автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка метода автоматизированного проектирования экономичных литниковых систем

САККТ-ПЗТЕР5УРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ - ТЕХШЗСЙЙ ЛШЕРСЯТЕГ

на правах рукописи

ГОТЗ® Евгений Степанович

УДК 621.746:658.512.011.56

РАЗРАБОТКА МЕТОДА АЗТОЖШЖОВАпНОГО ПРОЕКТКРОВАШЯ ЗКОНОРЛИЧШ ЛИТНИКОВЫХ

. 'систем

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

Автореферат гдссертацж* на соискание ученой степени кандидата технических наук

Сашст-Пэтерйург 1-92

Работа выполнена на ка5едрэ ''Теория к технология литейных оплазсз" Санкт-Петербургского государственного технического университета.

НаучнкЙ руководитель: доктор технических наук, профессор Е.Б.Гуляев

0<£ксдальт;з оппонента: доктор технических наук, профессор О.П.:.!агнЕцккй кандидат технических наук В.В.Десницкпй

Зздуцее предприятие: ШТИЛитПром г.Санкт-Петербург

Зздита состоится И.3»Ч" .дедв.бдя.... 1992г. в .Д6.. часов ка заседании скоилалнзирозанного Совета Д.063.38,08 при Санкт-Петербургском государственном технической университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, Химический -корпус, ауд. 51.

С диссертацяе"; модно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета. '

Автореферат разослан "Л6" .. ЛЮ^В?.... 13Э2г.

Учений секретарь специализированного Совета

Казакевич Г.С.

РАЗРАБОТКА 12ТОДА тМкТ.ШЕЮМШО П?ОЕКГИРОЗ/Л51Я ШПШЖ ДЯЯ82ШК СИСТл« •

Общая характерного« работк

Актуальность работы. Одной из затаеПих задач современного якшзводства является ускоренная его.лерэораекгатня на вотуск.'.но-зкх изделий, повкпге.таэ качества продуки?:;: п экономия :.сотерпал5кых I тошшвяо-энергетпческпх ресурсов. Разютлз р?л-:очн:лс стиогешй;, ибера-шзацкя цен на кагерпаду я экзегоеослтолк разно обострили фоблему поиска и внедрандя рэсурсссборегаддг.х технолог;;:!, поззо-ивдсс сникать себестоимость продукции п экономзга дорогостоящие ¡атериалн» Применительно к .ютэйюг.^ производству эЖектлвннм спо-:обом решения данной пробной является совершенствование методов ¡роектнрования технологии путем построения катоматаческих моделей отейных процессоз и лсполэзоззиая вичис.'стэллной техники для подушил оптимальных технологических рслскгД.

Характерной особенностью производства отставок трубопроводной рматуры является сравнительно я:<зю:и коэ^Ооят вкхода годного , причем на доли лгшгшгоенх систем пргаодатся до 25,1 массы тливкл. Одам кз резервов ониленля расхода металла на литнакозо-итащую систему является опжавзацвя ее параметров.

Обзор существующих методов к подходов к проектировании латхтхе-ых-систем показывает, что большинство из ¡их ограничивается рас-этом суммарной площади: узкого сечения литников. Однако, в случае роектирозаппя дитшгноэнх сястем, вкшдас киаакальшй объем к Зеспечиваввдх благоприятнее услездя работы гграбилеИ, существенное *аче:гае икэот попек рационального моста подвода металла к отливке определение шшиальнбк толгриш ллтнжеоо.-13 настоящее время рзае-'л перечислениях "задач лчбо отсутствуют, либо сводятся к инту:шш-■м рекомендация.!. Но ясен вопрос о пряпотпах выбора количества лит-5коз. Наконец, при проектирован:;:: л:тш!дозих «'.сток ие достаточно ттшаются' ивдпвпхуальнне особенности конструкции отлпяох, что яв-штся н00(5х0дпг.зи1 усдокюм получения экономичных литшкорих систем.

Таким'образом, проблема сш-жения расхода г.:зта^та на литниковые ютами остается актуально* и требует дальнейкого исследования.

Даль работ». Разработка метода проектирования экономичных лат-

нлковых систем, позволяет* за счет ингопзациз их объема и оют-глхзадак параметров, повисеть выход годного.

Засучи работы.

1. Исследование затвердевания двилушэгооя металла в узкда канала.

2. Ыаяимазация плогдада сечения литника с целью обеспэченяя эффсгавпой работа закрытых прибылей.

3. Разработка метода проектирования экономичных литикковюс систем.

