автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Получение отливок гидрораспределителей из чугуна с шаровидным графитом в вакуумируемых формах

Щ1ЕВСКНЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ПОЛИТЕХИ! 1ЧЕСЮ1Й ИНСТИТУТ ¡"<1.50-ЛЕТИЯ ВЕЛИКОЙ ОКТЯБРЬСКОЙ социалистической революции

ПОЛУЧЕНИЕ ОТЛИВОК ПЩРОРАСПР1ЩЕЛ11ТЕЖ! ИЗ ЧУГУНА С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТШ В адаЖГРУНнЫХ ФОРМАХ

Специальность 05. ТВ-04 - Литерное производство

А в т о р е § е р а о:

ииссертацпи па ссшсканпа учано;; степей" канцяцата тсхияческгс к?п'

На прагах рукописи

ДОРОШЕНКО Владимир Степанович

УДК 621.744

Кяез-1990

)

Работа выполнена в Киевском научно-производственном объедало-шш но механизации п автоматизации производства НПО "В1ШИстрой~ дормаи" (с 1990 г. - НПО "ММЕТ")

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

К.И.ВАЩЕНКО

Официальные оппоненты - доктор технических нарт, профессор

В. С.№ЮШ

Ведущее предприятие - киевский завод "Ленинская кузница"

Защита состоится " I? " декабря 1990 г. в 15 часов на заседании специализированного совета К 068.14.09 в Киевском ордена Ленина политехническом институте.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 252056, г. Киев, Проспект Победа, 37, КПИ, ученому секретари.

С диссертацией ыокно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан _" ноября 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук,

кандидат технических наук, доцент Л.Н.ШКШОКЖВ

профессор

1 > АННОТАЦИЯ

Отдй.,- ^ L Цель работа. Разработка на основе вакуумно-плеЕочной формов-———(BIS) технологического процесса серийного производства герметичных отливок гидрораспределителей из чугуна с шаровидным графитом (ЧШГ) без ниташкх прибылей с чистой поверхностью литых ка-калов.

В связи с этлы в работе решались следующие задачи: исследование прочности вакуумно-пленочной (ВП) формы для определения возможности торможнга предусадочного расширения затвердевающей отливки из ЧШГ;

исследование теплосилового взаимодействия отливки из ЧШГ и ВП формы ка этапах заливки-затвердевания ;

определение критериев выбора конструкции опочной оснастки для различных условий производства и создание новых конструкций опок для стабилизации прочности форм и регулирования параметров ВП©;

разработка технологии литья гидрораспределителей из ЧШГ без прибылей методом ВШ)„

Автор защищает следующие положения диссертация: расчет давления на границе "мьталл-ВП форма" до и в период затвердевания , вызывающегоускоренна затвердевания поверхностного слоя отливки на глубину (6...8)-I0"3 м и изменение структура этого слоя;

способ торможения предусадочного расширения отливки из ЧШГ за счет использования прочности ускоренно затвердевшей поверхностной корки отливки при ВПЗ и разработанной па этой основе технологии получения герметичных отливок без прибылей;

способ определения прочности Форш как конструкции и на изгиб уплотненного песка при ВПЭ, а тшеге расчет прочности потолочной части ВП формы в опоках с ребрами;

способ предотвращения пригара на поверхности литых каналов малых сеченпй в стлизках из ЧШГ при ЕШ;

критерии выбора конструкций опок для ВЕ> применительно к особенностям техпроцессов и разработанные на их осеово ноше опаки;

основные положения техпроцесса EIS получения отливок гэдро~ распределителей из ЧШГ без прибылей.

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРЛШКА РАКШ

' Актуальность 'теш. В условиях перестройки народного хозяйства литейному производству необходимо обеспечить выпуск высококачественных отливок с применением материалосберегакндх л экологичных технологий. В этом аспекте актуально расширенно литья из ЧШГ, а также использование прогрессивной технологии ШЗ, в частности для ловыпенкя качества и объема выпуска отливок распределителей гидросистем экскаваторов. Работа выполнена в соответствии с координационным планом АН СССР на I98S-I990 гг. по теме: 2.25.1.5, а такте научно-технической програьатой ¡¿инстройдормапа СССР 'Точная заготовка".

Научная новизна. В результате работа выполнен расчет давления еидкого металла на поверхность полости ВП (|ормн п показано влияние действия вакуума формы на кинетику затвердевания и структуру металла поверхностных слоев отливки из Ч1НГ по сравнению с такими ко процесса-,к в обычной песчаной £орме; разработан и освоен в производстве способ получения отливок из ЧйГ без прибылей, при котором предусадочному расширению отливки препятствует затвердевшая га pica, опирающаяся на стенку формы; разработаны критерии выбора конструкций опочной оснастки для ЕШ в зависимости от конструкций к серийности производства отливок; разработан способ предотвращения образования пригара на поверхности литых тиалов отливки за счет ее частичного расглирс=шя.

