автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Совершенствование технологии получения художественного литья методом вакуумно-пленочной формовки

САНКТ-ПЕТЕРЕУРГС№1 Й ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МУИНОВ Абдурахман Муинович

С01ЕРШЕНСТВ0ВАШЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ХУДОЖЕСТВЕННОГО ЛИТЬЯ МЕТОДОМ ВАКУУЖО - ПЛЕНОЧНОЙ ФОРМОВКИ

Специальность 05.16.04 - ЛИТЕЙНСЕ ПРОИЗВОДСТВО

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

СЛШи-ГЕТЕРШТ 1992

Работа ьылолнена в Бухарском Технологическом институте пищевой и легкой промышленности .

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОНПОНЕН'Ш:

доктор технических наук, профессор - ГУЛЯЕВ Б.Б.,

член-корреспондент Инженерной Академии СССР, доктор технических наук, профессор - ДОРОШИКО С.П.,

заслуженный деятель науки УССР,

доктор технических наук, профессор - 1Е'1РИЧЕНК0 А.М,

Ведущее предприятие - Институт Проблем литья /Л УССР /г.Киев/

¥

Защита диссертации состоится "____"_______________ 1992 г.

в_16_час. на заседании г.пешализированного Совета Д 063.38.03 при Санкт-Петербургском государственном техническом университ« те по адресу: 195251, г.Санкт-Петербург, Политехничестя ул. , ауд. _51_ хим.корпуса

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "____"_______________ 1992 г.

>

Ученый секретарь,

специализированнбго Совета Г.С.КАЗАКЕВИЧ

Актуальность темы. ДальнеЛпий рост машиностроения, в том числе одной из его отраслей - литейного производства - может быть достигнут лишь при широком внедрении новых прогрессивных технологий, в частности метода вакуумно-пленочной формовки /ВПФ/. Метод является новым и весьма перспективным направлением получения разнообразных изделий.

Для получения художественного литья наиболее актуальным, экономически мобильным является способ ВпФ, позволяющий получать точные и тонкостенные отливки из черных и цветных сплавов. Главным преимуществом этого способа является быстрое воспроизведение сложной конфигурации отливки с высокой чистотой поверхности и точну-ми размеряли. Как в отечественной, так и в зарубежной литературе до сего времени отсутствует разработанная технология получения художествен» ;зс отливок методом ВЬФ.

В работе исследованы особенности технологии получения художественного литья. Доказана перспективность направления получения художественного литья и ряда отливок для машиностроения методом Biß.

Цель работы. Исследование возможностей вакуумно-пленочной формовки применительно к получению художественных отливок

В связи с этим в задачи работы входило:

1. Изучение принципиальных преимуществ и отличии ВШ от традиционных методов литья.

2. Исследование термических условий формирования отливок и расчеты их температурных полей при вануумно-пленочном способе.

.3. исследование жидкотекучести металла в ВП форме,

4. Исследование пограничного слоя Bii формы после ее заливки жидким металлом.

5. Сравнение поверхностей художественных отливок, полученных методом ВШ и другими способами, возможность улучшения качества поверхности"'.

6. Определение зависимости степени уплотнения литейной формы

от времени вибрации и величины вакуума, их влияние на чистоту поверхности.

7. Исследование основных свойств синтетической пленки, используемой для получения отливок, в том числе и художественных.

8. Установление математической зависимости между геометрическими размерами и прочностью ВН формы в зависимости от степени ваку-умироввния.

9. Исследование динамики литерного производства Узбекистана и выработка рекомендации по внецреиию ВП5 и других прогрессивных I

способов литейного производства в практику цехов республики. Научная новизна. Изложены особенности технологии получения художественных отливок методом ВШ. Разработана (Технология изготовления художественных отливок в конкретных условиях литейных предприятиР. Ис-•. следованы термические условия формирования отливок в BU форме. . Проведены исследования термических условий формирования отливок в ВП форме с точки зрения их влияния на кидкотекучесть сплава. Расчеты затвердевания отливок в El форме, теплопередачи от металла в форму - произведены для условий ВШ>. Исследования по определению тепло-физических свойств Bil формы выполнены с использованием метен о в математического расчета. Предложен расчет геометрических параметров вакуумной формы и степени ее вакуумирования. При этом впервые в расчеты введена характеристика высоты формы (толщина слоя песка над отливкой). В результате проведенных исследований установлены наиболее опасные места в вакуумной форме. Проведены исследования по моделированию литейных процессов на границе металл-вакуумная форма. Научно обоснованные критерии подобия позволяют моделировать гидравлические явления при течении жидкого металла с помощью холодных жидкостей в условиях, приближающихся к литейному производству.

Найдены значения коэффициентов гидравлического трения на границе жидкость-синтетическая пленка и жидкость-ф^овочная смесь. : Доказано, что жидкотекучесть металла в Bil формах значительно больше жидкотекучёсти в песчаных формах. Установлены зависимости степени . уплотнения литейнофгормы от времени вибрации и величины ракуума. Определены основные параметры этилвинилацетатной пленки, проведены исследования по определению температур оптимального нагрева пленки, при которых пленка достигает пластичности и плотно покрывает поверхность художественной отливки.

Впервые проведено исследование динамики роста литерного производства Узбекистана и выработаны рекомендации по внедрению К© и других . современных способов в практику литейных цехов республики.

Основные положения, выносимые на защиту.

; I. Вопросы совершенствования технологии получения художествен-\ ного литья методом ВП®. ,

,! • 2.Исследование теплофизических характеристик материалов, используемых при изготовлении художественных отливок методом ВШ, в-.'] еависймости от степени разрежения, ,

3. Вопросы затвердевания отливок в В11 форме и расчеты тепловых процессов для условий ВШ.

4. Моделирование литейных процессов на граница металл-литейная ВП форма.

5. Исследование качества поверхности отливок, полученных ВОФ и другими методами.

6. Установление математической зависимости геометрических размеров и прочности Вп формы от степени ее вакуушрования.

Практическая ценность исследования. Восстановление технологии изготовления художественных отливок древности наиболее экономичным и легко тзмполнимым способом, каким является метод ВП§, имеет большое значение для увековечивания достижений материальной культуры народов. Проведенные исследования помогли восстановить методику изготовления художественных изделий, хранящихся в музеях и частных коллекциях. Разработана технология получения художественных отливок в литейном цехе художественной мастерской Союза художников Узбекистана. Установка ВШ с участием автора внегтрена в литейных цехах Зухарского завода "Агропромремонт" и механического завода Производственного хлопчатобумажного объединения. Экономическая эффективность от внедрения В® в литерных цехах республики составляет Е млн руб в год.

Апробация работы. Отдельные положения работы излагались и об-:уждались на первом всесоюзном семинаре по футурологии литейного производства в г.Киеве, ХХУ1 Всесоюзной конференции литейщиков в '.Харькове, втором Всесоюзном съезде литейщиков в Ленинграде, на ¡еминаре Московского городского научно-технического общества обо-ганно" промышленности и Дома научно-технической пропаганды, двух узбекских Республиканских научно-технических конференциях в '.Ташкенте, на научно-техняческой конференции профессорско-препо-1,авательского состава юткенерно-фюического факультета Универси-?ета дружбы народов им.П.Лз-муъгби/А»сква/, ежегодных днях литейщи-са Узбекистана в г.Ташкенте, на сешиахю кафедрь? "Теория и техно- • югия лит<?!1ных процессов" Ленинградского технического универеите->а, на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тагакентекого политехнического инсти-•ута им.А.Еируни и Бухарского технологического института пищевой I легко" промышленности.

