Совершенствование технологического процесса литья по выплавляемым моделям лопаток ГТД на основе использования методов статистического анализа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.04, кандидат технических наук Климентьева, Наталья Алексеевна

• Климентьева, Наталья Алексеевна
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Климентьева, Наталья Алексеевна

Введение .2

1. Состояние вопроса и задачи исследования .5

1.1. Условия эксплуатации и требования, предъявляемые к лопаткам . 5

1.2. Организация технического контроля при производстве отливок "лопатка ГТД".11

1.3. Использование методов статистического анализа.27

Заключение диссертации по теме «Литейное производство», Климентьева, Наталья Алексеевна

ВЫВОДЫ

1. В результате первичной статистической обработки исходного массива данных по браку лопаток были рассчитаны характеристики положения, рассеяния, вероятности появления различных видов брака. Структурирование исходных данных позволило распределить все дефекты в три группы: в группу наиболее опасных вошли засор, окисная плена, шлаковые включения, для лопаток 1, 2 ступени - пробой, тонкая стенка, слом стержня; в группу преобладающих - дефект модели, рыхлота, отслоение, провал геометрии, свечение (для сопловых лопаток); все остальные дефекты составили группу "прочие". Предложенный метод обработки данных позволяет прогнозировать склонность лопаток к различным дефектам. Разработано программное обеспечение для статистической обработки информации по браку лопаток.

2. В результате впервые проведенной проверки данных по браку на стохастическую независимость выявлены "неслучайные" дефекты: шлаковые включения, отслоение, для лопаток всех типоразмеров, свечение - для сопловых лопаток, для ряда лопаток - окисная плена, провал геометрии, для лопаток 1 ступени -тонкая стенка, пробой, рыхлота.

3. Экспериментально установлено влияние относительной влажности окружающей среды на прочность керамических форм. Показано, что максимальная прочность образца достигается при относительной влажности 60-70 %. Установлено, что при хранении керамических форм в атмосфере с повышенной или пониженной влажностью в них происходят различные физико-химические процессы, влияющие на прочность форм и служащие причиной образования ряда дефектов. Выявлена статистическая зависимость между относительной влажностью окружающей среды и уровнем брака лопаток.

4. Установлена взаимосвязь между геометрическими параметрами лопаток и наиболее значимыми видами брака. Для рабочих лопаток выделяется экстремальная зависимость для рыхлоты и монотонная для окисной плены, шлаковых включений, пробоя формы. Для сопловых лопаток связь между геометрическими параметрами лопаток, типом ЛПС и видами брака не выявлена. Проведен расчет заполнения полости формы металлом. Показано, что появление рыхлоты в отливках 1, 6 ступени турбины объясняется снижением температуры фронта потока для значений ниже температуры ликвидуса. Склонность рабочих лопаток 1 ступени к возникновению пробоя формы объясняется наличием стержня и значительным уровнем термических напряжений из-за различий в свойствах материала стержня и формы. При превышении критического значения скорости потока W = 0,03 м/с наиболее вероятно образование шлаковых включений и рыхлоты.

5. Методом экспертного оценивания выявлены наиболее вероятные причины возникновения опасных дефектов, которые объединены в три группы: 1) причины, связанные с низким качеством форм, обусловленным нарушениями и неоптимальными режимами вакуумно-аммиачной сушки и вымочки формы; 2) причины, связанные с условиями хранения и подготовки формы к заливке, а также с нарушениями технологических режимов по температуре и влажности в производственных помещениях; 3) причины, связанные с конструкцией ЛПС, не обеспечивающей эффективное питание и шлакоулавливание. Разработано программное обеспечение для обработки информации, полученной при опросе экспертов.

6. Выявлен механизм армирования поверхностных дефектов в результате взаимодействия газовой фазы печи, формы и остатков модельного состава с компонентами сплава. Установлены конкретные причины образования дефектов типа газовых раковин и рыхлоты, окисной плены, шлаковых включений.

