории и технологии методов литья под регулируемым давлением большой вклад внесли Б.М.Ксенофонтов, В.К.Бедель, Г.И.Тимофеев, Г.П.Борисов, Ф.М.Котляр-ский, Н.Н.Белоусов, Б.С.Чуркин, Э.Ч.Гини, В.Н.Майоров и др. Ими созданы основы теории и технологии методов литья, что позволило обеспечить их внедрение на многих машиностроительных предприятиях.

Однако, в настоящее время уровень использования методов литья под регулируемым давлением (ЛРД) в промышленности относительно мал, а их преимущества реализуются не в полной мере. Кроме причин чисто конъюнктурного характера, это вызвано наличием ряда нерешенных научно-технических проблем.

Фактически не разработаны методы оптимального управления заливкой форм. В существующих установках обеспечивается практически линейный закон изменения перепада давлений на расплав в процессе заливки, темп которого постоянен во времени и на практике определяется методом проб и ошибок. В этих условиях качественное заполнение форм возможно лишь для отливок с относительно небольшими перепадами толщин стенок. Особые проблемы возникают при изготовлении сложных отливок, содержащих тонкостенные элементы. В этих случаях для обеспечения плавного, качественного заполнения форм приходится делать технологические напуски, что снижает коэффициент использования металла в заготовке и увеличивает трудоемкость механической обработки отливок.

Недостаточно разработаны методы расчета литниково-питающих систем (ЛПС). Ввиду отсутствия научно обоснованных методов расчета, конструирование ЛПС осуществляется эмпирически. Процесс отладки и доводки технологии часто занимает несколько месяцев и сопряжен со значительными расходами.

Из всех разновидностей методов ЛРД наибольшее внимание уделено литью под низким давлением (ЛНД). Недостаточно разработана теория и технология литья вакуумным всасыванием (ЛВВ), которое по сравнению с другими методами ЛРД имеет ряд существенных преимуществ, особенно для отливок сложной конфигурации с тонкостенными элементами.

Отсутствуют четкие требования к технологичности конструкции отливок с точки зрения специфики ЛРД.

Большое значение имеет повышение надежности технологии. При ЛРД количество определяющих факторов увеличивается, что предполагает необходимость разработки принципов оптимизации технологических процессов, обеспечивающих стабильное получение качественных отливок.

В связи со сказанным, целью данной диссертационной работы является создание комплексной теории методов литья под регулируемым давлением и разработка системы оптимального управления процессами формирования отливок и автоматизированного расчета оптимальных технологических параметров.

Работа выполнялась в соответствии со следующими программами Гособразования СССР, АН СССР, Совета Министров СССР, Министерства образования Российской Федерации: Математическое моделирование в научных технических системах; Управление нелинейными динамическими объектами; Новые технологии и автоматизация производственных процессов в машиностроении; Повышение надежности систем «Машина-человек-среда»; Математические методы моделирования и управления в народном хозяйстве; Технология литейного производства (грант Министерства образования Российской Федерации).

Диссертация направлена на решение следующих задач:

• системное математическое, натурное и гидромоделирование гидродинамических и газодинамических процессов при ЛРД и определение четких границ применимости существующих методов управления заливкой форм при ЛРД;

• разработка и обоснование критериев оптимальности управления заливкой форм при ЛРД;

• разработка системы оптимального управления заливкой форм при ЛРД;

• постановка сопряженной краевой задачи тепломассопереноса при заполнении форм и затвердевании отливок при ЛРД и разработка экономного и устойчивого алгоритма ее численной реализации;

• выполнение системных машинных и натурных экспериментов по исследованию заполняемости форм при ЛРД и разработка методов расчета максимальной продолжительности заливки форм;

• разработка рекомендаций по расчету оптимальной продолжительности заливки форм при ЛРД;

• разработка методов расчета разных типов ЛПС при ЛРД на основе оптимизации тепловых и гидродинамических процессов;

• создание системы автоматизированного проектирования технологического процесса формирования отливки.

Выполненные исследования позволили получить следующие новые научные результаты:

• экспериментально и методом математического моделирования исследованы закономерности истечения расплава в полость формы при нижнем и боковом подводе в условиях ЛРД;

• разработан алгоритм математического моделирования по методу потоков процессов тепломассопереноса при заполнении полости формы и затвердевании отливки при ЛРД;

• исследованы закономерности изменения разрежения или избыточного давления в камере машины ЛРД при управлении заливкой с помощью дросселирующего устройства с дискретно изменяющейся площадью проходного сечения;

• разработана методика оптимизации гидравлического режима заполнения форм при ЛРД, обоснованы критерии оптимальности управления заливкой;

• установлена оптимальная кусочно-линейная зависимость перепада давлений на расплав в процессе заливки форм при ЛРД, получены формулы для расчета темпов изменения перепада давлений при заполнении металлопровода и отдельных участков полости формы;

• исследованы закономерности тепломассопереноса в потоке сплава при заполнении тонкостенных отливок в условиях ЛРД, получены формулы для расчета максимальной продолжительности заливки;

• исследованы гидравлические режимы работы семи основных типов ЛПС, получены формулы для определения оптимальных диапазонов технологических и геометрических параметров;

• методом математического моделирования исследовано влияние естественной и вынужденной конвекции на кинетику затвердевания отливки при ЛРД, установлено существенное влияние естественной конвекции на организацию направленного затвердевания отливок при ЛРД;

• разработана методика оптимизации тепловых условий для основных типов ЛПС для ЛРД с точки зрения обеспечения непрерывного питания отливки из металлопровода.

Основные практические результаты диссертации сводятся к следующему:

• разработана система автоматического оптимального управления заливкой форм, позволяющая значительно расширить сферу применения ЛРД и обеспечивающая плавное, качественное заполнение форм даже при десятикратном перепаде площадей поперечного сечения;

• разработана методика определения площадей дросселирующих устройств, обеспечивающих заданные темпы изменения перепада давлений на расплав в процессе заполнения металлопровода и отдельных участков полости формы;

• разработана методика определения оптимальных продолжитель-ностей заливки формы и соответствующих им газодинамических параметров, характеризующих темп создания разрежения или избыточного давления в камере машины;

• предложены методы и получены соответствующие формулы для расчета литниково-питающих систем при нижнем, рассредоточенном, боковом, вертикально-щелевом подводе сплава, а также при заполнении формы через два расположенных на разных уровнях питателя;

• предложена методика оптимизации теплового режима металлических форм в естественных условиях их охлаждения, обеспечивающая получение отливок со стабильным уровнем их эксплуатационных свойств;

• разработана система комплексного автоматизированного расчета всех основных технологических параметров применительно к ЛВВ, ЛНД и литью с противодавлением (ЛПрД).

Эффективность разработанной системы была проверена на основных типах изготовляемых при ЛРД промышленных отливок. Применение системы показало, что она позволяет определить весь комплекс технологических параметров, обеспечивающих получение качественных отливок с минимальной последующей доводкой технологии. При этом повышается на 10-15 % коэффициент использования металла в заготовке, до 80 % и более выход годного, в 1,5-2 раза снижается пористость сплава в отливках.

Система принята к использованию на предприятиях ГУЛ «Урал-трансмаш», ГУЛ «Уральский оптико-механический завод», АО «Уральский турбомоторный завод» и АО «Курганмашзавод». Внедрение рекомендаций по оптимизации теплового режима металлических форм обеспечило получение экономического эффекта около 1 млн руб. Получено 5 ав-тоских свидетельств о государственной регистрации разработанных компьютерных программ, предназначенных для расчета технологических параметров и анализа процессов формирования отливок при литье под регулируемым давлением.

