автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Развитие теории, разработка и внедрение автоматизированного проектирования технологических процессов литья по выплавляемым моделям газотурбинных лопаток

На правах рукописи

СМЫКОВ Андрей Федорович

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ, РАЗРАБОТКА Й ВНЕДРЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛИТЬЯ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ ГАЗОТУРБИННЫХ ЛОПАТОК

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Работа выполнена на кафедре «Технология литейного производства» «МАТИ» - Российского государственного технологического университета им. К. Э. Циолковского.

Научный консультант: - заслуженный работник высшей школы РФ,

доктор технических наук, профессор

Неуструев A.A.

Официальные оппоненты: - лауреат Ленинской премии и премии

СМ СССР, доктор технических наук, профессор Логунов A.B.

- заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Васильев В.А.

- доктор технических наук Кац Э.Л.

Ведущее предприятие - ОАО НИАТ.

Защита диссертации состоится « 1 » декабря 2005 г. в 1400 часов на заседании диссертационного Совета Д212.110.05 в «МАТИ»- Российском государственном технологическом университете им. К.Э. Циолковского по адресу: г. Москва, ул. Оршанская, 3, ауд.523а. Отзыв на автореферат в одном экземпляре (заверенный печатью) просим направить по адресу: 121552, г. Москва, ул. Оршанская, 3, «МАТИ»-РГТУ им. К.Э.Циолковского, факультет №1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «МАТИ»- Российского государственного технологического университета им. К.Э.Циолковского.

Телефон для справок 141-94-95

Автореферат разослан « -/3 » 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета к.т.н., доцент Палтиевич А.Р.

Подписано к печати оч 40.05" Объем 2,0 п.л. Тираж 80 экз

Заказ № £ Ч Типография «МАТИ»-РГТУ им. К.Э Циолковского

гъоьъ

На правах рукописи

СМЫКОВ Андрей Федорович

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ, РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛИТЬЯ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ ГАЗОТУРБИННЫХ ЛОПАТОК

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

цчиш

Работа выполнена на кафедре «Технология литейного производства» «МАТИ» - Российского государственного технологического университета им. К. Э. Циолковского.

Научный консультант: - заслуженный работник высшей школы РФ,

доктор технических наук, профессор

Неуструев A.A.

Официальные оппоненты: - лауреат Ленинской премии и премии

СМ СССР, доктор технических наук, профессор Логунов A.B.

- заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Васильев В.А.

- доктор технических наук Кац Э.Л.

Ведущее предприятие - ОАО НИАТ.

Защита диссертации состоится « 1 » декабря 2005 г. в 1400 часов на заседании диссертационного Совета Д212.110.05 в «МАТИ»- Российском государственном технологическом университете им. К.Э. Циолковского по адресу: г. Москва, ул. Оршанская, 3, ауд.523а. Отзыв на автореферат в одном экземпляре (заверенный печатью) просим направить по адресу: 121552, г. Москва, ул. Оршанская, 3, «МАТИ»-РГТУ им. К.Э.Циолковского, факультет №1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «MATH»- Российского государственного технологического университета им. К.Э.Циолковского.

Телефон для справок 141-94-95

Автореферат разослан «_»_2005 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

К.Т.Н., доцент Палтиевич А.Р.

Подписано к печати сч> -1С. о -Г Объем 2,0 п.л. Тираж 80 экз

Заказ № & Ч Типография «МАТ^:£ПУ44м-4<»Э.Циолковского

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ |

БИБЛИОТЕКА I

Общая характеристика работы

Актуальность. В отечественном литейном производстве лопаток турбин ГТД и ГТУ одной из главных проблем является повышение их эксплуатационных свойств и технико-экономических показателей производства. В значительной мере решение этой проблемы зависит от эффективности применяемых систем автоматизированного проектирования технологических процессов ( САПР ТП ) литья.

Автоматизированное проектирование технологических процессов литья лопаток связано с определенными трудностями, т.к. не создана достаточная методологическая база для решения оптимизационных задач: заполнения форм расплавом, последовательности затвердевания и питания отливок, оптимальных размеров литниково-питающих систем ( ЛПС ) и средств воздействия, для управления питанием и формированием структуры затвердевающей отливки. В результате литейщики часто вынуждены использовать технологии, основанные на практическом опыте и расчетах по эмпирическим формулам. Из-за сложной конструкции лопаток и их секторов и высоких предъявляемых к ним требованиям, а также достаточно широкой номенклатуры лопаток, такой способ проектирования является ориентировочным и требует корректировки полученных результатов в процессе освоения конкретной отливки. Это приводит к неоправданному увеличению сроков технологической подготовки и материальных затрат. Кроме того, нет уверенности в том, что полученные технологические режимы литья являются оптимальными.

В настоящее время наибольшее развитие получили САМ, которые разработаны на основе математических моделей ( ММ ) затвердевания отливок, содержащих дифференциальные уравнения температурных полей отливки и формы ( первый вид ММ ) или только отливки ( второй вид ММ ), а также соответствующие краевые условия. Моделирующие системы позволяют проследить кинетики заполнения расплавом литейной формы, затвердевания отливки, усадки металла, деформации и др., выявить образование дефектов и их положение в литой заготовке. Соответственно САМ предназначены для реализации только задач формирования отливок, т.е. являются «системами анализа». Полученный объем информации дает возможность оценить выбранный вариант проектируемого техпроцесса и, при необходимости, внести в него соответствующие изменения.

САПР ТП представляет собой «системы синтеза», предназначенные для прямого проектирования оптимальных технологических процессов литья. Они развиваются медленнее, что связано с отсутствием рациональных расчетных методов для этих систем. Одним из таких методов, разработанным в МАТИ в 1990-97 г.г., является метод поузлового расчета затвердевания отливок. В данной работе этот метод получил дальнейшее развитие. Основой метода служит уравнение теплового баланса затвердевания узла (элемента) отливки в интегральном виде. Однако этого недостаточно для системы синтеза. Необходима разработка аналитических расчетов методами математической физики статей теплового баланса с учетом специфики способов литья и геометрии отливок. Для системы синтеза необходимо также создание методов анализа питания затвердевающей отливки, формирования кристаллической структуры и других процессов. В диссертации создана система синтеза для оптимизационной разработки САПР ТП литья по выплавляемым моделям газотурбинных лопаток с учетом специфических особенностей конструкций рабочих и сопловых лопаток и их секторов, а также специфики технологий ЛВМ с использованием средств воздействия на формирование бездефектного литого изделия.

Цель работы: создание системы синтеза для разработки САПР ТП литья газотурбинных лопаток и их секторов с целью повышения эффективности технологической подготовки производства и качества литых лопаток с равноосной структурой.

Поставленная цель достигнута путем разработки:

- третьего вида ММ, содержащей интегральное уравнение теплового баланса затвердевания узла (элемента) отливки и аналитическое определение статей баланса;

- аналитических методов реализации третьего вида ММ на основе теории теплопроводности, тепловой теории литья и литейной гидравлики;

- критериальных оценок непрерывности питания и однородности структуры отливки;

- принципов модульного структурирования при алгоритмизации проектирования технологических процессов литья лопаток;

- методик и модулей их расчетов;

- модульных прикладных программ проектирования ЛПС и средств воздействия на формирование лопаток и их секторов;

- принципов построения пакетов прикладных программ ( ППП ) технологических процессов литья лопаток;

- на основе теории теплопроводности, тепловой теории литья и литейной гидравлики математических моделей литейных процессов третьего вида и решения их аналитическими методами; использования критериальных оценок непрерывности питания и однородности структуры и экспериментальных исследований их значений; термометрирования оболочковой формы после прокалки при разных условиях охлаждения и времени их выдержки перед заливкой; разработки структурированной САПР ТП литья лопаток.

Научную новизну составляют следующие результаты:

1. Методики расчетов эффективных коэффициентов аккумуляции теплоты оболочки формы с разными условиями теплообмена на ее наружной поверхности ( с тепловой изоляцией, разными температурами оболочки и среды, при наличии углов с галтелями, внутренней полости, оформленной стержнем, охлаждающей подложки из чугунной дроби или керамической крошки ).

2. Методики расчетов охлаждения оболочки формы и внутреннего стержня до исходной температуры перед заливкой расплавом с учетом специфики конструкции формы ( незатрудненное охлаждение оболочки, соединение двух оболочек в единый керамический слой, близкое расположение двух соседних оболочек ) и условий охлаждения ( в термостате и без него, без утепления и с применением разных схем тепловой изоляции, а также охлаждающих подложек).

3. Развитие метода поузлового расчета затвердевания отливок класса «лопатка». Инвариантность к геометрии лопаток реализуется интегральным уравнением теплового баланса затвердевания узлов ( элементов ) отливки, составленным по принципу суперпозиций. Особенности геометрии учитываются при решении методами теплопроводности задач определения стоков теплоты из массивных частей узлов в сопряженные с ним тонкие элементы и перетоков теплоты между соседними массивами, отвода теплоты от отливки в оболочковую форму или стержень с использованием эффективного коэффициента аккумуляции теплоты оболочки ( стержня ). Новые решения получены для статей теплового баланса, определяющих отвод теплоты во внешние углы формы, галтели отливки, слои керамики и внутренние стержни.

4. Третий вид математических моделей затвердевания лопаток par бочих и сопловых и секторов последних.

5. Применение третьего вида ММ для расчетов прибылей разных видов и теории теплопроводности для расчетов размеров их питателей.

6. Методики расчетов непрерывности питания и формирования однородной структуры лопатки на основе критериальных соотношений и с учетом расчета заполнения полости формы расплавом и распределения его температуры в форме.

7. Система синтеза для оптимизационной разработки САПР ТП литья по выплавляемым моделям газотурбинных лопаток.

8. Методика выбора положения лопаток сектора в форме, на основе расчетов условий затвердевания его узлов и нетехнологичных участков пера, в которых наиболее вероятно образование дефектов, и расчетного анализа дополнительных технологических средств воздействия на возможность их бездефектного формирования.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Доказано, что в расчетах продолжительности затвердевания отливок в оболочковых формах замена их эквивалентными в тепловом отношении полуограниченными формами с эффективными коэффициентами аккумуляции теплоты не ограничивается рамками традиционных граничных условий теплообмена формы, а может быть использована для более сложных процессов, обусловленных геометрией отливок ( слои керамики между стенками отливки, внутренние стержни, углы с галтелями и др.) и особенностями технологических процессов ( общий теплоизоляционный чехол и дополнительная тепловая изоляция участков формы, охлаждающие подложки, неравномерная температура нагрева форм и др.);

2. Для разработки САПР ТП литья предложена система синтеза на основе совместного решения гидравлических задач течения расплава в каналах литейной формы и тепловых задач его охлаждения, реализации ММ третьего вида с развитым поузловым расчетом затвердевания отливок, анализа непрерывности питания и однородности структуры отливки с применением соответствующих критериев, решения задач проектирования ЛПС и расчета технологических средств воздействия на формирование бездефектных отливок.

3. Для САПР ТП литья эффективно применение программ с модульной структурой. Важное значение имеет создание универсальных модулей, содержащих расчеты основных параметров физических процессов формирования группы отливок и используемых при проекти-

ровании их ЛПС для заданного способа литья и технологических средств воздействия на качество отливок, а также при определении режимов литья.

4. На примере литья секторов лопаток установлена возможность выбора положения отливки в форме на основе расчетов условий затвердевания нетехнологичных узлов и участков отливки с применением дополнительных технологических средств воздействия на их формирование.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке программ и их пакетов для автоматизированного проектирования ЛПС газотурбинных лопаток ( рабочих, сопловых и секторов ) с применением технологических средств воздействия на их бездефектное формирование для разных технологий ЛВМ ( с печью нагрева форм и в общем теплоизоляционным чехле ), а также решети технологических задач: выбора положения сектора лопаток в форме; расчета размеров ЛПС и параметров блока лопаток и их секторов ( количество отливок в блоке, габариты блока и его масса, коэффициент использования металла (КИМ) ); расчета начальной температуры формы в теплоизоляционном чехле с разными условиями охлажден™ ( на воздухе и в термостате с возможным дополнительным утеплением участков оболочки и ее установкой на охлаждающие подложки ); расчета температуры заливки и начального распределения температуры расплава в форме после ее заполнения; расчета возможного образования усадочных дефектов и неоднородной структуры; расчета параметров средств воздействия для устранения дефектов в литых лопатках.

Разработанные программы и 111111 технологических процессов литья газотурбинных лопаток и их секторов апробированы и переданы в промышленную эксплуатацию на следующие предприятия: «ФГУП ММПП «САЛЮТ», ОАО ММП им. В.В. Чернышева, ФГУП «ВИАМ» и ОАО «НПО «Сатурн» НТЦ им. А. Люльки.

Результаты работы в виде методических указаний к практическим занятиям, прикладных программ, методик проектирования ЛПС и технологических средств воздействия на формирование бездефектной отливки используются в учебном процессе на кафедре «Технология литейного производства» «МАТИ»-Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского в ряде курсов лекций, а также курсовом и дипломном проектировании.

Диссертация выполнялась в соответствии с планом кафедры «Технология литейного производства» по ряду госбюджетных и хоздоговорных НИР в области автоматизированного проектирования технологических процессов литья.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на 17 Всероссийских, Российских, отраслевых и межвузовских конференциях и семинарах, в том числе на Всероссийской н.п.к. «Литейное производство сегодня и завтра» ( г. Санкт-Петербург, 2001 г.), Российской н.т.к. «Новые материалы, прогрессивные технологические процессы и управление качеством в заготовительном производстве» ( г. Рыбинск: 2002 г.), Всероссийской н.п.к. «Применение ИЛИ - технологий в производстве» ( г. Москва, 2003 г.), Всероссийской н.т.к. «Новые материалы и технологии» ( г. Москва, 2004 г.) и др. Результаты диссертации представлены на Международном авиакосмическом салоне (МАКС-2005 г.).

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 42 статьи, издана монография «Разработка САПР технологических процессов литья».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 135 наименований, приложений. Работа изложена на 232 страницах машинописного текста, содержит 102 рисунка, 21 таблицу, общий объем - 389 стр.