7. Предложен способ принудительной промывки блоков перед заливкой с помощью специального устройства, обеспечивающий более качественное удаление модельного состава из формы для уменьшения влияния физико-химических процессов взаимодействия сплава с материалом формы и остатками модельного состава.

8. Получена математическая модель, описывающая зависимость прочности формы от технологических параметров вакуумно-аммиачной сушки: длительности вакуумирования и аммиачной обработки, вязкости суспензии. Установлено, что критерий интенсивности вакуумно-аммиачной сушки должен быть равен 14 для г| =17 с и 7,5 для г| = 35 с. Длительность операций вакуумирования и аммиачной обработки не должна превышать минимальных значений, регламентированных отраслевым стандартом.

9. Разработана конструкция ЛПС, отличительной особенностью которой является литниковый ход в форме центрифугирующего элемента со шлакосборником в верхней части, выполняющим также роль прибыли, питающеи нижнии массивный узел отливки. Внедрение предложенной ЛПС позволило снизить массу блоков в среднем на 25 %, повысить КИМ на 25-30 %, снизить общий уровень брака на 10-15 %.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Климентьева, Наталья Алексеевна, 1998 год

1. Труды ГосНИИГА. М., 1985, вьп. 236.

2. Пути и методы обеспечения эксплуатационных качеств авиационных ГТД: Учебное пособие / В. Т. Шепель, Д. М. Соколов; Ярославль, 1986. 82 с.

3. Коняев Е. А. Методы и средства предупреждения разрушений роторов авиационных ГТД в эксплуатации. Автореф. диссерт. докт. техн. наук. Киев, 1989. 32 с.

4. Третьяченко Г. Н., Кравчук Г. В. и др. Несущая способность лопаток газовых турбин при нестационарном тепловом и силовом воздействии. -Киев.: Наукова думка, 1975. 293 с.

5. Биргер Н. А., Шор Б. Ф. и др. Термопрочность деталей машин. М.: Машиностроение, 1975. - 455 с.

6. Свищев Г. П., Биргер Н. А. Надежность и ресурс авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1969.

7. Симбирский Д. Ф., Богданов В.Г., Олейник A.B. Определение теплонапряженности охлаждаемой турбинной лопатки в натурных условиях. В сб.: Динамика и прочность машин. - М.: 1974, вып. 20, с. 123126.

8. Симбирский Д. Ф., Фрид А. М. Измерение температур рабочих лопаток газотурбинных двигателей // Теплоэнергетика, 1972. № 6. - с. 48-51.

9. Каржоницкий В. Н. Результаты экспериментального обследования теплового режима работы сопловых лопаток газовой, турбины. В сб.: Вопросы высокотемпературной прочности в машиностроении. - Киев: Изд-во АН УССР, 1963, с. 203-211.

10. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий: Справочник: Т 1.2/ Под ред. В. В. Клюева. М.: Машиностроение, 1986.

11. Воздвиженский В. М., Жуков А. А., Бастраков В. К. Контроль качества отливок. М.: Машиностроение, 1990. - 237 с.

12. Литье по выплавляемым моделям. Под обшей ред. Я. И. Шкленника, В. А. Озерова. М.: Машиностроение, 1984. - 408 с.

13. Специальные способы литья: Справочник / Под ред. В. А. Ефимова. М.: Машиностроение, 1991. - 734 с.

14. Иванов В. Н. Контроль в литье по выплавляемым моделям // Методы контроля и исследования в производстве отливок по выплавляемым моделям. М.: ЦРДЗ, 1992. с. 11-18 .

15. Лесников А. К., Рошан Н. Р., Шкленник Л. Я. Плавленый кварц в литье по выплавляемым моделям // Методы контроля и исследований в производстве отливок по выплавляемым моделям. М.: ЦРДЗ, 1992. с. 9598.

16. Чулкова А. Д., Иванов В. Н., Яковлева Г. В. Методика контроля качества этилсиликата // Повышение качества и эффективности литья по выплавляемым моделям. М.: МДНТП, 1989. с. 33-35.