Публикации. По результатам исследований издательством "Ма-

шиностроение" принято к изданию монография "Литке художественные изделия Узбекистана" объемом 25 печ.л.,опубликованы 2 брошюры и 40 статей во всесоюзных и республиканских изданиях, а также в изданиях АН УзССР и УССР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованной литературы из ¿54 наи-' менований, изложена на 367 стр.машинописного текста и содержит 141 рисунок, 2? таблиц и 6 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Литературный обзор проведен с целью выявления работ, посвященных особенностям технологии получения художественного литья в различных странах.

Впервые метод Ей, получивший название V - процесс , был разработан и освоен в Японии в 1971 г. фирмой К.К.Акито совместно с фирмой Синта Когио, создавшее оборудование для этого процесса. Затем эта фирма в сотрудничестве с фирмами Генрих Вагнер /ФРГ/, Герман /США/, Тилгхман /Англия/ продолжила работы по созданию формовочной линии по ВШ.

Анализ тенденции развития В;® подтвердил, что в современном отечественном и зарубежном литерном производстве прослеживается перспективность этой прогрессивной технологии. Преимущества ВаФ подтверждают целесообразность ее вне: рения в практику литейных цехов Узбекистана.

Быстрому распространению КЗ способствовали ощутим; ге преимущества этого способа по сравнении с традиционными метопами литья. Отмечается, что среди преимуществ В;№ особо выделяются: экономии- " ность материалов, улучшение условий труда, уменьшение шума в литейном цехе, охрана окружающей среды и улучшение санитарно-гигиенических условий работы. Свое первоначальное развитие в Японии ВШ приобрела благодаря возможности получения художественного и декоративного, затем фасонного аллюминиевого и бронзового литья. Но ввиду конкурентной борьбы фирш-соэдатели усилили работы по широкому освоению ЕШ для отливок машиностроения и приборостроения, а изучением технологий изготовления художественных отливок по существу не занимались.

Сущность изготовления литых изделий методом В® из металлов и холоднотвердеющих материалов

Главное преимущество ВПФ - возможность быстрого воспроизведения литом детали с высоко? чистотой поверхности и точными размерами. Обращено особое внимание на успешное применение ВШ при изготовлении художественных изделиР из холоднотвердеющих смесей (гипса, алебастра, пластмассы, глины, цемента, бетона и др.) для получения товаров народного потребления с национальным колоритом. Причем в отом случае ВЛ форма используется многократно, под вакуумом. Это открывает широкие перспективы перед многочисленными предприятиями художественных промыслов.

При изготовлении художественных отливок методом ВШ, на формовочный стол с вакуумируемоА полостью устанавливается модельная плита со сквозными отверстиями. Герметизирующая синтетическая пленка, укрепленная на раме, нагревается до температуры пластичности с помощью нагревателя и вместе с рамкой опускается на модель. Одновременно включают систему вакуумирования формовочного стола. Под действием разности давлений пленка пластично растягивается и плотно покрывает поверхность модели. На поверхность пленки наносится противопригарное покрытие. Далее на формовочный стол устанавливается опока с двойными стенками по периметру, между которыми образуется вакуумированная камера, с помощью патрубка соединенная с системой вакуумирования. Внутренние стенки опоки снабжены фильтрами, обеспечивающими удаление воз.духа из внутреннего объема. С этоР целью можно использовать и перфорированное труби. Установленная опока заполняется сухим наполнителем (песком) и уплотняется вибрацией. На верх форда накладывается синтетическая' пленка и включается система вакуумирования опоки, что приводит к упрочнению формовочного матери-ала-наполнитеяя. Аналогичным способом изготавливается и вторая полуформа.

Готовые полуформч собирают, скрепляют и заливают жидким сплавом. Во время сборки, заливки и последующего охлаждения отливки обе части формы находятся под вакуумом, но отливка свободно удаляется из опок вместе с формовочным материалом при смятии вакуума. 5ормовоч1пл« материал после удаления из него остатков пленки, металлических шшочениГ и охлаждения используот повторно.

По сравнению с существующими способами получения отливок в разовых песчЛи-х формах вакуумно-пленочнн;" метод имеет ряц преи-

Ь

муцеств:

возрастает производительность труда, особенно на операциях формовки и выбивки;

повышаются точность размеров и чистота поверхности отливок, устраняется необходимость выполнения на них литеРных уклонов;

улучшается жидкотекучесть сплавов, используемых для заполнения BII форм, что позволяет получать отливки с более тонкими сечениями;

уменьшается масса отливок на I0-I5/Ó и припуски на последующую

механическую обработку до 50%;

практически не изнашиваются модели и опоки ;

исключается возможность вредных газоввделений при заяивк<?

форм жидким сплавом и попадание в формовочную смесь различных

добавок;

повышается культура производства, улучшаются экономические и санитарно-гигиенические условия труда, высвобождается производственные площади, улучшаются экономические показатели литерного производства за счет исключения или значительного сокращения смесеприготовительного и регенера,ционного оборудования уменьшения расхода формовочных материалов (до 40$) и снижения их себестоимости, экономии жидкого металла из-за уменьшения массы отливок, обя;ей экономии материальных, энергетических и трудовых ресурсов;

исключается образование на поверхности отливки перекоса или шва;

появляется возможность при формовке методом ВГ© в экстренных случаях использовать доломанные (склеенные) образцы художественных изделий;

возможность изготавливать художественные отливки любой сложности. При этом надобность деления и сборки сложной модели на отдельные части (как при литье по выплавляемым моделям)orna В полость вакуум-Формы можно заливать: жидкий чугун, сталь, медные и алюминиевые сплавы, а также холоднотвердеющие материалы, при ?том ВП форма используется многократно,.

- - Модели и модельный комплект. Модели для В® могут быть иэго- . товлены иэ металла, дерева, гипса и любого твердого материала

6 ■•■■',

(ветка дерева, гроздь винограда и т.п.). Выбор материала модели определяется серийностью производства и необходимостью обеспечения требуемых точности размеров и чистоты поверхности отливок.

Метод, ВИЗ дает возможность получения отливок повышенной точности, при этом уклон на мод,ели уменьшается или даже полностью устраняется. Для тиражирования кувшина (чоРдиш), изготовленного в единствекнам экземпляре бухарски м народным мастером в ХК в. нами была изготовлена модель по образцу, хранящемуся в Музее-заповеднике. На полученном методом ВШ кувшине внешние очертания модели были четко воспроизведены.

В ходе экспериментов были использованы как модели крабы, грозди винограда, ветки ели, изделий с резьбой по металлу и дереву, гипсовое «одели скульптур и бюстов. При необходимости получения текста на отливках можно воспользоваться вырезанными из пенополис-тирола буквами, воском или его составляющими. При этом воск наносится на морель в расплавленном виде, для чего используется горячий воздух, поддаваемый через трубку. В отдельных случаях из пенополис-тирола можно изготовлять и модельные плиты.

Противопригарнее материалы. Ирм заливке в ВП форму под влиянием вакуума жидкий металл всасывается к ежду зернами песка. Поэтому одновременно с уменьшением зернистости песка и снижением вакуума в момент заливки рекомендуется применять противопригарные покрытия (краска, припылы), которые наносят на поверхность пленки после облицовывания ею модели. Это позволяет наносить слой краски любоР толщины и не влияет на размерную точность отливок. При изготовлении художественных отливок используют водные и спиртовые краски на основе графита, маршалйта или талька (для алюминиевого и чугунного литья) или циркония (для стальных отливок). Может применяться также суспензия алюминиевого порошка или талька.

Иногда можно рекомендовать суспензию алюминиевого порошка в митилоьом спирте или просто припыл из алюминиевого порошка. В этом случая под действием высокой температуры заливаемого металла алюминияпыЛ порошок, окисляясь, превращается в Л^Оз 11 образует огнеупорное покрытие, препятствующее проникновению жидкого металла в ВП Форму. При этом рекомендуется использовать для красок только те растворители, которые не растворяют облицовочную синтетическую пленку.

