Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Исследование и разработка технологии изготовления полимерной оснастки для единичного и мелкосерийного производства отливок по газифицируемым моделям

ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Выявлены закономерности изменения качества получаемых газифицируемых моделей от теплофизических характеристик материала оснастки. Установлены значения основных теплофизических характеристик материала оснастки для получения качественных моделей: теплоёмкость <1200 Дж/(кг°С) — теплопроводность>0,21Вт/(м °С) — температуропроводность >8,4.10'8м2/с, и теплоаккумулирующая способность > 697 Вт… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Основные достижения и направления развития технологии литья по газифицируемым моделям
    • 1. 1. Состояние вопроса в области производства газифицируемых моделей
    • 1. 2. Технологические особенности получения газифицируемых моделей
    • 1. 3. Способы изготовления оснастки для производства газифицируемых моделей
      • 1. 3. 1. Особенности конструкции и основные требования к материалу оснастки
      • 1. 3. 2. Характеристика материалов и способов изготовления оснастки
  • Выводы и задачи исследований
  • 2. Разработка состава композиционного полимерного материала и технологии изготовления оснастки для изготовления газифицируемых моделей
    • 2. 1. Разработка полимерного материала с заданными свойствами
      • 2. 1. 1. Выбор основы полимерного материала оснастки
      • 2. 1. 2. Выбор наполнителей
    • 2. 2. Разработка технологии изготовления оснастки
  • Выводы
  • 3. Исследование основных свойств полимерного композиционного материала для изготовления элементов оснастки
    • 3. 1. Исследование теплофизических свойств полимерных композиционных материалов
      • 3. 1. 1. Методика исследований, обработка и анализ достоверности результатов исследований
      • 3. 1. 2. Определение теплофизических свойств полимерных композиционных материалов с различными наполнителями
    • 3. 2. Исследование влияния состава полимерного материала оснастки на качество получаемых моделей
      • 3. 2. 1. Методика оценки состояния поверхности газифицируемых моделей
      • 3. 2. 2. Исследование состояния поверхности газифицируемых моделей, полученных в оснастке из полимерных композиционных материалов
    • 3. 3. Выбор наполнителей и технологических параметров изготовления газифицируемых моделей
    • 3. 4. Оптимизация количества наполнителей в композиционных полимерных материалах и режимов изготовления моделей методом планирования эксперимента
  • Выводы
  • 4. Исследование свойств полимерного композиционного материала оснастки для получения газифицируемых моделей
    • 4. 1. Методики исследований
    • 4. 2. Исследования технологических и эксплуатационных свойств полимерных композиционных материалов
    • 4. 3. Анализ полученных результатов
  • 5. Опытно-промышленные испытания композиционной полимерной оснастки
    • 5. 1. Методика исследований
    • 5. 2. Результаты исследований и анализ полученных результатов

Исследование и разработка технологии изготовления полимерной оснастки для единичного и мелкосерийного производства отливок по газифицируемым моделям (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Повышение эффективности литейного производства, снижение трудоёмкости и материальных затрат при изготовлении отливок в условиях всевозрастающих требований к качеству литья является важной научно-технической задачей. В связи с этим, возрастает интерес к использованию прогрессивных методов получения отливок.

Одной из перспективных и наиболее активно развивающихся в настоящее время в России является технология литья по газифицируемым моделям. Она успешно применяется при серийном и массовом производстве отливок любой категории сложности из всех типов сплавов в неразъемные разовые песчаные формы и поэтому является наиболее экономичной.

Причем, максимальный эффект от ее применения достигается при изготовлении отливок со сложной разветвленной поверхностью, многочисленными глубокими поднутрениями и обратными уклонами при отсутствии явно выраженной поверхности разъёма. Однако, использование указанной технологии для данной категории литья в единичном и мелкосерийном производстве отливок производственно-технического и культурно-бытового назначения существенно ограничено в связи с высокой трудоёмкостью и, следовательно, высокой стоимостью изготовления оснастки. Указанное обстоятельство является существенным недостатком технологии литья по газифицируемым моделям, поскольку оно, во-первых, ограничивает возможности её применения на предприятиях единичного и мелкосерийного производства отливок, а во-вторых, значительно затрудняет процесс подготовки производства при освоении новых конструкций литых изделий.