II^актическуя цешюсть клеит: технологически процесс BIS по-лучеияя гврс4бжгчдых отливок гидрорзспроделитслей из ЧШГ без прибылей с чистой поверхностью литых опалов; способ определения прочности формы как конструкции, s таrs.a прочности ira изгиб форговоч-ной смеси при помощи переносного устройства; новые конструкта: опок для BIS.

Реализает-я основных гозудьтатов работы для получения отливок гидрораепреде.:нтелей без прибылей и без пригара при ВЕЙ на ПО "Ащцшакгцдроиаа:" позволила получить годовой экэногйяюскпй здйект в сумме свыше 73 тыс. руб.

Апробатая таботы. Основные положения работы докладывались и обсржалксь на Всесоюзной конференции "Контроль свойств формовоч-шзс смесей, форл к стержней" (шзнь 1987 г., г. Киев), мемреспубли-кшегэм Н55"чпо-араг.шческом семинаре литейщиков (нянь ISS7 г., г. Чебоксар!;), шугзо-техвапзской кок^орокци: (октябрь 1937 г., г. Челябинск), ка ПТС ПО "Андпылнгидромаы", металлургической секцзи ВШЛ;;стройдор:зи1, па научно;,: семинаре глхедри "Стойкого производства черных и цветных металлов" КПП (1939 г., г. Клев).

• Публикации. Осговше результаты диссертации изложены в 32 опубликованных печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы из 204 наименований, изложена на 164 страницах машинописного текста и содержит 53 рисунка , 7 таблиц и 4 прилокения.

С0ДЕК1АШЕ РАБОМ

Литературный обзор выполнен по следующим направлениям: технический и технологический уровень развития В® и ее возмояности для получения герметичных отлизок из ЧШГ без прибылей; теоретическое обоснование п опыт получения отливок из ЧШГ без прибылей; влияние теплопередачи от металла к форме на характер затвердевания отливки и особенности формирования поверхности литого канала в толстостенной отливке.

IIa основании анализа литературных источников показано, что ВГО получает широкое распространение в литейном производстве, однако игчет ряд принципиальных отличий от известных обычных способов литья, и закономерности проектирования этих техпроцессов ез могут быть однозначно перенесены на BIH. Это, в частности, сносится к получению отливок из ЧШГ, особенно для такого нового ма-териалосберегающего техпроцесса, как литье без питающих прибылей, применение которого началось на отдельных, в основном, зарубежных предприятиях наряду с совершенствованием традиционных технологий литья с прибылями.

Анализ литературных данных о возмояности применения ВПЭ для литья гидрораспределителей - компактных заготовок из ЧШГ массой до 120 кг, приближающихся по форма к брускам и имеющим разветвленные литые каналы, выявил следущуа картину:

недостаточно изучены вопросы теплосилового воздействия отливки и формы, его влияния на кинетику кристаллизации, структуру чугуна и торюяение предусадочного расширения отливки при ВПФ;

научно-технологическая база производства отливок указанной массы из ЧШГ методом ШЗ без прибылей разработана слабо;

опубликованные методики расчета прочности форы при практическом проектировании дают противоречивые результаты, отсутствуют способы и устройства определения прочности форш;

не исследован вопрос получения отливок без дефектов на поверхности литых каналов малых сечений при бесприбыльной технологии BIKD;

хотя имеется большое количество примеров конструкций опочной оснастки для ВПФ, нет критериев выбора вакуумных опок для различных конструкций особенно средних и крупных отливок в зависимости ■".7 условии их формовки.

Перечисленные вопроси определили крут задач, решаемых в настоящей работе при разработке технологии литья парораспределителей.

Ь диссертации изложены результаты определения прочности ."акуумируемой Форш при воздействии на нее силовой нагрузки со стороны отливки.

Бри обеспечении самопитания отливок из ЧШГ без прибылей для компенсации усадки за счет предусадочного расширения метала ванным фактором является высокая прочность формы, обеспечивающая не-увелгчекие размеров отливки. Опубликованные методики расчета прочности ориентированы презде всего на определение минимальной прочности формы при различных технологических операциях с целью определения степени минимальных разренения и мощности насосов. Требовалось определить максимальное сопротивление формы давлению расширения отливки.

В то де время для определения прочности песчаного образца при БПФ трудно применять традиционную методику, поскольку для этого требуется специальная оснастка, которая подключалась бы к вакуум-сети. Кроме того, прочность стандартного образца смеси при сжатии приближенно характеризует прочность конкретной формы как конструкции. Поэтому нами разработан метод определения прочности форм с помощью измерения избыточного газового давления внутри полости форш, на который получено авторское свидетельство СССР.