Основное содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность и сформирована цель работы, изложена научная новизна, практическая значимость и результаты, выносимые на защиту.

Глава I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛИТЬЯ ЛОПАТОК

Отмечено, что специфика фасонных изделий класса «лопатка» определяется геометрической сложностью отливок и предъявляемыми повышенными требованиями к их эксплуатационным свойствам. Габаритные размеры изделий этого класса лежат в широком диапазоне. Рабочие и сопловые лопатки могут быть охлаждаемые и неохлаждае-мые, их отливают как индивидуально, так и секторами. В мировой

практике существуют две группы промышленных технологий ЛВМ лопаток ГТД и ГТУ из жаропрочных сплавов с равноосной структурой. Обе группы технологий ЛВМ проводятся в вакууме или в атмосфере инертных газов. Первая группа отличается использованием печи подогрева форм перед заливкой и вторая - применением общего чехла из теплоизоляционного материала с возможным дополнительным утеплением отдельных участков формы. Во втором случае печь для подогрева форм в плавильно-заливочной установке отсутствует.

С целью решения задач затвердевания лопаток в формах ЛВМ проведен анализ методов расчета отливок и опыта разработки систем автоматизированного проектирования технологических процессов литья. Изложены основные опубликованные результаты в области решения технологических задач методами системотехники, математического моделирования и критериальной оценки процессов формирования отливок в разных формах, расчета ЛПС и заполнения форм расплавом, направленности затвердевания и непрерывности питания отливок и формирования в них макроструктуры.

Значительный вклад в решение теории и практики указанных задач внесли Г.Ф. Баландин, А.И. Вейник, Б.Б. Гуляев, В.В. Десницкий, В.А. Журавлев, Э.Л. Кац, B.C. Моисеев, A.A. Неуструев, Ю.А. Нехендзи, Б.В. Рабинович, М.Д. Тихомиров, М. Флеминге, В.В. Чистяков, A.A. Шатульский и др.

Проведенным анализом установлено, что создание системы синтеза для расчетной оптимизации технологических процессов литья лопаток требует выбора метода, на основе которого возможны решения задач бездефектного формирования отливок. В качестве основного выбран метод создания ММ третьего вида. Ее отличительной особенностью является возможность прямого расчета размеров ЛПС и средств технологического воздействия на затвердевание отливки. Для определения нестационарного теплообмена отливки с формой используется эффективный коэффициент аккумуляции теплоты формы или стержня:

\2 Vttt а т2(о,т)

Ьэф =---------------•-----------, ( 1 )

2 (Тр -Т2н) дх

где 12 - коэффициент теплопроводности формы, Вт/(мК); Т2„ - начальная температура формы, К; Тр= 0,5 (Трн + Тс ) - средняя расчетная температура отливки в процессе ее затвердевания, К; Трн - расчетная начальная температура расплава, заполнившего форму, К; Тс - температура солидуса сплава, К;

5Т2(0,т) . средний за время т градиент температуры на поверхности контакта формы с отливкой, К/м,

дх

Величина среднего за время т градийнта температуры определяется решением ММ температурного поля формы ( стержня ).

Для форм JIBM, на основании решения соответствующих математических моделей, получены расчетные формулы определения Ьэф:

- без тепловой изоляции;

- в теплоизоляционном чехле с возможным применением дополнительного утепления отдельных участков оболочки;

Ьэф VTFÔf 1 со 0( 1+ К2)+( 1 -0)/Cos Цп

=................+1--------------------------(l-expC-^Fo)) ,

b2 0 4i(l+l/K) Pn Fo(ï + l/K + p« /K ) J

(2)

где b2 - коэффициент аккумуляции теплоты формы, Вт-сш/(м2-К); Fo = а2 т/502 - критерий Фурье для формы; а2 - коэффициент температуропроводности оболочки формы, м2/С, х - время, с; 80 - толщина оболочки формы, м; 0 = ( Тр - Т2н )/( Тр- Т«; ) - температурный комплекс; Toc - температура окружающей среды, К; Цп - корни характеристического уравнения tg ц„ = - \t/ К; для схемы Г.

К - Sk = 5,67-1(Г8-£,ДЛ2[Т2(30)2 + Toc2 ] [T2(S0) + ТЖ]~ критерий Старка; еп - приведенная степень черноты оболочки формы; T2(S0) - средняя расчетная температура на наружной поверхности формы, К; для схемы II:

К = Bi = ote /&2 '5о - критерий Био для формы; о^ ~ коэффициент теплопередачи от оболочки формы через слой изоляции, Вт/(м2К);

- с охлаждающей подложкой:

GO

bon

(2n-l)2

= 1+Zhn[

exp(-

) + exp(---)], (3) Fo

n-l

flh + bon)-0OH h

4 Fo

где bon - коэффициент аккумуляции теплоты охлаждающей подложки, Вт сш/(м2 К); h = (b2 - bon)/(b2 + Ьоп); воп = (Tp - Т2н)/ (Т2н - Топн) -температурный комплекс для оболочки с охлаждающей подложкой; Топн- начальная температура охлаждающей подложки, К; - для внутреннего стержня:

Если аккумулирующая способность стержня невелика по сравнению с количеством теплоты, выделяющейся при затвердевании полого узла (элемента) отливки, то процесс теплообмена между отливкой и стержнем состоит из двух этапов. На первом этапе теплота от отливки отводится как в форму, так и в стержень, до тех пор, пока теплосодержание стержня не достигнет предельного значения. В дальнейшем на втором этапе стержень охлаждается вместе с отливкой за счет отвода теплоты в форму. Для расчета охлаждения отливки вместе со стержнем использована известная методика Н.Ю. Тайца расчета нагрева или охлаждения неоднородных тел, в которой определяются общие физические константы слоистого тела.

Формула ( 4 ) справедлива также для слоя керамики из материала оболочки формы, которым оформляется поднутрение в отливке и схема распределения температур в котором соответствует схеме для внутреннего стержня.

Изменение отвода теплоты в форму на участке отливки с внутренним углом и галтелью предложено определять на основе расчета Ьэф для соответствующих участков формы: - для галтели:

(4)

где Ьст - коэффициент аккумуляции теплоты стержня, Вт-с1Я/ (м2-К ); Рост = астт/Хст2 - критерий Фурье для стержня; аст - коэффициент тем-пературопрводности стержня, м2/с; Хст - приведенный размер стержня, м.

Er = ЯгУ q = Ьэф/ Ьэф,

(5)

Ьэфг ( Тр - Т2п ) гг

где Ях =--------™------erf —— - удельный тепловой поток

Vjn 2л1а2т через галтель;

Ьэф (Тр - Т2„ )

q =------------------ - удельный тепловой поток через плоскую поверх-

VttT ность;

гг - радиус галтели, м;

для разных значений критерия Фурье галтели формы ( For) получены соответствующие средние значения вг:

Рог = а2-т/гг2<0,1 er = 1 ;

0,1 <For<5 ег = ехр[ -0,467 ( For - 0,1 )3""/ For2-58 ] ; For >5 er — 0,41 ехр[ -0,28 (For - 5 )0'775 / For2,58]; - для участка влияния угла на отвод теплоты в форму:

ер = V q = Ьэфр/ Ь^, ( 6 )

где Бр = ег + 0,5(1 - er )Цг /(1,9 • Va2t - гг).

Аналогично учитываются влияние на величину галтелей внешних углов стержня ( Ь,^, ) и прилегающих к ним участков влияния угла ( Ьэфср ).

Для расчета затвердевания отливок без подогрева форм перед заливкой требуется найти значение начальной температуры формы Т2н, которая зависит от ее тепловой изоляции, температуры в конце прокалки Т0 и времени охлаждения до заливки тох. При разработке методики расчета Т2н использованы два метода решения задач охлаждения (нагрева) тел, а именно, методы приближенных расчетов процессов теплопроводности и классической теории теплопроводности. В результате для средней температуры по толщине оболочки формы в конце охлаждения получено следующее выражение:

т2я = Toc + (То- Toc) ехр[-астох а2/(Я,2 82) ], ( 7 )

где а2 - коэффициент температуропроводности оболочки формы, м2/с; ас - коэффициент отвода теплоты с наружной поверхности оболочки [ Вт/(м2 К) ] рассчитывается в зависимости от схемы упаковки формы тепловой изоляцией.

Перепад температуры по толщине оболочки в конце ее охлаждения определен на основе приближенной теории теплопроводности:

То - Toc г Fo

ДТ2 =-----------ехр --------------------

1+n/Bi M/(n+l) +1/Bi-

(8)

где п - показатель степени параболы, описывающей распределение температуры по толщине чехла ( п ~ 2,6 ).

Разные начальные температуры перед заливкой при одинаковой тепловой изоляции формы имеют ее участки с отличающимися условиями охлаждения. К таким участкам относятся, прежде всего, внутренние стержни и слои керамики формы, оформляющие как поднутрения в отливках, так и являющиеся границами раздела частей отливок ( сложных полок сопловых лопаток, соседних перьев секторов и др. ). Для таких участков также получены расчетные формулы определения их начальных температур: - для стержня:

0,5 Сст Рст Хст То + Ост Тох

Тсп, =-------------------------------------, (9)

0,5 сст рст Хст + ctCT тох

где Сст , Рст , Хст - удельная теплоемкость [ Дж/(кг-К) ], плотность ( кг/м3) и приведенный размер стержня ( м ) соответственно; аст - коэффициент теплоотдачи от стержня к оболочке формы, Вт/(м2 К); Т2 - средняя температура стержня во время его охлаждения, К; - для слоя керамики:

( 1 - Кк) То + (аК0Т2 + аск Тго )тох/( с2 р2 X«)

Ткн =------------------------------------------------------, (Ю)

1+Кк

где Сг, р2 - удельная теплоемкость [ Дж/(кг-К) ], плотность ( кг/м3) оболочки формы соответственно; Хк - приведенный размер слоя керамики; Око, Оск - коэффициенты теплоотдачи от внутренней поверхности слоя керамики к оболочке формы и от открытой торцевой поверхности слоя керамики к теплоизоляционному чехлу формы соответственно, Вт/(м2К); Кк = [0,5(0™ + а^ ¥J Рк)тох]/( с2 р2 Хк ); Р„, Б* - площади открытой торцевой поверхности слоя керамики и в контакте с отливкой соответственно, м2; Тт - средняя температура изоляционного чехла во время его охлаждения, К; - для близко расположенных оболочек:

( 1 - Коз)Т0 + (Осо т2 + (Хс (р Тиз )гох/( С2 Р2 52 )

тю„ =---------------------------------------------------------, (11)

1+Коз

где а«, - коэффициент теплоотдачи между двумя оболочками, Вт/(м2К); Коз =0,5 (а«, + Ос (р)тох/( с2 р2 52 ); <р - доля теплового потока, отводимого через зазор к чехлу.

Адекватность методик расчетов для разных схем охлаждения стержня и участков формы проверена экспериментально.

В практике литья лопаток, например, рабочих лопаток с бандажными полками при верхней заливки их форм, нередко требуется получить определенную начальную температуру нижней части формы за счет ее охлаждения на засыпке из керамической крошки, металлической дроби и других материалов или на подложке из теплоизоляционного материала. Для расчета распределения начальной температуры оболочки формы на охлаждающей подложке получено выражение:

1,13-Члл/Г

То- Топ г бг+гл 1,4 гб2-г л 1,4

Т2(г,т)=Т0.....—- Ьхр[-0,72 1-К. 1 ] +ехр[-0,72

А У л/а2т I

1,2

х ехр -

л/а2т

1-К,

1+К„

г2Ь2+г л

1,2

ехр[-1,05

Г 252-г л

1,2

] + ехр[-1,05

(12)

где Т0п - температура охлаждающей подложки, К; г - координата сечения оболочки, м; Кв = Ь2/Ьп; Ьп - коэффициент аккумуляции теплоты

подложки, Втс1/2(м-К).

Отливки класса «лопатка» разнообразны по геометрии. В их конструкциях встречаются ЦТ- образные узлы, образующиеся в пересечении как коротких, так и протяженных ребер и стенок, в которых теп-лоотвод в форму от торцевых поверхностей не влияет на затвердевание узла, с внутренней полостью и без нее. Для расчета продолжительности затвердевания узлов лопатки составляется уравнение теплового баланса с соответствующим определением его статей.

<2*. = <3ф + 1<3г + 10уг + 1рет ++1(5™ (13,а)

или _

А-т3 + Вл/ т3 + С = 0 , (13,6)

где <ЗзМ - теплота, выделенная при затвердевании массива узла, Дж; Оф - отвод теплоты в оболочку формы на поверхности отливки с малой кривизной, Дж; £С2Г - отвод теплоты во внешние углы формы с галтелями, Дж; £<Зуг - отвод теплоты на участке формы около ее внешнего угла, Дж; £<3СТ - отвод теплоты во внутренние стержни, Дж;

- отвод теплоты в слой (объем) керамики, образованный материалом формы, Дж; Х<ЗэЛ - отвод теплоты теплопроводностью в сопряженные с массивом элементы отливки, Дж; <3МЧ - переток теплоты теплопроводностью между сопряженными массивами, Дж ( «+» - отвод теплоты из расчетного массива; «-» - подвод теплоты в него ); А, В и С - комплексы, полученные в результате преобразований статей теплового баланса.

Отвод теплоты от отливки в оболочку формы определяется с использованием эффективного коэффициента аккумуляции теплоты оболочки, а расчет выполняется для эквивалентной, полуограниченной в тепловом отношении формы. Расчет стоков и перетоков теплоты между элементами отливки проводится на основе закона теплопроводности Фурье и реализации ММ второго вида для температурного поля элемента. Некоторые из расчетов статей получили дальнейшее развитие в работе. Так, получен суммарный комплекс для разных случаев теплообмена между отливкой и формой за счет введения в формулу для расчета количества теплоты, отведенной в форму, ранее рассмотренных расчетных коэффициентов ег и Ср для участков с внутренним углом и галтелью. Аналогично найден комплекс для отвода

теплоты в массивный стержень. При этом используется эффективный коэффициент аккумуляции теплоты стержня ЬэфС. Если аккумулирующей способностью стержня можно пренебречь, то применяется комплекс изменения теплосодержания отливки и стержня. Получены также соответствующие комплексы для слоев керамики.