Для получения художественных отливок из чугуна применяют крас-

7

ки следующего состава: грабит - 80$, поливинилбутираль - 2и%, спирт - до вязкости. Рекомендуются также краски составов: ыаршаАт--70%, поливинилбутираль - 30%, спирт - до вязкости:

припыл калька;

припыл графита.

Составы огнвупорных покрытий. Для получения чистой поверхности художественных отливок рекомендуется наносить на поверхность облицовочной пленки, после обжатия ею модели, огнеупорные покрытия в виде красок и припылов. Это позволяет наносить покрытия лчбой толщины и не влияет на точность размеров отливки.

В связи с трудностями нанесения огнеупорной краски на гладкие вертикальные стенки облицовочной модели Vиз-за ее сползания вниз) рекомендуется добавлять в краску клеющие поверхностно-активные вещества.

Для художественных отливок из чугуна можно предложить следующие огнеупорные покрытия, которые выбираются в зависимости от наличия исходных материалов - компонентов покрытий:

1) графит - 80%, лоливинилбутираль-20%, спирт до вязкости;

2) маршАит - 70¡5, поливинилбутираль - 30$, спирт - до вязкости;

3) дистилсилиманитовый сухой наполнитель зернистостью не более 0,1 мм;

4) алюминиевый порошок - 40%, спирт - 60%, плотностью -

- 1,3 г/см3, количество слоев - 3, толщина слоя - 2 мм.

Изготовление В11 формы для художественных отливок. Исследования проводились на установке ВГО с размерами опок Ь00х43их150 мм. Художественные отливки, полученные этим методом, по габариту соответствовали размеру опок.

Ш форма для художественной отливки готовилась следующим образом. На модель отливки накладывалась синтетическая пленка, которая предварительно закреплялась на' специальной рамке для нагрева до температуры оптимальной пластичности (50-60°С). Для художественных отливок сложной конфигурации применялась этилвинилацетатная пленка толщиной 0,1 мы. Для отливок плоской формы положительные рез>льтаты получены с пленкой толщиной 0,05 мм.' Нагретая до температуры пластичности (50-60°С) пленка накладывалась на поверхность модели. Для исключения прилипания пленки к поверхности отливки использовался особый порошок. На поверхность 8

модели распылялась краска. Толщина слоя крас :и не превышала 2 мм. Нанесенной слой краски подсушивался струей теплого воздуха, что обеспечивало плотнре прилегание пленки к поверхности отливки. Фасонные поверхности отливок получились четкими и выразительными только благодаря плотному прилеганию пленки к поверхности отливки.

Затем опока наполнялась сухим наполнителем (кварцевым песком) из бункера. Температура песка не превышала /Ю°С. Качество говерх-ности и точность изображения рисунков модели во многом зависит от теплофиэических свойств сухового наполнителя и его уплотнения. Время вибрации опоки с наполнителем составляла 5-6с. Частота вибрации опоки с наполнителем составляла 50-Гц с амплитудой 0,4-1, Омм. Для более плотного уплотнения сухового наполнителя в конструкции установки BII5 предусмотрена возможность подключения пневмовибрато-ра.

Затем бралась вторая пленка, таюте нагревалась до 50-60°С и быстро накладывалась на верх опоки, наполненной песком. После подключения пануз-много насоса и шланга к опоке поворотом крана включался вакуум. За доли секунды (0,1-0,Зс) под действием вакуума происходило уплотнение наполнителя и форма становилась прочной.

Затем вакуум подмодельной плиты отключался, полученная ВП форма снималась с формовочного стола, переворачивалась, переносилась на заливочный стол и подвергалась анализу на прорыв пленки.

Наиболее ответствонна операция нанесения огнеупорного материала на поверхность пленки со стороны сухо,-го наполнителя. Эта операция гарантирует получение чистой поверхности отливки, которая является одним из критериев оценки ее качества в целом. При этом важное значение имеет чистота поверхности, определяемая ее шероховатостью.

Для защиты от пригара рабочие поверхности песчанннх форм и стержней покрывались тонким слоем противопригарного материале, Появление пригара на поверхности отливок зависит от следующих факторов:

Степени разряжения ВП формы при ее заливки жидким сплавом;

зернистости наполнителя и степени его уплотнения в литерной форме;

времени контакта у.идяого сплава с наполнителем формы;

состава огнеупорных: покрыта«. Противопригарное .пзГ-ствие красок и лрипнюв заключается в изоляции мапг-иаиа йорм от непосредственного соприкосновения о жидким

9

сплавом и основано на их высокой огнеупорности и несмачиваемости сплавов или выделении, при заливке формы изолирующего слоя газов.

Затем собранные формы заливались жидким сплавом. При этом сухой наполнитель формы находился под постоянным вакуумом и благодаря этому БП форма сохраняла необходимую прочность.

Определение теплофизических свойств ВГ1 формы.

С целью изучения теплофизических свойств кварцевых песков, используемых для ВП формы, их пригодности проведены эксперименты, результаты которых применимы для определения теплофизических свойств любого вида марок кварцевых песков.

В отличии от традиционных, ВП форма представляет собой капи-лярно-пористое тело в условиях плотной упаковки, вакуумного разряжения при наличии тонкой песчано-керамической оболочки на внутренней поверхности.

Теплопередача в такой форме осуществляется теплопроводностью самых зерен сухого наполнителя; контактом между зернами песка; лучеиспусканием через поры с зерна на зерно; фильтрующими через поры песка газами, отсасывающими вакуумными системами. Кроме того, на процесс теплопередачи влидат продукты сгорания .эгилвинипацетатной пленки.

Теплофизические свойства ВП формы определялись с помощью экспериментальных и расчетных методов, которые позволили выработать способы направленного регулирования скорости охлаждения отливок.

Экспериментальное определение теплофизических характеристик сухого наполнителя в зависимости от величины его фракции производилось по следующей методике. Для определения коэффициента теплопроводности кварцевых песков применялась установка, работающая по прин ципу "регулярного режима". С помощью этой установки определялись теплофизические характеристики кварцевых песков местных месторождений, которые использовались для изготовления художественных отливок.

Сходность методики эксперимента. Коэффициент теплопроровности

.7) . - основная величина, характеризующая теплопередачу в материале, в том числе ВП форме. Существует ряд методик ^ля его определения, наиболее известными из них являются методы "пластины", "тру, бы" и хорошо зарекомендовавший себя для малотеплопроводных систем (типа сухого песка) метод "регулярного режима".

С учетом ряда специфических свойств ВП формы можно <гчи7ать,

. .. Ю

что метод регулярного режима наиболее точно соответствует решению поставленной задачи.

Основные положения метода регулярного режима'к'следующему. Охлаждение или нагревание тела произвольной геометрической формы при постоянной температуре описывается уравнением Фурье

-ЬТ'и (I)

и краевыми условиями f*/t=(J 'f' / >*h (2)

(i)z--o

*(£L WM«/-*, (з)

где ¿-Ч(*,!',2,'!Г);

- врбмя; С ~ коэффициент температуропроводности;

71 - коэффициент ;теплопроводности; о^ - коэффициент теплопередачи от поверхности тела к окружающей среде; ¿с - температура на поверхности тела; ¿^ - температура окружающей среды.

При •£ м г Соп!I решение уравнения (I) имеет вид

^ = 2 At- Kl б

■«/Г

14 ' (4)

где } постоянные, зависящие от

форда тела и начального распределения температур; l/i - функции координат, характеризующие пространственное распределение температуры и содержащие в качестве параметров физические постояннко;

Ytll - постоянные, представляющие собой ряд положительных возрастающих чисел ( tri( < т& < /7/3 ,. . J .