Перспективным направлением в расширении объёмов применения литья по газифицируемым моделям в условиях единичного и мелкосерийного производства отливок является внедрение новых прогрессивных технологий изготовления оснастки из полимерных композиционных материалов с заданными теплофизическими характеристиками. Решение проблемы по замене материала оснастки с металлического на полимерный композиционный позволит значительно ускорить и удешевить процесс, повысить эффективность метода литья по газифицируемым моделям.

В связи с этим, актуальной проблемой на сегодняшний день является создание эффективных технологий изготовления оснастки на основе новых полимерных композиционных материалов для производства газифицируемых моделей.

Цель работы заключается в повышении эффективности технологии литья по газифицируемым моделям в условиях единичного и мелкосерийного производства отливок за счет использования оснастки из новых полимерных композиционных материалов с заданными теплофизическими свойствами.

Научная новизна работы.

1. Выявлены закономерности изменения качества получаемых газифицируемых моделей от теплофизических характеристик материала оснастки. Установлены значения основных теплофизических характеристик материала оснастки для получения качественных моделей: теплоёмкость < 1200 Дж/(кг°С) — теплопроводность >0,21Вт/(м °С) — температуропроводность >8,4.10'8м2/с, и теплоаккумулирующая способность > 697 Вт с°'5/(м2 °С).

2. Разработан новый полимерный композиционный материал на базе полиуретанового компаунда, с добавками алюминия (железа) в количестве 37−48 (34−41) % масс, соответственно, обеспечивающий получение газифицируемых моделей высокого качества.

3. Получены математические модели, описывающие зависимость качества газифицируемых моделей от содержания модифицирующего наполнителя в полимерном композиционном материале и технологических параметров процесса.

Практическая значимость работы.

1. Разработана технология изготовления оснастки для получения газифицируемых моделей. (Патент № 2 379 151 от 16.05.2007).

2. Разработана методика определения теплофизических свойств композиционных полимерных материалов.

3. Разработан экспресс метод качественной оценки состояния поверхности газифицируемых моделей.

4. Установлены оптимальные значения давления пара при изготовлении газифицируемых моделей методом внутреннего теплового удара в оснастке из полимерного композиционного материала на основе полиуретанового компаунда, модифицированного алюминием (железом) в количестве 37−48 (34−41) % масс соответственно.

Положения, которые составляют основу работы и выносятся на защиту.

1. Состав нового полимерного композиционного материала и технология изготовления оснастки на его основе.

2. Закономерности влияния теплофизических характеристик материала оснастки на качество газифицируемых моделей.

3. Математические модели, описывающие влияние технологических параметров и состава полимерного композиционного материала на качество газифицируемых моделей.

4. Методика определения теплоёмкости и коэффициента теплоаккумулирующей способности полимерного композиционного материала, основанная на обработке экспериментальных данных температурных полей.

Апробация работы.

Основные положения настоящей работы доложены и обсуждены на всероссийской НТК «Новые материалы и технологии», г. Москва, 2006; на III международной научно-практической конференции «Информационные технологии в проектировании и производстве изделий машиностроения «ИТМ-2008», г. Казань, 2008; на V международной научно-технической конференция «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надёжность машин, приборов и оборудования», г. Вологда, 2009; на V международной научнопрактической конференции «Прогрессивные литейные технологии», г. Москва, 2009; на VIII Всероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука — региону», г. Вологда, 2010; на ежегодных научно-технических конференциях ВлГУ, г. Владимир.

Публикации. По теме диссертации получен патент РФ и опубликовано 10 печатных работ в различных журналах, сборниках научных трудов и прочих изданиях, из них 4 научных статьи, рекомендованные ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованных источников. Изложена на 143 страницах машинописного текста, содержит 36 таблиц, 48 рисунков. Библиографический список содержит 82 наименования.

Основные результаты и выводы по работе.

1. Разработаны новые составы композиционных полимерных материалов на основе двухкомпонентного полиуретана с порошковыми добавками алюминия (железа) в количестве 37−48 (34−41) % масс соответственно и предложена технология изготовления оснастки на их основе для получения газифицируемых моделей в единичном и мелкосерийном производстве отливок.