На основе анализа затвердевания отливок разработаны методики расчетов питания и формирования однородной структуры лопаток. Для этого использованы известные критерии:

- непрерывности фильтрационного питания

Ко = у,/у22 > (Ко)кр - протяженного элемента, (14)

где V, - скорость охлаждения в интервале фильтрации Д^, К/с; м, -линейная скорость затвердевания, м/с; (Ко)цр - критическое значение критерия непрерывности питания;

тзп = к-т*> - двух сопряженных элементов, (15 )

где тзп, тзэ - время затвердевания прибыли и подприбыльного элемента соответственно, с; к - эмпирический коэффициент.

- формирования однородной структуры

К8с= Оь2/у„< (ВДкр, (16)

где Оь - градиент температуры в жидкой фазе перед фронтом изо-ликвидуса, К/м; - средняя скорость охлаждения при отводе перегрева, К/с; (К^с),ф - критическое значение критерия формирования однородной структуры.

Для упрощения и повышения надежности разработки программного обеспечения расчетов оптимальных технологических процессов литья лопаток важное значение имеет структурирование программ на основе их модульного построения. В таких программах легче прослеживается основной алгоритм, они менее подвержены ошибкам при разработке и проще в отладке. Предложена структурная схема классификатора программных модулей ( см. рис. 1 ). Для разработки прикладных программ проектирования используются встроенные модули. Для определения их типа анализируются следующие три уровня признаков: I - особенности решаемой задачи и использования модуля в основной программе ( коды «С» и «У» );

Рис. 1. Структура классификатора программных модулей: П-процедуры; Ф-функции

II - структура модуля ( коды «П» и «К» );

III - число параметров, определяемых в модуле ( коды «П» и «Ф» ). Например, модули типа УПП, УКФ, СПФ и др.

Модули поделены на группы и составляют библиотеку программных модулей, которая используется при разработке САПР ТП литья лопаток:

- универсальные простые модули-процедуры ( УПП ) расчета исходной температуры формы с тепловой изоляцией;

- универсальные простые модули-функции ( УПФ ) расчета интенсивности теплообмена между затвердевающей отливкой и формой (Ьэф);

- универсальные простые модули-функции ( УПФ ) расчета влияния внешнего угла формы с галтелью на отвод теплоты от отливки;

- универсальные простые модули-процедуры ( УПП ) расчета стоков и перетоков теплоты теплопроводностью между узлами и элементами отливки;

- универсальные и специализированные комплексные модули-функции ( УКФ и СКФ ) определения направленности затвердевания отливки и обеспечения непрерывности питания;

- универсальные и специализированные простые и комплексные модули-функции ( УПФ, СПФ и УКФ, СКФ ) определения и обеспечения однородности структуры отливки;

- специализированные простые модули-процедуры ( СПП ) расчета заливки формы и распределения температуры расплава, заполнившего форму;

- специализированные комплексные модули-процедуры ( СКП ) расчета времени затвердевания узлов и элементов отливки;

- специализированные простые и комплексные модули-процедуры и модули-функции ( СПП, СКП и СКФ ) расчета размеров элементов ЛПС: стояка, коллектора, общей и местной прибылей и питателей.

Глава 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК И МОДУЛЕЙ РАСЧЕТОВ ЛПС ДЛЯ ЛИТЬЯ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ И СРЕДСТВ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ ГАЗОТУРБИННЫХ ЛОПАТОК

Автоматизированное проектирование ЛПС лопаток представляет собой реализацию ММ третьего вида путем решения совокупности физических и технологических задач, определяющих условия форми-

рование отливки и размеры основных элементов ЛПС. Решение этих задач позволяет определить вероятность образования литейных дефектов в процессе заполнения и затвердевания отливки и спроектировать технологические средства воздействия, устраняющие эти дефекты. В соответствии с комплексным подходом последовательность автоматизированного проектирования ЛПС для ЛВМ лопаток происходит следующим образом: на первом этапе осуществляются расчеты начальной температуры формы ( при технологии ЛВМ с печью подогрева формы эти расчеты отсутствуют ), затем рассчитываются температура расплава, заполнившего элементы формы, время затвердевания, питание и формирование однородной структуры участков лопатки и размеры ЛПС. На последнем этапе проектирования ЛПС выполняются расчеты размеров литниковой воронки, массы и размеров блока лопаток и КИМ. Если полученная величина КИМ недостаточна, то возможно корректирование расчетов путем выполнения тепловой изоляции на оболочке формы прибыли, изменение длины питателей, числа лопаток в блоке и др. После этого производятся повторные расчеты.

Для автоматизированного проектирования необходимо иметь набор типовых ЛПС, успешно применяемых в производстве литья лопаток разных типоразмеров. Поэтому выбраны симметричные ЛПС, обеспечивающие одинаковые условия формирования лопаток в блоке:

- ЛПС с дисковым коллектором-прибылью;

- ЛПС с горизонтальным кольцевым коллектором-прибылью;

- ЛПС с центральным стояком;

- ЛПС с общей прибылью;

- ЛПС с местными прибылями;

- комбинированные ЛПС.

Качественное заполнение литейной формы связано с допустимым охлаждением потока расплава в ее каналах. Расчеты заполнения формы расплавом осуществлены на основе совместного применения решений задач литейной гидравлики на основе уравнения Бернулли, с использованием методики Б.Б. Гуляева, определяющей коэффициент расхода литниковой системы, и тепловой теории литья с использованием уравнения Г.Ф. Баландина, учитывающего влияние прогрева формы протоком расплава через рассматриваемое сечение. В результате методика заполнения формы расплавом построена на основе следующих формул:

расход расплава: Q=ц.лcSV2g(H-h), (17)

где 8 - площадь узкого поперечного по отношению к потоку сечения в системе ЛС-лопатка, м2; Н - гидростатический напор, м; Ь - расстояние от узкого сечения до поверхности расплава в форме при нижней ее заливке, м;

М*с= 1/ П,5+1,1п + Кссч+ 0,041Ь/0 + 1^оп , (18)

п - число поворотов на 90° при течении расплава в каналах ЛПС; Х^сеч - суммарная величина местных сопротивлений при резких изменениях сечений каналов; Ь, И - длина канала и его гидравлический диаметр, м; ££д0п - суммарная величина дополнительных местных сопротивлений движению расплава;

- температура заливки расплава:

= 12н + (1л - )/А , (19)

где - температура ликвидуса сплава, °С;

Г Ь2 ь ^

А = ехр^---------------------- £аК1 ;

с1'р)'0(Ь1' + Ь2) 1=1

С], Р1, Ьх - удельная теплоемкость [ Дж/(кг-К) ], плотность ( кг/м3) и коэффициент аккумуляции теплоты [ Вт-сш/(м2-К) ] жидкого сплава соответственно; ак, - коэффициент теплоотдачи конвекцией от потока расплава к поверхности формы в ¡-ом участке, Вт/(м2К); Ри - поверхность ¡-ого участка канала, заполняемого расплавом, м2;

- температура расплава в к-ом элементе:

^к = Р Озал " ) А. , (20)

где р - коэффициент, учитывающих проток расплава через данное сечение канала:

Т2 т2

+.....У — ; (21)

т, т,

XI - продолжительность течения расплава до заданного сечения канала, с; Т2 - продолжительность протока расплава через это сечение, с.

В расчетах также учтена возможность проточно-поперечного течения расплава в пере лопатки при верхнем заполнении формы, а именно температура расплава в конце заполнения донного слоя формы :

1гс = Ъи + Ош - ¡2» ) ехр

аксЬ2Рс(Вы-Хм) с/ Р1 0„ (Ьг + ьо

(22)

где - температура расплава в головной части потока в конце зоны проточного растекания расплава, °С; Рс - периметр контакта потока с формой в сечении донного слоя, м; Вы - длина хорды >1-го сечения пера, м; хм - часть хорды, ограничивающая площадь зоны проточного растекания расплава в М-ом сечении пера, м; ОкС - коэффициент теплоотдачи конвекцией от потока расплава к поверхности формы в донном слое зоны горизонтального растекания расплава, Вт/(м2-К).

При нижнем подводе расплава к полости формы пера реализуется проточная схема ее заполнения. В этом случае отсутствует зона горизонтального растекания расплава, а распределение температуры расплава в пере определяется расчетом для проточной схемы заполнения. Для оценки охлаждения расплава в конусной части пера около его выходной кромки проводится сравнение средних температур в основной части пера и его конусной части.

При двухуровневом подводе расплава к верхней и нижней полкам лопаток в расчетах ЛПС предусмотрено исключение столкновения встречных потоков жидкого металла в пере.

В зависимости от схемы заливки разработаны две группы специализированных модулей для верхней и нижней заливки форм.

Необходимым условием для удаления усадочной раковины в прибыль является направленное затвердевание отливки от менее массивных ее частей и наиболее удаленных от питающих элементов к более массивным частям и далее к прибыли. В связи с этим решение технологических задач сводится: к расположению отливки так, чтобы выполнялось направленное затвердевание; к определению размеров прибылей и в конечном итоге к выведению в них усадочных раковин из отливки. Условие направленного затвердевания от подприбыльного

элемента к прибыли определяется соотношением (15). Для уточненного расчета оптимальных размеров прибыли используется уравнение ее теплового баланса. На рис.2 представлена модульная блок-схема расчетов размеров прибылей. Их основным расчетным размером К„ служит для цилиндрических прибылей - диаметр Оп и для плоских -толщина Вп. Вначале по времени затвердевания подприбыльного массива определяется время затвердевания прибыли тп, достаточное для питания отливки. Затем по тп и в зависимости от вида формы ЛВМ по одному из простых модулей ВЕРБК ( форма с тепловой изоляцией ) или ВЕРТОУ ( форма в печи подогрева ) рассчитывается Ьэф. Для реализации модулей ВЕРК и ВЕРРОУ вычисляются критерии Фурье и Био. Затем для общей и местной прибылей с открытой или закрытой их верхней поверхности рассчитываются статьи теплового баланса прибыли С>п ( теплота, выделенная при затвердевании прибыли ), 0„ф (теплота, отведенная контактным теплообменом из прибыли в оболочку формы ), С|пх (теплота, отведенная теплопроводностью из общей прибыли в питатели или из местной прибыли в подприбыльный массив отливки ) и Опл (теплота, отведенная лучеиспусканием в окружающую среду через открытую поверхность прибыли ) для заданной в первом приближении величины Л,,, т.е. в алгоритме организован итерационный цикл ее расчета. Проверка окончания циклов проводится на основании уравнения теплового баланса. Отклонение левой и правой частей уравнения не должно превышать допустимой величины е. При выполнении указанного условия расчет заканчивается. По известным соотношениям определяются другие размеры прибыли. Изображенный алгоритм относится к трем модулям типа СКП для расчета соответствующих прибылей: общей цилиндрической, местной цилиндрической и местной плоской. Аналогичен подход к расчету размеров питающей части стояка для комбинированной ЛПС.

Тепловая задача расчета размеров питателя сводится к тому, чтобы через него обеспечивалась подача расплава к питаемому узлу до момента его полного затвердевания. Поэтому расчет размеров питателя, соединяющего прибыль с массивом отливки, проводится на основе выполнения условия, чтобы время затвердевания питателя было не меньше времени затвердевания питаемого массива отливки. Решением соответствующей ММ второго вида получены расчетные выражения для определения минимально-допустимого приведенного размера пи-

( Начало ) 4-V—

Ввод исходных данных V

с тепловой изоляцией

У~ _

Т=(Тп-Тфи)/(Тп-Т0С) -ф-

т„ (15); Ро = а2тп/522

------— _

Вид формы

без изоляции

Расчет Ос; В1=52/[^2 (б^/Я^ + 1/ас)]

> /

Расчет ас; ас52/Х2

Вп -Я,,; Нл-р Вп;

В™ =1,1 Оп; АП=(0,7-1,0)ЬМ

цилиндрическая^,__плоская

^-<^""Тип прибыли

Рис.2. Блок-схема алгоритма расчета размеров прибылей

тателя Xmax при заданной длине L^ ( 23 ), а также максимальной длины Lmax при заданном приведенном размере Х,|ИТ.

1 2 Fo [(иршт - ис)( 1 - 1/к) - 2 (ирип - ирнм) S2] ир„„ - wc

------= С---------------------------------------------------+----------, (23)

X«. 1-4 S, к

где С = Vît хзм сЭК pi/(2 Ьэфт i)m );

. (-1 Г1 . (-1 Г1

-------exp(-M„2Fo); S2=£-------expi-^Fo); n^n-l )тс/2;

^ H*

uc, t)pHn, upHM, DnT - температуры солидуса сплава, начальные прибыли, питаемого массива и питателя соответственно, отсчитываемые от исходной температуры формы, °С; тзм - время затвердевания питаемого массива, с; сэк - эквивалентная теплоемкость сплава, Дж/(кг-К ); Ь^ -эффективный коэффициент аккумуляции теплоты формы питателя, Вт-с1/2/(м2-К).

Разработаны универсальные модули расчета размеров питателей. Соответственно на основе ММ третьего вида разработана система компьютерных расчетов рациональных средств воздействия на затвердевание отливок без усадочных дефектов. Тепловое воздействие на процесс затвердевания отливок определяется с помощью эффективного коэффициента аккумуляции теплоты формы с использованным технологическим средством.

Оценка вероятности образования усадочных дефектов в пере лопатки осуществляется с помощью критерия непрерывности фильтрационного питания Kg ( 14 ). На рис.3 представлена блок-схема расчета параметра R средства воздействия на непрерывность питания пера лопатки. Проверка непрерывности питания проводится в нескольких ( N ) поперечных сечениях пера i = 1 ...N. Соответственно для каждого i-ro сечения рассчитывается Kg,. Прежде всего определяется температура расплава в каждом сечении в конце заполнения формы Тр, на основе рассчитанных температур в верхнем TPW и нижнем TPN сечениях пера, расчетная начальная температура расплава в i-ом сечении Трн, и продолжительность затвердевания в i-ом сечении пера т3|. Расчет времени затвердевания в i-ом сечении выполняется итерационным мето-

на непрерывность питания пера лопатки

дом, так как т3, является функцией эффективных коэффициентов аккумуляции теплоты формы и стержня при его наличии. Вместе с тем, эти значения Ьэф зависят от т31. Непрерывность питания обеспечивается, если для всех выделенных в пере сечений выполняется условие получения плотной отливки ( Кс > ( Кс)кр ). Если это условие не выполняется, то значение Ко, увеличивают, например, путем изменения исходной температуры формы Т2„.