Для этих целой использовано простое переносное устройство, имеющее в своем составе герметичный мешок из синтетической эластичной пленки толщиной (0,05...0,10)-Ю-3 м, обычно применяемой для БПФ. В мешок с герметичным закреплением стыка введен шланг, которой через регулятор давления с манометром подключают к цеховой пневмосета или к баллону со сжатым газом. Во избегание разрыва пленки при испытании формы и влияния ее прочности на прочноск tropi-.ii медок изготовляют с площадью поверхности больней, чем площадь поверхности полости Форш. Сорму выполняй? без литниковой системы и выпоров, создавая замкнутый объем. При сборке фор,и в ее полость вккуцшавт мощок, хквода шланг за пределы формы. В уо еок по щлакгу подаат сглтый газ, увеличивав его давление (сверх атмосферного) до значения давления начала деформации формы, кото

рое эквивалентно ее прочности. Зафиксировав начало деформации (резкое падение давления по манометру), отюп-эчаэт давление газа. Для форм со значительными перепадами прочности по поверхности полости, во избенание порыва мешка из пленки, его вкладывали в прочный матерчатый мешок таких же размеров. Второй мешок как бы усредняет значение прочности формы.

Используя этот метод, можно подобрать для песчаных форм оптимальные: состав формовочной смеси, конструкцию опоки, расположение отливок в форме, ребер или крючков в опоке, а для БПФ - степень разрежения, режим виброуплотнения и зернистость песка.

Заформовав мешок в взде плоского круга радиусом R на глубину Н (Н ^0,4R) параллельно плоскости контрлада формы и испытав таким методом слой смеси над мешком, по формуле для тонких круглых • пластинок определяли прочность при изгибе &ц этого слоя формовочной смеси: би =3(НД)(Р~^(-!Д2/8 Н2 , где /А - коэффициент Пуассона для смеси; Р - давление, достаточное для разрушения слоя смеси, Па; Г - плотность смеси, кг/м3; д. - ускорение свободного падения, м/с2; Н- высота слоя смеси, м; R - радиус мешка, м.

В работе измерена 6ц (при I? = 0,15 ми Н = 0,06 м) песчаного слоя при ВГО при различной степени разрешения в толще ф^рмы и проведено сравнение с известными значениями 3 среднем

6а!/би = 6/1."

При иетшташш вахуушруемой форды для получения корпуса гид-рорзспределлтеля о габарпишып размерами полости формы в плане 0,516 х 0,312 м и высоте слоя песка над отливкой 0,17 м (высота опоки 0,25 м) установили, что форма без ребер мог.ег выдернать давление Р до (64...67) кПа в зависимости от условий предварительного внброуплотнення песка К02 при давлении в вакуум-системе Рср = (25...20) кПа.

При "роэктпровашш опок для изготовления отливок парораспределителей провели расчет прочности ВП фор/ы, пзготовлепной в опоке с ребрами, т.к. опоки с размерами в свету свыше 0,8 ы обычно конструирует с ребрами, которые рекомендуют размещать на расстоянии на более 0,3 м. В этом случае поголочгай (наиболее вероятный для деформирования) слой формы нельзя представить как кест-кую пластинку пли балку, а целесообразно рассматривать как сыпучее тело аналогично расчету силосов и бункеров.

Давление отливки на форлу заменили равномерно распределенной нагрузкой С}, , действующей на слой песка толщиной h. В момент перед деформацией форл" давление q, уравновешивается двумя слагао-

ыыми: за счет трения песка о стоики от нагрузки q. и ьоса песка при отсутствии вакуумироваяет, а такие - за счет трения от лр - перепада атмосферного и внутрифирменного давлений

ty = Я-в (при др = 0, О, q = qH).

Рассмотрев условие равновесия элементарного слоя песка толщиной dh, составив выражение условия равновесия для этого слоя (сумма вертикальных составляющих всех сил равна нулю) в виде дифференциального уравнения и решив его при краевых условиях CJ.- О при h = 0, определили значения <JH и q,6 и представили условие предотвращения деформации (выдавливания) песка па участке форлы ыевду стенкой н ребром (или между двумя ребрами) от давления со стороны отливки в следующем виде:

где, кроме вышеуказанных обозначений, р = F/ Г1 - характерный размер участка формы, м; F,П - соответственно ее площадь и першетр; К, } - коэффициенты соответствешо бокового давления и трения песка о стенки опоки; h - толщина слоя формы, м.

При подстановке цифровых значений в выражение (I) для опоки с размерами в свету 1,2 х 1,0 х 0,25 м и пятью ребрами с расстоянием 0,13 ы ыеаду ними (длина ребра 1,0 м) и размеров отливки гидрораспределителя установили, что значение прочности форы составит не более 75,2 кПа, при уи= 4,3 кПа и С£& = 70,3 кПа.