17. Гаранин В. Ф., Муркина А. В., Лоханкин А. В. Методика контроля готовых этилсиликатных связующих и выбор их для различных методов сушки // Методы контроля и исследований в производстве отливок по выплавляемым моделям. М.: ЦРДЗ, 1992. с. 28-30.

18. Озеров В. А., Муркина А. С. Метод оценки качества гидролизованных растворов этилсиликата 40 // Методы контроля и исследований впроизводстве отливок по выплавляемым моделям. М.: ЦРДЗ, 1992. с. 3033.

19. Петров В. В., Телеш В. В., Евстигнеев А. И. и др. Способ контроля качества ЭТС-40 // Методы контроля и исследований в производстве отливок по выплавляемым моделям. М.: ЦРДЗ, 1992. с. 26-28.

20. Сапченко И. Г., Евстигнеев А. П., Васин В. В. и др. Акустический метод контроля качества оболочковых форм по выплавляемым моделям // Методы контроля и исследований в производстве отливок по выплавляемым моделям. М.: ЦРДЗ, 1992. с. 34-38.

21. Ясинский В. В., Валисовский И. В., Белецкий В. В. Упрочнение керамических оболочек лазерным лучом // Методы контроля и исследований в производстве отливок по выплавляемым моделям. М.: ЦРДЗ, 1992. с. 44-47.

22. Козлов Г. Я. Технологические пробы для оценки свойств стержневой керамики // Методы контроля и исследований в производстве отливок по выплавляемым моделям. М.: ЦРДЗ, 1992. с. 53-57.

23. Курчман Б. С. Повышение качества и контроль сложных точных тонкостенных отливок для новых автомобильных двигателей // Методы контроля и исследований в производстве отливок по выплавляемым моделям. М.: ЦРДЗ, 1992. с. 60-66.

24. Ноулер Л., Хауэлл Д. Статистические методы контроля качества продукции. М.: Мир, 1984. - 250 с.

25. Шиндовский Э., Шюрц О. Статистические методы управления качеством / Пер. с нем. М.: Мир, 1976. 597 с.

26. Мхитарян В. С. Статистические методы в управлении качеством продукции. М.: Финансы и статистика, 1982. - 119 с.

27. Семь инструментов качества в японской экономике / Пер. с яп. М.: Изд-во стандартов, 1990. 88 с.

28. Сакато Сира. Практическое руководство по управлению качеством. М.:

29. Машиностроение, 1980. 213 с.

30. Миттаг X., Ринне X. Статистические метода обеспечения качества / Пер. с нем. М.: Машиностроение, 1995. 616 с.

31. Иоффе М. А., Корнюшкин О. А., Рысева Н. М. Статистические методы контроля качества формовочных смесей // Повышение эффективности литейного производства. JL: ЛДНТП, 1988. - с. 72-77.

32. Островерхов В. Ю., Ярута А. М., Горушкина Л. Н. Математическая обработка результатов исследований свойств формовочных смесей // Литейное производство, 1988. № 1. - с. 35.

33. Гуляев Б. Б., Корнюшкин О. А., Курин А. В. Формовочные процессы. Л.: Машиностроение, 1987. - 264 с.

34. Матвеенко И. В., Комаров Л. Е., Шеклеин Н. С. Автоматизированное проектирование оптимальных составов формовочных смесей // Литейное производство, 1986. № 3. - с. 31-32.

35. Рысева Н. М. Разработка и развитие методов управления формовочными процессами по критериям качества форм и отливок. Автореф. дисс. канд. техн. наук. С.-Петербург, 1992. 16 с.

36. Порохня Б. М., Носик В. Д., Ерохин В. М. и др. Автоматизированный контроль процессов смесеприготовления // Литейное производство, 1988. -№ 10. с. 10-11.

37. Schuch Linda. General Motors. GM foundry applies SPS in gality push // Mach and Tool Blue Book, 1985, 80. № 12. P. 61-63. РЖ ТОЛП, 1986. № 6 реф. 6Г28.

38. Dudley J. J., Bennet G. H. J. Dimensional accuracy of grey iron casting // Brit. Foundryman, 1985. 78. № 8. P. 403-409. РЖ ТОЛП, 1986. № 2 реф. 2Г115.