4. Автоматизация проектирования зкояоилчных яитюшзвшс систем.

Нзуйт новизна.

1. Установлено влияние размеров сечения каналов литниковой систем! на эффективность работы зекрктых прибылей.

2. Дет расчета загвердеаан&я движущегося расплава в узком канале предложены поправочный коэ®ицпентк, учитнваюпдае на только перегрев, ко и скорость течения металла.

3. Разработан метод автоматизированного проектирования экономичных латяаковых систем.

Практстеская ценность. Реализация разработанного метода проектирования литниковых систем в производственных условиях позволяет сократить расход металла на литниковые системы на 15-20*, и с учетом повшенкя эффективности работы закрытых, прибылей увеличить ви-ход годного отстают на'5-10$. В процессе работы предложена конструкция литниковой системы с автоматическим регулированием поступления металла через отдельше цепочки подвода, сочетающая спокойное заполнение металла в создание бдахоприятпкх температурите режимов заливки Результаты работы внедрены на предприятии "Знамя Октября" с годовым, экономическим эффектом 72 таю. рублей.

Апообатая работы. Материала диссертации доложены и обсуздены

на:

- Всесоюзной научно-технической конференции "Прогрессивная технология, автоматизация и применение ЭВМ в литейном производства", (г.Алма-Ата, 1987г.);

- научно-техническом семинаре "Ловншение качества и интенсификация производства отливок на основе применения ЭВМ", (г.Санкт-Петербург, дат, 1989г'.);

- научных семинарах кафедры "Теория к технология литейных сплавов", ЛГУ, 1990/1992гг.

Публикации. По теме диссертация опубликовано 5 работ в ззличных изданиях п иурнаяах.

Обьем а структура дмссегггзига. Лдссертаидоняая работа состо-г из введения, пяти глаз, зкводоб, списка литературы, вкзэтаявдго 3 наименования- советских л зарубежных автороь и приложения. Работа мхстена на 131 странице машношсного текста, содорялт 43 рисунка, таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во БЕедевга обоснована актуальность темы я сформулирована цель ботн,

В пзрвой главе приведен обзор литературы, посвизекной особен- ' отям процессов заполнения литейной фэрш, а также суцастауицЕМ годам проектирования литкикових спочзт'. Рассмотрены следующие уппн методов расчета литниковых спетом: I) эмпирические метода, зтроенныв на обобщении производственного опита; 2) аналитические; ¡методы проектирования литниковнх систем о использованием ЭВМ.

Отличительной чертой первой группы методов является предстаз-ше решений в виде практических рекомендаций, либо в виде прос-!шх зависимостей, связызаюзда размеры лятнаковой систеггы с нено-параметра;®! отливки л характеристика:.® технологического про-юа. Эгдлкрпческие. методы дололепла качало упорядочения к-югочислен-: данных, известных пз практического опыта лигейдиков, однако, :едствиа упрощенного учета опрэделяжях сТехторсв, носят прибжжон-характер, псэто?,:у не всегда да:от дадешша результата п главное -позволяют резать задачи оптимизации.

Вторая группа методов появилась как результат поиска обосноза-полученных в экспериментах и па практика закономерностей. Рас-грэнн теплофазическяЯ и гидравлический подхода к определении яе-здаглого времени залавки <£ор:.ш. Главнш недостатком аналитических адов является прябллкеннкй учет фактора конфигурации реадьних шок. Развитие аналитических методов расчета лнтаиковнх систем )снове комплексного учета разлпчша факторов заливка способство-> повышению надежности получаемых результатов и нсслунило базой разработки методов проектирования лиитковнх систем с прпаеие-I SEM.'

Методк рас чета лкт:с:ковкх систем с использованием ЗВГЛ позволили осуществить мкоговариаяткай поиск и получение технологического решения, удоидетзоряэдего система задаваемых ограничений. В большинстве из указанных методов область некогда значений определяется условном получения качественно" отливки, Задача микюлизацкя объема лит-няковнх систем, требующая использование адекватных методов отображения конфигурация отливки, остается не решенной. Кроме того, проектирование литшкокнх систем ведется без учета влияния ее параметров на эффективность работы Ерибшей. С этой точка зрения существенное значение приобретают размеры отдельно взятого литника и выбор рационального места подвода металла.

Вторая глава посвящена вопросу минимизации сечения литника.

