Экспериментальный и расчетный анализ деформационных процессов при формировании размерной точности стальных отливок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.04, кандидат технических наук Желателева, Римма Валерьевна

• Желателева, Римма Валерьевна
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Желателева, Римма Валерьевна

• Введение.

1. Состояние вопроса и постановка задачи.

1.1. Изучение факторов, влияющих на усадку литейных сплавов и отли

1.2. Анализ процессов, происходящих при взаимодействии литейной формы и отливки.

1.3. Компьютерное моделирование и САПР изготовления отливок.

1.4. Припуски на механическую обработку отливок.

1.5. Постановка задачи.

2. Методика измерения размеров.

2.1. Исследование размерной точности отливок.

2.2. Анализ результатов измерений.

3. Разработка компьютерного метода прогнозирования реализованной усадки и расчета припуска.

3.1. Задачи прогнозирования реализованной усадки стальных отливок.

3.2. Разработка системы классификационных признаков.

3.3. Разработка системы управления базами данных по накоплению и группированию размеров по классификационным признакам

3.4. Построение алгоритма программы расчета общего припуска

4. Прогнозирование значений усадки в сложных локальных условиях.

4.1. Разработка обобщенной реологической модели напряженно-деформированного состояния формовочной смеси и стальной отливки при ее охлаждении.

4.2. Особенности поведения стали в процессе охлаждения отливки.

• 4.3. Общие закономерности деформации нагретых смесей.

4.4. Построение моделей напряженно-деформированного состояния отливки при охлаждении.

4.4.1. Модель напряженно-деформированного состояния стали

ЗОЛ при температуре от 1450 °С до 1150 °С и проверка её адекватности.

4.4.2. Модель напряженно-деформированного состояния стали ЗОЛ при температуре от 1150 ОС до 500 ОС и проверка её адекватности.

4.5. Разработка расчетно-экспериментальной методики определения реологических характеристик стали.

4.5.1. Выбор экспериментального образца и условия проведения эксперимента.

4.5.2. Экспериментальная установка и алгоритм обработки данных.

4.5.3. Определение реологических коэффициентов стали при охлаждении отливки.

4.6. Расчет напряженно-деформированного состояния отливок.

4.7. Разработка алгоритма определения усадочных деформаций отливок.

4.8. Определение напряженно-деформированного состояния отливок.

4.9. Результаты расчета напряженно-деформированного состояния и действительной усадки отливки «Корпус».

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальный и расчетный анализ деформационных процессов при формировании размерной точности стальных отливок»

Проблема повышения точности литья в машиностроении является одной из важнейших. Успешное ее решение расширяет возможность более качественного изготовления машин и станков на основе более жестких допусков на размеры и массу, позволяет уменьшать припуски на механическую обработку отливок, давая экономию металла, инструмента и оборудования, электроэнергии и трудовых затрат.

Попытки стандартизации допусков и припусков на механическую обработку отливок в первую очередь из серого чугуна были сделаны еще в начале тридцатых годов. В Германии в 1932 г. был опубликован проект норм DIN. В США проект стандарта был разработан и опубликован «Обществом щ специалистов-литейщиков» в 1935 г., а в Англии - специальной Комиссией специалистов-литейщиков в 1936 г. Однако реализация этих проектов задержалась на многие годы.

Начало государственной стандартизации допусков и припусков было положено в Советском Союзе. Первый общесоюзный стандарт - ОСТ - 3542 «Припуски на механическую обработку отливок из серого чугуна и допуски на их размеры и вес» - был утвержден Народным комиссариатом машиностроения СССР в 1938 г.

Отличительной чертой первых заграничных проектов стандартов и ОСТ-3542 было стремление придать отливкам особую систему допусков на размеры, независимую от существовавших в то время классификаций точности, и независимые от системы допусков нормы припусков на механическую обработку отливок. По ОСТ-3542 для отливок из серого чугуна были установлены два класса точности, обусловливавшие допуски на размеры.

Опыт внедрения стандартных допусков показал их недостаточность • вследствие неувязки с общепринятой в машиностроении системой точностей и нормами припусков на механическую обработку. Точность и допуски на размеры отливок независимо от того, будут ли они изготовляться как готовые изделия, не требующие механической обработки, или как детали, подвергающиеся механической обработке, должны находиться в рамках общей системы точности и допусков, действующей в машиностроении.