Полученные значения прочности вакуушруемой фор,к в опоке без реСмр экспериментальным измерением - не выие 67,0 кПа и в опоке с ребрами по расчету - пе вше 75,2 кПа примерно на порядок низе известных значении давления предусадочного расширения отливок -(700...1000) кПа (работы Д.Нандори и др.). Такое же расхождение рекомендуемой прочности смеси со связующим при сжатии - не ниже 5,5 Ша при литьо шаров из ЧШГ без прибылей (работи П.Дн.Рикарц-са) и прочности песка при ЕЖ' - не более 0,42 Ша (Минаев A.A. и др.).

Следовательно, прочность вакуумируемой формы недостаточна для терпения предусадочного расширения отливки. Однако предварительные эксперимент показали возможность бесприбыльного литья гсщро распределителей.

В диссертации изложены результаты исследования теплосилового взаимодействия отливки и вакуумируемой форлы.

Для разработки способа торможения предусадочного расширения отливок исследовали механизм силового воздействия вакуума форты на залитый в рабочую полость металл, провели расчет давления на границе контакта металла с формой до и з перюд затвердевания. На элементарный слой жидкого металла у поверхности отливки или на твердую корку отливки до момента затвердевания верхней поверхности выпора действует атмосферное давление Р и металлостатический напор Рг. Со стороны формы действуют давление стенки формы Рс (поверхности зерен песка) и давление воздуха Рв (между зерна',я песка). На границе "металл-форма" эти давления уравновешиваются. Сравнивая давления Рс для вакуумкруемой (обычно применяемое при заливке разрежение 50 кПа или 0,5 Р ) и обычной формы со связующим без учета изменения давления при фильтрации -азов через слой смеси, определили, что для нижней стенки полости ВП формы при высоте уровня (столба) в ней жидкого чугуна 0,35 м (для формы парораспределителя) давление Рс будет в 3,02 раза висе, чем для обычной, например, песчако-глинистой (ИГ) формы. С уменьшением высоты уровня расплава па боковых и верхней стенках полости фор-ми это различие увеличивается. Для контакта металла со стенной Формы разрежение £0 кПа при ВП'З? эквивалентно давлсшю дополнительного столба "¿дкого 'чугуна высотой 0,73 м в обычной фор,.е. Условия образования юрки отливки пра БП2 равноценны литью под нвзкзд (избыточном в 50 кПа) даняо1й:е:«' в песчакуэ Форму. При о том снижается зазор между металлом и зернами песгл и усиливается тз-плоперодача от отливки к форма. Затем после прогрева слоя песка вокруг отливки происходит замедление .теплоотвода через кесвязан-ей песок.

Исследуя теплосиловое вза:гмэдойствпэ отливки и форг/л, прозз-т экспериментальные работы с целью сравнения условий . затвердевания отливок з различных формах в производственных условиях ПО "Лшпсаш'ядромад", Ставропольского завода автокранов и в лаборатории БДКтастройдорма'з.

На ПО "Ляднлангпдромаш" получают 1,5 тыс» т/год отлиеок корпуса парораспределителя типа ГГ432 (размерами 0,516x0,312x0,141' м) из ЕР 50 в фордах из ПГ смеси по-скрому с облицовкой толщиной оглло 0,01 м • по СС^-проЕЭССу (7.5 % ггдкого стокла). Параллельно освапвгл" ЕПЗ для этих отливок. Получай чугун душкзкс-процессои (дуговая печь ДС-51ЛТ ~ индукционная ШТ-6М2) с модифицированием в азтоклаве магнием Мг-90 (ГОСТ 604-72) и ферросилицием 'ЛС-75 (ГОСТ 1415-78). Химсостав ЧШГ, 3,3...3,6 С; 2,7...2,9 ;

0,4...0,6 Мп; «0,1 Р; <0,02 S; 0,04...0,06 Mg. Формы из ПГ смеси (0С/у= (80...90) кПа) изготовлялись в опоках размером 1,0x0,8x0,4/0,25 м. В форме получают 2 отливки, на каждой - 2 экзотермические прибыли и 3 холодильника (общей .массой 39 кг). Формы по технологии ВШ - на установке, поставленной ВПКП:;;трой-дормашем, яолучали в опоках 1,0x0,8x0,3 м; песок К02, предварительно уплотнен вибрацией до плотности (1550... 1600) кг/м3; глубина закуума при зачивке 50 кПа. Еленку Сэвилэн окрашивали спиртовой краской с графитом, карналлитом и ПВБ.

На Ставропольском автокрановом заводе проводили опытные работы при литье парораспределителей типа IT 420 (размерами 0,421x0,246x0,129 ы) без прибылей в формах из смоляной ХТС (прочность смеси беж- (2,0... 2,6)Ша в зависимости от времени от-вередения в течение (8... 24) ч). Химсостав металла сходен с применяемым на вышеуказанном заводе в Андижане.

В лаборатории ЕШСЗИстройдормаш отливали образцы-бруски размером 0,240x0,170x0,120 ы, затвердевание которых сравнимо с затвердевание указанных отливок. Плавку проводили в индукционных печах емкостью 50 или 160 кг, модфщировали сэндвич-методом. Химсостав ЧШГ сходен с указанным выше. Сормы изготовляли по технологии НПО на лабораторной установке, по С02-процессу и по-сырому.