Зромшмонноэ внедрение экономичных г.о объему закрытых прибылей с конической верхней часть» для отливок трубопроводной арматуры привело к увеличении брака по усадочным дефектам, особенно в зоне подвод, латника. Специальные наблюдения и анализ, проведении« в цехе, позволили сделать вквод, что причиной появления дефектов является нз форма и тш прибили, а параметры литниковой системы и, в частности, парат-метри сечения литнккоз. Установлено, что эффективность работе закрытых иркбклой суцествекно зависит от двух факторов: продолжительности взаимосвязи стояка к прибили после золазкп формы и величины начальной скорости движения зеркала металла в ней.. Первое условие определяет толщину образующейся на верхней поверхности -прибили твердой корочки металла, второе условие - вероятность ее разрушения. Учитывая что при изготовлении отливок ар!.;атури, высокая начальная скорость спускания зеркала металла з прибили достигается за счет затвердевания протяжзиннх тонких стенок отливки, необходимым условием эффективной работы закрытой прибили является обеспечение минимального времени их "простоя" за счет ускоренного деремэраания литников. В этой случае одним из основных требований к конструктивному исполнению литников становится мшммизация их толцкки.

Для расчета затвердевания расплава в латнике используется метод поправочных коэффициентов:

вания; Т - вре:гя затвердевания; ^ - поправочные коэффициенты, учитызавдио злиикае различии факторов I + «;*,-, где а;- кой-

где # - приведенная толата канала; К - коэффициент затвердо-

(I)

ганта, X;- перегрев, интервал 1:ркс?£ллг.зад:кт :; т.д.).

Анализ известных экспорт,¡ентальних пссдедозак::;":, выполненных ля углзродпстых сталей, показ;зает, что продолжительность зствер-евания движущегося расплава сукзстЕачко ззекснт от скорости точе-кя металла; Рассмотри/; течение металла в узком кэлалс ллткипово;" истеш. Предположи, что оплкзлокке л <кыо рестуказс крхсталдатоа э происходит.Под действие;.! скоэостяого'запс-рэ декдрктнге хряотал-а откдоняотся от вертикально-! осп на нехоторк! угол • <£ . Тогда актглзская тодщшш твердого слоя кегзляа будет равно"!

Г

- { СсЛЛ = Сс1«1 = Л„ \ГР (2)

19 ^ - протяженность дендрлтных кристаллов в условиях течет.? эталла; /ц. - коэфТдциедт затвердсзанкя движущегося расплава.

Используя кзвесткув из литературы зазискиость угла стклоне-:я дендрптов оС от скорости затвердевания & п скорости тече-1Я для углеродистой стали , где д.- константа), а

исае выполняя: некоторые упроцзндя, иошо получить

к-

случае течения металла по каналам литниковой спстог.щ з песчзно-шнисгой форме г/гано прлаять, .что Ц/^У и влняш;е скорости дви-гаегося расплава выразить через- поправочки:: коэКицевнт анзло-

1чно'формуле (i):

Д= I + А Ь^ . (4)

Для-практических расчетов коз.'Нкднеята затвердеваем литника процессе зализкн учитывалось влияние перегрева и скорости течения паяла. Тогда в Общем, вида формулу (I) мокко запасать елвдущви ¡разом

о>- к _- -г^

1+0, (5)

;е рА.т - показателе степснк; лперегрев г.еталла;. 1! -орость течения металла.

С целью получения чнеяз.чных значений коо.-м^цнентоз, входгащх

з ¡Тогму.ггу (5), дспользоггиг сдадухзеШ хетод. Через вертикальные какали, гдлхслкяаш в сторлнего:; ^ставке различного даамегра, зелизаласг сахгг-кётйя бронза. Сзеркйвваг зетззка помечалась под яитвкковоХ чгпе'л к перокргаалзоь стопорогл. Берхняя полуйорка устанавливалась над лкяноЛ на нсзогорш рэоскяашя. Под определенных температурах л скоростях ззлгвйг слксироьался момент прекращения истечения расплава каналов стгрнневоЗ встгвкл. По результата!,! эксперимента строились зсг.кскпосгн • Еослэ ллнеаризакш методам назмень-

шгх квадратов определялся коэффициент затвердевания даеауадгося рас-плзга для кодкргтшх условий. Полученные значения обрабатывались методом множественной регрессии. В соответствие со структурой формулы (5) в качетсво ¡5уякдаи выбрано относение у»

V*V . а в ка-Пршгамая, что

честве независимее переменных - Х*а1/ , К-Г"1 регрессия /--А + ЪХ- с. У линейка, путем последовательной подстановки определялись знзчешя к, р , S , при которых коэффициент множественной корреляции максимален, а значения параметра регрессии Д-1. Расчета вкполвеян на персональном кошьютесе IBM PC/AT.

