Разработка теории и технологии центробежно-планетарного литья кольцевых заготовок
Практическая значимость работы. На основе полученных научных результатов разработаны новые установки ЦП литья, предложены технологические режимы ЦП литья для формирования отливок из баббита Б83 с заданным типом кристаллической структуры. Выполнено производственное опробование разработанной технологии при получении реальных баббитовых подшипников скольжения на ОАО «НПО САТУРН». Разработанная… Читать ещё >
Содержание
- 1. Факторы управления структурой кольцевых деталей — тел вращения при центробежном литье
- Влияние условий кристаллизации на размер зерен отливок
- 1. 2. Влияние центробежного литья на формирование структуры
- 1. 2. 1. Влияние динамического воздействия на кристаллизацию центробежных отливок при литье с горизонтальной осью вращения
- 1. 2. 2. Относительное движение жидкости при вращении формы вокруг горизонтальной оси с постоянной скоростью
- 1. 3. Центробежно-планетарный способ литья 27 1.3.1. Конструктивные особенности ЦП установок
- 1. 4. Факторы, влияющие на структурообразование при литье баббита
- 1. 1. 3. Влияние температуры на формирование структуры баббита
- 1. 2. Влияние центробежного литья на формирование структуры
- 2. 1. Лабораторные литейные установки
- 2. 1. 1. Установка ЦДЛ с клиноременной передачей
- 2. 2. Установка ЦДЛ с зубчатой планетарной передачей
- 2. 3. Предварительный анализ процесса движения жидкости в ЦП форме
- 2. 4. Методы изучения гидравлических и металлургических особенностей ЦП процесса литья
- 3. 1. Анализ состояния жидкости при отсутствии захвата её формой
- 3. 2. Расчет свободной поверхности жидкости при захвате во вращение ЦП формой
- 3. 2. 1. Постановка задачи и вывод основных дифференциальных уравнений.,
- 3. 2. 2. Преобразование дифференциальных уравнений и граничных условий
- 3. 2. 3. Решение и анализ уравнений
- 4. 1. Анализ вовлечения жидкости во вращение в планетарной форме.7]
- 4. 2. Анализ вариантов движения жидкости в ЦП форме
- 4. 3. Определение средней относительной скорости движения жидкости
- 4. 4. Связи между вариантами движения жидкости в планетарной форме
- 4. 5. Выбор режимов вращения ЦП формы
- 5. 1. Изучение процесса ЦПЛ при получении отливок из баббита Б
- 5. 2. Мощность, потребляемая при ЦП литье
- 5. 3. Анализ параметров затвердевания отливки
- 5. 4. Анализ влияния режимов ЦПЛ на микроструктуру отливок из сплава Б
- 5. 5. Влияние изменения скорости движения расплава в форме на структурообразование
- 5. 6. Механизм измельчения фазы SnSb в баббите Б83 при ЦПЛ
- 5. 7. Диаграмма структур баббита Б в поле режимов работы ЦПЛ
- 5. 8. Рекомендации по практическому использованию результатов исследований
- 5. 8. 1. Рекомендации по применению ЦПЛ при производстве баббитовых подшипников. П
- 5. 8. 2. Последовательность разработки технологии при ЦПЛ баббита Б83. П
- 5. 8. 3. Выбор электродвигателя для машины ЦПЛ
- 5. 9. Практическое использование результатов работы
Разработка теории и технологии центробежно-планетарного литья кольцевых заготовок (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Актуальность работы. В настоящее время в литейном производстве России увеличивается объем производства отливок, к которым предъявляются повышенные служебные требования, при этом расширяется использование новых, экономически и технически эффективных способов литья.