39. Kurihara Yutaka, Makigunchi Toshisada. Statistical analysis of plannfactor on green sand molding lines // Trans. Nat. Res. Inst. Metals, 1984. 24. № 3. P. 196201. РЖ ТОЛП, 1985. № 2 реф. 2Г19.

40. Бернацкий Ф. И., Глотов Б. Б., Диго Н. Д. и др. Применениестатистических методов для анализа и управления качеством отливок // Авиационная промышленность. Приложение, 1991. № 4. - с. 19.

41. Романов Л. М. Повышение служебных свойств отливок путем совершенствования составов и физико-химических методов управления структурой сложнолегированных сплавов на железной и никелевой основах. Автореф. дисс. докт. техн. наук. М, 1994. 61 с.

42. Кулаков А. Б. Совершенствование технологии литья жаропрочных никелевых сплавов. Автореф. дисс. канд. техн. наук. Челябинск, 1997. -19 с.

43. Сардов А. А. Совершенствование технологии производства отливок из никелевых жаропрочных сплавов с использованием высокотемпературной обработки расплава и модифицирования РЗМ. Автореф. дисс. канд. техн. наук. М, 1994. 26 с.

44. Кулаков Б. А., Александров В. М., Дубровин В. К. и др. Внутриформенное фильтрационное рафинирование жаропрочных никелевых сплавов. В сб.: Вопросы теории и технологии литейных процессов. - Челябинск, 1993. -с. 54-58.

45. Зеликов И. Л., Цаплин Е. И. Уменьшение разностенности полых литых лопаток // .Литейное производство, 1974. № 5. - с. 3-4.

46. Шипулин Н. В. Интенсификация процессов прокаливания форм при литье по выплавляемым моделям // Литейное производство, 1983. № 7. - с. 3435.

47. Серебряков С. П., Чеканов А. В. Активное инжектирование форм, прокаливаемых в опорном наполнителе. В сб.: Прогрессивная технология и ЭВМ в литейном производстве. - Ярославль, 1989. - с. 124-131.

48. Корнюшкин О. А., Рысева Н. М., Иоффе М. А. Управление качеством отливок. Л.: ЛДНТП, 1988. - 20 с.

49. Иоффе М. А. Разработка теории и методов управления точностью отливок. Автореф. дисс. докт. техн. наук. С.-Петербург, 1993. 34 с.

50. Десницкий В. В. Обеспечение качества крупных стальных отливок ответственного назначения. Автореф. дисс. канд. техн. наук. С.Петербург, 1994. 34 с.

51. Рысев М. А. Разработка и развитие методов выбора процессов изготовления и диагностики качества отливок. Автореф. дисс. канд. техн. наук. С.-Петербург, 1997. 22 с.

52. Прикладная статистика: Основы моделирования и первичная обработка данных / Айвазян С. А., Енюков И. С., Мешалкин J1. Д. М.: Финансы и статистика, 1983. - 471 с.

53. Браверман Э. М., Мучник И. Б. Структурные методы обработки эмпирических данных. М.: Наука, 1983. - 464 с.

54. Контроль качества продукции в машиностроении / Под ред. А. Э. Артеса. М.: Изд-во стандартов, 1980. - 272 с.

55. Голубев Ю. Н. Задачи комплексного управления качеством отливок // Литейное производство, 1978. № 3. - с. 3-5.

56. Krohn Barbara R. SPS raises level of confidence in casting quality // Mod. Gast, 1985. 75. № 9. P. 25-29. РЖ ТОЛП, 1986, № 3, реф. ЗГ21.

57. Длин A. M. Факторный анализ в производстве. М.: Статистика, 1975. -328 с.

58. Иоффе М. А, Корнюшкин О. А. Причинный анализ брака отливок // Литейное производство, 1990. № 11.-е. 19-20.

59. Иоффе М. А. Применение теории катастроф для управления качеством отливок // Литейное производство, 1992. № 6. - с. 26-28.