С исяодьзозашюм аналогичного подхода обработаны литературные данные исследования затвердевания движущегося расплава для стала 351 Подученные значения езеденн в таблице.

' Сплав К см/с0'5 < С Г S гп

БрА9К4Н4Мц1 0,022 0.CQ73 0,378 1,0 2,0 0,63?

35Л 0,055 0,003? 0,343 1,2 2,5 0,770

В третьеЛ глазе списывается метод проектирования экономичных литниковых систем. Под понятием "эконошчной лптннковоЯ сястемк" подразумевается такая латзиховая система, конструкция и размеры которой обеспечивают псвшеше вихода годного при сохранении необходимого качества оташя. С учетом данного определения поставлена задача проектирования и'Теякоекх систем, имевших минимальный объем и способствующих эффективной работе прибылей. .

Метод проектирования эхоноютккх лцтликовше систем базируется на следукеях положениях:

I. .Определение основных гардаотров литннхозкх скстзм должно ¡уцествляться прл шксикзльнсм учеео андрзлдусльша: ососсинссте:! «струхни конкретно* отливка.

2; При вкборз тало жимксвой слоте;.;); а азота подвоха кота.«® обходао стремиться к создаяга ;«шп::адьккх теплозих потерь при лкзке формы.

3. Состав 7. конструкция ол.эмонтоз лгдкгксвсХ систоме должны зспочивать спокойное тонне металла з изчсльзей коглвяг ззднвхй.

4. Количество литников опродзляэтея исходя из суммарно!; плоди узкого сечения, обеатавспдэЗ условие пеггодккокоггп летоЛноЗ р:.:н, к алоЕзда сэяогшя отдельно взятии лгт:;::::сг.

5. Площадь сечения и гохрпз хигтаса дслм:п: бить миягт.'рльио пустимнми, чтобы обеспечить достаточную лропус::ну:а способность танковой сзстоан за врауя зглзвзя гТорда и способствовать з&зктив-1 работе закрггтнх прибылей.

Учет бакторл кон ригу ратам; .отжг. ^рхаякзозйкков опцоаиав :!ф::гурй1;:к полоста .•ето.^оЛ $орин построено на при к :51:1с декок-зяцка (расчленения) и Ерог^ачатривао? создс.чгз тппэзпх образов ¡струкцни отливок", ирнЛ-тей и лигяаюик систем; призодзвяз сию-то образа к расчетной :.:од?лй; ходяревзнеё и проиставдеапз ксхсд-I геометрической информации в виде структурно.'; <;оркуля; .'«азниу» >зботку структурно:! й-ормулн.

Типовые образи конструкции сглквох к элементов тежпологся -Гор— зуются на основе га гаесса^йзкдгвг по коазтруктореюн и «^нкцке-гьнга признака;,:. КамдиЗ типовой образ конструкции определяется ¡окупностыо составлякеах (типовых) оломентск н хар-зкгериои схемой располоаення. Вндолшдэ гляовюс элс-мзктоз лрокпвздг'.гся по их кцлоналъному назначения. Сдан и тот мэ тиисио!: элемент момет ть как различи»® габарктнке резгюрк, ток и различное конструк->ское исполнение. На основе данного подхода составлен клзсси.ти-ор типовых элементов лксаиковоЯ сасхеш, учиткзгисьй характер кеная расплава по каналам лятнаховоЛ системы и, в частности, папе'деления потока в эжвзжге, а тзкзе рззлпчкко варипнтк их ксн-уктавяого испоаноняя. Нутом коябияпрсвеякя элементов и соедяно-их в определенно;": последовательности можно формировать разляч-типозке обрззи копетрукнгл лптппкозих систем. Подобная класс;:-зщ:я удобна для кодирования дтшковой системе к дальнейшего рас-э заполнения литеЛно.! цорш.

Д.Л! рег-ения технологических задач типовой образ конструкции •еобходимо привести я его расчетной модели. Для этого составляете лсмскти представляет з гаде простейпах в геометрическом отаоаенаи ••ел (•стлгпдр. кокуо, парадяелешшея и т.д.), либо их комбинации.

,>укцкй ставок трубопроводной арматуры к элементов литейкой технологии ссстзвлзк каталог расчетных элементов.