Это положение становится особенно очевидным в связи с внедрением различных способов точного литья с целью получения изделий и деталей, не требующих механической обработки, но сопрягаемых в сборке с деталями, обработанными механически.

В 1942 г. Всесоюзным комитетом стандартов взамен ОСТ-3542 был утвержден новый общесоюзный стандарт - ГОСТ 1855-42 «Припуски на механическую обработку и допускаемые отклонения на размеры и вес отливок из серого чугуна». Принципиальной основой разработанного проекта этого стандарта была общая для машиностроения система расчета допусков на размеры и взаимосвязь нормы припусков на механическую обработку с допусками. ГОСТ 1855-42 был пересмотрен в 1945 и 1955 гг.

Два дополнительные класса точности, принятые ГОСТ2009-43 «Припуски на механическую обработку и допускаемые отклонения на размеры и вес отливок фасонных из углеродистой стали», были введены затем в качестве 10 и 11 классов точности в общую классификацию точности в ГОСТ 2689-54 «Допуски и посадки размеров свыше 500 до 10000 мм». Таким образом, появилась возможность пользоваться общей системой допусков для отливок, изготовляемых любыми методами, но только для размеров свыше 500 мм. Для меньших размеров стандартная классификация точности ограничивается 10 классами по ОСТ-1010.

В практике литейного производства всех стран принят метод компенсации размеров отливки (вследствие уменьшения объема при охлаждении залитого в литейную форму металла) линейным припуском на усадку отливок. Припуск на усадку отливок по всем ее размерам учитывается при изготовлении моделей относительной величиной в процентах к размеру.

Неравномерность охлаждения в форме свойственна не только сложным, но и простым геометрическим отливкам. Экспериментальные работы показали, что свободные от механического торможения отливки простой конфигурации имеют фактическую усадку 0,7 - 0,8, а сложные отливки 0,6 - 0,7 величины свободной усадки чугуна.

Последний принятый ГОСТ 26645-85 помимо достоинств имеет существенный недостаток - для определения припуска и допуска отливки требуется выполнить ряд трудоемких операций. Одной из целей данной работы является создание возможности пользования ГОСТом с помощью компьютера. Для этого составлены базы данных и программное обеспечение в среде FOXPRO.

Механическое торможение усадки проявляется вследствие сопротивления литейной формы и особенно стержней сокращению размеров отливки с понижением температуры. Механическое торможение усадки отливок уменьшается путем повышения «податливости» литейных форм и стержней. Гораздо труднее уменьшить термическое торможение усадки.

В практике различают полную и неполную усадку, причем последней называют фактическую усадку, величина которой меньше установленного припуска. Кроме того, в различных частях одной и той же отливки различна относительная величина линейной усадки. В связи с этим применительно к одной и той же отливке вводится понятие дифференцированной усадки.

Для более точного изготовления такой отливки необходимо предусматривать при изготовлении моделей дифференцированный припуск на усадку различных ее частей.

В работе проведены обмеры реальных отливок и выданы рекомендации для более точного назначения усадки при разработке технологии изготовления отливок. Полученные разработки используются в производстве.

Заключение диссертации по теме «Литейное производство», Желателева, Римма Валерьевна

Выводы

• 1. Получены достоверные значения размеров исследуемых отливок; произведен расчет значения усадки для каждого размера отливки и произведен анализ результатов по определению размерной точности отливок.

2. Разработана система классификационных признаков отливок, построен алгоритм и написана программа прогнозирования дифференцированной действительной усадки для локальных участков отливок с целью использования ее на стадии проектирования литейной технологии, на основании чего предложена система прогнозирования деформационных процессов в отливке с целью обеспечения ее геометрической точности.

3. Сформирована компьютерная база данных отливок по технологии их изготовления, используемая для информационного обеспечения программы прогнозирования дифференцированной действительной усадки, на основании чего предложена система прогнозирования деформационных процессов в отливке с целью обеспечения ее геометрической точности.

4. Выявлены закономерности изменения эффективных значений реологических характеристик стали ЗОЛ в зависимости от температуры.

5. Проведен анализ деформационных процессов, происходящих при взаимодействии отливки с формой во время охлаждения, и разработана обобщенная реологическая модель напряженно-деформированного состояния формы из жидкостекольной формовочной смеси и стальной отливки при ее охлаждении.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Желателева, Римма Валерьевна, 2007 год

1. Рыжиков А. А. Теоретические основы литейного производства.- М. С.:МАШГИЗ, 1954-ЗЗОс.