В диссертации сформулированы следующие новые научные положения, которые выносятся на защиту:

• в качестве критерия оптимальности гидравлического режима заполнения форм при ЛРД можно принять относительное отклонение скорости сплава от соответствующих значений скорости изменения разности действующих на расплав пьезометрических напоров. Плавное, качественное заполнение форм сплавом обеспечивается, если значение данного критерия не превышает 10%;

• оптимальное управление заливкой форм при ЛРД включает дискретное изменение темпа нарастания перепада газового давления при переходе расплава через участки резкого расширения и сужения потока в соответствии с предложенными рекомендациями;

• при относительном перепаде уровней сплава на свободной поверхности потока, превышающем 15%, возникают поперечные циркуляционные потоки, приводящие к недопустимым с точки зрения качества отливки возмущениям свободной поверхности сплава;

• инерционными явлениями в газовой сети установок ЛРД при дискретном изменении площади управляющего дросселирующего устройства можно пренебречь;

• естественная конвекция в затвердевающем расплаве приводит к существенному смещению вверх термического центра отливки. Это приводит к затруднению организации питания отливок при ЛРД, при котором преимущественным является нижнее расположение литниково-питающих систем;

• для обеспечения непрерывного питания отливки через ЛПС, тепловые и геометрические характеристики ЛПС должны обеспечить необходимое значение отрицательных продольных градиентов продолжительности затвердевания сечений питателей и отливки, а также продолжительности достижения центров сечений фронтом нулевой жидкотекучести.

Результаты работы были доложены на международных конференциях в г. Липецке (1989 г.) и Екатеринбурге (1999 г.), республиканской конференции в г. Днепропетровске (1990 г.), на пятом и шестом съездах литейщиков России (2001, 2003 гг.), на региональных конференциях в Перми, Омске, Рыбинске и Екатеринбурге.

Выводы

1. Разработанная система автоматизированного расчета технологических параметров основана на комплексном использовании приведенных в предыдущих главах результатов исследования гидродинамических и газодинамических процессов при ЛРД.

- '2: Методы расчёта газодшсамЕгчёЙкйх"параметров процесса и расчетные рекомендации по характеру изменения темпа нарастания избыточного давления или разрежения в камере литейной машины обеспечивают выполнение приведенных в гл.2 критериев оптимизации гидравлических процессов при ЛРД.

3. Расчетные методы для определения параметров ЛПС разработаны для широкого класса типов ЛПС. Определяемые параметры ЛПС обеспечивают оптимальные гидравлические и тепловые режимы их работы.

4. Система автоматизированного расчета технологических параметров опробована на большом числе производственных отливок. Опробование показало ее высокую эффективность. Применение системы позволяет существенно снизить затраты времени на разработку технологического процесса и освоение технологии, обеспечивает получение качественных отливок с 1—3-й заливки при минимальной доводке технологических параметров. При этом обеспечивается снижение расхода металла на ЛПС, повышение выхода годного и коэффициента использования металла в заготовке до 80 % и более.

5. Система автоматизированных расчетов технологических параметров опробована и принята к использованию на предприятиях ФГУП ПО «Уралтрансмаш», ФГУП ПО «Уральский оптико-механический завод», АО «Курганмашзавод», АО «Уральский турбомоторный завод» и АО «Уральский научно-исследовательский технологический институт».

6. На программу, реализующую систему автоматизированных расчетов получены свидетельства РОСПАТЕНТА № 2003611605 и № 2003612274 об официальной регистрации компьютерных программ.

330 а

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной целью в диссертации решена научная проблема повышения эффективности, расширения сферы применимости и обеспечения высокой надежности технологии методов литья под регулируемым давлением на основе комплексной оптимизации гидравлических, газодинамических и тепловых процессов при формировании отливок.

В результате выполненных исследований разработаны следующие принципы и научно обоснованные мероприятия по оптимальной организации технологического процесса.

1. Методы управления заливкой форм при ЛРД должны обеспечивать оптимальный характер заполнения сплавом отдельных участков полости формы с учетом их конфигурации без существенного развития процессов фонтанирования сплава, колебаний его уровня и развития поперечных вихревых зон на свободной поверхности потока.

В качестве критерия оптимальности гидродинамического режима заполнения форм при ЛРД в диссертации предложена и обоснована величина относительного отклонения скорости сплава в форме v от соответствующих значений скорости изменения разности действующих на расплав пьеd(APKIpg) \у-ур\ лппо/ зометрических напоров v = ——* ev =J-1 100%. dt vp

Как показали результаты численного и гидравлического моделирования, а также натурные эксперименты по заполнению форм алюминиевыми сплавами, качественное заполнение форм обеспечивается, если в процессе заливки значение sv не превышает 10 %.

2. С точки зрения указанного критерия оптимальности существующие методы управления заливкой форм при ЛРД, при которых темп изменения перепада давлений АРК, а следовательно и значение vp в процессе заливки формы практически постоянны, не являются оптимальными. В местах расширения или сужения потока происходит изменение скорости сплава v, что при постоянном значении vp приводит к увеличению sv. Как показали расчеты и эксперименты, д ля обеспечения качественного заполнения форм в данных условиях значения газодинамических коэффициентов или т, определяющих темп изменения перепада давлений не должны превышать некоторые максимально допустимые значения Дф и т^, зависящие от отношения площадей сечений отливки. Для исключения недопустимых с точки зрения качества отливки колебаний уровня сплава в местах сужения сечений полости формы отношение площадей сечений coi+\l(Oi должно быть не менее 0,6. Как показали эксперименты и производственный опыт, область применения существующих методов управления заливкой форм ограничивается интервалом значений отношений площадей сечений от 0,6 до

6 при скорости заливки, не превышающей 10 см/с. Это суживает сферу применения методов ЛРД. Особые проблемы возникают при изготовлении сложных отливок с тонкостенными элементами, для которых необходимо применение технологических напусков, снижающих коэффициент использования металла в заготовке и увеличивающих трудоемкость механической обработки. При невыполнении указанных условий необходимо применение оптимальных методов управления заливкой форм.

3. Оптимальный метод управления заливкой должен обеспечивать выполнение условия £v<10 % во всем, характерном для практики, диапазоне отношений площадей сечений отливки и скоростей заливки. Для этого необходимо обеспечить согласование значений скоростей v и vp при прохождении сплава через все участки сужения или расширения потока. В предложенном в диссертации методе это достигается путем дискретного изменения темпов нарастания перепада давлений и значений vp при заполнении отдельных участков полости формы с различными площадями поперечных сечений. При этом значения газодинамических коэффициентов или т изменяются обратно пропорционально отношению площадей.

В диссертации разработана методика расчета значений коэффициентов Р и т для условий заполнения различных участков полости формы. При оптимальном управлении реализуется кусочно-линейный закон изменения перепада давлений ЛРК, характеризующийся на разных участках полости формы различными значениями коэффициентов /? или т.

Экспериментальная проверка предложенного метода оптимального управления показала, что качественное заполнение форм обеспечивается в интервале отношений площадей сечений отливки от 0,1 до 10 при скорости заливки до 20 см/с, что охватывает практически всю номенклатуру изготовляемых при ЛРД отливок.