При помощи цлатино-гьтаачшо-ходиэыгс термопар с шваздаш по-•гощаокетраии ззша КСП-1 взкеряли во времени температуру при заливке и охлаэдошш отливок в раздэтшгх по глубине точках отливка и фор?,а. Измеряли размеры моделей и полученных отливок. После гюрозкы отливок определяли механические свойства, химсостав и структуру металла. Расчеты средних величин и погрешностей размеров отливок и моделей провели на ЭЕМ ВУыС-001 (микро-ЗВМ "Электроника ДЗ-28"). Для исследования кинетики затвердевания отливок применяли метод выливания из $орка гадкого остатка, измеряя секундомером время от момента окончания заливки до момента выливания.

В результате исследований получены следующие особенности затвердевания отливок типа гцдрорасиределптелей, получаемых при EIS, по сравнению с изготовлением в обычных песчаных формах. Измерения толщины, исследование микроструктуры металла, получаемой после вшшваЕшс гщцкого остатка при различной продолжительности выдераа! с момента заливки показали (см. таблицу), что при контакте расплава со стенкой формы при BliS вместо испарившейся спи-

тетической пленки практически сразу (через (I...2) с) образуется герметизирующая полость формы затвердевшая корка толщиной (0,1. ..0,8).КГ3 м. Затем наблюдается нарастание этой корки тол-

Таблица

Способ изго- Бремя после Толщина корки, Структура металла товлепия заливки, с То~з ,,

Формы___I_10 "______________________

ВПФ I. ..2 0,1...0,8 П + Ц

М 120. ..150 2,5...3,0 П + Гр + Ф + Ц

11 180. ..240 3,5...4,0 П + Гр + 3

11 240. ..300 4,0...5,0 П + Гр + '!>

Из ХТС 180. ..240 Катжас по уг- П + Гр + 3

лам отливки

щиной до (1...2)-10~3 м преимущественно из белого чугуна и ускоренная кристаллизация поверхностного слоя отливки на глубину до (6...8)«Ю~3 н. До этой толщкш отливки теплоотвод перегрева металла и затвердевайте идут более интенсивно, а шследующие слои затвердевают при сравнительно медленном охлаждении. Для отливки парораспределителя, получаемой в обычную, например, из лТС, форму, вдет пропесс преимущественно объемного затвердевания без образования сплошной поверхностной корки. За время, по истечении которого возмогло через не затвердевшие выпора вылить гкидкий остаток ояпгвкя, (3...4) мин образуется .тагь кар;ас по углам отливки.

Отливка корпуса ГГ432 до 400 °С в ПГ форме охлаждается 9 ч, при ЕП5 - II ч. При БПФ наблюдается измельчение зерна металлический катравд и графитовых включений поверхностного слоя отливки толщиной до (6...8)'10~3 м в 1,5...2,0 раза по сравнению с литьем в ПГ формы. При этом близкое расположение долгах включений графита сокращает нута дий&зпа углерода к графптовна включениям от близлежащих стрбалов перлитной матрицы и вместе с ор'*«гдленкем охлаждения ведет к ферритизации этого слоя (при ЕГЭ в среднем на 20 % феррита больше, чем при ИГО). Подобная структура по величина зерна и феррзтной матрице металла обнаружена т этой ко у

поверхности на глубину нэ менее 0,025 м вблизи наручного холоднль-вика толщиной (35.»,40)« Ю"3 м при литье в евруу» форту, что позволяв? рассматривать влияние БП фор-н "а кинетику гогсстяетшзрН'Ш аналогично холодильнику, но с гораздо меиьпей чнтепстпгос'п-1'}. Б среднем по толщине стенкп твердость при РП' га 30 НВ и &з па (30...40) 'На мс.тьеэ по сравнению с ПРЗ.

Результаты обмеров серийно получаемых отливок в обычных формах и отливок опытных партий по технологии ВПФ ц их статистическая обработка с использованием ЗВМ свидетельствуют, что отливки гпдрораспределителя, полученные при ВП2, имеют линейную усадку по всем размерам (1,0...1,1) %, в форме из смоляной ХТС -(0,7...0,9) в сырой форме - практически не отличаются по размерам от моделей. По сравнению с литьем в сырую форму при ВИЗ масса отливки на 8,0 % нскыге.

Таким образом, ресашув роль для подавления предусадочного расширения отливки без прибылей по технологии ВПФ играет установленная особенность - ускоренное образование поверхностной корки, удерживающей вместе с формой отливку от расширения. При этом прзд-усадочное расширение компенсирует усадку ЧШГ за счет появления эвтектического графита.