2. Бидуля П. Н. //Литейное производство. -М.: Металлургиздат,- 1953-427с.

3. Бочвар A.A., Добаткин В.И. //Известия АН СССР. ОТН, №1-2,1945

4. Бочвар A.A., Жадаева О.С. Юбилейный сборник трудов Моск. Ин-та цветных металлов, вып.9, Металлургиздат, 1976.

5. Лебедев Б.И. Диссертация на соискание ученой степени. «Усадка железоуглеродистых сплавов и связанное с нею явление образование горячих трещин». 1956.• 6. Трубицин H.A. //Литейное производство.-1962.-N 4.- С. 34-37

6. Трубицин H.A. Новое в производстве крупного стального литья//труды ЦНИИТМАШа. -1962.- N 26.- С. 99

7. Шатов А.Я. Исследование усадки стали, залитой в литейную форму: Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. М.-1968.

8. Грузных И.В. . Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук «Влияние некоторых элементов состава стали на процесс линейной усадки стали». ЛПИ.: Ленинград. 1951

9. Нехендзи Ю.А., Грузных И.В. Сб. Новое в теории и практике литейного производства. -Выпуск 39. -Машгиз, 1956.- С. 96-103

10. Гудремон Э. Специальные стали. М.: Машгиз, 1959. - Т. 1-2.

11. Меськин B.C. Основы легирования стали. М.: Металлургия, 1964

12. Гиршович Н.Г. Чугунное литье. -1949

13. Грузных И.В. Процессы усадки отливок. -Машпром, 1962.- С. 8

14. Василевский П. Ф. Технология стального литья. -М.: Машиностроение.-1974

15. Трухов А.П. Технология литейного производства: Литье в песчаныеформы-М.: Издательский центр «Академия»,.-2005. 528с.

16. Волкомич A.A., Трухов А.П., Сорокин Ю.А. Формирование точности отливок: Учеб. Пособие. М.: МАМИ-ЛИТАФОМ, 1996. - 84с.

17. Степанов Ю.А. Способ оценки податливости формовочных и стержневых смесей. Сб. «Передовой научно-технический и производственный опыт», ЦИТЭИН. 1960.

18. Баландин Г.Ф. Степанов Ю.А. Силовое взаимодействие отливки и формы // Взаимодействие литейной формы и отливки/ Отв. Ред. Б.Б. Гуляев. АН СССР,1962/ - С.78-87.

19. Степанов Ю.А. Роль трения отливки о форму при образовании горячих трещин. -Изв. Вузов.- Машиностроение.- №4.- 1960.

20. Баландин Г.Ф. Литье намораживанием.-М.: Машгиз.- 1962.-264с.

21. Баландин Г.Ф. Степанов Ю.А. О силовом взаимодействии затвердевающей отливки и формы. Литейное производство.- 1962.-№4.-С. 37-41.

22. Лапин В.Л., Срыбник А.Д., Шапранов И.А. Яровой В.К. Силовое взаимодействие формы и отливки из чугуна с шаровидным графитом.-Литейное производство,- 1975.- №2.-С.26-28.

23. Константинов Л.С., Трухов А.П. Напряжения, деформации и трещины в отливках. М.Машиностроение.- 1981. - 199 с.

24. Голод В.М. и др. Интегрированная САПР литейной технологии

25. POLYCAST литейного завода КамАЗ. //Литейное производство.- 1994.-№ 10-11.-С. 44-47.

26. Голод В.М. Численный анализ литейной технологии: вчера, сегодня и завтра. //Сб. Литейное производство сегодня и завтра. СПб.: ЛенАЛ.-2000.- с. 68-72.

27. Леушин И.О., Решетов В.А., Петухов A.B. Основы систем автоматизированного проектирования для литейщиков. Н.Новгород: Изд-во НГТУ.- 2002. 253 с.

28. Коциобинский О.Ю., Герчиков A.M. Напряжения и деформации в коробчатых отливках от сопротивления формы. Литейное производство.-1961.-№ 1.

29. Герчиков A.M., Коциобинский О.Ю Напряжения и деформации в коробчатых отливках от сопротивления формы.// Взаимодействие литейной формы и отливки/ Отв. Ред. Б.Б. Гуляев. АН СССР, 1962/ -С.131-135.