Кодирование геометрической информации осуществляется на основе символылес имен расчетных элементов, которым дополнительно присваивается порядковый номер. Исходя из эскизного варианта, технологии, задаваемого па начальном этапе проектирования, технолог с помощью, классификатора типовых и каталога расчетных элементов формирует базовую модель конфигурации полоста литейной форьш, которую записывает в виде структурной форлулк, содержав информацию о типе и количестве сост8Влших элементов и последовательности их соединения.

Ыавшшея обработка структурной формулы предусматривает построение матрицы взаимосвязи расчетных элементов к определение цепочек последовательного прохокдения металла. Матрица взаимосвязи элементов состоит из "О" и "I". Цифра "О" указывает на отсутствие связи наяду элемента,!?., а "I" - на соединение соответствующих элементов. Рссчетнке элементы, нмехщке одну связь, являются граничнщи, а более двух связей - узловыми. Б узловых элементах .поток даикуиегося металла разделяется, образуя самостоятельные ветви (цепочки) заливка металла. Количество узловых одефектов определяет коэфТщдаекг деления потока к количество проходов при расчете заполнения формы.

Бкбор места подвода металла. Тепловие потери металла ври заполнении литейной формн при прочих равных условиях зависят от конфигурации отливки и скорости залгаки. На начальной стадии проектирования литниковой системы в распоряжении технолога имеется инфосма-ция-только о геометрий отливки. Поэтому в качестве приближенной оцен ке величина тепловых потерь металла при заливке мокно использовать распределений значений критерия по высоте отливки:

,&кдай расчетный элемент идентиЗицаруется. На основа анализа конст-

В зависимости от расположения отливки в форке -при заливке типовые элементы соответственно ориентируются в пространстве и разбиваются на конечное число вертикальных слоев. Внутри расчетной области с заданным шагал по высоте вычисляется геометрический критерий тепловых потерь КТ{ . С точки зрения минимальных потерь тепла и равномерности температурного градаента при заливке подвод металла необходимо размещать на уровне или вьлле максимального значения распределения КТ; по высоте отливки. Для случаев, когда использовать данное решение не целесообразно по технологическим ограничениям (склонность сплава к плеяообразоваки», больше габариты отливки по высоте и т.д.), предложена комбинированная литниковая система, состоящая из двух или более уровней подвода и предусматривавшая автоматическое перераспределение поступающего в форму металла за счет самопроизвольного перемерзання литников нютего яруса. Конструктивно литники выполняются в гиде щзли, либо совокупности каналов, размещаемых по линии разъема в Еахматном порядке. Толщину литника можно вычислить по формуле

где 0 - объем металла в форме между соседними уровняют подвода; К - коэффициент затвердевания; т{- скорость заливки.

Расчет времени заливки. Принимается, что время заливки должно обеспечивать зайолняемость литейной £ормн и гарантировать получение отливок без- спаев и недоливов. Зто означает, что температура движу-иегося расплава в любой элементе формы должна быть больше температуры ликзидус. Для определения температуры движущегося металла необходимо знать последовательность и продолжительность заливки отдельных участков формы. Таким образом, расчет необходимого времени запивки сводится к двум задачам: определении текущей высоты зеркала металла и вычислению температуры расплава в процессе заполнения «долы.

В результате автоматизированной обработки исходной геомэтри-теской информация выявляется состав и количество цепочек последовательного прохождения металла и получают все необходимые для расчета геометрические параметры элементов. Начальные размеры литниковой -' зистемы задаются в залоговом режиме с использованием традиционных леуодов расчета. Объем металла, поступающий в форму, делится про- ■

/

порционально количеству узловых элементов к б течение одного временного пага осуществляется проход по каждой из выделенных цепочек. Путем сравнения текуеу-х значзидл высот элементов внутри каждой. цв-почга выявляется ее тупиков«?, элемент. Расчет заполнения зедэтся от начала до конечного-тупикозого-эдаяента, либо до уда пройденного элемента данной цепочка с учетом суи-зарно" площади зеркала"металла задействованных к еще не заполненных элементов. Текущая высота зеркала металла вычисляется на основе уравнения расхода

ик" ик £

' (в)

где - объем .металла, поступающего в С -Я элемент по -й

цепочке; объем металла, вытекавшего из 1-го элемента по

4 -2 цепочке; -^г^ площадь зеркала ¿-го элемента; /у -коэфснцлент ( к; - 0, если . Н*'ХН; > И.'*"" ; I. если ^■"¿"нс ); к - временные пгги; И- количество цепочек; л/~ количество задействозанпах элекентоз.