На основе литературных данных и расчетов проведен анализ эффективности различных технологических средств воздействия на непрерывность питания лопатки, в частности: распределение начальной температуры формы по ее высоте, дополнительная тепловая изоляция формы, охлаждающие подложки из чугунной дроби и керамической крошки, пористость формы, зазоры между слоями оболочки, технологический напуск. Отмечено, что для обеспечения непрерывного питания тонкостенных элементов, например, пера лопатки целесообразно использовать в качестве технологического средства воздействия, прежде всего, как выбор общей начальной температуры формы, так и температуры отдельных ее участков. В тоже время при увеличении толщины пера, когда аккумулирующая способность оболочки формы меньше количества теплоты, выделяемой затвердевающим пером эффективно применение наружных средств воздействия. Во всех случаях самым эффективным средством является технологический напуск, но его применение ограничено.

Образование зоны столбчатых кристаллов при литье лопаток наблюдается в основном в зонах перехода пера к замку или к массивной полке, около открытого торца пера, а также в тонкой конусной части профиля пера у его выходной кромки. Оценка вероятности образования неоднородной структуры осуществляется по критерию ^с ( 16 ). На рис. 4 приведен алгоритм модуля расчета критерия однородности структуры для конусного участка пера около выходной кромки. Этот модуль относится к типу УПФ и может быть использован для обеих технологий ЛВМ литья лопаток. Перед расчетом конусный участок пера делят на две равные части. Исходными данными модуля служат следующие параметры: наличие стержня в конусном участке пера ЯЫРк = 1, начальная температура формы Т2в, физические константы сплава Тл, С! ,р(, коэффициенты аккумуляции теплоты формы Ь2 и стержня Ьст, длина конусного участка пера х и приведенные размеры

его 1-ой ^и 2-ой 1*2 частей и температуры расплава, заполнившего ' конусный участок пера Т2Ср и его двух частей Т7х:р1 и Т^г, температурный комплекс кт для литья формы с тепловой изоляцией ( код ¥17,=1 ), температура прокалки формы Т0. Одним из основных рассчитываемых параметров являются продолжительности отвода теплоты перегрева в 1-ой и 2-ой частях конусного участка пера ( Т1 и т2), которые с учетом начальной температуры в 1-ой части определяют значение расчетного критерия. Если в результате расчета окажется, что К^с > (К£с),ф, то в конусной части пера формируется столбчатая структура.

Для устранения неоднородности структуры в пере лопатки обычно используют следующие технологические средства воздействия и приемы:

- дополнительная тепловая изоляция конусного участка пера;

- технологический напуск на торце выходной кромки;

- установка дополнительного элемента отливки в виде вертикального валика ( или «карандаша» );

- уменьшение температуры заливки расплава;

- увеличение начальной температуры формы.

Расчетный анализ показал, что наиболее эффективными средствами являются уменьшение температуры заливки и технологический напуск на выходной кромке пера. Наименьшее влияние получено от применения карандаша, причем эффективность значительно падает при его удалении от выходной кромки пера.

Следует отметить, что на практике обычно применяют комбинацию средств воздействия, с целью устранения всех видов брака по заполнению, структуре и усадочным дефектам.

Глава 3. МОДУЛЬНОЕ СТРУКТУРИРОВАНИЕ ПРОГРАММ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛПС И СРЕДСТВ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА # ФОРМИРОВАНИЕ ЛОПАТОК

Газотурбинные лопатки являются, как правило, нетехнологичными Л для литья, т.к. трудно получить годную лопатку, особенно с пером протяженным, тонкостенным и малой конусности, рабочую лопатку с бандажной полкой или сопловую лопатку с полками сложной геометрии без дополнительных средств воздействия. Поэтому для проектирования технологических процессов литья предложено применять две группы программ. В первой группе программ осуществляется проек-

Рис.4. Алгоритм модуля расчета критерия однородности структуры для конусного участка пера около выходной кромки (тип УПФ)

тирование ЛПС выбранного типа, а во второй - выбор и расчет дополнительных технологических средств воздействия на формирование лопаток без усадочных дефектов и с однородной структурой.

Учтены особенности проектирования крупных лопаток с длиной пера более 400 мм, которые обычно изготавливают с комбинированными ЛПС, с местными прибылями и дополнительными питателями, установленными к перу. Места их расположения определяются с использованием критерия непрерывности питания.

На основе разработанных расчетных методов и принципов модульного структурирования созданы прикладные программы для автоматизированного проектирования технологических процессов равноосного литья рабочих и сопловых лопаток ГТД и ГТУ с использованием двух способов создания исходной температуры формы: путем подогрева и заливки формы в нагревательной печи и путем охлаждения формы в теплоизоляционном чехле после её прокалки до заливки.

Выбор типа ЛПС определяется конструкцией лопатки и технико-экономическими показателями литья, включающими производительность процесса ( количество лопаток в блоке ) и КИМ. В настоящее время разработаны шесть модульных программ проектирования ЛПС рабочих и сопловых лопаток, которые имеют следующие назначения:

- ЛПС с общей прибылью (цилиндрической и дисковой) для литья рабочих лопаток массой от 0,5 до 5 кг с верхней заливкой ( программа ЬКЖ20Р2 - с печью нагрева форм, 1Л>^20Р21 - с тепловой изоляцией );

- ЛПС с общими коллекторами-прибылями дисковым и кольцевым, одно- и двухъярусными для литья мелких ( до 200 г ) рабочих лопаток с верхней заливкой ( - с печью нагрева форм, 1Л?ЖЖ1Л - с тепловой изоляцией);

- ЛПС комбинированные для литья сопловых лопаток с нижней заливкой ( ЬБ^ОМР - с печью нагрева форм, Ь5ЖОМР1 - с тепловой изоляцией).

При проектировании ЛПС решаются задачи исключения встречных потоков в пере при заполнении формы расплавом с помощью комбинированной системы, рассчитываются исполняемые размеры ЛПС ( прибылей - открытых и закрытых, стояков, питателей, зумпфа), количество лопаток в блоке, его габариты и масса, КИМ, а также выявляются участки с образованием усадочных дефектов и неоднородной структурой. К таким участкам относятся места соединения полки с пе-

ром, около выходной кромки пера, протяженные горизонтальные участки полки сопловой лопатки и некоторые другие. Устранение выявленных дефектов требует обращение к программам второй группы, в которых рассчитываются средства технологического воздействия на формирования отливок. Следует отметить, что эти программы имеют более высокую универсальность применения по сравнению с программами первой группы и в большинстве случаев не зависят от типов лопаток. Возможность их применения ограничивается только нарушениями бездефектного формирования на заданных конструктивных участках отливки.

Для устранения дефектов в лопатках разработан следующий комплект модульных программ:

1. Технология с подогревом форм перед заливкой в печи: -расчет исходной температуры формы постоянной и переменной по длине пера лопатки с целью обеспечения направленного затвердевания пера при верхней заливке ( программа ТРР1ТРЕЯ );

-выбор и расчет средств воздействия ( «карандаша», технологического напуска) на формирование однородной структуры конусного участка пера около выходной кромки ( ОБТИШСР );

2. Технология с применением общего чехла из тепловой изоляции:

- расчет переменной по высоте пера лопатки толщины слоя дополнительной изоляции с целью обеспечения направленного затвердевания и питания пера ( ОШЭРЕЯ );

- выбор и расчет средств воздействия (дополнительной изоляции, «карандаша», технологического напуска ) на формирование однородной структуры конусного участка пера около выходной кромки

( НОБТЬШСР);

- расчет условий питания бандажной полки и узла в ее пересечении с пером рабочей лопатки и формирование в них однородной структуры (АгРВРИИ.);

- расчет условий питания верхней полки сопловой лопатки и размеров местной прибыли (Р1ТЦР1Ь5 );

- расчет условий последовательности затвердевания узла в пересечении стенки полого пера и плоского элемента, расположенного горизонтально в полости, а также стенки выше узла и элемента в полости пера (ТАШЧУРР);

- расчет охлаждения до заданной температуры блока форм с тепловой изоляцией (ЛСООЬР).

Программы по проектированию ЛПС и средств технологического воздействия на затвердевания лопаток опробованы на производстве, как отдельно, так и в составе пакетов прикладных программ.

Глава 4. МОДУЛЬНЫЕ ПРИКЛАДНЫЕ ПРОГРАММЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛПС ДЛЯ СЕКТОРОВ СОПЛОВЫХ ЛОПАТОК

Одними из самых сложных в изготовлении отливок являются сектора лопаток. Объединение 2 - 4-х сопловых лопаток в одну отливку осуществляется двумя общими полками, конструкции которых могут усложняться дополнительными узлами, ребрами и полостями. Сложные узлы образуются также в пересечениях полок с перьями лопаток. Кроме того, расстояния между лопатками в секторе ограничены и неодинаковые по ширине. Все эти особенности конструкции секторов усложняют проектирование ЛПС для их литья.

Аналогично рабочим и сопловым лопаткам при затвердевании секторов в определенных частях отливки могут образовываться усадочные ( в элементах и узлах верхней и нижней полок ) и структурные ( на участках около выходной кромки и в верхней части пера ) дефекты. Однако присутствие нетехнологичных элементов и узлов, характерных только для секторов, создает новые условия образования усадочных и структурных дефектов. Такие тепловые узлы, например, образуются в конструкциях секторов, когда оболочки между отдельными участками их перьев срастаются в единый керамический слой. В этом случае интенсивность охлаждения участка пера снижается, что часто приводит к образованию усадочной пористости. Другой тепловой узел образуется в пересечении пера лопатки и полки сектора. Причем, вероятность образования теплового узла возрастает при одновременном наличии стержня и сплошного слоя керамики, а также в нижней полке при верхней заливке формы. С целью исключения образования тепловых узлов необходим выбор и расчет средств воздействия на процесс затвердевания или изменение положения сектора относительно гравитационной силы, обеспечивающих стабильное питание узла.

В настоящее время на производстве при литье секторов применяют два основных типа ЛПС, а именно, ЛПС с вертикальным расположением лопаток и местными прибылями и с горизонтальным расположением лопаток на вертикальном коллекторе-прибыли. Исходя из этого,

для проектирования таких ЛГТС секторов лопаток разработаны программы ЬРБЗЕКШ, и ЬРББЕКНЬ, предусматривающие применение технологии литья с тепловой изоляцией. При этом решаются следующие технологические задачи:

- расчеты температуры верхней заливки формы, исключающей образование незаливов, и распределения температуры расплава в форме сектора после ее заполнения;

- расчет времени затвердевания участков сектора ( пера лопатки, сложных полок, узлов в пересечении полок с пером и др. ) с учетом перетоков теплоты теплопроводностью между его элементами, снижения интенсивности отвода во внешние углы формы, во внутренние стержни и в слои керамики;

- корректирование затвердевания и питания верхней полки сектора путем применения дополнительной тепловой изоляции и технологического напуска;

- расчеты затвердевания подприбыльных узлов ( элементов ) на верхней полке, а также при необходимости технологического напуска на ребре полки для установки на него прибыли;

- расчет однородной структуры в верхней части пера и ее корректирование путем применения дополнительной тепловой изоляции;

- расчет формирования около выходной кромки пера неоднородной структуры и корректирование этого процесса путем применения дополнительной тепловой изоляции, «карандаша» или технологического напуска;

- расчеты затвердевания нижней полки сектора и узла в ее пересечении с пером и корректирование их питания и формирования равноосной структуры путем изменения интенсивности охлаждения полки (изменения донного слоя тепловой изоляции или применения охлаждающей подложки );

- расчеты размеров прибылей и питателей;

- расчеты габаритных размеров и массы блока секторов с учетом спроектированной ЛПС, а также КИМ.

С целью обеспечения питания сектора сопловых лопаток при затвердевании наряду с выбором и расчетом технологических средств воздействия на процесс изменяют положение сектора в форме относительно силы тяжести. При этом, как было отмечено, на практике применяют вертикальную и горизонтальную ориентации его лопаток на ЛПС.

Основой выбора одного из двух возможных положений сектора в форме служат результаты расчетов условий затвердевания узлов и нетехнологичных участков пера сектора, в которых наиболее вероятно образование дефектов, как по плотности, так и по структуре. Поэтому условия формирования отливки сектора при заданном ее положении в форме оценивается по образованию усадочной пористости и неоднородной структуры в пере около нижней полки и его выходной кромки, а также в узле на пересечении пера с полкой. Предупреждение образования таких дефектов нередко возможно только за счет изменения расположения сектора относительно силы тяжести. Кроме этого, в расчетах анализируются дополнительные технологические средства воздействия на формирование отливки сектора: изменения общей толщины теплоизоляционного чехла и его толщины в донной части формы; установки формы без тепловой изоляции дна на охлаждающую подложку; применение дополнительной изоляции на конусном участке пера около выходной кромки, дополнительного элемента -«карандаша» или технологического напуска на выходной кромке, а также снижение температуры расплава. Расчетный анализ выполняется в диалоговом режиме, позволяющем производить в ходе расчетов изменения перечисленных средств воздействия и принять одно из двух положений сектора в форме.

Начальной задачей проектирования в данном случае является автоматизированный выбор рационального с точки зрения технико-экономической эффективности лиггья положения сектора в форме. По результатам этого анализа выбирается тип ЛПС, проектирование которой осуществляется по ранее названным программам. Автоматизированная реализация выбора положения в форме осуществлена модульной прикладной программой РОБЗЕКЬЗ.

Программы выбора положения сектора лопаток в форме и проектирования ЛПС для него опробованы на производстве.