Постоянные величин'-,! зависят от геометрических размеров тела, его физических свойств и условий теплообмена с окружающей средой (величины о( ) и не зависят от начального распределения температур, кооридиат и времени.

В начальный период охлчждения при малых значениях 'Т несколько членов ряд,а, следующих за первым, являются величинами того же порядка, что и первый член. С увеличением *бГ* ряд быстро сходится и каждый последующий член ряда становится весьма малым по сравнению с предыдущим. При t-e превмиапцим некоторое определенное значение Т, , сумма членов ряда мало отличается от перио- ;

II

го члена. Поэтому' в уравнении (4) можно ограничиться только первым членом, т.е.

Г^М^ > (5)

где Т>Л,.

Если охлаждение тела продолжается достаточно долго, то наступит состояние, когда

ИЛИ ¿-"¿м ИЛИ ^---

Таким образом, процесс охлаждения тела в среде с постоянной темпера^ рой можно разделить на два периода.

1. Начальный период, когда . Здесь распределение температур в теле следует уравнению (4) и в течении всего периода сохраняется влияние начального распределения температур.

2. Период, когда . Температурное поле с наперед заданной точностью описывается уравнением (5). То есть распределение температур в теле определяется функцией координат при любом начальном распределении температур, зависимость температуры от времени является экспоненциальной.

Из уравнения (5) видно, что

' т

Т Ж (б)

Таким образом, относительное изменение температуры в любой точке тела в единицу времени не зависит от координат этой точки и времени.

Режим охлаждения тела,обладающий указанным выше свойством (6), называется регулярным режимом. 4

Относительная скорость изменения.температуры тела, равная Щ , легко может быть определена'экспериментально.

Логарифмируя уравнение (5), получаем

0 - - щ л, и. (7) •

Из отношения С?) видно, что при регулярном режиме логарифмы разнос-.ти температур в любой точке тела и температуры окружающей среды /Г в зависимости от времени изменяются линейно.

Если внутри ■ тела вкбрать любую точку и-измерить в этой точке тем-; -пературу, ?с зависимость температурь! от времени будет отвечать

R ' Я L

где bi-Al _ критерий Био; : - критерий Фурье;

уравнени« прямой:

е* V1 = ) (8)

где С - постоянная.

Величину Л7 , равную тангенсу угла наклона к оси абсцисс, можно вычислить по Формуле

/77 1 Т~ «)

Для определения /77 по (9) необходимо взять соответствующие значения Cn'i, . ¿и У}, » Tj , 'V, > в начале и конце линейного участка кривой

Из аналитической теории теплопроводности известно, что величи/Л? может быть представлена, как произведение некоторой функции критерия Био и линейных размеров на величину критерия Фурье:

at

- кпитйпнП Нип: /"о -

У)

- средний по поверхности коэффициент теплоотдачи; А", » » " размеры тела.

При малой интенсивности теплообмена С ^0,1) скорость охлаждения прямо пропорциональна коэффициенту теплоотдачи, площади поверхности тела и обратно пропорциональна его полной теплоемкости

frl^J' ! (Ю)

где F - площадь поверхности тела; ^ - полная теплоемкость тела.

При интенсивном теплообмене тела с окружающей средой ( Bl ex? ) скорость охлачс?,ения прямо пропорциональна температуропроводности обратно пропорциональна коэффициенту формы тела

17} = О/К j (II)

гпе Q - температуропроводность; К - коэффициент формы

тела.

В частности для цилинпра конечных размеров коэффициент /

формы тела^ равен:

К =--------I-------- , (12)

' • и 1 1 ^ 13

где R и h - радиус и длина цилиндрического калориметра № I.

Основной величиной, определяемой в опытах, является скорость охлаждения. Зависимость (10) позволяет вычислить коэффициент теплоотдачи, если известна полная теплоемкость тела. При заданном или найденном из опыта коэффициенте теплоотдачи по (10) определится теплоемкость.

Соотношение (II) служит для определения температуропроводности тела (вещества) при известном (рассчитанном) коэффициенте формы тела.

fio найденыш значениям полной теплоемкости и температуропроводности рассчитывается коэффициент теплопроводности

ОСМ

— / (13)

где СМ - полная теплоемкость тела (вещества); "V - объем тела.

Экспериментальная Х£таковка_,цля оп£еделения_теплофизических XSES'íIflESESííS £Y£oro Й§Д°2ЦЙ!Е§2§1 реализующая регулярный режим охлаждения или нагревания, состоит из трех калориметров, водяного термостата с воздушной ванной, системы измерительных приборов вакуумного насоса, моновакуумметра, крана.

Калориметры цилиндрической формы № I и № 2 заполняются исследуемым материалом-песком различных фракций. Калориметр № I используется для определения температуропроводности по формуле (II), калориметр № 3 (эталонный) выполнен из латуни, свойство которой известны. Опы-' ты с калориметрами № 2 и № 3, проводимыми в воздушной ванне

0,1), позволяют определить полную теплоемкость тела Ci-l при известном коэффициенте теплоотдачи.

Граничное условие B¿S 0,1 облегчает определение полной теплоемкости сыпучего материала, тем более что коэффициент теплоотдачи известен. Граничное условие B¿ —(практически

Si ^ 100) реализуется в водяной ванне термостата, где вода интенсивно перемешивается мешалкой. В этом случае в термостате поддерживается постоянная .температура.

Все термостаты соединены по диференциальной схеме, т.е. показывает разность температур между температурой окружающей среды (жидкости или воздуха) и температурой тела в исследуемой точке.

14

Система откачки воздуха позволяет соз,чапать необходимое разрежение (вакуум) п калориметрах № I и № 2.

?£2Х2ьтатьг экспевименгального определения влияния тазрежения

!1 Получены опытные зависимости

для кварцевого песка фракции 0,1-0,16 мм при различим степенях разрежения д Р=В-Р вакуум. Е-виду того, что многодетных исследованиях использовались стандартные манометры, где единицей измерения является "атмосфера", во всем исследовании единицей измерения вакуума являгэтся атмосфера. Диапазон изменения Р=0*-350 мм рт.ст., что соответствует величине вакуума ч| = 0 т 0,46, где Построенч графики зависимости , на которых достаточ-

но прослеживается линейный участок, характеризующий регулярный режим. Результаты расчетов скорости нагревания /Я«*3 при ¡Ы—*оО показали, что абсолютные значения /7?оз для обеих фракций при близки и отличаются приблизительно на 10%.

Обпип характер зависимости гЯоЭ близок к линейно-

му. Так те получены экспериментальные зависимости V тI(?) для калогчшетра № Z при различите степенях разреяения А Р.

Приведены результаты расчета скорости нагревания Щ при »О . Для обеих фракций песка значение (Т1г в диапазоне изменения вакуума 0,4 атм. практически постоянно, т.е. скорость нагревания (охлаждения) при теплообмене малой интенсивности постоянна. ытто только отметить некоторую тенденцию к уменьшению для фракции 0,10 мм. Это уменьшение составляет и/%, = З'ь.

Аналогично получена зависимость для эталонного

латунного калориметра № 3. Здесь также н&блюдаятся обширный четко выраженной линейный участок. Рассчитанное среднее значение скорости нзгр?п-ншя калориметра 3 по результатам двух опытов дало величину 171.1 1,21 ч .