Начальная! условием заполнения является условие равенства текущей высоты зеркала металла вкхней гранкцв 'олекента. В этом случае элемент становится задействованным в обдай цепочке заполнения. К концу залавка все элементы фор:.ш долзны быть задействованы и высота зеркала металла должна быть' не меньше верхней границы каждого элемента.

В ходе вычислений элементы литейкой формы разбиваются на отдельные слои ( &Ц; =(/'"_ н к ), число которых зависит от величины временного вага. Принимая,'что каждый слоХ металла модно охарактеризовать приведенной толщиной, тепловая задача сводится к плоской и ее решение упрощается. Падение температуры металла вычисляется по формуле, полученной из уравнения теплового баланса

_ *»» г к 1 ^/"Д-гу,- ~

'те»;= 'гг^'ер , (9)

где С, 9 - теплоемкость к плотность металла; - приведенная — .. «<( толщина (.-го слоя; начальная температура формы; еу -

коэффициент теплоотдачи.

Коеффпциэнт теплоотдачи определяется по формуле

Я л Л* ¡кр

?Д0 "* соответственно сирина протока и застойной зоны 1-го

злоя; ^ - коэ йицхента теплопроводности жидкого а твердого яеталла; коэ&Тндпент тепловой активности £орш; С- время.

Температура металла ка вгаоде из элемента (слоя) равна температуре расплава на входе в последуют;:?; элемент (слой). Начальная гемпература металла в перзогл элементе равна температуре заливки, ¡аддика считается успешной, если к моменту окончания заполнения :аздого элемента $ор:.к сохраняется запас перегрева металла и скорость течения расплава в ллтникозой системе но преишает допустимой ветчины. 3 противном случае, а такзад в случае возможности уменьшаем плоцада сечений каналов литниковой системы о целью юшимяза-[кл ее объема, начальные параглетрк задявкя изменяются п расчет :овторяется.

■Расчет площади сечен?:.? лкгндка. Расчет параметров литника ос-юван на условии минашзация его сечения с цель» повдания эффективности работы закрытых прибылей.. Используя традиционные метода асчета и учитывая выбранную конструкцию литниковой системы, техно-ог задает начальные размеры летников. В ходе численного расчета аполнения литейной формы определяется текущее значение температуры скорости течения метачла в каналах литниковой см с тема, вкчисля-тся коэффициент затвердевания двккуцегооя расплава (формула 5) и олцина нарастания твердой корочки в литниках:

- для щелевого латника

*д Г (II)

. - для равностороннего литника

■ аГ . (12)

А-

коэффициент затвердевания движущегося расплава; по-звина толщины литника; т - эмпирический показатель'степени.

Начальным по времени условием расчета является момент начала >чешя расплава в 'литниках. При этом £ /т-~-0. Расчет ведется до )х пор, пока литейная форма не будет заполнена, либо пока не на-таштся условие £^¡лГ ' ~ коэффициент запаса), В первом

случае проверяется возможность уменьшения толцинк литников, ео зто-рсм случае корректируются качалькке размеры литников в сторону увеличения их тол^ник к расчет возобновляется, ¿¡сходя из значения, суммарной площади узкого сеченая литниковой системы, оЗзспечиваэдей качественную заливку, формы, и зная гспшглальну» толщину одного латника, определякт охзат дели либо количество летников. , .

Четвертая глава посвящена разработке алгоритма евтокатизиро-ванного проектирования экономичных гатникознх систем. Общая схема проектирования (рис.1) построена по блочному принципу с непосредственной связко отдельных модулей.

Модуль выбора места подвода металла предусматривает ввод геометрической информации об отливке и расчет распределения критерия тепловых потерь металла. В качестве исходных' данных используется структурная формула конфигурация отлизки. Данные заносятся в массив и анализируются, после чего осуществляется последовательный запрос и ввод с клавиатуры геометрических параметров по каждому элементу и формируется массив численных значений Ш, используемый в дальнейшем в течение всего, цикла проектирования.,После ево-да величины расчетного пага по высоте отливки, послойно вычисляется критерий тепловых потерь КГ. Расчет организован с помощью двух циклов. Внутренний цикл служит для выявления задействованных на данном уровне элементов отливки причисления для них величины КГ, во внещем цикле осуществляется проход по всем уровням (слот) отливки. Результаты расчета выводятся на экран в виде численного значения уровня отливки по расположению ее в форме при заливка, где критерий тепловых потерь максимален.