В данной работе выполнена разработка теоретических и технологических основ нового способа литья — центробежно-планетарного (ЦП) применительно к производству кольцевых заготовок. Стационарная и центробежная заливка таких изделий имеет ограниченное применение, т.к. часто недопустимо возрастает размер зерна, развивается ликвация, что снижает эксплуатационные свойства отливок. Это в большой степени характерно для заливки баббитом подшипников скольжения, которые используются в силовых энергоустановках. При применении известных методов литья твердая фаза баббита формируется с указанными недостатками.
ЦП способ литья разработан в РГАТА СП. Серебряковым с сотрудниками [55,56] в 1988 г. с целью воздействия на структурообра-зование металла путем создания управляемой скорости движения расплава в литейной форме в ходе затвердевания отливки, однако промышленного использования не имеет во многом ввиду неизученности процесса, отсутствия оборудования и конкретных технологических рекомендаций. Разработка основ процесса ЦП литья даст литейщикам новые возможности по созданию технологий более высокого уровня. В этом состоит актуальность работы.
Цель работы состоит в разработке теоретических и технологических основ обработки расплава в центробежно-планетарной форме при управляемом воздействии на процесс формирования кристаллической структуры отливок на примере литья баббитовых подшипников. Для достижения поставленной цели решались задачи:
1. Разработать методику экспериментального исследования процессов движения жидкой фазы, формирования отливок и их микроструктуры при ЦПЛ, для этого спроектировать и изготовить установки для ЦПЛ.
2. С применением методов гидродинамики выявить характер основных режимов течения жидкости в ЦП вращающейся форме, а также разработать их гидродинамические модели и оценить адекватность моделей.
3. Выполнить экспериментальное определение скоростей и характера течения жидкости в поле скоростей и размеров ЦП вращающейся формы.
4. Выявить режимы течения жидкости, пригодные для изготовления кольцевых отливок и управления формированием структуры при ЦП литье.
5. Исследовать процесс структурообразования металла (баббита) в условиях центробежного и ЦПЛ.
6. Разработать и опробовать в производстве технологические рекомендации по ЦП литью баббитовых подшипников.
Новые научные положения работы:
— созданы теоретические и технологические основы нового центро-бежно-планетарного способа литья кольцевых заготовок;
— выявлены закономерности поведения вязкой жидкости в основных режимах вращения ЦП формы;
— определены граничные условия захвата вязкой жидкости ЦП формой;
— разработаны гидродинамические модели состояния жидкости в цилиндрической вращающейся форме при условии захвата (или отсутствии захвата) жидкости формой;
— разработаны основы методики проектирования ЦП литейных установок;
— определены основные типы кристаллических структур отливок, формирующихся при центробежно-планетарном литье и определена область значений числа Ке [2Т0'Л.4Т0'Л], в которой гарантированно образуется мелкозернистая структура;
Основные положения, которые выносятся на защиту:
1) теоретические и технологические основы нового центробежно-планетарного способа литья кольцевых заготовок, создающего однородную мелкозернистую структуру отливок путем управления скоростью движения расплава в форме;
2) гидродинамические модели состояния жидкости в цилиндрической вращающейся форме при условии захвата (или отсутствии захвата) жидкости формой на основе которых разработана методика обеспечения условий движения жидкости, которые способны создавать модифицирующее воздействие на структуру отливок;
3) методику проектирования ЦП литейных установок, разработанную с применением полученных теоретических и экспериментальных результатов;
4) методику разработки технологии ЦП литья кольцевых заготовок, обеспечивающую получение отливок с заданной структурой;
Достоверность полученных результатов подтверждается:
— корректным использованием теории гидродинамики и теплообмена;
— высокой воспроизводимостью результатов при экспериментальных исследованиях гидродинамических характеристик потока жидкости в ЦП форме и микроструктур полученных отливок;
— положительным результатом при практическом опробоййнии разработок в производстве.