60. Корнюшкин О. А, Сажнева И. Н. Анализ связи технологических параметров в системах управления качеством отливок. В сб.: Вопросы теории и технологии литейных процессов. - Челябинск, 1993. - с. 62-66.

61. Курченко А. Б. Логический поиск рекомендаций по стабилизации качества литья // Технология и организация производства, 1983. № 3. - с. 5-7.

62. Schröder Alfred. Qualitätssicherung Formstoffprüfimgen, Gußproben und

63. Rechenmodellen // Giesser. Forschung. 1987. 39. № 2. s. 85-96. РЖ ТОЛП, 1987, № 10, реф. 10Г64.

64. Steinbauer Gerhard, Orths Kurth. Aufbau von logistischen Informations systemen zur Integration der Gußfehlerertassung in den betriblichen Regelkreis. Teil 1. Überblick // Giesserei, 1984. 71. № 8. s. 313-318. РЖ ТОЛП, 1986, №7, реф. 7Г15.

65. Бешелев С. Д., Гурвич Ф. Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. М.: Статистика, 1980. - 263 с.

66. Евланов Л. Г., Кутузов В. А. Экспертные оценки в управлении. М.: Экономика, 1978. - 133 с.

67. Литвак Б. Г. Экспертная информация. Методы получения и анализ. М.: Радио и связь, 1982. - 184 с.

68. Хейс-Рот, Уотерман Д., Ленат Д. Построение экспертных систем / Пер. с англ. М.: Мир, 1987. - 430 с.

69. Надежность и эффективность в технике: Справочник / Под ред. В. С. Авдуевского. ТЗ. М.: Машиностроение, 1987. - 328 с.

70. Акофф Р. Искусство решения проблем / Пер. с англ. М.: Мир, 1982. -224 с.

71. Рысева Н. М., Корнюшкин О. А., Шапиро А. Л. Экспертная система диагностики качества отливок // Прогрессивная технология, автоматизация и применение ЭВМ в литейном производстве. М.: 1987. -с. 208-210.

72. Макарин В. С. Экспертные системы в управлении качеством отливок // Методы контроля и исследований в производстве отливок по выплавляемым моделям. М.: ЦРДЗ, 1992. с. 100-105.

73. Горский В. Г, Адлер Ю. П, Талалай А. М. Планирование промышленных экспериментов. М.: Металлургия, 1978. - 112 с.

74. Петрович М. Л. Регрессионный анализ и его математическое обеспечение на ЕС. ЭВМ. М.: Финансы и статистика, 1982. - 199 с.

75. Пелых С.Г, Семесенко М. П. Оптимизация литейных процессов / Учебное пособие. Киев: Вища школа, 1977. - 192 с.

76. Драйпер Н, Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. Т 1.2, 1986.

77. Тюрин Ю. Н, Макаров А. А. Анализ данных на компьютере. М.: Финансы и статистика, 1995. - 384 с.

78. Осипов Б. В, Мировская Е. А. Математические методы и ЭВМ в стандартизации и управлении качеством. М.: Изд-во стандартов, 1990. -168 с.

79. Макино Т, Охаси М. и др. Контроль качества с помощью персональных компьютеров / Пер. с яп. М.: Машиностроение, 1991. - 224 с.

80. Бродский А. М, Мысовский В. С. Неразрушающий контроль отливок в условиях массового производства // Литейное производство, 1998. № 2-3. - с. 8-9.

81. Химушин Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы. М.: Металлургия. 1969. -752 с.

82. Производство отливок из сплавов цветных металлов: Учебник для вузов / Курдюмов А. В, Пику нов М. В, Чурсин В. М. и др.; М.: Металлургия, 1986.-416 с.

83. Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 1971. - 478 с.

84. Болынев Л. Н, Смирнов Н. В. Таблицы математической статистики. М.: Наука, 1983. -416 с.

85. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем // Искусство и наука. -М.: Мир, 1978.-418 с.

86. Налимов В. В, Голикова Т. Н. Логические основы планированияэксперимента. М.: Металлургия, 1976. - 128 с.

87. Хан Г., Шапиро С. С. Статистические модели в инженерных задачах / Пер. с англ. М.: Мир, 1981.-520 с.