В диссертации изложены разработанные критерии и конструкции опок для Практика получения отливок показала, что их качество ухудшается вследствие мостах обрушений или дэфор,:апий фор-

т.к. применяете опоки но всегда обеспечивают достаточно эффективные степень разрелекия и отсос газов при заливке форм.

В результат анализа функциональных особенностей конструкций спек г"' зри сравнении их с опок£.\га для обычной фор'овкн раз-

критерии (отличительные признаки) конструкций опок для BIß, которые следует учитывать пр; кх проектировании в зависимости от условий производства отливок. На основании выбранных критериев разработан р:д новы?:, описанных п работе, конструкций опок, рекомендованных для среднего п крупного литья. На эти кон-струшт получаю 3 авторских свидетельства СССР.

Учитывая часто нежелательное увеличение пподоллгителыюст;; охлаждения отливок при В1№, предложены 2 конструкции опочноп оснастки для устарения охлаждения отливок в формах. Для этого предусмотрено увлаянак^-э пест, либо охлазденио отливки с г-омом в сакотах. На обе кокструхцеи получена радения о ыщачо авторелп: свидетельств СССР на изобретения.

С целью автоматизации проектирования технологического процесса ВШ> разработана информационная модель программы (УПР на по выбору и конструированию опок » зависимости от заданных условий производства отливок.

В диссертации изложена технология получения отливок из Ч11Т без прибылей методом ЕЕ. Проведенные исследования позволил:; разработать основные полэаонзя технологии получения отливок гидре-

распределителей из ЧШГ без прибылей. При этом, исходя из условия баланса расширяющихся и усаживаемых объемов, предложено математическое выраяение для расчета минимальной толщины с те niai отливки, начиная с которой рекомендуется применять Birî при литье ЧЕТ без пр1былей в обычных рамочных опоках с открытым контрладом (но способ получено решение о выдаче авторского свидетельства СССР). У..;:: отливок гидрораспределителей эта толщина составляет (36 + 4)-Ю_;:; м.

При разработке технологии предусмотрены меры г- /.редотвращо-нию пригара на поверхности разветвленных литых тсана:,;п гидрораспределителей, возникающего из-за повышенного давления во внутренних жидких зонах отливки при затрудненном ее предусадочном расширении. За счет определенной краткосрочной продолжительности вакуумирования форм после заливки (для отливок гадрораспределп-телей - (60...70) с прл температуре заливки (1300... 1320) °С) и последующего отключения вакуумированш для снижения прочности формы п прекращения ускоренного образования поверхностной коркп отливки достигается частичное расширение отливки, не вызывающее ни усадочных, ни пркгарных дефектов. Вследствие этого расширения, после отключения форм от вакуум-сети происходит выдавливание коска мезнду ребрами опоки на высоту (0,8.. .1,1)-Ю-3 м (измерения проводили индикатором ИЧ-10 по ГОСТ 577-68).

Для предотвращения газовых дефектов и неметаллических включений в отливке предложена конструкция запертой литниковой системы (защищенная авторским свидетельством СССР), позволяющая регулировать скорость заполнения формы.

Основные результаты работы реализованы в качество технологического процесса ВШ получения отливок гадрораспределителей на участке производительностью 330 т/год ПО "Лнднгангидромаш".

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании исследований силового взаимодействия отливки н ВП форм! предложено математическое выражение для расчета прочности формы в опоко с ребра,и с целью определения сопротивления расширяющейся отливкл.

2. Результаты расчетов прочности фор,сы подтверждены экспериментально при помощи специально спроектированного и '^'готовленного нами переносного устройства для определения прочь.сти форлн как конструшпи внутренним избыточным газовым давлением, Одновременно разработан экспресс-метод определения прочности формовочной

снеся при изгибе, определено соотношение прочности при сжатии н при изгибе в зависимости от изменения разрежения в форме.

3. Показана недостаточность прочности фор.ы для подавления предусадочного расширения отливки из Ч1ИГ.

4. В результате исследований теплосилового взаимодействия кристаллизующейся отливки из 41! I с БП формой и его влияния на кинетику затвердевания, структуру и усадку отливки по сравнению с подобными процессами в обычной песчаной форме установлено следующее:

давление расплава на стенки рабочей полости формы выше на величину разности давлений атмосферного и в толще формы после заполнения ее металлом;

это повшепие давлокия металла является основной причиной ускорения кристаллизации поверхностного слоя отливки парораспределителя на глубину до (6...8)«Ю~3 м;

ускоренное образование поверхностной г-орки отливки преимущественно из белого чугуна толщиной до (I.. .£)• Ю"3 и, затем распад карбидов в этой корко (самоотгиг);

эффект ускоренного затвордеванкя ведет к измельчению (в 1,5.,, 1.,-. ра.-а) зерна металлической матрицы и графитовых включении указанной толщины поверхностного слоя отливки (послоднсо способствует ферритизацш этого слоя, т.к. близкое расположение *. .нспх включений графита сокращает пут,; диффузии углерода к графитовым включениям от распадающихся б'излояащах карбидов перлитной матрицу), а замедление* кристаллизации - охлаждент отливки в целом сшшает ео твердость в среднем по толщине стенки на 20 НВ и 6'6 _ па (30...40) Ша;

статистическая обработка размеров отливок с использованием ЭВМ свидетельствует о том, что отливка гидрораспределителя, полученная при БП®, иыоет линейную усадку по всем размерам (1,0...1,1)^, в форло из смоляной ХТС - (0,7...0,9) %, полученная в сырой фор-'з, практически ш отличается от юдоли; иасса отливки при Шй мояьео на 8,0 % по сравнений с сырой формой.