Практическая значимость работы. На основе полученных научных результатов разработаны новые установки ЦП литья, предложены технологические режимы ЦП литья для формирования отливок из баббита Б83 с заданным типом кристаллической структуры. Выполнено производственное опробование разработанной технологии при получении реальных баббитовых подшипников скольжения на ОАО «НПО САТУРН». Разработанная установка ЦП литья используется в учебном процессе на кафедре «Материаловедение и литейное производство» РГАТА.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и обсуждены на научно-технических конференциях и семинарах в РГА-ТА, а также на российских и международных конференциях в Н. Новгороде, Владимире, Москве.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ: тезисы докладов, статьи в сборниках трудов и журналах.
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 128 стр., состоит из введения, 4 глав, списка литературы, включающего 67 наименований, приложения, содержит рисунки и таблицы.
Выводы.
2. Экспериментально определено, что для формирования однородной мелкозернистой структуры баббита с размером фазы 8п8Ь не более 0,1 мм необходимо:
— течение расплава в форме с числом Ке [2−10'.4−10'], при величине Ке > 4−10' фаза Си8п формируется в виде агломератов мелких включений;
— обеспечить одновременность процессов захвата расплава ЦП вращающейся формой и остановку потока, более ранний захват (при меньшем количестве твердой фазы) ухудшает качество баббита: возрастает размер зерен фазы 8п8Ь, образуется ликвация фазы Си8п.
3. Экспериментально определены параметры работы ЦП машины = -1,3. — 1,5- Кг = 5. 12 и Kg = 5. 15 для обеспечения структуры баббита, с размером фазы 8п8Ь не более 0,1 ммуказанные параметры являются основными исходными данными в проектировании ЦП литейных машин, используемых при литье баббита.
4. Разработаны и экспериментально подтверждены методики расчета времени затвердевания отливки и мощности, потребной на движение расплава в ЦП форме, необходимые для использования в технологии ЦП литья баббита.
Разработаны рекомендации по применению технологии ЦП литья для заливки подшипников баббитом.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Результатом работы является разработка теоретических и технологических основ центробежно-планетарной обработки расплава в форме и ЦП литейных машин для управляемого воздействия на процесс формирования кристаллической структуры отливок. Наиболее существенными результатами работы является:
1. Разработка конструктивных схем, выбор передаточных планетарных механизмов для машин центробежно-планетарного литья, с применением которых разработаны методики, позволяющие изучить технологический процесс и в широком диапазоне центробежных сил, относительных радиусов, скоростей вращения и размеров отливок.
2. В результате анализа процесса движения жидкости в ЦП вращающейся форме выявлены 3 основных и 3 комплексных варианта течения потока, определены граничные условия управляемого перехода из одного варианта течения в другой, а также условия управления скоростью течения путем изменения относительных (а также абсолютных) скоростей и радиусов вращения формы и водила.
3. Разработаны и экспериментально подтверждены гидродинамические модели состояния жидкости в цилиндрической вращающейся форме при условии захвата (или отсутствии захвата) жидкости формой, с применением которых получены выражения для определения скорости движения жидкости в форме.
4. Экспериментально определено, что для формирования однородной мелкозернистой структуры баббита с размером фазы 8п8Ь не более 0,1 мм необходимо:
— течение расплава в форме с числом Ке [2−10'.4−10'], при величине Ке > 4−1 о' фаза Си8п формируется в виде агломератов мелких включений,.
— обеспечить процесс захвата расплава ЦП вращающейся формой одновременно с остановкой потока, более ранний захват (при меньшем количестве твердой фазы) ухудшает качество баббита: возрастает размер зерен фазы 8п8Ь, образуется ликвация фазы Си8п.
5. Экспериментально определены параметры работы ЦП машины для обеспечения структуры баббита, описанной в п. 4- указанные параметры являются основными исходными данными в проектировании ЦП литейных машин, используемых при литье баббита.
6. Разработаны рекомендации по проектированию машин и технологии ЦП литья с управляемым воздействием на процесс формирования баббитовых кольцевых заготовок с заданной структурой.