4. Для реализации предложенного метода разработана система автоматического управления заливкой форм при ЛРД. Она включает встроенное в газовую сеть машины устройство, содержащее ряд параллельно встроенных дросселирующих устройств (диафрагм) с разными проходными сечениями, которые последовательно включаются в работу. Настройка системы сводится к расчету площадей диафрагм, обеспечивающих соответствующие значения коэффициентов при заполнении различных участков полости формы, установке их в газовую систему, а также настройке реле времени на соответствующие времена включения той или иной диафрагмы. Для получения соответствующих расчетных формул были выполнены машинные эксперименты по решению математической модели, описывающей газодинамические процессы при истечении газа через ряд последовательно включаемых диафрагм.

Экспериментальная проверка работы предложенной автоматической системы показала ее высокую надежность. Погрешность реализации заданного закона изменения перепада давлений на расплав не превышала 510 %. Инерционность переключения диафрагм составляет не более 0,1 с.

5. Как и при любом методе литья при ЛРД продолжительность заливки должна находиться в некотором оптимальном диапазоне значений. Для определения этих диапазонов была выполнена укрупненная классификация конфигурационных типов отливок. Были выделены следующие типы: отливки вертикальной протяженности, отливки горизонтальной протяженности, отливки корпусного типа или полых цилиндров, отливки, представляющие собой комбинацию указанных типов, и отливки сложной, не сводящейся к данным типам конфигураций. В результате статистической обработки экспериментов по изготовлению типовых представителей отливок указанных видов из алюминиевых сплавов в диссертации получены формулы для расчета оптимальной продолжительности заливки форм в условиях ЛРД. Разработана методика отнесения отливок к указанным типам и выполнена широкая экспериментальная проверка предложенных типов.

Использование полученных формул положено в основу разработанной методики определения газодинамических параметров, которые необходимо реализовать при изготовлении отливок. Эти значения параметров используются при настройке рассмотренной выше системы автоматического управления заливкой форм.

6. При организации технологического процесса изготовления отливок большое значение имеет расчет и конструирование литниковых систем. В условиях ЛРД литниковые системы имеют ряд специфических особенностей. В отличие от традиционных методов литья литниковые системы при ЛРД, как правило, не являются регуляторами продолжительности заливки, которая определяется принятым темпом изменения перепада дав-летай на расплав. При ЛРД речь идет о литниково-питающих системах (ЛПС), т.е. важнейшей функцией литниковых систем является обеспечение питания отливки через литники из металлопровода. Для реализации этой функции используются разные типы ЛПС.

В диссертации рассмотрены 7 основных типов ЛПС: ЛПС, осуществляющие нижний центральный подвод сплава из металлопровода; ЛПС при рассредоточенном нижнем или боковом подводе сплава по периметру отливки; ЛПС при нижнем боковом подводе сплава; ЛПС при боковом подводе сплава в термический узел на некотором расстоянии от низа отливки; ЛПС при подводе сплава через 2 расположенных на разных уровнях питателя и вертикально-щелевая ЛПС.

С гидродинамической точки зрения ЛПС вносит возмущение в поток сплава. Поэтому размеры и конструкция ЛПС должны удовлетворять сформулированным выше условиям оптимального гидродинамического режима заполнения формы. Исследование гидродинамических процессов при работе ЛПС указанных типов делали путем проведения машинных экспериментов по решению написанных для условий каждой ЛПС гидродинамический уравнений, при гидромоделировании и выполнении экспериментов по заполнению форм алюминиевыми сплавами.

В результате исследования влияния ЛПС на гидродинамический режим заполнения формы сформулированы следующие рекомендации.

При нижнем подводе сплава через центральный литник или несколько литников для исключения колебания уровня сплава в полости формы площадь сечения литников должна выбираться, исходя из выполнения условия ООп>0,6 сом.

При боковом рассредоточенном подводе сплава скорость сплава на выходе из литников vn существенно превышает значение vp. Поэтому заполнение металлопровода и полости формы следует осуществлять при разных значениях коэффициентов /? или т, для расчета значений которых в диссертации получены соответствующие формулы.

При боковом подводе питателя в нижнее сечение отливки длина питателя относительно невелика. Условие ev<10 % соблюдается при соблюдении условия а>п>0,6 сом при постоянном темпе изменения перепада давлений на расплав.

При подводе сплава на нескольких уровнях необходимо так определить площади сечений нижнего и верхнего питателей, чтобы обеспечить заливку формы при ограничении высоты падения струи из верхнего питателя на зеркало расплава в форме допустимыми значениями (30-50 мм). Для определения минимальной площади нижнего питателя получены соответствующие формулы. На практике площади нижнего и верхнего питателей определяют исходя из обеспечения непрерывного питания отливки через питатели. При этом значение площади нижнего питателя должно быть не меньше значения, определенного исходя из ограничения перепада уровней сплава в стояке и полости формы.

Вертикально-щелевые системы применяют при заполнении протяженных тонкостенных отливок или отливок с расположенными по высоте отливки несколькими термическими узлами.

Как показали результаты гидромоделирования работы вертикально-щелевых ЛПС, при перепаде уровней сплава в стояке и полости формы АН, превышающем 40 мм, при истечении сплава через щель в полости формы возникает гидравлический прыжок с интенсивной вихревой зоной на свободной поверхности потока. В результате выполненных машинных экспериментов по математическому моделированию процесса получены формулы для расчета минимальной ширины щели Ь^, обеспечивающей выполнение условия Д#<40 мм и плавный характер заполнения формы. Для исключения колебаний уровня сплава в стояке площадь сечения стояка должна удовлетворять условию шс/сом >0,6.

7. Важной задачей при организации технологического процесса является обеспечение направленного затвердевания отливки и непрерывного ее питания через литники. В отличие от традиционных методов литья при ЛРД питание отливки осуществляется снизу из металлопровода. В данных условиях естественная конвекция при затвердевании сплава затрудняет организацию питания отливки. Анализ результатов машинных экспериментов по решению краевой задачи тепломассообмена при затвердевании отливок при ЛРД с учетом естественной конвекции и экспериментов по исследованию температурных полей показал, что естественная конвекция незначительно влияет на продолжительность затвердевания, сокращая ее не более чем на 10%. Однако, благодаря естественной конвекции термический центр отливки существенно смещается вверх, достигая высоты, равной 0,75-0,85 от высоты отливки. Поэтому естественная конвекция существенно влияет на величину необходимой для обеспечения направленного затвердевания конусности отливки, увеличивая ее в условиях ЛРД в 2-4 раза.

В результате обработки данных математического моделирования процессов тепломассообмена в системе отливка-форма-различные типы ЛПС получены формулы для расчета минимальной конусности питания для отливок из алюминиевых сплавов, а также формулы для определения геометрических размеров ЛПС, при которых обеспечивается непрерывное питание отливки через литники.

Методы расчета ЛПС разработаны для всех рассмотренных выше типов литниково-питающих систем. При этом в качестве критерия направленности затвердевания было принято обеспечение монотонного уменьшения величин тн ж и Тзап, в сечениях литников по направлению к термическому узлу отливки, к которому осуществлен подвод сплава.

Как показали экспериментальные данные, назначение сечений ЛПС в соответствии с рекомендованными расчетными формулами обеспечивает получение качественных отливок при значении пористости на уровне 0,51,7%, что значительно меньше, чем при обычном кокильном литье. Сечение стояков ЛПС определяются из обеспечения возможности слива металла из них после затвердевания отливки и снятия перепада давлений, что позволяет существенно увеличить выход годного.