Получены зависимости коэффициента теплопроводности у) от воличинч ллкуума для^Тракция поска 0,1 и 0,16 км. Эта зависимость !/*7|(у) л именная и о утояпчением степени разреяения уменьшается в обоих случаях на.-1-4-15'г. ч

Для оценки копЪЪишзнта топяопропопюсти Л в завпсимос-тя от вмууж «ото испояьзопать аппроксичационн»« зависимости

Л' - 0,141 - 0,0 (14)

15

У\ои = 0,156 - 0,0522 í{^/(.чх)), (15)

где 0,145 - коэффициент тепдолраворцости песка 0,1 мм при I - 30°С;

0,156 - коэффициент теплопроводное™ песка 0,16 мм при ^ = 30°С. "

Принимая во внимание точность опытов по теплообмену, а также точность расчетов, связаннГта с теплообменом, для оценки изменения ]\ от удобно пользоваться зависимостью вида

^ = (I - 0,32 'У )[Ит/(и «)> (16)

где Ду - коэффициент теплопроводности песка при значении вакуума -V , - коэффициент теплопроводности песка при атмосфер-

ном (барометрическом) давлении V = 0; 0,32 - среднее значе-

ние опытного коэффициента; - величина вакуума (разрежение).

Одновременно по вышеизложенной методике были проведаны сравнительные эксперименты с цирконовым наполнителем, которые дали следующие результаты.

Коэффициент теплопроводности Л для фракции 0,1 мм составил 0,174 ВтДМ.К.), и для фракции 0,16 мм - 0,167 ВтДЫ.К.). Все основные зависимости, выведенные лля кварцевого песка, подтвердились и для цирконового.

характеристик Н2225Ц!!тежя 1

зависимости от степени сазрежения в ВП форме._

Экспериментально определены тепловые характеристики сухого наполнителя ВП формы в зависимости от крупности зерна. Для этого рассмотрен пол ый бесконечный цилиндр, на внутренней поверхности которого радиусом поддерживается равномерная температура . Пусть • При установившемся тепловом состоянии количество тепла, передаваемое от внутренней поверхности цилиндра к наружной, на участке длиной £ , определяется уравнением

«'■¿ТГ-М.-4К <17)

Коэффициент теплопроводности в уравнении (17) можно рас-

сматривать как постоянную величину, если он в интервале температур ; ¿1 является постоянным. В случае линейной зависимости

' от температуры в уравнении (17) его следует относить к средней 15

температуре

lep = -I- ( t, + i2 ) ■ (18)

На основе уравнения (17) построен метод определения коэффициента теплопроводности плохих проводников тепла, в частности :троительных и теплоизоляционных материалов.

Слой испытуемого материала одинаковой голЧ'чны наносится на геталлическур трубку, внутри которой равномерно по длине размещен >лектрический нагреватель. Измерив количество тепла Q , выде-[яющее в нагревателе, и температуры -¿, и , а также R, ,

/?2 и € , можно по формуле (17) выяснить]}) при температуре itp. •

Уравнение (17) относится к случаю, когда температуры i, и постоянны по длине трубы, что соответствует равномерному »определению выделяющегося тепла в трубе бесконечной длины.

Экспериментальная труба имеет конечную длину и отдает тепло i окружающую среду не только с боковой поверхности, но и с торцов. Температура в тако^ среде уменьшается от середины к торцам. Опыт i сравнительные расчеты показываит, что применение формулы (17) к 'рубе конечной длины ^ = 3 м при хорошей изоляции торцов вносит гогрешность в определение Jj , не превышающую 2-3%.

Для уменьшения влияния торцевых потерь тепла на величину _/\ горцрвме поверхности труб изолируют, а для полного устранения Tenia в экспериментальных установках применяет защитные концевые наг-¡еватели. Последний способ позволяет сократить длину опытной трубы |ри обеспечении наобходимой точности определения коэффициента-теп-юпроводности JA

Экспериментальные установки. На рис Л представлена принципиаль-гая схема экспериментальной установки для определения коэффициента 'еплопроводности песка.

Песок I, теплопроводность которого определяется, насыпается ! пространство межлу наружной (2) и внутренней (3) трубами. Уста-ювка нагревается электрическим током, который пропускается через [абораторный трансформатор 8 и электрический нагреватель 4, пред-¡тавляющий собой нихромовуп спираль. Для ликвидации тепловых утечек ;орцов установки предусмотрены компенсационные обмотки 13. Тепле, оделяющееся в этих обмотках, компенсирует указанны« утечки тепла. -

Количество тепла, проходящее через слой песка, определяется ' ..17

по мощности электронагревателя на рабочем участке длиной 500 мм. Электрическая мощность основного нагревателя 4 измеряется с помощью амперметра 7 и вольтметра б.

Температура наружной и внутренней поверхности цилиндрической стенки замеряется с помощью хромель-копелевых термопар У, У1, УП и I, П, Ш. Холодные спаи термопар погружен- ы в сосуд Дюара 10 с тающим льдом. Все термопари выведены на общий восьмипозиционный переключатель II. Отсчет термопар производится по потенциометру 12. Показания термопар переводятся в градусы стоградусной шкалы по тари-ровочным таблицам.

Для контроля за работой экспериментальной установки на ней установлены дополнительные контрольно-измерительные приборы.

Обработка экспериментальных данных. Расчет коэффициента теплопроводности , Вт, производится в соответствии с формулой (18)

з\ ________, (19)

же (и ср ~ £нср }

где О - тепловой поток, Вт; с!н - наружный диаметр цилиндрической стенки, м; с/е - внутренний диаметр цилиндрической стенки, м; £ длина цилиндрической стенки, м.

Для данной установки с(н = 0,4 м; = 0,2425 м;

£ =0,5 м. Тепловой поток О определяется по формуле

> гДе 3 ~ ток 0 нагревателе, А; С( - напряжение на участке С. , В.

Средняя температура на внутренней стенке °С определялась как среднее арифметическое показаний грех термопар I, Л, Ш.

с!а

7 £ёсР ^{.н с/о и-Хср ---------------'—

Ср./п-рб М1Т^"вяа:Т. Ср --------2"

Принимая во внимание рад констант для данной экспериментально; установки, формулу (19) можно предоставить в виде:

у) = Л —-------г, где А = ЛАж.------ 0,1593.

\iicp '¿,/С/>) ' 2

Таким образом, расчетная Формула примет окончательны'4 вич:

Л " ^

у) = 0,1593 -

(¿ес/> - ¿//с/.;

Время стабилизации режима составляло в сре. ,)пм 4 ч. Однако

уже после 2 часов прогрева установки показания термопар практически не изменились. Колебания при этом составляли около 0,01 мм (примерно 0,13°С).

Рис. I. Принципиальная схема установки для определения коэффициента теплопроводности.

I - испытуемый материал; 2 - наружная труба;

3 - внутренняя труба; 4 - нагреватель; 5 - заглушки;

6 - вольтметр; 7 - амперметр; 8 - автотрансформатор;

9 - горячие спаи термопар (I - УШ); 10 - сосуд Дюара с

холодными спаями; II - восьмипозиционный переключатель;

12 - потенциометр; 13 - компенсационные обмотки;

14 - кнопочный выключатель.

Результаты экспериментального определения коэффициента теплопроводности песка различных фракций показали, что с увеличением крупности зерен песка коэффициент теплопроводности растет.

На рис.2 приведены опытные зависимости коэффициента теплопроводности ^ от средней температуры ~£ со для фракции песка

19

№ I, № 2, № 3.

Из графиков видно, что коэффициент ^ в

области исследований для каждой фракции имеет зависимость от ¿с^р близкую к линейной. Наблюдается тенденция к увеличению коэффициента теплопроводности 3] с ростом -¿с/у

Наиболее интенсивный рост коэффициента теплопроводности наблюдается в области мелких фракций. Так, при ¿ср -- 100°0, в диапазоне размеров частиц 0,15 - 0,315 мм коэффициент теплопроводности возрастает на = 0,075 Вт/СМ.К.), а в области 0,315 - 0,63 мм - на ¿Д - 0,01 Вт/СМ.К.).