7. Выполнено промышленное опробование технологии ЦП литья баббитовых подшипников на ОАО «НПО «САТУРН» с удовлетворительными результатами.
Список литературы
- Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика. Ч.1.- М.: Наука.-1991.-600 с.
- Аксенов П.Н. Оборудование литейных цехов. М., «Машиностроение», 1977, 510 с.
- Андреев A.A. Установка для центробежно-планетарного литья. Сб.тр. молодых ученых. Рыбинск, РГАТА, 2000 г. С. 15−17.
- Андреев A.A. Структурообразование баббита при центробежно-планетарном литье. Сб.тр. молодых ученых. Рыбинск, РГАТА, 2001 г. С. 27−29.
- Антоновский В.А., Гутников СП., Левинская Р. В. и др. Способ литья биметаллических изделий. АС СССР № 1 068 217 от 23.01.84
- Антоновский В.А., Путников В. П., Левинская Р. В. и др. Способ литья биметаллических изделий. A.C. СССР № 1 068 217. Опубл. 23.01.84
- Баландин Г. Ф. Литье намораживанием. М., «Машгиз», 1962. 288 с.
- Баландин Г. Ф. Основы теории формирования отливки. Часть I. М. «Машиностроение», 1976. 328 с.
- Баландин Г. Ф. Формирование кристаллического строения отливки. М. «Машиностроение», 1973. 288 с.
- Ю.Батышев А. И. Кристаллизация металлов и сплавов под давлением.
- М., Металлургия, 1977,152 с. П. Беликов O.A., Каширцев Л. П. Приводы литейных машин. М.,
- Машиностроение", 1971. 312 с. 12. Бидуля П. И., Балдов А. Л. Кристаллизация расплава при динамическом воздействии в условиях центробежного литья. //Литейное производство. 1963, № 9. С. 21 22.
- В.Богомолов А. И., Константинов Н. М., Александров В. А. и др. Примеры гидравлических расчетов. М. «Транспорт», 1977. 526 с.
- Бураков СЛ., Вейник А. И. (ред.), Дубинин Н. П. и др. Литье в кокиль. М. Машиностроение, 1980, 415 с.
- Вайнгард У. Введение в физику кристаллизации металлов. М. «МИР», 1967, 160 с.
- Вейник А.И. Теория особых видов литья. М. «МАШГИЗ», 1958. 298 с.
- ВИЛЮМ Б. Ф. Гидродинамическая теория горизонтального центробежного литья. У/Известия АН СССР. Отделение технических наук. 1954. № 10. С. 39−46.Гл.ред.физ.-мат.лит., 1991.-600с.
- Воздвиженский В.М., Жуков A.A., Уртаев A.A. Исследование формирования твердых растворов при кристаллизации сплавов в гравитационном поле. Тез. конф. «Металлические материалы. Методы и технология их обработки», М. 1995. С 64−65.
- Горский А.И. Расчет машин и автоматических линий литейного производства. М.: Машиностроение, 1978. 264 с.
- Громыко А.Б., Лукьянчиков В. Г. Способ заливки баббита. Заявка на патент Р.Ф. № 91 014 207 от 17.06.97
- Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов. Л.: Машиностроение, 1976.264 с.
- Дембовский В.В. Автоматизация литейных процессов // Справочник. Л.: Машиностроение, 1989. 264 с.
- Ефимов В.А., Эльдарханов A.C. Физические методы воздействия на процессы затвердевания сплавов. М.: Металлургия, 1995. 272 с.
- Жирнов E.H. Современные измельчающие аппараты, основанные на принципе планетарного движения, и их классифика-ция//Физико-химические исследования механически активированных минеральных веществ. Сб. научн. тр. Новосибирск, 19 975. С. 4−22.
- Круглов М.Г., Меднов A.A. Газовая динамика комбинированных двигателей внутреннего сгорания.-М.Машиностроение, 1988−360 с.