Глава 5. РАЗРАБОТКА ППП ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛИТЬЯ ЛОПАТОК

Для повышения эффективности выполнения проектных работ нередко возникает необходимость создания САПР ТП с объединением различных по назначению программ в единый программный комплекс - пакет прикладных программ (ППП). При этом объединение пророс. НАЦИОНАЛЬНАЯ I 33 БИБЛИОТЕКА 1 СЯемрвург ] 9В Ш «КГ -

грамм в lililí осуществляется в зависимости от последовательности решения задач проектирования. В состав таких III 111 предлагаются расчетные модульные программы проектирования ЛПС и технологических средств воздействия, а для сектора также выбор его положения в форме. Объединение программ в пакет в данном случае базируется на единстве физических процессов, лежащих в их основе, что позволяет исключить повторные решения некоторых задач. При этом в исходной, основной программе, предназначенной для проектирования ЛПС, выполняются расчеты формирован™ отливки с целью анализа вероятности образования в ней литейных дефектов. Это позволяет в остальных программах 111111 конкретизировать расчеты и проектирование эффективных средств воздействия, обеспечивающих получение отливки требуемого качества.

Разработано пять 111111 проектирования ЛПС и технологических средств воздействия для разных групп лопаток ( рабочих и сопловых ) и секторов сопловых лопаток, в зависимости от технологии литья:

- lililí проектирования технологических процессов литья рабочих лопаток с применением двух типов ЛПС с общей прибылью и подогрева форм перед их верхней заливкой ( TPLRLWF );

- Ill 111 проектирования технологических процессов литья рабочих лопаток с применением двух типов ЛПС с общей прибылью и верхней заливки форм с чехлом из тепловой изоляции ( TPLRLWFI);

- lililí проектирования технологических процессов литья сопловых лопаток с применением двух типов ЛПС с общей и местной прибылями и подогрева форм перед их нижней заливкой ( TPLSLNF );

- ППП проектирования технологических процессов литья сопловых лопаток с применением двух типов ЛПС с общей и местной прибылями и нижней заливки форм с чехлом из тепловой изоляции ( TPLSL-NFI);

- ППП проектирования технологических процессов литья секторов лопаток в формы с чехлом из тепловой изоляции (TPLSEKI).

На рис. 5. приведена общая блок - схема разработанных ППП проектирования технологических процессов литья лопаток. В блок-схеме связь между разными группами программ строится по их назначению и в соответствии с последовательностью решения технологических задач. Причем часть результатов расчетов программ первой группы являются исходными данными для программ второй группы. Так, например, ППП TPLRLWF включает программы LRWZOP2 - проекта-

Программы проектирования ЛПС

' LRWZOP2~! ¡LRWZOP2Í1

Программы проектирования ЛПС

¡LSNZOMPj ¡LSNZOMPlj

Программы

¡Расчет тем^1

I . Расчет теп^] пературы | (ловой изо- | пологоева i i ляиии nena i

Программы расчета средств воздействия на однородность

____стр£ктуры____

' QSTRWCPJ [HOCTRWCÍ

Параметры ЛПС и соедств воздействия

Рис.5. Блок-схема ППП TPLRLWF, TPLRLWFI, TPLSLNF и TPLSLNFI

рования ЛПС, TFPITPER - расчета температуры печи подогрева форм перед заливкой и OSTRWCP - расчета технологических средств воздействия на однородность структуры. Обращение к программе TFPITPER происходит только в случае, если расчеты, проведенные в программе LRWZOP2, выявляют нарушение питания пера при верхней заливке формы. При этом в программе TFPITPER для устранения этого дефекта осуществляется расчет требуемого перепада температуры по высоте пера с использованием значений начальных температур расплава и формы после ее заполнения из программы LRWZOP2. Если по результатам расчетов в первой программе обнаружено также нарушение однородности структуры на участке около выходной кромки пера, то к проектированию технологии литья подключают программу OSTRWCP с передачей из программы LRWZOP2 дополнительно соответствующих температур расплава в пере, а именно, в верхнем и нижнем его сечениях. Результатами решения задач по качественному формированию отливки являются параметры ЛПС, технологических средств воздействия на затвердевание лопатки и технико-экономические показатели, а по требованию ( код FD = 1 ) формирование технологической документации, включающей титульный лист, карту технологической информации и маршрутную карту.

По аналогичной схеме работает ППП TPLRLWFI, объединяющий программы первой группы - LRWZOP2I и второй - DIZDPER и HOCTRWCP. учитывающие особенности технологии ЛВМ с тепловой изоляцией. Особенности проектирования ЛПС и технологических средств воздействия для сопловых лопаток в зависимости от технологии их получения учитывают соответственно lililí TPLSLNF и TPLSLNFI.

ППП TPLSEKI проектирования технологических процессов литья секторов лопаток для технологии ЛВМ с тепловой изоляцией представлен блок-схемой на рис. 6. На первом этапе по программе POSSEK.LS определяется возможность расположения сектора лопаток в форме ( вертикальное и горизонтальное положение лопаток ) и получение при этом бездефектной отливки. Затем рассчитываются размеры ЛПС по программам LPSSEKWL и LPSSEKHL в зависимости от результатов расчетов на первом этапе. В этих же программах, в отличие от ППП проектирования ЛПС лопаток, выполняются расчеты средств воздействия при обнаружении усадочных или структурных дефектов.

Рис.6. Блок-схема ППП TPLSEKI

Разработанные lililí проектирования технологических процессов литья лопаток и их секторов апробированы на реальных отливках и переданы в промышленную эксплуатацию.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На основе тепловой теории литья путем разработки и реализации математических моделей процессов получены новые методики расчета эффективного коэффициента аккумуляции теплоты формы для разных тепловых схем JIBM и участков форм:

- форма без опорного наполнителя с одинаковыми начальными температурами оболочки и среды;

- форма в общем теплоизоляционном чехле с возможными комбинациями утепления отдельных ее участков дополнительной изоляцией или охлаждения подложками из металлической дроби и керамической крошки.

Разработаны также расчеты Ьэф:

- участка оболочковой формы, оформляющего внешний угол отливки с галтелью;

- слоев керамики между близко расположенными участками перьев в секторах лопаток и в поднутрениях замков или полок;

- стержня, оформляющего внутреннюю полость в отливке.

2. С использованием методов приближенных расчетов процессов теплопроводности и классической теории теплообмена разработаны методики расчетов начальной температуры формы перед заливкой в зависимости от условий ее охлаждения после прокалки.

Адекватность расчетов подтверждена экспериментально.

3. По результатам проведенных исследований достигнуто дальнейшее развитие аналитического метода поузлового расчета затвердевания фасонных отливок. Уточнены решения задач расчетов стоков теплоты из массивных частей узлов в сопряженные с ним тонкие элементы и перетоков теплоты между соседними массивами. Новые решения получены для статей теплового баланса, определяющих отвод теплоты во внешние углы формы, галтели отливки, слои керамики и внутренние стержни. Изложенное позволило усовершенствовать метод построения ММ третьего вида путем включения в исходное уравнение теплового баланса новых его статей и применения теории теплопроводности для их определения. В результате повышены возможность

применения и достоверность реализации ММ.

4. Расчетные исследования процессов формирования лопаток разных типоразмеров позволили создать две группы расчетных методик, предназначенных: во-первых, для проектирования ЛПС выбранного типа и, во-вторых, для расчета технологических средств воздействия на формирование лопаток без усадочных дефектов и с однородной структурой. Эти методики успешно объединили: расчеты начальной температуры формы, гидравлические и тепловые решения по течению расплава в литейной форме, расчеты затвердевания отливок реализацией ММ третьего вида, уравнение фильтрационного питания отливки, соотношение между временем затвердевания прибыли и питаемого узла, а также критериальное условие формирования однородной структуры.

В результате создана и использована в работе система синтеза оптимизационной разработки САПР технологических процессов литья по выплавляемым моделям газотурбинных лопаток.

5. Проведены исследования эффективности средств воздействия на формирование лопаток в разных технологиях ЛВМ. Разработаны методики их расчетов: изменения температуры заливки, начальной температуры формы, градиента температуры по высоте формы, применения тепловой изоляции, охлаждающей подложки, технологического напуска и «карандаша» у выходной кромки пера. Установлено, что начальная температура формы перед заливкой для тонкостенных отливок ( отношение толщин оболочки и отливки больше 1,5 ) оказывает влияние на время затвердевания в большей степени, чем отвод теплоты с поверхности оболочки. Поэтому при литье лопаток рекомендуется создание требуемого исходного распределения температуры в форме за счет переменной температуры по высоте камеры печи подогрева форм или дополнительной, разной по высоте формы толщины ее изоляции. Такой подход в ряде случаев позволяет отказаться от комбинированной ЛПС и применить ЛПС с верхней заливкой, что существенно повышает КИМ.

6. Разработаны принципы структурирования проектирующих программ, которые предусматривают создание в них блочной структуры и использование встроенных модулей в виде процедур и функций. Для решения задач автоматизированного проектирования ЛПС и средств воздействия создан классификатор программных модулей, включаю-

щий универсальные и специализированные модули, простые и комплексные.

7. На основе созданных расчетных методик разработаны модульные блок-схемы и шесть программ для автоматизированного проектирования ЛПС рабочих лопаток малой и средней массы и сопловых лопаток с использованием двух способов создания исходной температуры формы: путем подогрева и заливки формы в нагревательной печи и путем охлаждения формы в теплоизоляционном чехле от ее прокалки до заливки. Для второго способа аналогичные блок-схемы и две программы проектирования ЛПС разработаны для секторов лопаток.

8. Разработаны также модульные блок-схемы и восемь программ для автоматизированного проектирования средств воздействия на затвердевание лопаток:

- для технологии с печью подогрева форм перед их заливкой: 1) расчет исходной постоянной и переменной по длине пера лопатки температуры формы с целью обеспечения направленного затвердевания и питания пера; 2) выбор и расчет средств воздействия («карандаша», технологического напуска) на формирование однородной структуры конусного участка пера около выходной кромки;

- для технологии с применением общего теплоизоляционного чехла:

1) расчет переменной по высоте пера лопатки толщины слоя дополнительной тепловой изоляции с целью обеспечения направленного затвердевания и питания пера; 2) выбор и расчет средств воздействия ( дополнительной тепловой изоляции, «карандаша», технологического напуска ) на формирование однородной структуры конусного участка пера около выходной кромки; 3) расчет условий питания бандажной полки и узла в ее пересечении с пером рабочей лопатки и формирования в них однородной структуры; 4) расчет питания верхней полки и верхней части пера сопловой лопатки и формирования в этой части пера однородной структуры; 5) расчет условий питания узлов в сложных конструкциях верхних ( по положению при литье ) полок сопловых лопаток и их секторов; 6) расчет и создание условий последовательности затвердевания узла в пересечении стенки полого пера и элемента, расположенного в полости.

9. На основе проведенного анализа программ проектирования ЛПС и средств воздействия на формирование лопаток определены принципы и схема объединения двух групп программ проектирования ЛПС и средств технологического воздействия в единый 111111.

10. Для ППТТ проектирования технологических процессов литья секторов лопаток решена задача выбора вертикального или горизонтального расположения осей лопаток сектора при литье на основе анализа затвердевания его технологичных участков ( узлов ). В случае образования дефектов производится анализ возможности их устранения путем применения технологических средств воздействия на формирование литого сектора. При невозможности или сложности устранения дефекта осуществляется изменение положения сектора при литье.

И. На основе комплексного решения задач проектирования ЛПС для предприятий «ФГУП ММПП «САЛЮТ», ОАО ММП им. В.В. Чернышева, ФГУП «ВИАМ» и ОАО «НПО «Сатурн» НТЦ им. А. Люльки были разработаны новые технологические процессы литья лопаток и их секторов, позволяющие исключить усадочные и структурные дефекты, а также повысить КИМ и производительность литья.

Разработанные математические модели, методики расчетов и программное обеспечение внедрены в учебный процесс подготовки инженеров - технологов литейного производства в «МАТИ» - PI ТУ им. К.Э. Циолковского.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Смыков А.Ф., Неуструев A.A., Моисеев B.C., Азизов Т.Н. Автоматизированный расчет положения отливки в форме ЛВМ // Литейное производство. - 2005. - №2. - С. 28 - 29.

2. Смыков А.Ф., Неуструев A.A. Проектирование оптимизационных технологий литья // Литейщик России. - 2005. - №4. - С. 21 - 23.

3. Смыков А.Ф., Неуструев A.A. Автоматизированное проектирование технологических средств воздействия на питание лопаток турбин при ЛВМ // Заготовительные производства в машиностроении. - 2005.-№8.-С. 5-7.

4. Смыков А.Ф., Неуструев A.A., Моисеев B.C.Автоматизированное проектирование ЛПС лопаток газовых турбин и технологических средств воздействия на формирование отливки // Теплофизика технологических процессов. Материалы Всероссийской н.т.к.- Рыбинск: РГАТА, 2005.-С. 87-88.

5. Смыков А.Ф., Ряховский А.П. Основные принципы построения модульных программ оптимизационного проектирования технологических процессов литья // Научно-методические труды университета - М.: ИЦ МАТИ, 2004. - С. 264 - 276.

6. Смыков А.Ф., Неуструев A.A., Федосов А. А., Моисеев B.C., Хай-ченко В.Е. Автоматизированное проектирование литниковых систем для рабочих лопаток газотурбинных двигателей // Литейное производство. - 2003. - №1. - С. 30 - 32.

7. Смыков А.Ф., Данков В.И., Модин C.B. Пакет прикладных программ для проектирования технологических процессов литья по выплавляемым моделям // Литейное производство. - 1991. - №10. - С. 15.

8. Смыков А.Ф., Модин C.B. Автоматизированный расчет затвердевания и питания отливок в формах по выплавляемым моделям И Литейное производство. - 1989. - №10. - С. 11.

9. Смыков А.Ф., Неуструев A.A., Моисеев B.C. Модульный принцип построения САПР технологий литья лопаток ГТД с равноосной структурой // Новые материалы, прогрессивные технологические процессы и управление качеством в заготовительном производстве. Труды Российской. н.т.к. - Рыбинск: Изд-во РГАТА, 2002. - С. 4 - 7.