Экспериментальными исследованиями тепловых характеристик сухого наполнителя в зависимости от величины фракции установлено, что коэффициент теплопроводности У1 сухого наполнителя ВП формы (кварцевого песка) с увеличением крупности песка растет.

По вышеизложенной методике проведены подобные эксперименты с цирконовым наполнителем. При этом все основные зависимости, выведен ныедля кварцевого песка, подтвердились и для цирконрвого.

Исследование термических условий формирования отливок в ВП

форме.

Исследованы условия затвердевания отливки в ВП форме, а также изучены особенности теплопередачи в ВЛ форме путем изменения температуры металла на границе металл ВП форма'. В литзратуре почти нет достаточно полных сведений о скоростях охлаждения отливок, изготовленных методом ВШ. Поэтому исследования термических условий формирования отливок из алюминиевых сплавов в ВП форме актуальны.

Длительность пребывания сплава в подвижном состоянии в ВП форме в основном зависит от скорости охлаждения металла и теплопроводности формы.

Для тонкостенных художественных отливок при стационарном потоке в случае линейного распределения температур в стенке конечной толщины УС уравнение Фурье (I) видоизменяется:

■ .31 С?=У) -у-^. . (20)

В уравнениях (I) и (20) сее^'стяа материала, в котором протекает тепловой процесс, предотавяемы трзмя величинами: удельной теплоемкостью С, Ды (кг.К), тгештопровадиостью _/) Вт/(м.К), плотностью у , кг/ч?

Эти величины связаны с температуропрововдостью а =- _ г/е(С^/с). ' С'д

, ¿т

Ли*

а

А20

-о-

... Л

30 40 50 50 70 80 90 ЮО Ьер

й

30 40 50 60 70 80 30 100 Ьер

30 кО 50 €0 40 20 90 100. ¿ер /Рис. 2. Графики аависймости

-а. - песка И (0,15 им); б - №2(0,315)нм; в-!>3(0,63) мм. 21

При теплопередаче в ВП форме наблюдается явление передачи тепла от одного твердого тела к другому - от отливки к ВП форме,' В этом случае необходимо учитывать величину, называемую теплоаккуму-ляцией, в = 1 '

При больших перепадах температур в стенках малотеплопроводных форм (к которым относится и ВП форма) их тепловые характеристики на различных расстояниях от отливок могут оказаться существенно различными.

Изготовлялись две формы _ обычная из песчаной смеси и ВИ форма. В качестве металла заливаемого в ВП форму, использовался Аб - 2, расплавленный в .высокочастотной индукционной лэчи и заливаемый из одного ковша одновременно в две формы. Одна - изготовленная методом ВПФ из сухого кварцевого песка со следующими параметрами сухого наполнителя; размером фракции 0,2 мм - 18%, 0,1 мм - пыль - 2^. Другая формировалась ' лз обычной песчаной смеси: песок - 80%, глина - 20/5, вода - 6%. Ь обеих формах использовалась .одна и та же модель, применялся один и тот же литник.

Три термопары типа ХА устанавливались двумя способами:

1) одна в форме на расстояннии 10мм от границы мета л л-форма,, другая - на границе металл-форма и третья на расстоянии 10 мм в геле отливки;

2) установка аналогична первому способу, но все расстояния сократились на 5 мм.

Термопары присоединились к самопишущему потенциометру типа КСП-4, который включался на несколько секунд до заливки форм металлом, что давало возможность измерить температуру металла, поступающего в форму. Кривые охлаждения записывались в течении 15 мин, что соответствовало температура охлаждения исследуемого поверхностного слоя отливки до ЙбО-'ЮО'^С.

В качестве синтетического покрытия использовалась этилвинил-ацетатная (ЭВА) пленка толщиной 0,1 мм. В некоторых случаях на внутренш поверхность пленки наносится марщаллит. Проведено 18 плавок.

На рис.3 приведены кривые охлаждения температур точек, расположенных в отливках на расстоянии 5 мм от их поверхности, иере-пад температур выражен менее четко, разница составляет 2-4°С. Но общая тенденция сохраняется: несколько более быстро охлаждается 22

песчаная форма, затем кривые охлаждения совпадают и в конце процесса начинает быстрее охлаждаться Bil форма.

На рис.За представлено изменение температур в формах в точках, расположенных на расстоянии 5 мм от границы металл-форма. По сравнению с теми же точками, но удаленными на 10 мм, картина не изменилась: быстрее и до более высокой температуры прогревается песчан«^ форма. В момент заливки, когда Bil форма еще не разгермети-зирована, теплопроводность ее несколько меньше, чем песчаной.

На рис.З^ показаны скорости охлаждения трех точек только Bli формы. Кривая I иллюстрирует изменение скорости охлаждения в точке на расстоянии 5 мм в теле отливки, кривая 2 - скорость охлаждения на границе металл-форма, 3 - скорость охлаждения в точке, расположенной на расстоянии 5 мм от тела отливки. Анализ результатов показал следующее:

Скорости кристаллизации отливок толщиной менее 10 мм существенно не зависят от способа их получения - BiK или в песчаную форму. Обнаруженные перепады температур незначительны и не могут существенно повлиять на скорость кристаллизации тонкостенных отливок, а, следовательно и на ткидкотекучесгь.

В ВП форме для тонкостенного литья на ее теплопроводность в значительной степени могут влиять: •

состав огнеупорной краски и ее количество на ЭВА пленке; производительность вакуумных насосов, играющих роль воздушных холодильников;

общая площадь разгерметизированной поверхности форм после ее заполнения жидким металлом, гак как начинающийся по всему объему отсос возадоса действует охлаждающе на отливку. Многолетний опыт работы с В® показал, что заливы и заусенцы у ВШ имеют толщину 1-2 мм при значительно большей длине и площади, чем при литье в песчанную форму. Следовательно, жидкотекучесть . все-таки выше у ВП формы, но это не является результатом кристаллизационных процессов. По видимому, это можно объяснить следующими особенностями Biffi: ,

при заполнении ВП формы жидкий металл скользит по ЭВА пленке, которая имеет значительна меньшую шероховатость, чем поверхность песчаной формы, и это увеличивает жидкотекучесть;

при заполнении ВП формы от сгорания ЗВА пленки образуется газовая (среда) микроподушка, по которой жидкий металл лучше заполняет форму. 23

600 500 400

зса 200

ГС

-

/Г »1

очная ¡■ор«о

1 1 ВПФ * 4

¡1 1

!

(

.2 6 В 10 12 Н М

пин

700

¿00 500 §) 400 300

1'С-

„Л

3

10

12 14 16

нин

2 * < 8

Рис.3. Кривая охлаждения отливок: а - в точках, расположенных на расстоянии 5 мл от границы мета! вакуумная форма; в - скорость охлаждения ВЛ-формн; I- в точке 1 расстоянии 5мм в теле отливки; 2 - на границе металл-форма; 3 -точке, расположенной в Форме на расстоянии 5 ми от тела оттвю 24 '

Математический расчет прочности ВП формы в зависимости от ее размеров и степени вакуумирования

Под прочностью литейной формы понимают:

1) прочность форм при формовке - возможность изготовления форм недельных размеров, способных выдерживать собстзенньш вес бег разрушения при предельном значении вакуума;

2) прочность форм при заливке - способность форм сохранять конфигурацию, геометрические размеры при заполнении неталлом.

Если первая задача может быть реаена в более или менее приближенном виде на основе законов сопротивления материалов, то вторая вызывает значительные трудности (скорость заполнения формы жидким металлом, система подвода и заливки металла, положение отливки и самой формы, толщина и характер огнеупорного покрытия, вид сплава).