2. Разработана оригинальная методика определения теплоёмкости и коэффициента теплоаккумулирующей способности полимерного композиционного материала, основанная на обработке экспериментальных данных температурных полей.

3. Разработан экспресс метод качественной оценки состояния поверхности газифицируемых моделей из пенополистирола, основанный на определении коэффициента К=8общ/8кач, где 8общ — общая площадь исследуемой поверхности образца- 8точ — суммарная площадь «точной поверхности», то есть поверхности, точно повторяющей формообразующую поверхность оснастки.

4. Установлено, что материал оснастки, обеспечивающий получение качественных газифицируемых моделей, должен обладать следующими теплофизическими характеристиками: теплоёмкость < 1200 Дж/(кг, 0С) — о 8 2 теплопроводность > 0,21Вт/(мС) — температуропроводность > 8,4*10″ м /с, и теплоаккумулирующая способность > 697 Вгс°'5/(м2,0С).

5. Получены математические модели, описывающие влияние состава полимерного композиционного материала и технологических параметров процесса на качество получаемых газифицируемых моделей. Установлено, что наилучшее качество моделей достигается в оснастке из полиуретанового компаунда АДВ 13−2 с добавлением карбонильного железа Р-10 в количестве 34−41% масс при давлении пара 0,26−0,29 МПа, и с добавлением алюминиевой пудры ПАП-1 в количестве 37−48% при давлении пара 0,260,32 МПа.

6. Определены основные технологические и эксплуатационные свойства композиционных полимерных материалов на основе двухкомпонентного полиуретана с порошковыми добавками алюминия (железа) в количестве 3748 (34−41) % масс, соответственно. Твердость составляет 120−140 HBпредел прочности на растяжение -52−60 МПаплотность — 1450−2150 кг/мтекучесть до 250 ммотсутствие процессов седиментации, при времени полимеризации до 6 часовобъёмное расширение при полимеризации 0,130,9% - в зависимости от технологических факторовстойкость — 100−220 циклов изготовления газифицируемых моделей.

7. По результатам опытно-промышленных испытаний установлено снижение (в четыре раза) продолжительности цикла подготовки производства к выпуску отливок и себестоимости газифицируемых моделей в условиях мелкосерийного и единичного производства (в два-четыре раза).