- Кудрявцев В.Н. Планетарные передачи. Л.: Машгиз, 1960. 280 с.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика: Учебное пособие. T.VI. Гидродинамика. М.: Наука. — Гл.ред.физ.-мат.лит., 1986.- 736 с.
- Лахтин Ю.М. Основы металловедения. М."Металлургиздат", 1957, 458с.
- Линчевский Б.В. Техника металлургического эксперимента. М. Металлургия, 1967, 220с.
- Липко О.Г., Шалай А. Н. Способ центробежного литья. А.С.СССР № 14 881 19. Опубл.23.06.89
- Магницкий О.Н., Пирайнен В. Ю. Художественное литье. СПб.: Политехника, 1996. — 231 с.
- Науменко Ю.В. Способ литья трубчатых отливок. A.C. СССР № 1 423 271. Опубл.15.09.88
- ЗЗ.Осинский В. И. Способ центробежного литья сложнопрофильных деталей с направленно ориентированной структурой. Заявка на патент РФ№ 93 013 197/02 (220) от 1993.03.12
- Пасальский Б.М., Харин А. И., Климовский О. Б. Вертикальная машина центробежного литья. А.С.СССР № 1 560 382. Опубл. 30.04.90
- Попов A.B., Жестовский И. Д., Колосов В. М. и др. Способ центробежного литья. А.С.СССР № 1 424 952. Опубл. 23.09.88
- Поручиков Ю.П., Силин P.M., Артемьев Н. В. и др. Способ центробежного литья. А.С.СССР № 1 473 901. Опубл. 23.04.89
- Поручиков Ю.П., Силин Р, И., Миляев В. М. и др. Способ центробежного литья и установка для его осуществления. АС СССР № 1 061 920 от 23.12.83
- Поручиков Ю.П., Силин Р. И., Миляев В. М. и др. Способ центробежного литья. А.С.СССР № 1 061 920 Опубл. 23.12.83
- Потапов А.Г. Способ центробежного литья биметаллических заготовок. AC. СССР № 1 359 061. Опубл. 15.12.87
- Рабинович Б.В. Введение в литейную гидравлику. М. «Машиностроение», 1966. 424 с.
- Расчет нагревательных и термических печей. Справочник. Ред. Тымчак В.М. М. Металлургия, 1983. 480 с.
- Рубцов Н. Н. Специальные виды литья. М., «МАШГИЗ», 1955, 288 с.
- Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. М.: «Металлургия», 1976. 272 с.
- Серебряков СП. Развитие центробежного литья точных отливок. Ярославль, АнАТИ, 1986, 80 с.
- Серебряков СП. Центробежно-планетарное приготовление формовочных и стержневых смесей//Литейное производство, 1993. № 12. С. 12−13.
- Серебряков СП., Андреев A.A. Центробежно-планетарный способ литья. Сб. «Управление строением отливок и слитков» Н. НовгородД НГТУ, 1998, С5 8.
- Серебряков СП., Андреев A.A., Мельников Ю. П. Исследование центробежно-планетарного литья на примере движения жидкости в цилиндрической форме. М., Инженерный журнал «Справочник» № 6(51)2001.013−15.
- Серебряков СП., Андреев A.A., Новиков A.B. Структура баббита при центробежном литье ЛП № 1 1 2001. С. 23.
- Серебряков СП., Андреев A.A. Режимы работы планетарных машин при обработке литейных материалов ЛП № 1 1 2001г. С. 26.
- Серебряков СП., Егоров М. В., Соседов CA., Колобков Ю. А. Планетарный механизм передачи. АС СССР № 1 776 488 от 12.09.88
- Серебряков СП., Колобков Ю. А., Борисов Е.С Морозов A.A. Смеситель A.C. СССР № 1 766 579 от 25.07. 88
- Серебряков СП., Ларионов А. Я., Колобков Ю. А., Андреев A.A. Влияние давления на структурообразование в отливках. Сб. тр. Владимир, ВГТУ, 1996, с. 17.