8. В случае если технологическая установка не оснащена системой термостабилизации формы, необходимо оптимизировать технологические параметры с точки зрения ограничения колебаний продолжительности затвердевания и механических свойств отливок в процессе производства в допустимых пределах (не более 10-15%). При отсутствии термостабилизации имеет место существенный дрейф температуры металлической формы перед каждой очередной заливкой, что вызывает значительную нестабильность параметров структуры и механических свойств отливок.

В результате математического моделирования теплового режима кокилей при формировании отливок из алюминиевых сплавов разработаны и экспериментально проверены формулы для определения оптимальных значений температуры формы перед первой заливкой, толщины стенки формы и степени оребрения наружной поверхности формы, обеспечивающих ограничение колебаний механических свойств в пределах, не превышающих 10-15 % при любых реально встречающихся на производстве колебаниях значений толщины кокильного покрытия и темпах работы кокильной машины.

9. Для практической реализации принципов оптимального управления формирования отливок из алюминиевых сплавов разработана программа автоматизированного расчета технологических параметров. Она основана на комплексном учете сформулированных выше принципов и рекомендаций по оптимизации тепловых и гидродинамических процессов при ЛРД. Она построена на обобщенном использовании расчетных рекомендаций по определению характера изменения перепада давлений на расплав, параметров управляющей газовой сети и характеристик настройки системы автоматизированного управления заливкой форм, тепловых и геометрических параметров различных типов ЛПС, обеспечивающих выполнение гидродинамических критериев оптимальности и непрерывное питание отливки из металлопровода, а также параметров, обеспечивающих стабильность теплового режима металлических форм. Система позволяет работать в интерактивном режиме. Технолог может по желанию вносить изменения в значения температуры заливки, начальной температуры формы, характеристики теплоизоляционного покрытия в полости формы и литниковых каналах.

Система автоматизированного расчета технологических параметров опробована на большом числе производственных отливок. Опробование показало ее высокую эффективность. Применение системы позволяет существенно снизить затраты времени на разработку техпроцесса и освоение технологии, обеспечивает получение качественных отливок практически без доводки технологии. При этом обеспечивается снижение расхода металла на ЛПС и до 80 % и более повышение выхода годного.

За счет исключения технологических напусков на тонкостенных элементах сложных отливок с большими перепадами толщин стенок применение разработанной системы оптимизации управления заливкой форм позволяет на 10-20 % увеличить коэффициент использования металла в заготовке и снизить трудоемкость механической обработки. .

Разработанная система расчетов ЛПС позволяет определить не только оптимальные размеры литников, но и толщину и тип кокильного покрытия в литниках. Это позволяет не только исключить образование видимых усадочных дефектов, но и снизить в 1,5-2 раза пористость сплава по сравнению с применением ЛПС, параметры которой определены при эмпирической производственной доводке технологии. Система оптимизации термического режима металлических форм была внедрена на предприятии «Уралтрансмаш». Внедрение системы позволило стабилизировать структуру и механические свойства отливок, повысить производительность литейных машин. При внедрении получен экономический эффект около 1 млн рублей. Акт внедрения приведен в приложении.

Система автоматизированных расчетов технологических параметров опробована и принята к использованию на ФГУП «Уралтрансмаш», ФГУП «Уральский оптико-механический завод», АО «Курганмашзавод», АО «Уральский турбомоторный завод» и АО «Уральский научно-исследовательский технологический институт». Соответствующие заключения приведены в приложении.

Получено 5 свидетельств о государственной регистрации компьютерных программ, предназначенных для автоматизированного расчета технологических параметров и анализа технологических процессов при изготовлении отливок. Свидетельства приведены в приложении.

1. Абрамович Г.И. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1976. -715с.

2. Агроскин И.И., Дмитриев Г.Т., Пикалев Ф.И. Гидравлика. -М., Л.: Энергия, 1964. -352 с.

3. Альтшуль А.Д., Животовский Л.С., Иванов Л.П. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат, 1989. - 414 с.

4. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. М.: Машиностроение, 1972. - 216 с.

5. Амельянчик А.В., По литки на В.Т. Универсальная программа БМСОЛИД для расчета процессов затвердевания отливок//Литейное пр-во. №10. 1988. С. 7-8.

6. Анисович Г.А., Тугов В.И., Гринберг В.А. Влияние интенсивности охлаждения и условий питания на свойства отливок/У садочные процессы в сплавах и отливках. Киев: Наукова Думка, 1970. С. 147-149.

7. Анисович Г.А. Затвердевание отливок. Минск: Наука и техника, 1979. - 242 с.

8. Баландин Г.Ф. Основы теории формирования отливки. Часть 1. -М.: Машиностроение, 1976. 328 с.

9. Баландин Г.Ф. Основы теории формирования отливки. В 2-х частях. Ч. 2. М.: Машиностроение, 1979. - 335 с.

10. Бахвалов Н.С. Численные методы. -М.: Наука, 1975. -631 с.

11. Белоцерковский О.М. Численные методы в механике сплошных сред. -М.: Наука, 1984. 519 с.

12. Бондарев В.А., Вейник А.И. Связь диаграммы состояния и условий питания отливки/Литейные свойства металлов и сплавов. М.: Наука, 1967. - С. 173-178.

13. Бондарев В.А. Исследование формирования усадочной пористости/Теплофизика в литейном производстве. Минск: Изд-во АН БССР, 1963. - С.284-295.

14. Борисов Г.П. Некоторые вопросы силового воздействия на процесс движения расплава при литье под низким давлением/Литье под низким давлением. Киев, 1980. С. 3-22.

15. Борисов Г.П. Применение регулируемого давления при изготовлении отливок//Литейное пр-во. №5. 1979. С.6-8.

16. Борисов Г.П. Математическая модель движения расплава в системе «тигель-металлопровод-форма» при литье под низким давлени-ем//Литейное производство. №12. 1981. С.3-5.

17. Борисов Г.П. Давление в управлении литейными процессами. -Киев: Наукова Думка, 1988. 272 с.

18. Борисов Г.П. Особенности процесса заполнения тонкостенных отливок при литье под низким давлением/Новое в литье под низким давлением. -Киев: Наукова Думка. С.71-78.

19. Борисов Г.П., Шнитко В.К., Исайчева Н.П. О роли структуры потока расплава в процессах питания при литье под низким давлени-ем//Литейное пр-во. №3. 1984. С. 3-4.

20. Борисов Г.П., Беленький Д.М. Кинетика затвердевания отливок из заэвтектических силуминов под низким давлением/Опыт изготовления литых заготовок из цветных сплавов. Д.: ЛДНТП, 1974. С.10-12.

21. Борисов Г.П., Баев В.А., Котлярский Ф.М. Влияние гидравлического удара при литье под низким давлением на качество поверхности отливок из алюминиевых сплавов//Новое в литье под низким давлением.-Киев: Наукова думка, 1976. 8 с.

22. Борисов Г.П. Влияние способа приложения и динамики нарастания давления на формирование алюминиевых отливок//Литейное пр-во. 1989. №9. С. 11-13.

23. Борисов Г.П. Некоторые направления в развитии литья под регулируемым давлением//Литейное пр-во. 1978. №4. С. 31-32.

24. Борисов Г.П., Беленький Д.М. Контакт отливки с формой при воздействии низкого давления//Литейное пр-во. 1986. №3. С. 23-24.

25. Борисов Г.П. Литье под регулируемым теплосиловым воздейст-вием//Литейное пр-во. 1992. №9. С. 25-27.

26. Батышев А.И. Теплосиловые условия формирования отливок при литье с кристаллизацией под давлением//Литейное пр-во. 1982. №4. С. 20-22.