88. Металловедение и термическая обработка стали: Справочное издание. В 3 Т. Т 1. Методы испытаний и исследования / Под ред. Бернштейна М. Л., Рахштадта А. Г. М. : Металлургия, 1983. - 352 с.

89. Блок Н.И., Кишкин С. Т., Лашко Н. Ф. и др. Методы исследования фазового состава на никель-хромовой основе // Заводская лаборатория, 1954. -№ 8. с. 903-909.

90. Шатульский А. А., Чистяков В. В., Изотов В. А. Методы расчета процессов заполнения расплавом литейных форм // Литейное производство, 1995. -№ 4. с. 71-72.

91. Совершенствование технологии изготовления отливок из жаропрочных никелевых сплавов. Информационный листок. № 41-94. Ярославль: ЦНТИ, 1994 / Шатульский А. А., Изотов В. А.

92. Шатульский А. А., Изотов В. А., Клементьева Н. А. Совершенствование технологии изготовления отливок из жаропрочных сплавов // Теплофизика технологических процессов. Рыбинск, 1996. с. 96 -97.

93. Изотов В. А., Шатульский А. А. Разработка и внедрение мероприятий для повышения надежности литых изделий ГТД // Новые материалы и технологии. М, 1997. с .81.

94. Разработка и внедрение системы автоматизированного проектирования на ЭВМ литниково-питающих систем для отливок типа "лопатка ГТД" // Отчет о научно-исследовательской работе. Рыбинск: РАТИ, 1989. - 70 с.

95. Тимофеев Г. И, Евстигнеев А. И, Щелкунов С. О. и др. Брак отливок по засору в точном литье по выплавляемым моделям. В сб.: Литейное производство в автомобилестроении. - М, 1980. вып. 1.- с. 183-187.

96. Куликов И. С. Раскисление металлов. М.: Металлургия, 1975.- 504 с.

97. Металлургическая термохимия. Кубашевский О, Олкокк К. Б. / Пер. с англ. М.: Металлургия. 1982. 392 с.

98. Писарев И. Е. Повышение качества отливок и эффективности литья при оптимизации технологических факторов изготовления оболочковых форм и керамических стержней. Автореф. дисс. докт. техн. наук. М.: МГТУ, 1993.

99. Стадничук В. И, Губенко С. И, Маюрников В. В. Исследование неметаллических включений в поверхностном слое отливок из сплава ЖС6К // Авиационная промышленность, 1990 .- № 2. с. 65-66.

100. Дубровский В. А, Шигабутдинов X. Г. Удаление модельной массы из форм безприпусковых лопаток в пароавтоклавной установке // Авиационная промышленность, 1988. № 8. - с. 66.

101. Авт. свид. № 1424943. БИОТИЗ, 1988, № 35.

102. Малыгин Ю. Д, Тарасов В. Г, Горлов В. Е. и др. Устройство для удаления засоров из форм для литья по выплавляемым моделям // Авиационная промышленность, 1988. № 10. - с. 60.

103. Белянин П. Л. Центробежная очистка рабочих жидкостей авиационных гидросистем. М.: Машиностроение, 1976 - 325 с.

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

105. Ботте А. В, Челядинов Л. М, Кочегура Н. М. и др. Технологические и радиоизотопные исследования графитовых форм для титанового литья. -Киев: Наукова думка, 1975. 108 с.

106. Ботте А. В. и др. Применение радиоактивных изотопов при исследовании распределения связующего в оболочковых графитовых формах повыплавляемым моделям // Формовочные материалы и формообразование. Киев: Наукова думка, 1975. - с. 147-151.

107. Воздвиженский В. М, Добродеев В. В, Лобанов С. В. и др. Установка для исследования процессов отверждения графито-смоляных суспензий // Заводская лаборатория. 1984. № 1.-е. 52.

108. Производство отливок из титановых сплавов в графитовые формы по выплавляемым моделям: Учебное пособие / В. В. Добродеев; Ярославль: ЯПИ, 1990.-59 с.