Показать весь текст

Список литературы

  1. B.C. Производство отливок по газифицируемым моделям Текст./ B.C. Шуляк, С. А. Рыбаков, К. А. Григорян.-Москва: МГИУ, 2001.330 с.
  2. B.C. Литьё по газифицируемым моделям Текст. / B.C. Шуляк.-СПб.: НПО «Профессионал», 2007.-408 с.
  3. H.F. Пат. ФРГ № 1 108 861, 12.04. 1958. стр. 408.
  4. Dieter Н.В. Binderies dry-send moulds. Foundry Trade Journal, 1964, 2505.
  5. B.C. Состояние и развитие способа литья по газуфицируемым моделям в России и за рубежом (часть I) Текст. / B.C. Шуляк // Литейщик России.- 2003.- № 2.- С. 16 20.6. 1972, Dieter Н. В. Материалы региональной конференции в Мичигане 27 октября
  6. Н. Англ. Патент № 1 127 327, 18.09.1968 г
  7. R. Патент ФРГ № 1 301 439, 11.11.1966 г
  8. Е. Патент ФРГ, № 1 301 440, 03.02.1068г
  9. B.C. Состояние и развитие способа литья по газифицируемым моделям в России и за рубежом (часть II) Текст. /B.C. Шуляк // Литейщик России.-2003.- № 3.- С. 17−20.
  10. Shin S. R. Hydrogen gas pick-up mechanism of Al-alloy melts during lost foam casting Текст. / S. R. Shin // Sci 2004.-№ 5 part 39.-C. 1563−1569.
  11. O.H. Особенности литья цветных сплавов по газифицируемым моделям Текст. / О. Н. Голотенков // Экономия металла при конструировании и производстве отливок.- Пенза: Пензенский Технический Университет.-1993.- С. 103−105.
  12. З.С. Качество отливок из силумина, полученных литьём по газифицируемым моделям Текст. / З. С. Ачимович, С. М. Томович, М.Р. Джуричич// Литейное производство. 1994.-№ 12.-С. 18−19.
  13. А.Н. Гидродинамика литейной формы при литье по газифицируемым моделям AI сплавов Текст.: дис.. канд. техн. наук., М.: 2002.
  14. В.А. Получение отливок по газифицируемым моделям. Текст. / В. А. Гнатуш, JI.H. Сыропоршнев, A.A. Чайковский // Литейное производство.-1996.-№ 2.-С. 27.
  15. А. Пористость алюминиевых отливок при литье сверху по газифицируемым моделям Текст. / А. Барбакадзе, В. Хопф, Ю Бает. // Литейное производство.- 2001 г.- № 7.-С. 19−20.
  16. А.Н. Течение расплава в узких каналах формы при литье по газифицируемым моделям алюминиевых сплавов Текст. / А. Н. Граблёв, B.C. Шуляк // Литейщик России.-2002 .- № 5.-С. 34−37.
  17. А.Н. Механика литейной формы при литье по газифицируемым моделям Текст. / А. Н. Граблёв, B.C. Шуляк //Литейщик России.-2002 .-№ 5.- С. 22−23.
  18. В.А. Получение отливок из силуминов литьём по газифицируемым моделям Текст. / В. А. Гнатуш, А. Н. Кириченко, И. А. Михневич // Литейное производство.-1991.- № 1.- С. 11.
  19. Качество отливок из силумина, полученных литьём по газифицируемым моделям Текст. / З. С. Ачимович [и др.]// Литейное производство.-1994 .- № 12.- С. 18−19.
  20. О.И. Литьё по газифицируемым моделям бронзовых сплавов Текст. / О. И. Пономаренко, И. О. Шинский, H.H. Моргун // Литейное производство.-2004 .- № 11.- С. 30.
  21. Wu Laifa. Tezhong Zhuzao ji youse hejin Текст. / Wu Laifa, Sun Honggchao, Xu Zhengzheng // Spec. Cast, and Nonferrous AlloyS.-2003.- № 6.-C. 53−54.
  22. Ю.А. Факторы качества чугунных отливок по газифицируемым моделям Текст. / Ю. А. Степанов, В. Г. Москалев // Литейное производство.-1972 .- № 7.- С. 1−4.
  23. Л.П. Получение отливок из высокопрочного чугуна литьём по газифицируемым моделям Текст. / Л. П. Вишнякова, В. П. Чичкань // Литейное производство.-1991.- № 1.- С. 8−10.
  24. Sahm Peter. Vollformuerfahren ermoglicht die herstellung Komplexer Bauteile aus Stahl Текст. / Sahm Peter, Schaidlich-Stubenrauch Yurgen, Wiesenmuller Yens // Maschinenmarkt. 1996. — 102, — № 37.- c. 30−33.
  25. Ю.А. Литьё стали в формы с газифицируемыми моделями Текст. / Ю. А. Степанов, Д. С. Гришин // Литейное производство.-1972 .-№ 5.-С. 22−26.