27. Бахиркин Л.П. Опыт освоения технологии литья под низким дав-лением//Литейное пр-во. 1994. №10-11. С. 21-23.

28. Варьян С.М., Шестаков Н.В., Линченко Т.Н. Область применения способов литья под регулируемым газовым давлением//Литейное пр-во. 1987. №7. С. 23-25.

29. Вейник А.И. Расчет отливки. М.: Машиностроение, 1964,- 249 с.

30. Влияние местного сопротивления на входе в металлопровод на характер заполнения формы при литье вакуумным всасыванием/Б.С. Чур-кин, Г.П. Шумихин, Э.Б. Гофман и др.//Литейное производство. 1980. №3. С.22-23.

31. Габасов Р., Кирилова Ф.М. Методы оптимизации. Минск: Изд-воБГУ, 1975.-279 с.

32. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М., Непомнящий А.Л. Устойчивость конвективных течений. М.: Наука, 1989. - 250 с.

33. Гофман Э.Б., Чуркин А.Б., Шабалин А.Ю. Опыт проектирования технологии с помощью ЭВМ при литье под регулируемым давлени-ем//Литейное пр-во. 1990. №10. С. 20-21.

34. Галенко П.К., Голод В.М. Системный анализ литейных процес-сов//Литейное пр-во. 1989. №10. С. 4-7.

35. Гидродинамические процессы при заполнении форм методом вакуумного всасывания/Б. С.Чуркин, Г.П.Шумихин, Э.Б.Гофман и др.//Изв. вузов. Черная металлургия. 1978. №2. С.124-127.

36. Гини Э.Ч., Майоров В.Н. Тепловые параметры при литье под низким давлением//Новое в литье под низким давлением. Киев: Наукова думка, 1971.-С. 32-37.

37. Графман З.И., Токарев Ж.В., Чуркин Б.С. Исследование изменения механических свойств сплава AJI9 по поперечному сечению отливок/Сб. науч. трудов ПЛИ №94. Пермь: ЦБТИ, 1971.

38. Гуляев Б.Б. Литейные процессы. М.: Машгиз, 1960. - 416 с.

39. ДейчМ.Е. Техническая газодинамика-М.: Энергия, 1974 592 с.

40. Даммер В.Х., Капанеу А.С. Заливка роторов электромашин под регулируемым давлением//Литейное пр-во. 1997. №3. С.

41. Джалурия Й. Естественная конвекция. М.: Мир, 1983. - 399 с.

42. Динамика рабочего процесса установок для литья под низким давлением/Ю.А. Степанов, Э.Ч. Гини, А.А. Каюпов, Б.К. Уразбаев//Изв. вузов. Машиностроение. 1972. №4. С. 130-133.

43. Дубицкий Г.М., Чуркин Б.С. Тепловые процессы при течении жидких металлов в песчаной литейной форме/Приложения теплофизика в литейном производстве. Минск: Выш. школа, 1966. - С. 173-178.

44. Ефимов В.А., Борисов Г.П., Затуловский С.С. Некоторые вопросы теории и технологии процесса литья с газовым противодавлением. -София, 1978.-С.9-25.

45. Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. М.: Металлургия, 1976. - 552 с.

46. Ефимов В.А., Эльдарханов А.С. Физические методы воздействия на процессы затвердевания сплавов. М.: Металлургия, 1995.

47. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Курс статистического моделирования. М.: Наука, 1976. - 319 с.

48. Есьман Р.И., Бахмат В.А., Шуб Л.И. Гидродинамические и тепловые процессы при формировании отливок//Литейное пр-во. 1998. №5.

49. Жидкие металлы/Под ред. П.Л. Кириллова, П.Л. Субботина и П. А. Ушакова. М.: Госатомиздат, 1967. - 444 с.

50. Жидкие металлы/Под ред. В.М.Боришанского. М.: Госатомиздат, 1963.-327 с.

51. Исайчева Н.П. Особенности гидродинамики процесса заполнения форм при литье под низким давлением//Новое в литье под низким давлением. Киев, 1971. - С. 68-71.

52. Исследование процессов получения тонкостенных отливок методом вакуумного всасывания с повышенными эксплуатационными свойствами. Отчет о НИР/Урал, политехи, ин-т; Рук. Б.С.Чуркин; №ГР 76051469 Свердловск, 1978- 130 с.

53. Исследование формирования крупногабаритных отливок из сплава АЛ9 с целью улучшения их эксплуатационных свойств. Отчет по НИР/Урал, политехи, ин-т. Руководитель Б.С.Чуркин; №0188. Свердловск, 1976. -145 с.

54. Исследование процессов получения тонкостенных отливок типа рабочих колес для изделий 303, 305 и др. вакуумным всасыванием из алюминиевых сплавов. Отчет по НИР/Урал, политехи, ин-т. Руководитель Б.С.Чуркин; №ГР 79006524. Свердловск, 1980. - 82 с.

55. Исследование эффективности влияния избыточного давления на процесс формирования отливок из сплава АЛ9/Б.Л. Борисов, Ю.В. Моисеев, В.П. Головченко и др.//Новое в литье с противодавлением. София, 1978. С. 58-65.

56. Колодкин В.М., Маурина А.С., Шихинин А.И. Математическое моделирование затвердевания тонкостенных отливок//Литейное пр-во. 1989. №10. С. 6-10.

57. Косинцев В.А., Пасик Л.М. Массовое производство фасонных отливок из алюминиевых сплавов вакуумным всасыванием//Литейное производство. 1973. №5. С.17-18.

58. Косинцев В.А., Томаровский В.И. Технологические особенности изготовления отливок из алюминиевых сплавов/Новое в литье под низким давлением.- Киев: Наукова думка, 1972. С.110-114.

59. Кинетика затвердевания сплава АЛ9 при литье вакуумным всасыванием/Б.С.Чуркин, А.П.Кузьмин, П.К.Матюшенко и др.//Литейное пр-во. 1977. №6. С. 24-26.

60. Котлярский Ф.М. Формирование отливок из алюминиевых сплавов.- Киев: Наукова думка, 1990. 216 с.

61. Котлярский Ф.М., Борисов Г.П. О механизме формирования зазора/Литье под регулируемым давлением. Киев, 1980. - С. 69-77.

62. Котлярский Ф.М., Борисов Г.П. Влияние теплосилового воздействия на процессы питания отливок из алюминиевых сплавов,- Киев: Наукова думка, 1979. 59 с.

63. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. -М.: Энергоатомиздат, 1990 366 с.

64. Ксенофонтов Б.М. К расчету литниковых систем для литья методом вакуумного всасывания//Повышение производительности труда в литейном производстве. М.: НИИМАШ, 1969. - С. 12-17.

65. Ксенофонтов Б.М. Литье методом вакуумного всасывания. М.: Машгиз, 1962. - 163 с.

66. Книпп Э. Пороки отливок. М.: Машгиз, 1958. - 276 с.

67. Костяков В.Н. Особенности теплового расчета установок для литья под низким давлением/Новое в литье под низким давлением. Киев: Наукова думка, 1971. - С. 51-56.

68. Каширцев Л.П. Реологическая модель и уравнение сплавов с интервале кристаллизации//Изв. вузов. Машиностроение. 1978. №9. С.124-129.

69. Курочкина Т.Н., Изотов В.А., Шатульский А.А. Расчет заполняемое™ кокилей легкими сплавами//Литейное пр-во. 1996. №11.

70. Койнов И.Л., Поляков С.И. Метод проектирования систем питания отливок из высокопрочных алюминиевых сплавов//Литейное пр-во. 2000. №8.