В предлагаемом расчете не противопоставляются понятия прочное-тей формы при формовке и заливке. Опыт работы с ВШ убеждает, что если форма выдергивает свои размеры при формовке, то этого достаточно, так как при правильно проведенных процессах пластической деформации пленки при обтяжке модели и технологически обоснованном способе заливки скорость заполнения формы металлом превосходит скорость выгорания р данном месте.

В результате форма, краткий момент находится под двойной герметизацией: жидкий металл уже герметизирует форму, как не сгоревшая пленка. О совместном существовании синтетической пленки и жидкоса металла свидетельствует явление науглерожевания поверхностей отливок при BUS. Следовательно, при правильно проведенном способе заливки разрушение формы мало вероятно.

Можно предположить, что наиболее ответственными для расчета общей прочности литейной формы будут условия ее изготовления при операциях формовки.

При Biß вакуум создает в опоке трехосное сжатие сухого наполнителя (песка), поэтому за с^ет сил внутреннего трения вся масса песка превращается в монолит, т.е. в твердое тело, находящееся в объемно-напряженном состоянии.

Образовавшееся тело (твердое) можно считать тонкой пластинкой, в той или иной (форме обладающей свойстваш прочности и жесткости. Оно изотропно и способно в определенных пределах воспринимать воздействие внешних сил, не разрушаясь и не мення существенным образом свои геометрические размеры. "

Устойчивость формы может быть найдена из условия

R =

e г

го о -»/С - 3(1 +Л) 3 к2 (01\ Так как ^ =7¿ , го Р£>Ьг -----—£--------------(21)

Преобразу-Я это выражение и решая относительно /? получим:

3(1'MI Г tí

где fg - удельное давление на пленке, г/см^- J<- = 0,16 •

( # - равномерная распределенная нагрузка на единицу площади, г/см^; $ = ТН при /"= 1,73 г/см3; /? - половин! горизонтального размера формы (отливки), см; Н - высота слоя сухого наполнителя, находящегося над отливкой (высота формы).

Формула (21) выражает математическую зависимость между степенью вакуумирования формы и ее размерами. С целью упрощения получе! ную математическую модель, изобразили в виде свопцого графика, который позволил связать между собой три основные характеристики BÍH длину и высоту ВП формы и степень разрежения, обеспечивающую проч носгь формы.

В целях оперативного определения предельной длины опоки в зависимости от ее прочности, степени вакуумирования и характера наполнителя с помощью ЭВМ составлена программа. В расчет введена характеристика высоты формы /толщина слоя песка над отливкой/. Ксхо; ньми параметрами для расчета программы являются степень вакуумирования РВ, удельная масса наполнителя и коэффициент Пуассона. Программа составлена так, чтобы результаты расчета длины опоки А выдавались в различных вариантах в зависимости от степени вакуумирования РВ, величины слоя'наполнителя над моделью Н и от отношения длины А к ее ширине В, определяемойй коэффициентом С = А/В. <>

За минимальный слой наполнителя в программе принята величина Н = 10 см, ее изменение принято с шагом 10 см. Начальное значение величины С в расчете принято равным единице /т.е. форма квадратна, предельное значение С = 1,5, т.е. длина опоки в 1,5 раза больше ее ширины. Изменение шага величины С в расчете принята 0,1.

В результате машина дает распечатку результатов расчета, в виде таблицы "Определение размеров литейной формы", где приводится значение величины вакуумирования РВ,тол щина слоя наполнителя над формой Н(см/ и значения длины опоки А в см, в зависимости от

величины С » А/В.

26

Доказано, что наиболее опасным местом в литейной форме при 5пФ является ее середина, т.е наиболее удаленная от вакуумирукщих >твэрптий часть фермы.

Для практического использования построен сводный график, объе-1,еняющий три основных параметра ВнФ: длину и высоту формы и степень закуумирования.'

В условиях лилейного цеха, где на установке ВиЗ изготовлялись судожественные изделия были проведены исследования по влиянию метода Ви5 на улучшение социально-гигиенических условий работы. Установлено, что применение Ш© особой опасности для здоровья литей-циков не представляет.

Произведен расчет экономической эффективности вне,прения ВЩ цля одного вида отливки взамен существовавшего метода изготовления в песочные формы.

В результате внедрения метода ВШ было получено:

- снижение трупов;,! к ости изготовления I т литья на 305?; !

- уменьшение расхода формовочных материалов на 75^;

- уменьшение объама механической обработки за счет повышения коэффициента весовой точности с 0,6? до 0,75;

- снижение расхода металла на припуски, уклоны на 8Й;

- экономия затрат на ремонт и восстановление модельной оснастки 8 руб. на I т;

- снижение брака на Ь%.

Зт внедрения в производство одного вида отливок получено экономии яа каядую тонну 72,69 руб.

В случае внедрения метода ВТ® даже на ¡0% в литейных цехах /збекистана /при годовом выпуске литья в республике в 1988 г. 274 тыс.т/ экономическая эффективность от внедрения метода НК5 составит I млн.руб. в год.

вывода

I. Искусство изготовления художественных отливок в Узбекистане имэ-. ет глубокие корни. Художественные отливки пользуется большим , вниманием и имеют значительный спрос, как в союзе, так и за рубежом, Техника их изготовления совершенствуется,и получает ена-читальное развитие» ' ' •;•'-;<■.. V V .

Z^ Наилучшим методом изготовления художественных отливок является вакуумно-пленоцнЕЛ формовка. Ее преимущества определяются сле-

. 27

дующими подателями: воспроизведение изделий весьма сложной конфигурации; высокая чистота их поверхности; обеспечение прочности размеров; доступность регенерации дорогих формовочных материалов; уменьшение припусков на механическую обработку; снижение уровня шума и загрязненности атмосферы литейных цехов.

3. Изготовление художественных отливок методом ВиФ возможно из алюминиевых, медных и железных сплавов, а также из холодно-твердеющих неметаллических материалов: гипса, алебастра, пластмасс, цемента, бетона и др. 11ри этом формы могут использоваться многократно. Это открывает широкие возможности для изготовления высококачественных литых художественных изделий.

4. Метод В® обеспечивает следующие технологические преимущества: высокая лсидкогекучесть сплавов, обеспечиваемые наличием пленки и вакуума в период заполнения форм, создание плотной структуры отливки, повышенная прочность формы.

Качество отливок, полученных методом ВШ приближается к отливкам, полученным методом по выплавляемым моделям и под давлением, но значительно превосходит их по экономичности и простоте. Шероховатость поверхности отливок существенно меньше чем при литье в обычные, оболочковые и металлические формы.

5. Разработаны способы нанесения на поверхности отливки, получаемой методом ВПФ, различных покрытий: огнеупорных, декоративных кислотоупорных, изоляционных.

В пограничном слое формы после ее заливки обнаруживается углерод, являющейся органическим связывающим, скрепляющим зерна кварцевого песка. Нанесение на поверхность отливки покрытия со специальными свойствами увеличивает их поверхностную прочность.

6. Увеличение <• -чет разрешения, а также вибрации обеспечивал«,^по^ вмшение плол.^сти вакуумной формы. С увеличением расстояния от всасывающего клапана плотность формы уменьшается.

7. Механические свойства ЭВА пленки зависят от температуры ее нагрева. Нагрев пленки на моделях направленной струей горячего

воздуха позволяет уменьшить и даже ликвидировать заливы, заусенцы и впадины в отливках. Слзданч рекомендации по использовании продольных и поперечных механических свойств ппенки при ее наложении на обтягиваемую модаль. 20

. Составлена программа для расчета на ЭШ геометрических параметров вакуумной уормы, обеспечивающих прочность, установлена ее связь со степень» вакуумирования.