30. Иванов М.П. Точное литье. М.: Машгиз.-1960.

31. Нехендзи Ю.А. Стальное литье, Металлургиздат.-1948.

32. Дубровский A.M. Влияние тепловой деформации формовочных и стержневых составов на качество литья // Литейное производство. -1960. №6. - С.21-25.

33. Черневская Н.Г. Исследование механических и теплофизических свойств формовочных смесей на образование горячих трещин в стальных отливках: Автореф. дис. канд. техн. наук. Брянск, 1971. -16с.

34. Берг П.П. Качество литейной формы. М.: Машиностроение, 1971. -290с.

35. Берг П.П. Формовочные материалы. М.: Машгиз, 1963. - 448 с.

36. Ван Эгем Э., Де Си А. О механизме образования горячих трещин в стальном литье. Практический образец для изучения склонности к трещинообразованию. - М.: Машиностроение, 1969. - С. 14 - 32. - (32ой Международный конгресс литейщиков).

37. Лупрев И.И., Гуляев Б.Б. Исследование процесса образования горячих трещин в стальных отливках // Новое в теории и практике литейного производства. М.: Машгиз, 1956. - С. 117-126

38. Лясс A.M., Яо-хо Чжоу О некоторых факторах, влияющих на образование горячих трещин в сальных отливках // Литейное производство. 1958. -№3-4. - С. 19-24.

39. Мак Лин Д. Механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1965. -431с.

40. Малахов И.Ф., Шальнева Л.И., Агрызков Л.Е. Деформация крупных стержней // Литейное производство. 1980. - №8. - С 14-15.

41. Меськин B.C. Основы легирования стали. М.: Металлургия,.- 1964.

42. Степанов Ю.А. Роль трения отливки о форму при образовании горячих трещин // Изв. ВУЗ "Машиностроение". 1960. - №4. - С.86-94.

43. Степанов Ю.А. Исследование песчаных форм усадки тонкостенных крупногабаритных панельных отливок: Автореф. дис. канд. техн. наук. М.-1961.

44. Дубровский A.M. Деформация песчаной формы при затвердевании и охлаждении стальных отливок // Затвердевание металлов. М.: Машгиз,.- 1958. - С. 496-511

45. Оболенцев Ф.Д. Некоторые условия формирования качественной литой поверхности // Точность и качество поверхности отливок. М.: Машгиз, 1962. - С. 64-78.

46. Трубицын H.A. Исследование влияния некоторых литейных и технологических факторов на образование горячих трещин усадочного происхождения в стальных отливках: Дис. канд. техн. наук . 1958. -178с.

47. Трубицын H.A., Справник В.И., Ларионов В.А. Исследование образования горячих трещин при затвердевании металла в отливках арматуры // Новое в процессах литья. Киев : Наукова Думка, 1974. -С.158-166.

48. Рычков Н.П. Исследования образования горячих трещин в стальных отливках и разработка мероприятий по борьбе с ними : Автореф. дис.канд. техн. наук. JL, Политехника, 1978. - 16 с.

49. Комаров JI.E. Деформация песчаной формы // Точность отливок. М.: Машгиз, 1960.-С.117-124.

50. Дубровский A.M. Деформация песчаной формы при производстве стальных отливок // Литейное производство. 1956. - №9. - С.22-26

51. Hsiau S.S., Chang W.J. Cooling Analysis of Castings in Green Sand Molds //AFS Transactions. 1998, vol. 106, p. 595-600.

52. Дубровский A.M. Влияние тепловой деформации формовочных смесей на точность отливок // Точность отливок. М.: Машгиз, 1960. - С. 131145

53. Малахов И.Ф., Шальнева Л.И., Агрызков Л.Е. Деформация крупных стержней // Литейное производство. 1980. - №8. - С 14-15.

54. Грузных И.В. Влияние действительной усадки на размерную точность отливок // Точность и качество поверхности отливок. М.: Машгиз, 1962.-С 30-36.

55. Яковлев В.О. Условие повышения точности отливок, получаемых в песчаных формах // Точность отливок. М.: Машгиз, 1960. - С.99-116.

56. Гиршович Н.Г., Иоффе А.Я., Алексеев А.Г. Влияние формы на усадочные пороки и точность чугунных отливок // Литейное производство. 1965. - №7. - С.29-32.57