71. Круглов С.В., Уразбаев Б.К. Расчет литниково-питающих систем для отливок, получаемых в оболочковых формах//Литейное пр-во. 1988. №10. С. 21-22.

72. Котлярский Ф.М. Гидроудар в форме при литье под низким давлением//Литейное пр-во. 1988. №6. С. 17-18.

73. Крау Ч.С., Старфилд А. Метод граничных элементов в механике твердого тела. М.: Мир, 1987. - 327 с.

74. Лыков А.В. Тепломассообмен. М.: Энергия, 1972. - 309 с.

75. Майоров В.Н. Динамика заполнения форм с использованием низкого давления//Литейное производство. 1980. №7. С.24-25.

76. Майоров В.Н. Динамика литья под низким давлением//Тр. МВТУ им. Н.Э.Баумана. -М, 1980, №330. С.211-218.

77. Майоров В.Н., Гини Э.Ч. Заливка роторов электродвигателей под низким давлением//Литейное производство. 1975. №7. С.20-21.

78. Марширов В.В., Тимофеев Г.И. Применение автоматизированного проектирования для разработки технологии литья под регулируемым давлением//Литейное пр-во. 1989. №12. С. 19-20.

79. Мельников В.В., Белов В.Р. Особенности изготовления дисков автомобильных колес из силумина литьем под низким давлением//Литей-ное пр-во. 1994. №3. С. 20-21.

80. Моисеев B.C., Неуструев А.А. Методология автоматизированного проектирования литниково-питающих систем для отливок//Литейное пр-во. 1992. №12. С. 9-10.

81. Моисеев B.C., Смыков А.Ф. Оптимизационный подход к расчету литниково-питающих систем и средств воздействия на направленное за-твердевание//Литейное пр-во. 2000.

82. Мусияченко А.С. Предельно-допустимые скорости течения расплава в форме//Литейное пр-во. 1987. №2. С.16-17.

83. Мушиц В.И., Косинцев В.А., Салегин Д.К., Пасик Л.М. Изготовление литых колес компрессоров из алюминиевых сплавов//Повышение производительности труда в литейном производстве. М.: НИИМАШ, 1969. - С.82-87.

84. Марширов В.В., Тимофеев Г.И., Трифонов Ю.И. Влияние избыточного давления на теплообмен расплава с металлической формой//Ли-тейное пр-во. 1987. №10. С. 21-22.

85. Милицын К.Н. Исследование питания отливок/Гидродинамика расплавленных металлов. -М.: Наука, 1958. С. 174-187.

86. Некоторые стороны динамики процесса литья под низким давле-нием/Б.К. Уразбаев, А.К. Каюпов, Э.Ч. Гини, Ю.А. Степанов//Новое в литье под низким давлением. Киев, 1971. - С.80-89.

87. Наривский А.В., Борисов Г.П., Моисеев Ю.В. Реологические свойства алюминиевых сплавов в интервале температур кристаллизации/Усовершенствование процессов литья фасонных отливок. Киев, 1976. С.54-57.

88. Оптимизация получения отливок типа вертикальных плит вакуумным всасыванием/Б.С. Чуркин, А.П. Кузьмин, Г.П. Шумихин и др.// Повышение качества отливок из легких сплавов.- Пермь: Изд-во ШЛИ, 1977-С.56-62.

89. Особенности процесса заполнения тонкостенных отливок при литье под низким давлением/Г.П.Борисов и др.//Новое в литье под низким давлением. Киев: Наукова думка, 1971. - С. 71-78.

90. Опыт освоения технологии литья на машинах АЛУ-1 корпусных деталей электрорадиоаппаратуры/А.И. Семенченко, В.А. Антонов, С.Д. Дро-бот и др.//Литье под регулируемым давлением. Киев, 1980. - С. 111-121.

91. Повх И.Л. Техническая гидромеханика. Л.: Машиностроение, 1976.-502 с.

92. Петриченко A.M., Тулузов Г.Н. Тепловой режим работы кокилей для тонкостенных отливок//Производительность труда в литейном производстве. Минск: Выш. школа, 1966. -С. 186-190.

93. Постнов Л.М., Гуляев Б.Б. Осевая усадочная пористость в стенках стальных отливок/Усадочные процессы в металлах. М.: Изд-во АН СССР, 1960. С.74-84.

94. Петриченко A.M., Тулузов Г.Н. К вопросу о выборе оптимального теплового режима работы кокилей толстостенных отливок/ЛГеплообмен между отливкой и формой. Минск: Выш. школа, 1967. - С. 128-130.

95. Палесгин С.М., Крымский Д.М. О связи между толщиной стенок, химическим составом, структурой и механическими свойствами отливок из серого чугуна//Литейное пр-во. 1964. №1. С. 27-31.

96. Парамонов A.M., Никитина В.И., Павлов В.В. Оптимизация свойств сплава AJI4 при литье в кокиль поэтапным планированием экспе-риментов//Литейное пр-во. 1986. №11. С. 12—14.

97. Попель С.И. Поверхностные явления в расплавах. М.: Металлургия, 1994. -432 с.

98. Пчелинцев В.М. Метод проектирования технологичной по питанию отливки при литье в кокиль//Литейное пр-во. 1984. №3. С. 17-18.

99. Рабинович Б.В. Введение в литейную гидравлику. М.: Машиностроение, 1966. -423 с.

100. Расчет заполнения форм при литье вакуумным всасывани-ем/Б.С. Чуркин, Г.П. Шумихин, Э.Б. Гофман и др.//Известия вузов. Черная металлургия. 1979. №1. -С. 125-128.

101. Рауз X. Механика жидкости. М.: Стройиздат, 1967. - 390 с.

102. Рощин М.И., Тимофеев Г.И., Литье под низким давлением. -Горький, 1976. 104 с.

103. Рыжиков А.А. и др. Регулирование процессов заполнения и затвердевания металла в форме при литье под низким давлением//Литейное пр-во. 1965. №5. -С.38-39.

104. Рыжков Н.Ф., Гини Э.Ч. Литье методом вакуумного всасывания. М.: Машиностроение, 1982. - 96 с.

105. Рыжиков А.А. Технологические основы литейного производства. М.: Машгиз, 1963 - 448 с.

106. Рыжиков А.А., Мергольд А.И. Исследование способов интенсификации процесса кристаллизации при литье под низким давлением/Новое в литье под низким давлением. Киев: Наукова Думка, 1971. - С. 122-125.

107. Серебро B.C. Расчет охлаждения потока расплава//Новое в литье под низким давлением. Киев: Наукова думка, 1971. С.56-61.

108. Сагерленд А. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. -343 с.

109. Самарский А.А. Теория разностных схем. М.: Наука, 1983.456 с.

110. Самарский А.А., Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. -М.: Наука, 1987. 589 с.

111. Смыков А.Ф., Модин С.В. Расчет затвердевания и питания от-ливок//Литейное пр-во. 1989. №10. С. 11.

112. Смирнов Н.Т., Фрейдин В.А. Система термостабилизирования для терморегулирования крупных форм ЛПД//Литейное пр-во. 1988. №5. С. 29-31.

113. Советов Б.С., Яковлев С.А. Моделирование систем. -М.: Высш. школа, 1985. -271 с.

114. Соловьев Е.П. и др. Гидродинамические параметры заполнения протяженных полостей форм при литье под низким давлением//Литейное производство,. 1973. № 9. С. 27-29.