  26. Получение стальных отливок по газифицируемым моделям Текст. / Шуляк B.C. [и др.] // Литейное производство.-1972 .- № 1.- С. 1−3.
  27. А.Н. Литьё стали по газифицируемым моделям Текст. / А. Н. Гавришин, Э. В. Геращенко // Литейное производство.-1975.- № 1.- С. 31.
  28. Е.И. Литьё инструментальных сталей по газифицируемым моделям Текст. / Е. И. Белов, Ю. Е. Зальцман // Литейное производство,-1975 .-№ 3.- С.22−25.
  29. А.И. Литьё по газифицируемым моделям в вакуумируемые формы / А. И. Васильченко, В. Н. Самойленко // Литейное производство.-1991.-№ 1.- С. 16−17.
  30. В. А. Образование дефектов отливок при литье в вакуумируемые формы / В. А. Васильев, Е. Д. Демьянов // Литейное произволСТВО.-1991.-№ 1.- С. 18−19.
  31. В.С. Некоторые проблемы литья по газифицируемым моделям при применении вакуума Текст. / В. С. Шуляк // Литейщик России.-2005.-№ 4.- С. 6−8.
  32. Получение отливок в формах из металлического песка в магнитном поле Текст. / Шуляк В. С. [и др.] // Литейное производство.-1971.-№ 9.- С. 4−7.
  33. В.С. Производство отливок по газифицируемым моделям в формах из песка Текст. / В. С. Шуляк // Литейное производство.-1970 .-№ 9.- С. 31−32.
  34. В.С. Уплотнение формы при литье по газифицируемым моделям Текст. / В. С. Шуляк // Литейное производство.-1999.- № 5.- С.30−32.
  35. П.Ю. Процессы нейтрализации продуктов термодиструкции пенополистирола при литье по газифицируемым моделям в фильтр-форме из СВС материала Текст.: дис.. канд. техн. наук., Томск: 2004.
  36. А.Я. Новое в литье по газифицируемым моделям Текст. / А. Я. Гриценко, И. В. Емельянов // Литейщик России.-2003.-№ 2.- С. 40.
  37. Margineau I. Filtrarea produselor de termodistructie a modelului gazificabil prin peretele formei de turnare Текст. / I. Margineau // Metalurgia. -1996. 48.-№ 10.- C. 49−52.
  38. Гигиенические условия литья по газифицируемым моделям Текст. / Б. Я. Шейнин [и др.] // Литейное производство.-1971.-№ 12.- С. 14−15.
  39. В.А. Гигиена труда при изготовлении отливок по газифицируемым моделям Текст. / В. А. Павлов, Б. Я. Шейнин, Б. Ю. Фейгельсон // Литейное производство.-1969.- № 5.- С. 41.
  40. Регенерация формовочного материала и обезвреживание отходящих газов Текст. / Ю. И. Хвастухин [и др.] // Литейное производство.-1991.-№ 1.-С. 20−21.
  41. .В. Взаимодействие продуктов деструкции газифицируемой модели с отливкой Текст. / Б. В. Ширяев, Ю. А. Степанов, А. Н. Гавришин // Литейное производство.-1971.-№ 9.- С. 24−26.
  42. Технологические факторы литья по газифицируемым моделям Текст. / Шуляк B.C. [и др.] // Литейное производство.- 1973 .-№ 7.- С. 28−29.
  43. Литьё по газифицируемым моделям. Основы теории и технологии. / Ю. А. Степанов и др.- М.: Машиностроение, 1976. 224 с.
  44. В.М. Литье по выжигаемым моделям/ В. М. Григорьев и др.- Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 2002.-58 с.
  45. Практикум по газонаполненным пластмассам Текст.: Учеб. пособие / В. Ю. Чухланов [и др.]-Владимир: Ред.издат.комплекс ВлГУ, 2006.- 130 с.-ISBN 5−230−20 629−2.
  46. А.Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе Текст./ А. Ф. Николаев.- М.-Л.: Химия, 1996.- 768 с.
  47. Полистирол.Физико-химические основы получения и переработки Текст. / А .Я. Малкин.-М.: Химия, 1975.- 288 с.
  48. ОСТ-ЗО1−05−202−92Е Пенополистирол. Типы, марки и общие технические требования.
  49. Е.А. Технология пластмасс Текст.: Учебное пособие для техникумов. 3-е изд., перераб. и доп / Е. А. Брацыхин, Э. С. Шульгина.- Л.: Химия, 1982.-328с.
  50. Патент Япония № 2 001 354 587. Narushima Tekeshi, Tomida Yoshio, Kato Masayuki, Kagitani Masahiko.