10. Смыков А.Ф., Неуструев A.A., Моисеев B.C. Модульное структурирование САПР ТПЛ на основе метода поузлового расчета формирования отливок // Применение ИЛИ - технологий в производстве. Труды Российской, н.п.к.— М.: Изд-во «МАТИ»-РГТУ, 2003. - С. 16 - 17.

11. Смыков А.Ф., Неуструев A.A., Моисеев B.C. Структурирование программ проектирования технологических процессов литья // Современные проблемы литейного производства. Сб. научн. тр. - М: Изд-во «МАТИ»-РГТУ, 2002. - С. 89 - 92.

12. Смыков А.Ф., Моисеев B.C. Оптимизационный подход к проектированию технологических процессов литья // Новые материалы и технологии. Труды Всероссийской н.т.к. -М.: Изд-во «МАТИ»-РГТУ, 2002.-С. 77-78.

13. Моисеев B.C., Смыков А.Ф. Оптимизационный подход к расчету литниково-питающих систем и средств воздействия на направленность затвердевания отливок // Литейное производство.2000, № 7 .-С .49- 51.

14. Неуструев A.A., Моисеев B.C., Смыков А.Ф. Общий метод расчета прикладных программ и расчетные методы для САПР ТП литья // Литейщик России. 2005. - №10. - С. 40-46.

15. Неуструев A.A., Моисеев B.C., Смыков А.Ф. Разработка САПР технологических процессов литья. - М.: ЭКОМЕТ, 2005. - 216 с.

16. Неуструев A.A., Смыков А.Ф., Савин В.И., Денисов А.Я. Проектирование литниково-питающих систем для JIBM турбинных лопаток // Литейное производство. 2000. - №7. - С. 43 - 45.

17. Неуструев A.A., Смыков А.Ф., Моисеев B.C. Модульное структурирование САПР технологий литья // Литейное производство. 2002. -№11.-С. 13-15.

18. Неуструев A.A., Смыков А.Ф., Денисов А .Я. и др. Автоматизированное проектирование техпроцессов литья по выплавляемым моделям турбинных лопаток // Литейное производство. 2002. - №7. - С. 23-24.

19. Неуструев A.A., Смыков А.Ф., Модин C.B. Автоматизированное проектирование ЛПС для литья по выплавляемым моделям крупных турбинных лопаток // Литейное производство. 1994. - №4. - С. 33 - 34.

20. Неуструев A.A., Смыков А.Ф. САПР литья отливок класса «лопатка» по выплавляемым моделям // Материаловедение и технология новых материалов. Труды н.т.к.-М.: Изд-во «МАТИ»-Р1 ТУ,1997.-С.122.

21. Неуструев A.A., Смыков А.Ф. САПР технологии литья по выплавляемым моделям // Прогрессивная технологические процессы и высококачественные сплавы в литейном производстве. Труды Российской н.т.к. -Рыбинск: РГАТА, 1995. - С. 4 - 7.

22. Неуструев A.A., Смыков А.Ф. Расчет тепловой эффективности технологических средств воздействия на затвердевание отливки в формах по выплавляемым моделям. - М: Изд-во МГАТУ, 1994. - С. 78 - 79.

23. Неуструев A.A., Смыков А.Ф., Модин C.B., Макарин B.C. Пакет программ проектирования методик литья по выплавляемым моделям сталей // Управление технологическими процессами литья и свойствами отливок.Труды Межотраслевой н.т.к. -М.: НИАТ, 1990 - С. 17 - 18.

24. Неуструев A.A., Смыков А.Ф., Модин C.B. Особенности САПР ТП литья сталей по выплавляемым моделям // Повышение качества и эффективности литья по выплавляемым моделям: Материалы семинара. -М.: МДНТП, 1989. - С. 5 - 8.

25. Неуструев A.A., Пущин Б.А., Смыков А.Ф., Модин C.B., Макарин B.C. Пакет программ проектирования литниково-питающих систем лопаток ГТД // Управление технологическими процессами литья и

свойствами отливок. Труды Межотраслевой н.т.к. -М.: НИАТ, 1990. -С. 22-23.

26. Неуструев A.A., Смыков А.Ф. Автоматизированный расчет отливок в формах по выплавляемым моделям // Проблемы литейной технологии. Сб. научн. трудов. -Пермь: ППИ, 1991. - С. 43 - 48.

27. Федосов A.A., Неуструев A.A., Смыков А.Ф. Структура автоматизированного проектирования ЛПС для литья газотурбинных лопаток // Новые материалы и технологии: Труды Всероссийской н.т.к. -М.: Изд-во «МАТИ»-РГТУ, 2004. Т.1. - С. 37 - 38.

28. Федосов A.A., Неуструев A.A., Смыков А.Ф. и др. Применение автоматизированного проектирования ЛПС для мелких ( до 200 г ) рабочих лопаток газотурбинных двигателей // Современные проблемы литейного производства. Сб. научн. тр. -М: Изд-во «МАТИ»-РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2002. - С. 75 - 77.

29. Моисеев B.C., Смыков А.Ф. Расчет технологических средств воздействия на направленность затвердевания отливок // Литейное производство сегодня и завтра. Труды Российской н.п.к. -Санкт-Петербург. 2001.-С. 146-148.

45

46

47

Подписано в печать 04. УО . 2005 г. Объем - 2 п.л. Тираж - 80 экз. ИЦ «МАТИ»-РГТУ им. К.Э. Циолковского, ул. Николо-Ямская, 13

< i

f

t

í

i

»20f8я

РНБ Русский фонд

2006-4 23063

Подписано в печать ОЧ. ¿Q . 2005 г. Объем - 2 п.л. Тираж - 80 экз.

ИЦ «МАТИ»-РГТУ им. К.Э. Циолковского, ул. Николо-Ямская, 13

ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГОПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛИТЬЯЛОПАТОК

1.1. Особенности технологических процессов литья лопаток с равнооснойструктурой

1.2. Сравнение методов математического моделирования и поузловогорасчета процессов затвердевания отливок

1.3. Расчеты эффективных коэффициентов аккумуляции теплоты форм

1.4. Расчет начальной температуры формы при литье с применением еетепловой изоляции

1.5. Уравнение теплового баланса затвердевания узла ( элемента ) лопаткии методики расчета его статей

1.6. Оценка непрерывности питания и формирования однородной струк-туры лопатки

1.7. Принципы структурирования программ проектирования технологиче-ских процессов литья

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДРПС И МОДУЛЕЙ РАСЧЕТОВ ЛПС ДЛЯЛИТЬЯ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ И СРЕДСТВ ВОЗДЕЙСТВИЯНА ФОРМИРОВАНИЕ ГАЗОТУРБИННЫХ ЛОПАТОК

2.1. Типы ЛПС и основы их автоматизированного проектирования

2.2. Расчеты заполнения формы расплавом

2.3. Основы расчетов размеров прибылей

2.4. Расчеты размеров питателей

2.5. Расчеты средств воздействия на непрерывность питания участков ло-патки

2.6. Расчеты средств воздействия на формирование однородной структуры

ГЛАВА 3. МОДУЛЬНОЕ СТРУКТУРИРОВАНИЕ НРОГРАММ ПРОЕКТИ-РОВАНИЯ ЛПС И СРЕДСТВ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕЛОНАТОК

3.1. Особенности прикладных проектирующих программ

3.2. Нроектирование ЛНС для рабочих лопаток

3.3. Проектирование ЛПС для сопловых лопаток

3.4. Проектирование ЛПС для крупных лопаток

3.5. Проектирование средств воздействия на формирование лопаток

ГЛАВА 4. МОДУЛЬНЫЕ ПРИКЛАДНЫЕ ПРОГРАММЫ ПРОЕКТИРОВА-НИЯ ЛПС ДЛЯ СЕКТОРОВ СОПЛОВЫХ ЛОПАТОК

4.1. Особенности конструкций секторов и проектирования их ЛПС

4.2. Методика расчета затвердевания участков и узлов пера в форме сослоем керамики

4.3. Разработка программ проектирования ЛПС с верхней заливкой привертикальном и горизонтальном расположении сектора

4.4. Блок-схема программы выбора положения сектора в форме и типаЛПС

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ППП ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХПРОЦЕССОВ ЛИТЬЯ ЛОПАТОК

5.1. Основы построения ППП проектирования технологических процессовлитья

5.2. Методы решения предпроектных задач

5.3. Автоматизированное формирование технологической документации

5.4. ППП для технологических процессов литья лопаток

В отечественном литейном производстве лопаток турбин ГТД и ГТУ одной из главных проблем является повышение их эксплуатационных свойств и технико-экономических показателей производства. В значительной мере решение этой проблемы зависит от эффективности применяемых систем автоматизированного проектирования технологических процессов литья.

В настоящее время определенные успехи достигнуты в литейном производстве за счет внедрения САМ и САПР ТП. Использование таких систем для корректировки и проектирования технологических процессов и освоения литья новой номенклатуры лопаток способствует повышению технико-экономической эффективности производства. Экономия образуется главным образом за счет сокращения сроков и трудоемкости технологической подготовки производства и его освоения, снижения металлоемкости отливок и предупреждения образования в них литейных дефектов. Достигается это благодаря многовариантной оптимизации технологических решений на ЭВМ [ 33, 66 ]. Особое значение применегам САМ и САПР ТП в производстве связано с тем, что в последние годы достаточно большое внимание в отечественном авиастроении уделяется развитшо и внедрению информационной поддержки всех этапов производства продукции - CALS-система [ 132 ], которая базируется на использовании различных локальных систем ( САПР-К, САПР-Т, АСУТП, АСУ различных уровней и др. ). При этом развитие любой из локальных систем, соответственно повышает эффективность CALS-системьт предприятия. Однако необходимо помнить, что принятие неверных решений в САПР увеличивает риски автоматизации управления технологическими процессами.

Для технологических процессов литья наиболее рационально применение не автоматического, а автоматизированного проектирования. Это связано с необходимостью решения ряда различных, в том числе трудноформализуе-мых на ЭВМ, взаимосвязанных задач. Кроме того, предназначенная для технологических подразделений САПР ТП должна быть в достаточной степени универсальной, что определяется степенью инвариантности машинных программ по отношению к рассматриваемым изделиям и процессам. К числу таких инвариантных программ относятся программные модули управления базами данных, решения задач моделирования и оптимизации процессов, формирования и выпуска текстовой и графической документации. Использование модульных программных средств сокращает затраты и сроки создания САПР, а также является необходимой предпосылкой для интеграции отдельных систем. Вместе с тем, САПР ТП должна отражать специфику технологических процессов, учитывающую особенности составляющих физико-химических, тепловых, механических и других процессов, а также литейных свойств сплавов [ 30 ]. Необходимо также учитывать особенности производства, отраслевые стандарты, нормали и др. Поэтому требуется нередко адаптация инвариантных программ к специфике конкретного производства.

Достаточно велика роль САПР ТП при производстве ответственных деталей из специальных сплавов, в частности газотурбинных лопаток и их секторов из жаропрочных сплавов [ 49, 52, 77 ]. В современном производстве основную часть лопаток турбинных двигателей и установок получают литьем по выплавляемым моделям ( JIBM ) в вакууме, т.к. именно этим способом возможно получить сравнительно точную заготовку с высоким качеством поверхности, сложными внутренними полостями и требуемыми свойствами по плотности и структуре. При этом понятно, что способ JIBM с направленной кристаллизацией обеспечивает получение отливок с наилучшим комплексом свойств, однако себестоимость продукции при этом заметно возрастает. Поэтому основная масса лопаток изготавливается с равноосной структурой путем ЛВМ с гравитационной заливкой форм расплавом по технологиям, как с подогревом форм перед заливкой, так и с их тепловой изоляцией.

Автоматизированное проектирование технологических процессов литья лопаток связано с определенными трудностями, т.к. не создана достаточная методологическая база для расчетов заполнения форм расплавом, последовательности затвердевания и питания отливок, оптимальных размеров литниково-питающих систем ( ЛПС ) и средств воздействия на питание и формирование структуры затвердевающей отливки. В результате литейщики часто вынуждены использовать директивные технологии, основанные на практическом опыте и расчетах по эмпирическим формулам. Из-за сложной конструкции лопаток и их секторов и высоких предъявляемых к ним требованиям, а также достаточно широкой номенклатуры лопаток, такой способ проектирования является ориентировочным и требует корректирования полученных результатов в процессе освоения конкретной отливки. Это приводит к неоправданному увеличению сроков технологической подготовки и материальных затрат. Кроме того, нет уверенности в том, что полученные технологические режимы литья являются оптимальными.

В настоящее время наибольшее развитие получили САМ, которые разработаны на основе математических моделей ( ММ ) затвердевания отливок, содержащих дифференциальные уравнения температурных полей отливки и формы ( первый вид ММ ) или только отливки ( второй вид ММ ), а также соответствующие краевые условия. Моделирующие системы позволяют проследить кинетики заполнения расплавом литейной формы, затвердевания отливки, усадки металла, деформации и др., выявить образование дефектов и их положение в литой заготовке. Соответственно САМ предназначены для реализации только задач формирования отливок, т.е. являются «системами анализа». Полученный объем информации дает возможность оценить выбранный вариант проектируемого техпроцесса и, при необходимости, внести в него соответствующие изменения.

САПР ТП представляет собой «системы синтеза», предназначенные для прямого проектирования оптимальных технологических процессов литья. Они развиваются медленнее, что связано с отсутствием рациональных расчетных методов для этих систем. Одним из таких методов, разработанным в МАТИ в 1990-97 г.г., является метод поузлового расчета затвердевания отливок. В данной работе этот метод получил дальнейшее развитие. Основой метода служит уравнение теплового баланса затвердевания узла (элемента) отливки в интегральном виде. Однако этого недостаточно для системы синтеза. Необходима разработка аналитических расчетов методами математической физики статей теплового баланса с учетом специфики способов литья и геометрии отливок, в частности, в формах по выплавляемым моделям [ 73, 84 ]. Для системы синтеза необходимо также создание методов анализа питания затвердевающей отливки, формирования кристаллической структуры и других процессов. В диссертации создана система синтеза для оптимизационной разработки САПР ТП литья по выплавляемым моделям газотурбинных лопаток с учетом специфических особенностей конструкций рабочих и сопловых лопаток и их секторов, а также специфики технологий JIBM с использованием средств воздействия на формирование бездефектного литого изделия.