115. Соловьев Е.П., Мусияченко А.С, Виноградов В.Н. Влияние характера заполнения формы на затвердевание и свойства протяженных элементов отливок//Литейное производство. 1973. №8. С.38-41.

116. Степанов Ю.А., Гини Э.Ч., Соколов Е.А. Литье тонкостенных конструкций. -М.: Машиностроение, 1960. -255 с.

117. Севастьянов П.В. Моделирование, идентификация и оптимизация процессов литья в металлические кристаллизаторы//Литейное пр-во. 1989. №10. С.21.

118. Себеси Т., Брадшод П. Конвективный теплообмен. М.: Мир, 1987.-520 с.

119. Самойлович Ю.Л., Ясницкий Л.Н. Алгоритм решения задач термогравитационной конвекции вязкой несжимаемой жидкости методом конечных элементов. Пермь: Изд-во ПТУ, 1980. - 15 с.

120. Тимофеев Г.И. Механика сплавов при кристаллизации слитков и отливок. М.: Металлургия, 1978. - 160 с.

121. Тихомиров М.Д. Основы моделирования литейных процес-сов//Литейное пр-во. 1998. №4.

122. Токарев Ж.В. Расчет глубины вакуума при получении фасонных отливок вакуумным всасыванием//Литейное производство. 1975. №7. -С.21-22.

123. Токарев Ж.В. Расчет технологии получения отливок вакуумным всасыванием//Литейное производство. 1977. №8. С.8-9.

124. Топоров В.Д., Никулина И.А. Заполняемость алюминиевыми сплавами форм для специальных проб и фасонных отливок//Литейное пр-во. 1992. №5. С. 18-19.

125. Тоха X. Введение в исследование операций. Т.2. М.: Мир, 1985. -436 с.

126. Уразбаев Б.К. Влияние гидродинамических параметров процесса литья под низким давлением на характер заполнения литейной фор-мы//Теплообмен между отливкой и формой. Минск, 1967. - С.45—49.

127. Уразбаев Б.К., Степанов Ю.А. Анализ работы пневмосистемы установок для литья под низким давлением с дроссельной системой регу-лирования//Известия вузов. Машиностроение, 1972. №4. С.130-133.

128. Фиксен В.Н., Полищук В.П. Особенности литья под электромашинным и газовым регулируемым давлением//Литейное пр-во. 1989. №8. С. 18-19.

129. Харман Г. Современный факторный анализ. М.: Статистика,, 1972. -485 с.

130. Хемминг Р.В. Численные методы. М.: Наука, 1972 - 400 с.

131. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. -М.: Мир, 1973.-957 с.

132. Хитер Б.С. Разработка технологии создания машин ЛНД и внедрение их в производство/Труды 5-го съезда литейщиков России. М.: Радуница, 2001. -С.361-363.

133. Цветков Э.И. Основы теории статистических измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 255 с.

134. Чичко А.Н., Яцкевич Ю.В., Соболев В.Ф. Об использовании компьютерного имитационного моделирования в задачах оптимизации областей питания стальных отливок Минск: Литье и металлургия. 1998. №3. С. 46^9.

135. Чичко А.Н., Яцкевич Ю.В., Соболев В.Ф. Компьютерный расчет питателя литниковой системы//Литейное пр-во. 1998. №10.

136. Чуркин Б.С. Расчет оптимальных параметров заливки форм под регулируемым давлением//Литейное пр-во. 1988. №1. С. 24-25.

137. Чуркин Б.С., Чуркин А.Б. Оптимизация условий формирования отливок в металлических формах//Литейное пр-во. 1994. №2. С. 30-31.

138. Чуркин Б.С., Гофман Э.Б. Расчет литниковых систем при литье вакуумным всасыванием и под низким давлением//Литейное производство. 1985. №10. С.21-22.

139. Чуркин Б.С., Шумихин Г.П., Гофман Э.Б. Расчет заполнения форм при литье вакуумным всасыванием//Известия вузов. Машиностроение. 1979. №2. С. 125-128.

140. Чуркин Б.С., Шумихин Г.П., Гофман Э.Б. Расчет вакуумной системы при литье вакуумным всасыванием//Известия вузов. Машиностроение. 1977.№2. С. 111-114.

141. Чуркин Б.С., Шумихин Г.П., Гофман Э.Б. Расчет получения отливок типа вертикальных плит вакуумным всасыванием//Литейное производство. 1977. №9. -С.27-28.

142. Чуркин Б.С., Гофман Э.Б., Шестаков Н.В. и др. Теория и технология методов литья под регулируемым газовым давлением. Свердловск: Изд-во Свердл. инж.-пед. ин-та, 1990. - 203 с.

143. Чуркин Б.С., Гофман Э.Б. Гидромоделирование процессов литья с противодавлением/УПрогрессивные технологические процессы и подготовка кадров для литейного производства.- Екатеринбург: Изд-во Урал, гос. проф.-пед. ун-та, 1996. С.106-112.

144. Чуркин А.Б., Шумихин Г.П. О моделировании заполнения форм при литье вакуумным всасыванием/Прогрессивные технологические процессы и подготовка кадров для литейного производства. Свердловск: Изд-во СИПИ, 1990. С. 141-147.

145. Чуркин Б.С., Категоренко Ю.И. Автоматическое управление кинетикой заполнения форм при литье вакуумным всасыванием//Совершен-ствование литейных процессов. Екатеринбург: Изд-во УГТУ-УПИ, 1999. -С. 144-148.

146. Чуркин Б.С., Гофман Э.Б. Управление параметрами работы лит-никово-питающей системы при литье под регулируемым давлени-ем//Повышение качества отливок. Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. проф.-пед. ун-та, 1995. - С.12-13.

147. Чуркин Б.С., Чуркин А.Б., Гофман Э.Б. Оптимальное управление заполнением форм сплавом при литье под регулируемым давлением/УТр. 5-го съезда литейщиков России. М., 2001. - С.366-370.

148. Чуркин Б.С., Гофман Э.Б., Шумнхин Г.П. Эффективность применения литья вакуумным всасыванием для изготовления отливок из алюминиевых сплавов//Пути снижения металлоемкости и трудоемкости при создании изделий. М„ 1979. - С.133-137.

149. Чуркин Б.С., Гофман Э.Б. Заполняемость форм при литье вакуумным всасыванием/ЯТовышение качества отливок из легких сплавов-Пермь: Изд-во ППИ, 1977. С.48-56.

150. Чуркин Б.С., Шумихин Г.П., Гофман Э.Б. Влияние площади вентиляционных каналов на характер и продолжительность заполнения металлических форм//Изв. вузов. Машиностроение. 1981. №1. С.109-113.

151. Чуркин Б.С. Теоретические основы литейных процессов. -Свердловск: Изд-во Свердл. инж.-пед. ин-та,1991. 197 с.

152. Чуркин Б.С. Основы теплофизики литейных процессов. Свердловск: Изд-во Свердл. инж.-пед. ин-та,1992. - 182 с.

153. Чуркин Б.С., Гофман Э.Б. Основы литейной гидравлики. -Свердловск: Изд-во Свердл. инж.-пед. ин-та,1992. 236 с.

154. Чуркин Б.С., Чуркин А.Б., Тихонравов Л.Ю. Система автоматизированного проектирования металлических форм в естественных условиях их охлаждения/Повышение эффективности литейного производства. -Омск, 1989. С. 78-80.

155. Чуркин Б.С., Чуркин А.Б., Шабалин А.Ю. Особенности работы прибылей при литье под регулируемым давлением/Повышение эффективности литейного производства. Омск, 1989. С. 34-35.