Модуль описания конфигурации литейной формы предназначен для ввода и анализа геометрической информация о конфигурации литейной формы и подготовки данных расчета параметров литниковой системы. С помоцыо классификатора литниковых систем и с учетом результатов расчета распределения критерия тепловых потерь технолог, формирует типовой образ конструкция литниковой систеш и составляет структурную формулу литниковой систеш, в которой указывает тайке элементы соединения отливки и литниковой системы. •-Па основе структурной формулы и с учетом массива формируется вектор М1, пока-зывамций состав и количество элементов литейкой формы. В результате анализа Ш строится матрица взаимосвязи элементов М2, на основе которой формируется массив значений МЗ, состоящий'из порядковых но-

Каталог расчетных элементов Построение структурной йормулы отливки,- "

1

/Вводпсходннх /„ 1 , !

Библиотека программ Расчет распредел, критерия таплов, потерь

Каталог расчетных элементов

Библиотека программ

Е

Классийикатор литн. Систем *£ормарозанив тикового образа констр.ллтн.систем

построение

Выделений цепочек последов, прохояц. металла •

/Ввод начальных~ / / пасг:*отроз / / расчета_/

Расчс? высоты з ерхала металла

Расчет тжэратури дзггсуцогося потока

Насчет кшютихи затвердев, метали в литкпках

Контроль принятых ограничэшй

/ Вывод* / / результатов / / расчета /

Выбор песта подвода латников

Описание ож игу рации литерной формы

»

I Расчет I

Изменение начальных , параметров! ковой

I систе-

парамот-I ров I литни—

I мы

I

I «

Рис. I. Схема автоматизированного проектирования экономичных

литшчогшх очот'чи.

меров элементов, сгруппированных в соответствие с цепочками прохождения металла в процессе заливки. Путем последовательного запроса данных массив !Л4 дополняется информацией о типах и размерах элементов литниковой системы. Модуль описания конфигурации литейной формы используется также в режиме корректировки параметров литниковых систем. При этом указывается порядковый номер корректируемых элементов и осуществляется поочередный ввод измененных параметров. Данные заносятся в массив М4, ' -

. Модуль расчета параметров экономичных литниковых систем включает: I) ввод исходных данных; 2) расчет высоты зеркала металла; 3) вычисление температуры дакнущегося расплава; 4) расчет кинетики . затвердевания металла в литкиках; .5) контроль за соблюдением ограничений и при необходимости итеративное изменёкие начальных условий; 6) вывод на печать расчетных значений.

Исходными данными для распета являются: I) массив МЗ путей (цепочек) возможного прохождения металла по элементам; 2) массив М4 геометрических характеристик элементов литейной формы; 3) теюгофи-зические коэффициенты сплава и материала формы; 4) ограничения по заливке; 5) величина расчетного шага по времени.

В процессе расчета создамся следупвде рабочие массива чисел, используемые внутри данного модуля: I) массив начальннх высот течения металла НТ; 2) массивы значений шшх ЕЛ и верхних С границ элементов; 3) упорядоченный по убываний значений С массив порядковых номеров элементов l»5Cz? ; 4) массив верхних порогов элементов - ; 5) массив значений коэффициентов заполнения элементов ICS СО" или "I").; 6) массив ллодадей зеркала металла задействованных элементов

■S ; 7) массив MS количества слоев металла в элементах, задействованных движущимся потоком расплава; S) матрица расчетных величин температуры двикуяегося металла Т (jp) ; 9) массив текущих значений толщины нарастаэдсй корочки металла в литниках Е(1).

Б случае, если выполнение программы в процессе расчета не будет прервано вследствие нарушения какого-либо из принятых ограничений, то технологом пригашается решение о возможности уменьшения начальных размеров литниковой системы и проведения повторного расчета с целью минимизации ее объема.

На печать выводится итоговое время заливки формы, расчетные значения суммарной площади узкого сечения литниковой системы, параметры литников и их количество.

Программа реализована на язнке "Фортран-ЗУ". Продолжительность

'аочета зависит от сложности отливки и составляет в среднем 5-6 шт.

Пктая глава посвящена опыгно-промкшленному опробованию и внедрю® методики автоматизированного проектлрсваюш экономичных лит-дковых систем. Реализация методики в промышленных условиях осуцест-лялась для отливок трубопроводной арматуры на предприятии "Знамя етября". Расчетам были охвачена отливки массой от б до 80 кг, из-отавливаемые из сплавов на медной основе (Бр08Ц4, БрАЭЕШВД, рА9Мц2Л, ЯЦ16К4). Первоначально расчеты проводились для отливок, меющкх повышенный брак в влде усадочных рыхлот и пористости на флангах. На основе разработанных алгоритмов и программ выполнены расчеты инимальной толщинк литников, изменена модельная оснастка, залиты пытнне партии отливок. Сравнительный анализ рззрезанных прибылей характерных сечений отлявок показал эффективность проведенных из-енешй. Указанные литейные дефекты на йланцах отсутствовали.