. Предложено внедрение метода Biffi в практику ряда литейных цехов Узбекистана. Даны рекомендации по использованию в литейных цехах природного газа, электрических печей, электровычислительной техники и лругие мероприятия. Их опробование дают положительные результаты. Внедрение метода Б15 даже в половине литейных цехов республики даст экономию в сумме I млн.руб. в год.

сновное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

. Муинов A.M. Литые художественные изделия Узбекистана. М. Машиностроение, 25 печ.л., 1993 /в печати/.

.. Муинов A.M. Цивилизация ло"девори./на узбекском языке/. Брошюра. фундамент цивилизации, Т.: Узбекистан. 1981. С.36.

. Муинов А,¡4., Горшков A.A. Развитие литейного производства Узбекской ССР // Литейное производство, 1970, № 2.

Муинов A.M. Вакуум ердамида куймалар таРерлаш ускунаси /на узбекском языке/. Установка вакуумно-пленочной формовки. // Но- ■ вая техника. Т. 1991. J?2.

i. Муинов A.M., Шкаликов М.С., Пименев В.М, Вакуумно-пленочный метод изготовления литейных форм. Информационный листок о передовом производственном опыте. НИКТИ Госплана УзССР, T.I989.

'. Муинов A.M. Что нового в литейных цехах? //Экономика и жизнь. Т. 1990. № 3.

'. Муинов A.M. Рациональное использование собственных ресурсов в Узбекской ССР // Литейное производство. 1990. № 4.

I. Муинов A.M. Вопросы экономного расходования материалов и топлива в литейном производстве Узбекской ССР // Сб.докл.второго Всес.науч.техн. съезда литейщиков в Ленинграде в 1983 г. М: ЙИИМаш, 1983.

). Муинов A.M. О внедрении литья под низким давлением в небольших литейных цехах Узбекской ССР // Литейное производство. 1980;

10,

II,

12,

13,

14,

15,

16,

17

18,

19,

20,

21

22

23

24

Муинов A.M., Горшков A.A. Некоторые вопросы экономической эффективности литерного производства Узбекской ССР //Сб.докл. Узбек.ре с п.научн.-техн.с овещания, Т.1969.

Муинов A.M. Наследие древних узбекских литейщиков // Литейное производство. 1989. № 7.

Муинов A.M. Литейное производство-фррнту //Литейное производство 1990. № 5. .

Муинов A.M. Опыт освоения сталеплавильных электропечей // Литейное Производство. 1989. № 5.

Муинов A.M. Заливка антифрикционного слоя в опорный подшипник корпуса водяного насоса // Литейное производство. 1987. Ш 7.

Муинов A.M. Внедрение прогрессивных способов литья в ГО Тзбек-тйдстильмаи" // Литейное производство. 1981. №7.

Муинов A.M. Мис чавандоз /на узбекском языке (медалй всадник)/ / Фан ва турмущ. Т. 1981. № 7.

Муинов A.M. Из истории литейного производства Узбекской ССР// Литейное производство, 1974. JJ5 3.

Муинов A.M. Некоторые вопросы литейного производства Узбекистана// Литейное производство. 1977. ® II.

Муинов A.M. Литейное производство Узбекской ССР/Дитейное производство. 1982. № 12.

Муинов A.M. Выгоды яитья под давлением // Экономика и жизнь. 1983. № 2.

Муинов A.M., Турбовекий Ы.Ы, Получение ваграночного чугуна с повышенными механическими свойствами путем продувки его в отдельной установке кислородом //Сб.докл.Узб.респ.научн;техн. совещ.Т. 1967.

Муинов A.M. Быстрее исправить ошибку проектировщиков. // Экономика и жизнь. 1969. i? 10.

Муинов A.M. Перспективы развития литейного производства в мелких цехах на примере Узбекской ССР // Сб.докл.первого Всесоюзного семинара по ¡футурологии литейного производства. Киев. ЦЦНТП и Ш УССР. 1969.

Муинов A.M. Резервы литерного производства. // Экономика и 30

кизнь. 1970. № 10.

25. Муинов A.M. Вопросы рационального использования литейных цехов Узбекской ССР // Литейное производство. 1973. № 3.

26. Муинов A.M. Металл ишлаш санати /на узбекском языке/. Искусство литья металлов. //ОНурн. АН УзССР Фан ва Турмуш. 1976.№3.

27. Муинов A.M. Некоторые вопросы рационального использования литейных цехов // Технология и организация производства. 1973.№4.

28. (Дуинов A.M. Землятресение и изобретение //Рационализатор и изобретатель. 1977. J'» 8.

29. Муинов A.M. Повышение качества продукции, как основы материальных и сырьевых ресурсов //Сб.докл.науч.-практ.конференции , Бухарского НТО и БухТИП иЛП. Бухара. 1986.

30. Усовершенствованная вакуумная форма. Муинов A.M. и др. Заявка на получение а.с. Да^а подачи 06.09.90. Дата получения положительного решения - 20.02.91 }> 4857725/03/085255.

Н. Ускоренный способ охлаждения вакуумных отливок. Муинов A.M., Шкаликов М.С., Пимене в B.U. Заявка на получение а.с. Дата по-- • дачи 22.12.90. Дата получения положительного решения-^ОIO.Sj г.

!2. Тара для-художественных отливок. Муинов A.M. и др. Заявка на получение а.с. Дата подачи - 25.09.90, Дата получения положительного решения - 02.07.91.

!3. Прибор автоматического поддержания степени разрежения в вакуумной форме. Муинов A.M. и др. Заявка на получение а.с. Дата подачи - 20.03.91 г.

14. Прибор для регулирования глубины вакуума с помощью контактной пары - стрелка-штеккер. Муинов A.M. и др. Заявка на получение а.с. Дата подачи - 20.03.91 г.

15. Бесконтактное регулирование разрежения в систем? вакуумно-пле-ночной формовку с помощью фотодиодов. Муинов A.M. и др. Заявка '' _на получение а.с. Дата подачи 2^,04.91 г. • .

Материалы диссертации доложены и обсуждены на следующих на-

'чно-техничэских съездах, конференциях, семинарах и,ос««щййиях?* ;

1торой Всесоюзный -съезд литейщиков./Вюкйг^^ВД/'}

■зная конференция литейщиков

....."■'. ■' ■ •■■■

научно-техн. совещание "Современные прогрессивные технологические процессы в литейном производстве, обеспечивающие повышение производительности труда" /Ташкент, 1967/; Узбекское респ.научно-техн. совещание "Прогрессивные способы изготовления литейных форм и стержней" /Ташкент, 1969/,'Первый Всесоюзный семинар по футурологи! литейного производства /г.Киев, 1969/; научно-техническая конференция проф.-преп..состава инженерно-физического факультета Университета .дружбы народов им.Лумумбы /Москва, 1990/; Семинар Московского городского научно-техн. оборонной промышленности и Дома научно-технической пропаганды "День новой техники и передового опыт) в литейном производстве: вакуумно-пленочная формовка" /Москва, 18 марта 1991 г./; Семинар каф. "Теория и технология литейных сплаво Ленинградского технического университета /Ленинград; 1991/; ежегодных "Днях литейщика" Узбекистана (г.Ташкент), научно-техническ конференциях проф.-преп.состава Ташкентского Политехнического института им.Бируни и Бухарского Технологического института пищевой и легкой промышленности /гг.Ташкент, Бухара, Навои/.

Подписано к печати 01.92. Заказ §

Бесплатно

Тираж 100

Отпечатано на ротопринте Ж'ТУ

195251, С.-Петербург, Политехническая ул., 29