Целью диссертационной работы является создание системы синтеза для разработки САПР ТП литья газотурбинных лопаток и их секторов с целью повышения эффективности технологической подготовки производства и качества литых лопаток с равноосной структурой.

При реализации этой цели получены следующие основные результаты, представляющие научную новизну:

1. Методики расчетов эффективных коэффициентов аккумуляции теплоты оболочки формы с разными условиями теплообмена на ее наружной поверхности ( с тепловой изоляцией, разными температурами оболочки и среды, при наличии углов с галтелями, внутренней полости, оформленной стержнем, охлаждающей подложки из чугунной дроби или керамической крошки ).

2. Методики расчетов охлаждения оболочки формы и внутреннего стержня до исходной температуры перед заливкой расплавом с учетом специфики конструкции формы ( незатрудненное охлаждение оболочки, соединение двух оболочек в единый керамический слой, близкое расположение двух соседних оболочек ) и условий охлаждения ( в термостате и без него, без утепления и с применением разных схем тепловой изоляции, а также охлаждающих подложек).

3. Развитие метода поузлового расчета затвердевания отливок класса «лопатка». Инвариантность к геометрии лопаток реализуется интегральным уравнением теплового баланса затвердевания узлов ( элементов ) отливки, составленным по принципу суперпозиций. Особенности геометрии учитываются при решении методами теплопроводности задач определения стоков теплоты из массивных частей узлов в сопряженные с ним тонкие элементы и перетоков теплоты между соседними массивами, отвода теплоты от отливки в оболочковую форму или стержень с использованием эффективного коэффициента аккумуляции теплоты оболочки ( стержня ). Новые решения получены для статей теплового баланса, определяющих отвод теплоты во внешние углы формы, галтели отливки, слои керамики и внутренние стержни.

4. Третий вид математических моделей затвердевания лопаток рабочих и сопловых и секторов последних.

5. Применение третьего вида ММ для расчетов прибылей разных видов и теории теплопроводности для расчетов размеров их питателей.

6. Методики расчетов непрерывности питания и формирования однородной структуры лопатки на основе критериальных соотношений и с учетом расчета заполнения полости формы расплавом и распределения его температуры в форме.

7. Система синтеза для оптимизационной разработки САПР ТП литья по выплавляемым моделям газотурбинных лопаток.

8. Методика выбора положения лопаток сектора в форме, на основе расчетов условий затвердевания его узлов и нетехнологичных участков пера, в которых наиболее вероятно образование дефектов, и расчетного анализа дополнительных технологических средств воздействия на возможность их бездефектного формирования.

На защиту выносятся следующие научные положения, составляющие основы результатов работы:

1. Доказано, что в расчетах продолжительности затвердевания отливок в оболочковых формах замена их эквивалентными в тепловом отношении полуограниченными формами с эффективными коэффициентами аккумуляции теплоты не ограничивается рамками традиционных граничных условий теплообмена формы, а может быть использована для более сложных процессов, обусловленных геометрией отливок ( слои керамики между стенками отливки, внутренние стержни, углы с галтелями и др.) и особенностями технологических процессов ( общий теплоизоляционный чехол и дополнительная тепловая изоляция участков формы, охлаждающие подложки, неравномерная температура нагрева форм и др. );

2. Для разработки САПР ТП литья предложен общий метод совместного решения гидравлических задач течения расплава в каналах литейной формы, тепловых задач его охлаждения, поузлового расчета затвердевания отливок с оценкой непрерывности питания и однородности их структуры по известным критериям, решения технологических задач проектирования ЛПС и расчета дополнительных средств воздействия на формирование бездефектных отливок.

3. Для САПР ТП литья эффективно применение программ с модульной структурой. Важное значение имеет создание универсальных модулей, содержащих расчеты основных параметров физических процессов формирования группы отливок и используемых при проектировании их ЛПС для заданного способа литья и технологических средств воздействия на качество отливок, а также при определении режимов литья.

4. На примере литья секторов лопаток установлена возможность выбора положения отливки в форме на основе расчетов условий затвердевания нетехнологичных узлов и участков отливки с применением дополнительных технологических средств воздействия на их формирование.

Изложенное отражает актуальность выполненной диссертационной работы, научное и практическое значение ее результатов для развития технологии литья лопаток газотурбинных авиационных двигателей и энергетических установок.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ т - время, с;

Т (t) - температура, К ( °С ); t л - температура ликвидуса сплава, °С; t с- температура солидуса сплава, °С;

AtKp - интервал температур кристаллизации сплава ( AtKp = t л - t с), °С; t кр - средняя температура кристаллизации сплава (t кр = (t л +1 с )/2 ), °С; t ос - температура окружающей среды, °С; с - удельная теплоемкость, Дж/(кг-К); р - плотность, кг/м3;

X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); л а - коэффициент температуропроводности, м /с; b - коэффициент аккумуляции теплоты, Вт-с /(м -К);

1 /О О

ЬЭф - эффективный коэффициент аккумуляции теплоты, Вт-с /(м -К); а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м -К); л

R - термическое сопротивление, м -К/Вт. 8 - степень черноты; 8 - толщина, м; Bi - критерий Био; Fo - критерий Фурье; Sk - критерий Старка; Nu - критерий Нуссельта; Ре - критерий Пекле.

Индексы у переменных: I

1 - сплав ( со штрихом ( ) - жидкого состояние; без штриха - твердое );

2 - форма; н - опорный наполнитель; ст - стержень; эк - эквивалентная константа отливки; к - слой керамики в форме; з - газовый зазор между отливкой и формой; из - тепловая изоляция в виде общего чехла; изд - дополнительная тепловая изоляция на оболочке; оп - охлаждающая подложка.

Результаты работы в виде отдельных программ и ППП проектирования ЛПС и технологических средств воздействия переданы в промышленную эксплуатацию. Соответствующие акты приведены в приложении 4 к диссертации.

Разработанные математические модели, методики расчетов и программное обеспечение внедрены в учебный процесс подготовки инженеров - технологов литейного производства в «МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циолковского.

1. Азизов Т.Н., Моисеев B.C., Неуструев А.А. Расчет затвердевания узла в пересечении пера лопатки с нижней полкой // Тезисы докладов Всерос-сийск. н.т.к. М.: МАТИ-РГТУ, 2002.- С.58- 59.

2. Айзикович В.Я. Исследование и внедрение технологического процесса литья лопаток в формы с заданным исходным распределением температуры: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1974. 22 с.

3. Анисович Г.А., Жмакин Н.П. Охлаждение отливки в комбинированной форме. М.: Машиностроение 1969. - 136 с.

4. Анисович Г.А. Затвердевание отливок. Минск:Наука и техника, -1979.-232 с.

5. Баландин Г.Ф. Основы теории формирования отливки: М.: Машиностроение. 4.1,1976. - 328 с. - 4.2, 1979. - 335 с.

6. Баландин Г.Ф. Состояние и переспективы математической теории формирования отливки // Литейное производство, 1980, №1. С.6 - 9.

7. Баландин Г.Ф. Теория формирования отливки М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1998. - 360 с.

8. Баландин Г.Ф. Формирование кристаллического строения отливок. М.: Машиностроение, 1973.-288 с.

9. Башта Т.М., Руднев С.С. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1982.-423 с.

10. Бертман В.А. Компьютерное моделирование заполнения керамических форм тонкостенных панельных отливок, получаемых литьем по выплавляемым моделям : Дис. Канд. Техн. Наук. М., -1996.

11. Бертман В.А., Поляков С.Н. Компьютерное моделирование тонкостенных отливок при литье по выплавляемым моделям // Литейное производство. 1998, № 1. С.31 - 32.

12. Бочвар А.А. Металловедение. М.: Металлургиздат, 1948.

13. Боришанский В.М., Кутателадзе С.С. и др. Жидкометаллические теплоносители. М.: АТОМИЗДАТ, 1976.-328 с.

14. Братухин А.Г., Глотов Е.Б., Калинин В.П. Производство качественных отливок из жаропрочных сплавов и сталей // Литейное производство. 1996, № 3. С.13 - 17.

15. Вайнгард У. Введение в физику кристаллизации металлов. Пер. с англ. М.: Мир, 1967.

16. Вайсс К., Огородникова О.М., Попов А.В. Компьютерный инженерный анализ отливок в программе WinCast. Тенденции в литейном производстве.// Литейное производство. 2002 №7. С.25-26.

17. Василевский П.Ф. Технология стального литья. М.: Машиностроение, 1974.-408 с.

18. Васильев В.А. Физико-химические основы литейного производства: Учебник.: Изд-во МГТУ, 1994. 320 с.

19. Вейник А.И. Расчет отливки. М.: Машиностроение, 1964. - 404 с.

20. Вейник А.И. Тепловые основы теории литья. М. :МАШГИЗ, 1953.- 3 84 с.

21. Вейник А.И. Теория затвердевания отливки. М.: Машгиз, 1960. - 436с.

22. Вейник А.И. Приближенный расчет процессов теплопроводности. М.-Л.:ГЭИ, 1959.-184 с.

23. Великанов Г.Ф., Примак И.Н., Десницкий В.В., Русинов А.П. Автоматизированное проектирование оптимальной технологии изготовления отливок// Литейное производство. 1985. №11. -С. 31 51.

24. Верховцев В.В. Использование систем Power Shape и Solid Cast на ка-тав-Ивановском литейно-механическом заводе // Литейное производство. 2003. №1.-С.39.

25. Воробьев И.Л. Математическая теория кристаллизации отливок // Проблемы автоматизированного производства отливок. М.: Труды МВТУ, 1980. №330.-С.31 -51.

26. Галдин Н.М., Чистяков В.В., Шатульский А.А. Литниковые системы и прибыли для фасонных отливок. М.: Машиностроение, 1992. - 256 с.

27. Галкин М.Н. Колесников С.П. Нестационарная теплопроводность тел сложной конфигурации // Труды МАТИ. М. : Машиностроение, 1972. №72.-С. 62-67.

28. Гиршович Н.Г. Взаимосвязи между процессами затвердевания и кристаллизации // Литейное производство. 1959. №7. С. 31 - 34.

29. Гиршович Н.Г., Нехендзи Ю.А. Теоретические основы исследований литейных свойств сплавов. Литейные свойства жаропрочных сплавов // Труды ЛПИ №224, Металлургиздат, 1963.

30. Глотов Е.Б., Пантюхин В.П., Смыков А.Ф. Проектирование на ЭВМ карт технологического процесса литья //Сб. «Тепловые и физико-химические процессы в отливках и формах.» Пермь, 1989. С. 38 - 40.

31. Голод В.М., Тихомиров М.Д., Сабиров Д.Х. Системный анализ процесса формирования отливки (прикладные аспекты) // Литейные материалы, технологии, оборудование. Сб.науч.тр. ЦНИИМ. Спб., 1995. С. 26 -30.

32. Грувер М., Зиммер Э. САПР и автоматизация производства. Пер. с англ. -М.: Мир, 1987.-528 с.

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

34. Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов. Л.: Машиностроение, 1976.216 с.

35. Денисов В.А., Костецкий С.В., Сторожук В.А. Инженерный метод расчета прибылей стальных отливок // Литейное производство. 1981, № 1. -С.19-20.

36. Десницкий В.В. Автоматизированное проектирование технологии изготовления отливок-Л.: Ленинградский университет, 1987. 164 с.

37. Десницкий В.В., Грузных И.В., Гуляев В.В. Направленное затвердевание тонкостенных отливок // Литейное производство. 1972, №11.- С.12-14.

38. Дубицкий Г.М. Литниковые системы. М.: Машгиз, 1962. - 156 с.

39. Дульнев Д.Н., Парфенов В.Г., Сигалов А.В. Применение ЭВМ для решения задач теплообмена. М.: Высшая школа, 1990. - 207 с.

40. Журавлев В.А. О макроскопической теории кристаллизации сплавов // Изв. АН СССР. Металлы, 1975. - №5. - С. 93 - 99.

41. Журавлев В.А., Колодкин В.М. Теория двухфазной зоны фундамент САПР литейных технологий // Системы автоматизированного проектирования и управления качеством в литейном производстве. Л.: Труды1. ЛПИ, 1989.-№433.-С. 6-15.

42. Журавлев В.А., Жалимбнетов С.Ж. и др. Создание интегрированных САПР ТП литейного производства // Литейное производство. 1988. № . -С. 4-5.

43. Иоффе М.А., Боровский Ю.Ф., Яценко А.А. Системный анализ техпроцессов литья // Литейное производство. 2000. №1. С. 32 - 33.

44. Использование систем CAD/CAM в литейном производстве Великобритании // Foundry Trade Journal. 1987. 161, №334. С. 193 - 194.

45. Ищенко В.В. Автоматизированное проектирование отливок. Ч.З. -М.: Гостелерадио, 1990. 38 с.

46. Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей ( сплавы, технология, покрытия ). М.: «МИСИС», 2001. - С. 263 - 292.

47. Кац Э.Л. Технологические основы управления затвердеванием при литье литье лопаток газовых турбин. Дис. докт. техн. наук. М .: ЦНИИТМАШ, 1986. -555 с.

48. Кац Э.Л., Панкратов В.А., Айзикович В.Я. Регулировка температурного поля формы при литье плотных тонкостенных деталей // Перспективы развития производства литья по выплавляемым моделям. Сб. трудов. -М.: МДНТП, 1975. С. 87 - 94.

49. Кишкин С.Т., Логунов А.В., Петрушин Н.В. и др. Вопросы авиационной науки и техники. Авиационные материалы. Методы исследования авиационных материалов: Сб. трудов. М.: ВИАМ, 1987. - С. 6 - 8.

50. Кишкин С.Т., Логунов А.В., Портной К.И.и др.корреляция характеристик связи структуры и механических свойств в многокомпонентных никелевых сплавах // ДАН СССР. 1987, Т. 256, №4. С. 899 - 903.