С использованием алгоритма автоматизированного выбора рацио-ального места подвода металла получены два варианта литниковых истек: с верхним подводам металла для сплава Бр08Ц4 и комбинированным подаодйМ металла, предусматривающим автоматическое перерас-' ределекке расплага через подводящие уровни (БрА9£41Ш»5ц1). Отливки зготавливались в оболочковых формах с вертикальны,! разъемом. В ре-ультате внедрения указанных технологий выход годного увеличился до $ дои отливок из Бр08Ц4 (против 60# по базовому варианту) и 39^ т отливок из БрА9К4Н4Мц1 (против 30% по базовому варианту).

На момент внедрения методики автоматизированным проектированием кономичных литниковых систем охвачено 20% номенклатуры цветного 1тья. За счет оптимизации параметров литниковых систем удалось побить качество отливок я уиеньшть расход металла на лптгшково-пи-стцую систему. В зависимости от марки сплава коэффициент выхода здного увеличился в среднем на 5-10^, Годовой экономический эффект зставил ?2 тыс. рублей (1931г.5. ' -

. ■ ВЫВОДЫ . - '

1. Решение проблемы снижения расхода металла на литниковые сис-»лы основывается на теоретически обоснованном определении их парадов при учете фактора конфигурации конкретной.отливки, . , • •

2. Разработанная методика автоматизированного проектирования •ономичтос литниковых систем позволяет: а) определять рациональное • ■точки зрения минимальных потерь текла при заливке место подвода '

металла ; б) вычислять суммарную площадь узкого сечения литниковых систем, обзспечиващуо заполняе.\»ость литепно" форглы; в) определять количество литников исходе из расчета рациональных параметров отдельно взятых литников, способствующих созданию благоприятных условий работы закрытых прибылей.

3. Экспериментально установлено, что эффективность работы закрытой прибыли существенно зависит от толщин литника.

4. Задача минимизации сочекия литника реиена на основе расчета затвердевания с использованием поправочных коэффициентов на перегрев и скорость течения расплава,

5. В процессе работы предлонена конструкт«! литниковой системы, предусматривающая авталатическое регулирование поступления металла через отдельные цепочки подачи металла, что позволяет управлять температурными ре"п:ма\з; залшкн. • .

6. Решение задач проектирования литниковых систем базируется на учете индивидуальных особенностей конфигурации отливки путем ткпизаши конструкции отливок -л элементов технологии.

7. Алгоритмы и програ'.г.ш, разработанные для проведения расчетов на персональной ЗЗМ, позволяют ускорить процесс проектировашя и получить оптимальные параметры литниковых систем ка стадии проектирования литейной технологии.

8. Промьшенноэ знедреш-е методики автоматизированного проектирования экономичных литниковых систем применительно к отливке трубопроводной арматуры позволило повысить качество отливок, снизить расход металла на литниковые системы на 15-20$ и увеличить выход годного на 5-1СуЗ.

9. Результаты работы внедрены ка предприятии "Знамя Октября" с годовал экономическим эффектом 72 тыс. рублей (1991г.).

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Кириловский Б.Н., Мурзнн З.С. Вопросы развития САПР литейной технологии // Прогрессивная технология, автоматизация и применение ЭШ в литейном производстве / Тезисы докладов и выступлений. Алма-Ата, 1987.

2. Мурзин ".С., Кириловский В.II. Технологический расчет заполнения литейных форм // Труди ЛИИ им. М'. И .Калинина, й 433-Л., 1989. -с.49-55, '

3. Мурзип B.C., Кириловский В.П. Автоматизация проектирования

литниковых систем для отливок арматуры. - Литейное производство, 1989, А^ 10. с. 17-18.'

4. Мурзин E.G., Гуляев Б.Б. Минимизация сечения питателей при автоматизированном проектировании литниковых систем. -Литейное производство, 1990, Й 10,'с,16,

5. Мурзин З.С. Метод проектирования экономичных литниково-питащих систем // Кристаллизация и компьютерные модели / Тезисы докладов и внступлекий. - Ияевск, 1992.

Подписано к печати £4. Тираж. 100

Заказ 566 ' Бесплатно

Отпечатано на ротапринте Санкт-Петербургского госудорственного технического университета, 195251, Санкт-Петербург

Политехническая ул., 29