5. В результате анализа функциональных особенностей конструкций опок для В® разработаны критерии (отличительные) признаки) конструкций опок для В1Ю, ко тори о рекомендуется учитывать. прг прооктирогашш опок в зависимости от условий производства. На основе этих критериев создан рад новых конструкций опок для поышге-ния прочно си: вакуушруеиой фора и регулирования скорости охлаждения и кристаллизации отливки. Предложена информационная иодель

программы САПР для персональных ЭВМ г,о выбору конструкций опок в зависимости от условий производства отливок.

6. Разработана технология получения отливок гидрораспределителей без прибылей из ЧШГ методом ВЕЗ, для чего:

определена рекомендуемая область применения ВП5 пш исполт -зовашш обычных рамочных опок с открытым контрладом (для отливок с толщиной стенки, рассчитываемой по приведенному математическому выражению), а для отливок типа гидрораспределителей эта толщина составляет не менее (36+4)-Ю-3 м;

разработан способ предотвращения образования пригара на поверхности литых каналов отливки за счет ее частичного расширения;

предложены конструкция запертой литниковой системы и режим заливки при регулировании скорости заполнения форы.

7. Экономический эффект от внедрения технологии ВПФ на ПО "Лцдижангидромаш" составил свыше 73 тыс. руб.

Основное содержание работы опубликовано в следующих материалах:

1. Барский В.Т., Дорошенко B.C., Шейко Н.И. Изготовление отливок гидроаппаратуры в строительном и дорожном машиностроении.

- М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1987. - 36 с.

2. Дорошенко B.C., Шейко Н.И., Андерсон В.Л. Изготовление отливок глдрораспределителей на заводах Иинстройдорлака // Современные технологические процессы получения высококачественных отливок, повышение стойкости литейной оснастки и режущего инструмента. - Чебоксары, 1987. - С. 163.

3. Дорошенко B.C., Шейко Н.И. Изготовление отливок гидроаппаратура методом вакуумно-пленочной формовки // Прогрессивные процессы изготовления качественных отливок в песчаных формах.

- Челябинск, 1237. - С. 50-51.

4. Дорокенко B.C., Шейко Н.И. Основные требования к конструкции опок для вакуумпо-пленочной формовки // Роль науки в повышении эффективности производства в свете требований ХХ7П съезда КПСС. - Чебоксары, 1937. - С. 20-21.

5. До репе гаи B.C., Высоцкий Б. П. Влияние различных видов форм па усадку отливок гидроаппаратуры // Прогрессивные технологии производства литых заготовок. - Челябинск, 1988 - С. 13-14.

6. Андерсон В.А., Доретэяко B.C., Барский В.Т. .;еметалличе-скяа включения в отлягсах узлов гидравлических систем из высокопрочного чугуна // Нсквталлическае включения и газы в литейных

сплавах. - Запорожье, 1988. - С. 230-231.

7. Дорошенко B.C., Шейко Н.И., Тешшцкая М.В. Улучшение качества отливок при вакуумко-пленочной формовке // Там же.

- С. 278-279.

8. Барский В.Т., Андерсон В.А., Дорошенко B.C. Охлаждение песка при вакуушо-пленочной форювке // Перспективы применения регенераты; песков при малоотходной технолога; получения отливок.

- Челябинск, 1988. - С. 13.

9. Андерсон В.А., Барский В.Т., Дорошенко B.C. Получение отливок из высокопрочного чугуна без прибылей методом вакуугнно-пленочной формовки // Ресурсосберегающие технологические процессы в литейном производстве. - Ордноншзддзе, 1988. - С. 54-55.

10. Дорошенко B.C., Шейко Н.И. Особенности микроструктуры отливок из чугуна, получаемых в вакуумно-пленочных формах // Там се. - С. 65.

11. Дорошенко B.C., Шейко Н.И. Измерение прочности формовочной смоск при изгибе // Пути повышения качества и экономичности литейных процессов. - Одесса, 1988. - С. 97.

12 чздорсон В.А., Барский В.Т., Дорошенко B.C. Регулирова-ш:с uj-эчностк фор.м для получения качественной поверхности тонких лип • каналов отливок // Там не. - С. 103.