  51. С. Л. Изготовление литейной оснастки из полимерных материалов Текст. / С. Л. Ровин, И. А. Нелюб, В. В. Каменский // Литейное производство.-2004.-№ 12.- С.7−8.
  52. В.А. Литье по моделям из пенополистирола Текст. / В. А. Озеров, B.C. Шуляк, Г. А. Плотников.-М.: Машиностроение, 1969.-183 с.
  53. Э.Ч. Технология литейного производства Текст. / ЭЛ. Гини, A.M. Зарубин, В.А. Рыбкин- под ред. В. А. Рыбкина.- М.: Изд. центр «Академия», 2005. -352 с.
  54. М.И. Металлизация пластмасс Текст. / М. И. Шалкхаус. -М.:3нание, 1983 64 с.
  55. В.К. Производство изделий из полимерных материалов Текст. / В. К. Крыжановский [и др.]. — СПб.: Профессия, 2004. — 464 с.
  56. У. Конструкционные материалы, металлы, сплавы, полимеры, керамика, композиты Текст.: Карманный справочник/ пер. с англ. / У. Болтон. М.: Издательский дом «Додэка-ХХГ, 2004 — 320 е.- ISBN 5−94 120 046−3.
  57. A.A. Компьютерное материаловедение полимеров Текст.: т. 1. Атомно-молекулярный уровень / A.A. Аскадский, В. И. Кондращенко М.: Научный мир, 1999. 544 с. — ISBN 5−89 176−077−0.
  58. Энциклопедия Полимеров Текст.: в 3 т. / В. А. Картин [и др.] T. l А-К. М.: Сов. Энц., 1972.-1224 с.
  59. A.A. Машиностроительные материалы Текст./ A.A. Жуков, Л. П. Лужников, С. Я. Дынкина. М.: Машиностроение, 1967.-192 с.
  60. ТУ 2226−046−227 369 360−99. Компаунд полиуретановый.
  61. ГОСТ 4960–2009. Порошок медный электролитический.
  62. ГОСТ 5494–95. Пудра алюминиевая.
  63. ГОСТ 11 069–74. Алюминий первичный. Марки Текст.-Взамен ГОСТ 11 069–74- введ. 01−01−2003- Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации- М.:Изд-во стандартов.-2004.-8 с.
  64. ГОСТ 10 096–92. Пудра алюминиевая комкованная.
  65. ГОСТ 13 610–84 Железо карбонильное радиотехническое.
  66. ГОСТ 1194–89 Дробь чугунная и стальная.
  67. ГОСТ 17 022–92 Графит. Типы, марки и общие технические требования.
  68. Справочник по конструкционным материалам Текст. / Б. Н. Арзамасов [и др.]- под ред. Арзамасова Б. Н., Соловьевой T.B. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005.- 640 е.- ISBN 5−7038−2651−9
  69. Композиционные материалы: Текст.: справочник / В. В. Васильев [и др.] - общ. ред.: В. В. Васильев, Ю. М. Тарнопольский. М.: Машиностроение, 1990. — 512 с.: ил. — ISBN 5−217−1 113−0.
  70. Формовочные материалы и технология литейной формы Текст.: Справочник / С. С. Жуковский [и др.]- под общ. ред. С. С. Жуковского. М.: Машиностроение, 1993.- 432 с.
  71. , Н.И. Теория планирования эксперимента и анализ статистических данных Текст. / Н. И. Сидняев. М.: Юрайт-издат. — 399 с.
  72. H.A. Методы планирования и обработки результатов инженерного эксперимента Текст.: Конспект лекций (отдельные главы из учебника для вузов) / H.A. Спирин, В.В. Лавров- под одщ. ред. H.A. Спирина.- Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. 257 с.
  73. ТУ 251 301 140 245 042−99 Резина силиконовая кремнийорганическая.
  74. ГОСТ 4670–91 «Определение твёрдости. Метод вдавливания шарика».
  75. ГОСТ 11 262–80 «Пластмассы. Метод испытания на растяжение»
  76. О. Переработка пластмасс Текст. / О. Шварц, Ф.-В. Эбелинт, Б. Фурт- под общ. ред. А. Д. Паниматченко.- СПб.: Профессия, 2005.- 320 с.
  77. ГОСТ 16 438–70 «Формы песчаная и металлическая для получения проб жидкотекучести металлов».
  78. ГОСТ 19 505–86 «Модели литейные и ящики стержневые пластмассовые. Технические условия».
  79. Производство отливок из сплавов цветных металлов Текст.: Учебник для вузов / Курдюмов А. В. [и др.]- М.: Металлургия, 1986.-416 с.
  80. ГОСТ 613–79 «Бронзы оловянные литейные. Технические условия».
Заполнить форму текущей работой