156. Чуркин Б.С., Чуркин А.Б. Статистическое моделирование теплового режима металлических форм//Литейное пр-во. 1990. №10. С. 22-23.

157. Чуркин Б.С., Поручиков Ю.П., Чуркин А.Б. Стабилизация тепловых условий формирования отливки в металлических формах/Проблемы производства отливок: производительность, качество, экономия. Пермь, 1979. С. 44-46.

158. Чуркин Б.С., Графман З.И., Чуркин А.Б. Статистическое моделирование процессов в литейном производстве/Материалы международной конференции. Липецк, 1989. С.86-88.

159. Чуркин Б.С., Чуркин А.Б. Оптимизация теплового режима кокилей для полых цилиндрических отливок//Известия вузов. Машиностроение. 1991. №8. С. 36-41.

160. Чуркин Б.С., Чуркин А.Б., Гофман Э.Б. Особенности работы литниковой системы при литье под регулируемым давлением/Производство заготовок повышенной точности и малой трудоемкости. Свердловск, 1986. С. 18-19.

161. Чуркин А.Б., Гофман Э.Б., Богатков О.А. Автоматизация технологических расчетов при литье под регулируемым давлени-ем//Прогрессивные технологические процессы и подготовка кадров для литейного производства. Свердловск: СИПИ, 1990. С. 16- 21.

162. Чуркин А.Б., Богатков О.А. Определение параметров металлических форм с точки зрения их теплового режима//Прогрессивные технологические процессы и подготовка кадров для литейного производства. Свердловск: СИПИ, 1990. С. 112-117.

163. Чуркин А.Б., Чуркин Б.С., Гофман Э.Б. Оптимизация процесса получения отливок в металлических формах вакуумным всасыванием/Совершенствование литейных процессов. Екатеринбург, 1997. С. 181-184.

164. Чуркин А.Б. Организация питания отливок при литье под регулируемым давлением//Труды 6-го съезда литейщиков России. Екатеринбург, 2003.-С. 143-149.

165. Чуркин А.Б. Расчет литниково-питающих систем при литье под регулируемым давлением//Литейное производство (приложение). 2002. №6. С. 3-5.

166. Чуркин А.Б., Чуркин Б.С., Гофман Э.Б. Об изменении избыточного давления в камере установки для литья под низким давлением// Литейное производство. 2002. №6. С. 33-35.

167. Чуркин А.Б. Система Система автоматизировнных расчетов технологических параметров при литье под регулируемым давлением// Литейное производство. 2002. №7. С. 27-29.

168. Чуркин Б.С., Горшков А.А. Обеспечение устойчивости машинных экспериментов по исследованию кинетики затвердевания и газодинамики заполнения форм по методу потоков/Совершенствование литейных процессов. Екатеринбург, 1997. С. 123-128.

169. Шейко Н.И., Дорошенко B.C. Литье под низким давлением крупногабаритных отливок//Литейное пр-во. 1990. №6. С. 13-15.

170. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. М.: Мир, 1972.381 с.

171. Шнитко В.К., Шепевидько Л.К. Затвердевание тонкостенных отливок под низким давлением//Литейное пр-во. 1990. №6. С. 12-13.

172. Шнитко В.К. Течение расплава в форме при получении тонкостенных отливок под низким давлением//Литейное пр-во. 1989. №11. С. 19-20.

173. Шпильрайн Э.Э., Кессельман П.М. Основы теории теплофизи-ческих свойств веществ. -М.: Энергия, 1977. -247 с.

174. Юрченко Ю.С. Система автоматического регулирования металлических форм//Литейное пр-во. 1987. №6. С. 27-30.

175. Яковлев Ю.П. Моделирование процесса заполнения форм при литье под низким давлением//Новое в литье под низким давлением. Киев, 1971. - С.78-80.

176. Smith S.L.,Brebbia СЛ. Finite Element Solution of Navier-Stokes Eguations for Transient TWO-Dimensionae Incompressible Flow.-Jonrnaf of Computational Physics, 1975, № 17, p.235-245.

177. Tabarror В., Lin R.C. Finite Element Analysis of Free Convection Flows.-International Journal of Heat and Mass Transfer, 1977, v.20, №9, p. 945952.

178. Oden J. Т., Wellford L.C. Analysis of Flow of Viscons Fluids by the Finite Element Method. -AIAA J, 1972, v. 10,12, p. 1590-1599.

179. Kawahara M., Yoshimura N., Nakagawa K., Ohsaka H. Steady and Unsteady Finite Element Analysis of Incompressible Viskons Fluid. -Int. J. Num. Meth. Engn., 1976, №10, p.437^156.

180. Usoki S. The Application of Vanational Finite Element method to Problems in Fluid Dynamics. Int. J. Num. Mefh. Engng., 1977, №11, p.563-567.

181. ChOrin A.J. Numerical Solution of the Navier-Stoks Eqations. Mathematies of computation, 1968, v.22, №104, p.745-762.

182. A.c. 507406 (СССР). Устройство для литья вакуумным всасыва-нием/Ф.Д. Перемянкин, В.П. Пахомов, В.П. Юрьев заявл. 28.11.73, опубл. 20.04.76 в Б.И. №13.

183. Ас. 522906 (СССР). Устройство для литья вакуумным всасывани-ем/В.Н. Косинцев, Д.И. Ипатов заявл. 11.05.75; опубл. 3.08.76 в Б.И. №28.

184. А.с. 459308 (СССР). Устройство для литья вакуумным всасыва-нием/В.Н. Косинцев, З.И. Ашмарина, О.А. Варганова заявл. 18.12.73; опубл. 26.03.75 в Б.И. №5.

185. А.с. 554943 (СССР). Способ литья вакуумным всасыванием/В.Н. Косинцев, Ж.В. Токарев заявл. 4.01.76; опубл. 12.05.77 в Б.И. №15.

186. Пат. 3331429 (США). Установка для литья вакуумным всасывани-ем/Дж. Харрисон, Н.Харрисон заявл. 8.06.65; опубл. 18.07.67 в Б.И. №26.

187. А.с. 692687 (СССР). Устройство для литья вакуумным всасыва-нием/А.В. Салохин, Б.С. Чуркин, Г.П. Шумихин заявл. 04.10.77; опубл. 25.10.79 в Б.И. №39.

188. А.с. 483193 (СССР). Устройство для литья вакуумным всасыва-нием/Ф.Д. Перемянкин, В.П. Пахомов, В.П. Юрьев заявл. 6.12.73, № 1913495; опубл. 12.12.75 в Б.И. №46.

189. А.с. 450639 (СССР). Установка для литья вакуумным всасыва-нием/Ф.Д.Пермянкин завл. 31.12.71; опубл. 15.12.74 в Б.И. №43.

190. А.с. 552134 (СССР). Устройство для регулирования давления воздуха в тигле машины литья под низким давлением/В.Т. Фроленко, Г.Г. Анохин, К.М. Кузнецов заявл. 03.10.75; опубл. 30.03.77 в Б.И. №12.

191. Пат. 3862656 (США). Способ вакуумного литья металла и установка для осуществления этого способа/Д. Дональд, А.Джон, Б.Франк заявл. 16.02.73; опубл. 28.01.75 в Б.И. №2.

192. А.с. 519281 (СССР). Устройство для регулирования давления воздуха в тигле машины для литья под низким давлением/В.Т. Фроленко, Ф.И. Мещериков, К.М. Кузнецов, Г.Г. Анохин заявл. 07.01.75; опубл. 30.06.76 в Б.И. №24.