51. Кондратьев Г.М. Регулярный тепловой режим. М.: ГИТТЛ, 1954.- 408 с.

52. Котлярский Ф.М., Борисов Г.П. Особенности фильтрационного питания отливок из алюминиевых сплавов // Литейное производство. 1985, №10.-С.4-5.

53. Кулешов М.П., Калинин В.П., Глотов Е.Б., Каблов Е.Н. Специализированное оборудование для литья по выплавляемым моделям жаропрочных сплавов и сталей. 1993. №4. С. 29 - 33.

54. Куманин И.Б. Вопросы теории литейных процессов. М.: Машиностроение, 1976.-216 с.

55. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. M.-JL: Госэнергоиздат, 1959.-414 с.

56. Латышев М.С. Автоматизированное проектирование литниково-питаю-щих систем и технологических средств воздействия на формирование газотурбинных лопаток при литье по выплавляемым моделям. Канд. диссертация. М.: МАТИ-РГТУ, 2003. 188 с.

57. Литье по выплавляемым моделям. / Изд. 4-е. под. ред. В.А. Озерова. М.: Машиностроение, 1994. 448с.

58. Логунов А.В., Петрушин Н.В. и др. Прогнозирование влияния структурных факторов на механические свойства жаропрочных сплавов //Металловедение и термическая обработка металлов. 1981, №6. С. 16-20.

59. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.:Высшая школа, 1967 392 с.

60. Маллинз В., Секерка Р. Устойчивость плоской поверхности раздела фаз при кристаллизации бинарного сплава // Проблемы роста кристаллов. Пер. с англ. М.: Мир, 1968.

61. Мамлеев Р.Ф. Исследование тепловых условий литья по выплавляемым моделям в формы с регулируемыми свойствами. Канд. диссертация. М.: МАТИ, 1981.-192 с.

62. Мещеряков А.С. Термодинамика и теплообмен в литейных процессах. Пенза: Изд-во Пенз. гос. техн. ун-та. 1993. 460 с.

63. Митрофанов С.П., Гульков Ю.А. и др. Применение ЭВМ в технологической подготовке серийного производства. М.: Машиностроение, 1981.-287 с.

64. Михеев М.А. Основы теплопередачи. M.-JL: Госэнергоиздат 1949. -396 с.

65. Моисеев B.C. Разработка методов проектирования литниково-питаю-щих систем и средств управления затвердеванием отливок на основе решения комплекса технологических задач.: Дис. докт. техн. наук.-М.: 1997.-379 с.

66. Моисеев B.C. Расчеты средств воздействия на затвердевание отливок в САПР литейной технологии. // Литейное производство. 1995, № 12. -С.21-23.

67. Моисеев B.C., Неуструев А.А. Решение задач первого уровня САПР ТП литья // Литейное производство.-1989. №10. - С. 23-25.

68. Моисеев B.C., Неуструев А.А. Прикладная программа расчета затвердевания отливок из низкотеплопроводных сплавов // Литейное производство. 1990.-№10.-С. 5.

69. Моисеев B.C., Неуструев А.А. Интегрированный подход к проектированию литниково-питающих систем отливок // Научн. Труды МАТИ, вып.1 (73 ). М.: ЛАТМЭС, 1998. С. 103 - 106.

70. Моисеев B.C., Смыков А.Ф. Оптимизационный подход к расчету литниково-питающих систем и средств воздействия на направленность затвердевания отливок. // Литейное производство. 2000, № 7. С.49 - 51.

71. Неуструев А.А. Автоматизированное проектирование технологии литья легких сплавов // Литейное производство. 1985. - №11. - С.13-15.

72. Неуструев А.А. Разработка нового метода автоматизированного проектирования технологических процессов литья // Сб. трудов юбилейного науч.- технич. семинара. М.: Изд-во МАТИ-РГТУ, 2000. С. 114 -122.

73. Неуструев А.А; Формализация условий фильтрационного питания литых заготовок // Обработка легких и специальных сплавов. Сб. тр.

74. ВИЛС: М.: ВИЛС, 1996. - С. 228 -238.

75. Неуструев А.А. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов литейного производства. Энциклопедия машиностроения. Том III-2. Технологии заготовительных производств. М.: Машиностроение, 1996. 736 с.

76. Неуструев А.А., Галкин М.Н. Формирование цилиндрических бобышек и плоских ребер в песчаной форме // Труды МАТИ, вып.49. М.: Обороните, 1960. - С. 79 - 102.

77. Неуструев, А.А., Моисеев B.C. Расчеты средств воздействия на затвердевание отливок в САПР литейной технологии // Литейное производство. 1995. №12. С.21-23.

78. Неуструев, А.А., Моисеев B.C. Автоматизированное проектирование технологических процессов литья М.: МГАТУ, 1994. - 256 с.

79. Неуструев А.А., Моисеев B.C. Теория формирования отливок и САПР ТП литья // Литейное производство. -1997. -№11.-С. 9-11.

80. Неуструев А.А., Смыков А.Ф. Автоматизированный расчет отливок в формах по выплавляемым моделям // Проблемы литейной технологии. Сб. научн. трудов. Пермь: ППИ, 1991. С. 43 - 48.

81. Неуструев А.А., Смыков А.Ф. САПР технологии литья по выплавляемым моделям // Прогрессивная технологические процессы и высококачественные сплавы в литейном производстве: Сб. науч. тр. Рыбинск, 1995.-С. 4- 7.

82. Неуструев А.А., Смыков А.Ф. САПР литья отливок класса «лопатка» повыплавляемым моделям // Материаловедение и технология новых материалов. Тез. докл. н.т.к. М.: МАТИ-РГТУ, 1997. С. 122.

83. Неуструев А.А., Смыков А.Ф., Денисов А .Я. и др. Автоматизированное проектирование техпроцессов литья по выплавляемым моделям турбинных лопаток. // Литейное производство. 2002. №7. С. 23 - 24.

84. Неуструев А.А., Смыков А.Ф., Модин С.В. Особенности САПР ТП литья сталей по выплавляемым моделям // Повышение качества и эффективности литья по выплавляемым моделям: Материалы семинара. -М., 1989.-С. 5-8.

85. Неуструев А.А., Смыков А.Ф., Модин С.В. Автоматизированное проектирование ЛПС для литья по выплавляемым моделям крупных турбинных лопаток //Литейное производство. 1994. №4. С. 33-34.

86. Неуструев А.А., Смыков А.Ф. Расчет тепловой эффективности технологических средств воздействия на затвердевание отливки в формах по выплавляемым моделям. М: Изд-во МГАТУ, 1994. - С. 78 - 79.

87. Неуструев А.А., Смыков А.Ф., Моисеев B.C. Модульное структурирование САПР технологий литья // Литейное производство. 2002. №11. -С. 13-15.

88. Неуструев А.А., Смыков А.Ф., Савин В.И., Денисов А.Я. Проектирование литниково-питающих систем для ЛВМ турбинных лопаток // Литейное производство. 2000. №7. - С. 43 - 45.

89. Нехендзи Ю.А. Стальное литье. М.: Машиностроение, 1948. - 768 с.

90. Пантюхин В.П., Неуструев А.А., Ковалев Ю.Г. Затвердевание металла в углах песчаных форм с галтелями // Прогрессивные процессы и материалы в литейном производстве: Сб. научн. трудов. Ярославль: ЯПИ, 1981.-С.52-55.

91. Пантюхин В.П., Неуструев А.А., Ковалев Ю.Г. Анализ затвердевания узлов отливок // Вопросы теории и технологии литейного производства. Сб. трудов ЧПИ, № 264. Челябинск: 1981. С. 60 - 64.

92. Пелых С.Г., Семесенко М.П. Оптимизация литейных процессов. Киев: Вища школа, 1977. 192 с.

93. Пикунов М.В. Плавка металлов, кристаллизация сплавов, затвердевание отливок. Учебное пособие для вузов. М.: «МИСИС», 1997. с.

94. Портной В.И., Фукс А.И., Балакин И.Я. Автоматизация формирования карт технологического процесса литья в песчаные формы // Литейное производство. 1986. №6. - С. 24 - 25.

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

96. Разработка и внедрение САПР ТП литья лопаток ГТД с машинной распечаткой технологической документации // Отчет по научно-исследовательской работе. Тема№ 1685/3. Научн. рук. А.А. Неуструев, отв. исп. А.Ф. Смыков. М., 1991. 25 с.

97. Рыбкин В.А. Основные направления развития литья по выплавляемым моделям // Литейное производство. 1997. № 6. - С. 19-21.

98. Рыжиков А.А. Теоретические основы литейного производства. М.Свердловск: Машгиз, 1961. 447 с.

99. Самойлович Ю.А. Системный анализ кристаллизации слитка. Киев: Наукова думка, 1983. 288 с.

100. Селянин И.Ф., Куценко А.И., Приходько О.Г. и др. Влияние толщины затвердевшей корочки и прогретого слоя формы на скорость кристаллизации отливок // Приложение к журналу «Литейное производство». 2002.-№9.-С. 2- 4.

101. Сердюхов Б.Л., Чудин В.А., Чуканова Е.Л., Сатарова В.А. Автоматизированное проектирование карт единичных технологических процессов изготовления отливок // Литейное производство. 1988. № 11.- С. 25 -26.

102. Смыков А.Ф. Разработка метода расчета затвердевания и автоматизированного проектирования систем питания отливок из сталей и жаропрочных сплавов при литье по выплавляемым моделям: Канд. диссертация. М.: МАТИ -1993. - 225 с.

103. Смыков А.Ф., Данков В.И., Модин С.В. Пакет прикладных программ для проектирования технологических процессов литья по выплавляемым моделям // Литейное производство. 1991. - №10. - С. 15.

104. Смыков А.Ф., Неуструев А.А., Моисеев B.C. Структурирование программ проектирования технологических процессов литья. // Современные проблемы литейного производства. Сб. науч. трудов. М.:Изд. «МАТИ»-РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2002. С. 89 - 92.

105. Смыков А.Ф., Неуструев А.А., Федосов А. А., Моисеев B.C., Хайченко

106. В.Е. Автоматизированное проектирование литниковых систем для рабочих лопаток газотурбинных двигателей // Литейное производство. -2003. -№1.- С. 30-32.

107. Соколов А.в. Информационно-поисковые системы. М.: Радио и связь. 1981.-152 с.

108. Степанов Ю.А., Гини ЭЛ., Соколов Е.А., Матвеенко Ю.П. Литье тонкостенных конструкций. М.: Машиностроение, 1966.

109. Тайц Н.Ю. Технология нагрева стали. М.: Металлургиздат, 1950. -450 с.

110. Тимофеев Г.И., Механика сплавов при кристаллизации слитков и отливок. М. :Металлургия, 1977, 160 с.

111. Тихомиров М.Д. Основы моделирования литейных процессов. Системы синтеза литейной технологии и их отличие от систем моделирования литейных процессов // Литейное производство. 2004. №2. С. 28 - 31.

112. Тихомиров М.Д. Основы моделирования литейных процессов. Тепловая задача // Литейное производство. 1998.№4. С. 30 - 34.

113. Тихомиров М.Д., Абрамов А.А., Кузнецов В.П. Современный уровень теории литейных процессов // Литейное производство. 1993. №9. С. 3 -5.

114. Флеминге М. Процессы затвердевания. Нью-Йорк. - 1974. Пер. с англ. -М.: Мир, 1977.-424 с.

115. Хартман Р., Поляков С., Попков В. И др. Многокритериальная оптимизация конструкций стальных отливок // Литейное производство. 2000. №8. -С. 40-43.

116. Чистяков В.В. Методы подобия и размерностей в литейной гидравлике. М.: Машиностроение, 1990. 224 с.

117. Чистяков В.В. Системотехнический анализ режимов заливки литейных форм // Интенсификация и совершенствование технологических процессов в литейном производстве. Ярославль: Изд-во ЯПИ, 1987. С. 5 -12.

118. Чистяков В.В., Неуструев А.А. Специфика заполнения и механизм остановки потока расплава в протяженной полости формы // Повышение качества и надежности литых изделий. Межвузовский сб. трудов. Ярославль: 1976.-С. 40-46.

119. Чистяков В.В., Малов А.Г., Честных В.А., Шатульский А.А. Теория заполнения форм расплавом. М.: Машиностроение, 1995. — 192 с.

120. Чистяков В.В., Шатульский А.А. Теория заполнения форм расплавом. М.: Машиностроение, 1995. 192 с.

121. Чуркин Б.С. Теоретические основы литейных процессов. Свердловск: Свердл. инж пед. ин-т, 1991. - 198 с.

122. Шабанов В.Б., Задорожный В.И., Богун О.П. Автоматизированная разработка технологии изготовления отливок в единичном и мелкосерийном производстве // Литейное производство. 2000, № 2. С.32 - 33.

123. Шарапов И.М. Система кодирования данных при автоматизированном проектировании графических документов технологических процессов литья // Литейное производство. 1986. №11. С. 34 - 35.

124. Шатульский А.А. Развитие теории заполнения форм литья по выплавляемым моделям и средств управления формированием макроструктуры отливок типа «лопатка» из жаропрочных сплавов.: Докт. диссертация. Рыбинск: 2001.

125. Шпак Е. Практическое применение систем компьютерного моделирования литейных процессов // Литейщик РОССИИ. 2002. №7/8. С.56

126. CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукции ) в авиастроении / Науч. Ред. А.Г. Братухин. - М.: Изд-во МАИ, 2002. - 676 с.

127. Rappaz М., Grandin Ch.-A., Jacot A., Charbon Ch. Modeling of Microstruc-ture Formation // The Minerals, Metals & Materials Society. 1995. C. 501 -516.

128. Stefanescu D.M. The second generation of computer models for solidification: heat transfer-solidification kinetics (HT-SK) codes // The Minerals, Metals & Materials Society. 1991. C. 69 - 97.

129. Warren J. A., Boettinger W.J. Prediction of dendritic microsegregation patterns using a diffuse interface phase field model // The Minerals, Metals & Materials Society. 1995. C. 601 - 607.