- Серебряков СП., Лебедев A.B. Литье с гидропрессованием ЛП № 8, 1981.С.21−22.
- Серебряков СП., Лобанов СВ., Колобков Ю. А., Соседов CA. Моделирование центробежно-планетарного смесеприготовления //Известия ВУЗов, Черная металлургия, 1994. № 7. С .52−54.
- Серебряков СП., Мирзоян Г. С., Куршев Н. И. Способ центробежного литья A C. СССР № 1 637 944 от 4.01.88
- Серебряков СП., Мирзоян Г. С., Куршев Н. И. Способ центробежного литья A C. СССР № 16 387 945 от 4.01.88
- Серебряков СП., Соседов CA., Андреев A.A. Управление формированием структуры отливок при центробежно-планетарном литье. Сб. тр. Владимир, ВГТУ, 1998, с. 65.
- Серебряков СП., Чистяков В. В. Инерционное скольжение расплава в центробежной литниковой системе. ЛП № 1 1, 1984. С 18 19.
- Серебряков СП., Чистяков В. В., Бастраков В. К. Выбор оптимального числа оборотов изложницы при центробежном литье Сб.
- Прогрессивная технология и применение ЭВМ в литейном производстве", Ярославль, 1989, стр. 10−13.
- Серебряков СП., Чистяков В. В., Круглов А. И. Моделирование центробежной заливки форм. ЛП № 6, 1978
- Соколов В.И. Основы расчета и конструирования деталей и узлов пищевого оборудования. М. «МАШУИЗ», 1963, 316 с.
- Соловьев Ю.Г., Чиж В.Д., Линков И. И. Влияние режима вращения кокиля центробежных машин на макростроение литых труб и трубных заготовок. Сб. «Производство труб», ВНИТИ, «Литейное производство»,
- Соседов СЛ. Разработка и исследование ЦП смесителей проходного типа для приготовления формовочных смесей. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Рыбинск, РГАТА, 1998, 143 с.
- Флеминге М. Процессы затвердевания. М. «Мир», 1977, 424 с.
- Хансен М., Андерко И. Структуры двойных сплавов, т. I, II. М. Металлургиздат, 1962, 1488 с.
- Цветное литье: Справочник/Н.М. Галдин (ред.), Д. Ф. Чернота, Д. Ф. Иванчук и др. М. Машиностроение, 1989. 528 с.
- Чепинога М.М. К гидродинамической теории центробежного литья.// Известия АН СССР. Отделение технических наук. 1956, № 3
- Чистяков В.В. Методы подобия и размерностей в литейной гидравлике/ М.: Машиностроение, 1990. 244 с.
- Чистяков В.В., Малов А. Г., Честных В. А. и др. Теория заполнения форм расплавом. М.: Машиностроение, 1995. 192 с.
- Чугаев P.P. Гидравлика (техническая механика жидкости). Л., «Энергия», 1970. 551 с.
- Широков Е.В. Способ изготовления изделий с изолированной полостью. Патент РФ № 2 162 389 от 24.12.1998.133
- Юдин СБ., Левин М. М., Розенфельд СЕ. Центробежное литье. М., «Машиностроение», 1972, 280 с.
- Ясногорский В.И., Ануфриев Л. Ф., Альшанская Л. Ф. Способ центробежного литья под жидким флюсом. А.С.СССР № 910 338. Опубл. 09.03.821. ИРЮ^САТУРН"1. Виноградов А.И.
- Акт производственного опробования технологии центробежио-планетарного (ЦП) литья
- Вывод: технология ЦП литья позволяет получать баббитовые подшипники удовлетворительного качества.
- Начальник литейной лаборатории УГМлллл-л*л?йлоч'Ларе8 Ю.А.1. Инженер У ГМ ¦ л, ллл1. Новиков А.В.