13. Барский В.Т., Дорошенко B.C., Шейко Н.И. Некоторые особенности получения отливок при вакуумно-пленочной формовке // ЛнтоЯное производство. - 1988. - й 7. - С. 19-20.

14. Дорошенко B.C.,-Шейко Н.И. Критерии выбора конструкций опок для вакуумно-плоночной фор.:овки // Там ге. - С. 25-26.

15. Дорошенко B.C., Шейко Н.И. Определение прочности Форш при вакуумно-пленочноЕ формовке // Там se. - 1989. - № 2.

- С. 14-15.

16. Дорошенко B.C., Шейко Н.И. Кристаллизация отливок при вакуумно-пленочяой фораговке // Там г.е. - 1989. - й 8. - С. 11-12.

17. Дорошенко B.C., Шейко Н.И. О герметизирующей и защитной роли противопригарных локритий при вакуумно-пленочной формовке // Строительные к дороаныо мазаны. - 1988. - ß 7. - С. 5-6.

18. A.c. 1423264 СССР: ЫКИ В22С 21/00. Опока для вакуумной Фориовки / В.С.Дороиенко, В.Т.Барский, П.Л.Мартынов. - Опубл. 1988, Бол. й 34.

19. A.c. 1423263 СССР: ЫКИ В22С 21/00. Опока для вакуумной формовки / В.С.Дорошенко, В.Т.Еарсгай, И.А.Мартынов. - Опубл. 1988, Еэл. № 34.

20. A.c. 1560362 СССР: Î.ÎKH B22v 9/08. Запертая литт:ковая система для получения отливок методом вакуумной формовки / В. С.Дорошенко, Н.И.Шейко. - Опубл. IS90, Вал. Гг 16.

21. A.c. 1496903 СССР: Î.KH В22С 9/02. Оснастка для вакуумной формовки / В.С.Дороиенко, Н.И.Шейко. - Опубл. 1989, Бал. '' 28.

22. A.c. I4S6S60 СССР: 1Ш 01 >? 3/10. Способ ш. ,..-:.:ения внутренним давлением полых образцов, полученных Çojvoî*.koP. из сыпучих материалов, при их испытании на прочность/ В. С.Дорошенко, Н.И.Шейко. - Опубл. 1989, Епл. 22.

23. Барский В.Т., Дороменко B.C., Иойно H.H. Получение отливок гташов методом вакуумпо-шепочной формовки // Соврокекшо технологические процессы получения вксогсокачостгешпгх кздедзЗ методом литья и пороглсовой металлургии. - Чебоксары, 1989. - С. 161.

24. Получение отливок из высокопрочного чугуна без прибылей вакуумно-плекочной формовкой / В. С. Дорошенко, В. Т. Барский, Н.И.Шейко, К.А.Чертаг-овский // По лихо статные холодт>тшрде«язпо смеси и отливки из высокопрочного чугуна. - J!:htouk, 1989.

- С. 73-75.

25. Пр-лкоиокио вакуугмо-плоиочкой форх.ггга дл«г проясгодстБ' крупных отжзок / В.С.Дорогопко, В.Т.Барский, Н.И.Войко, К.Л.Чер-тзкозекдй // Новые формовочные материалы в литейном произтюдстее.

- Челябинск, 1989. - С. 43-18.

25. Доро~енко B.C., Барский В.Т., Вгщонко К.И. Применение ва~ куукко-пдепочяой ф'орковкя для полутакта отливок ил высокопрочного чугуна // Сьэр-змэякя пзучкя и технологична постпг.ення в лгярското производство. - Bapsa, 1989. - С. 70-71.

27. Барогшй В.Т., Догопснко B.C. Оборудование для ппкуукко-плэночпой фор'о // Сочромепг'ые г^лр^влоння ттогкгояпя :слчрсгла литых заготовок при литье в яеечакио формы. - !,!., 1920.- С. 5Ï-E2.

23. Доро::енко B.C., ЕзргкяЗ В.Т., Eofteo H.H. Э&екглвностъ применения вакуукко-плопочгоЗ Фор-овка // Там до. - С, 53-54.

29. Способ изготовления от~::г.ок лл пугупа с гаровиташм графитом / 3. С.Дорспенко, Н.З.Пейко. - Ferren:? ГЕ-СЕЗ чо заявке 4743793 от 30.05.90,

30. Споет для гакуумпой Фордов;" / З.С,Дог">~-г л,

- Fi-олио ЕБЗШПЗ но заялг-.о 4407758/27-02 от 76.С-' .¡.'

31. Литейная форма для вакуумной формог..:-.: / . Е.И.Е:Яи>. - Рэ'лзнпе БНИИГВЭ го пя^пз 455022-1 о- Я, .9.53.

32. Дого':тнко B.C., Г'знко П.", Новые спт;.:ол оо-кастки дта закуутл:о-п;:?цочпой Гогморгп // Пынотм. сб. - : ПН^ТЭстройма-::, 1990. - Г, Ï-ÏI,