Литье выжиманием, как технологический процесс,  является единственным в настоящее время перспективным по своей сущности и экономически целесообразным способом точного тонкостенного литья

Исследование и разработка математической модели процесса заполнения формы расплавленным металлом при литье выжиманием тонкостенных крупногабаритных монолитных конструкций летательных аппаратов.

Специальность 05.16.04. «Литейное производство»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук.

Владивосток – 2013

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Технологический процесс литья выжиманием является единственным в настоящее время перспективным по своей сущности и экономически целесообразным способом точного тонкостенного литья.

Позволяет получать непосредственно из расплавленного металла (Al-, Mg, и других сплавов) тонкостенные крупногабаритные монолитные конструкции силовых агрегатов планера летательных аппаратов, типа панелей и корпусов (оболочек).

Габаритные размеры конструкций достигают нескольких метров и толщины стенок и оболочек равны 1,3–2,5 мм, причем не требуется механическая обработка по поверхностям, образующим геометрический контур.

В промышленности известен богатый опыт производства способом литья выжиманием панелей крыла и оперения, агрегатов крыла замкнутого поперечного контура, отдельных отсеков фюзеляжа цилиндрической и конической формы, а также с криволинейной образующей по контуру.

Элементы внутреннего каркаса таких агрегатов составляют единое целое непосредственно с обшивкой, в отличие от клёпаной конструкции, к тому же в них практически сведены к минимуму концентраторы напряжения от заклёпок.

Специфической особенностью способа литья выжиманием является организация широкого сплошного потока расплавленного металла, за счет сближения матриц на специальных литейных машинах. Вследствие длительного сохранения теплосодержания потока, это позволяет формировать в интервале температур кристаллизации отливку с мелкодисперсной, прочной структурой.

Однако до настоящего времени способ литья выжиманием недостаточно изучен. Имеющиеся математические выкладки не охватывают технологический процесс комплексно, и не отражают его физической сущности. Использование этих формул на практике, ограничено их громоздкостью, нет единой системы расчётов технологических параметров процесса. Это делает уникальный способ литья неуправляемым, а отливки, соответственно, некондиционными.

При существовавшей, до внедрения данной разработки, технологии брак по литейным дефектам в отливках, особенно корпусного типа, достигал 25-30%

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Заключается в выявлении закономерностей влияния условий заполнения литейной формы, кристаллизирующимся в интервале температур, потоком расплавленного металла на качественные характеристики получаемых тонкостенных отливок, и на этой основе построение математической модели процесса, проведение инженерных расчётов, и получение рекомендаций для промышленной литейной технологии, обеспечивающей высокое качество и прочность отливок тонкостенных крупногабаритных монолитных конструкций (ТКМК)

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В работе применены методы математической статистики при планировании инженерных экспериментов, обработке их результатов, и получение уравнений регрессии.

Найдены аналитические связи между конфигурацией отливки, заданной чертежом, и соответственно необходимым законом сближения матриц для исполнительного устройства литейно-выжимных машин.

В результате проведенных исследований установлены количественные зависимости (математическая модель аналитико-статистического типа) между основными кинематическими и тепловыми параметрами потока расплава, изменяющейся литейной формы в процессе её заполнения, свойствам сплава и физико-механическими характеристиками получаемых отливок.

Разработанная математическая модель позволяет не только рассчитать технологические параметры на ЭВМ, но и перейти к управлению от УВК процессом формирования отливки при заполнении расплавом литейной формы.

В работе изложены рекомендации по разработке АСУТП литья выжиманием и приведены алгоритмы управления.

Промышленная ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ заключается в том, что по результатам исследований уточнены существующие на базовом предприятии технологические процессы для 10-ти наименований отливок (4-х панельных, 6-ти корпусных). Исходя из чертежа каждой конкретной отливки, применяя разработанную методику с математической моделью, рассчитаны копиры – носители управляющей информации для существующих конструкций литейно-выжимной машины. В будущем методика расчетов может быть использована для вновь созданных машин с принципиально новыми системами управления.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Математическая модель доведена до практической методики расчетов технологических параметров литья выжиманием, опробована и внедрена на АК «Прогресс» в г.Арсеньеве.

Дальнейшее распространение методики возможно при стабилизации в целом экономики России, и будет способствовать более эффективному освоению способа литья выжиманием на ряде других предприятий страны. Причём, развитие этой уникальной технологии целесообразно вести в следующих направлениях:

1. Углубленное исследование техпроцесса литья выжиманием, как объекта управления с применением системного подхода.

2. Дальнейшее математическое описание способа литья выжиманием, переходя от режимов заполнения формы расплавом на весь цикл техпроцесса, с целью повышения его управляемости.

3. Совершенствование системы комплексного технологического контроля, в направлении оптимизации и управления качеством ТКМК, путём применения современных технических средств.

4. Разработка автоматизированной системы управления техпроцессом литья выжиманием (АСУТП л.в.), улучшение его оснащенности средствами механизации и автоматики.

5. Проектирование номенклатуры ТКМК, необходимых в широких сферах народного хозяйства (например, поддоны для рыболовецких судов, панели корпусов автомобилей, силовые элементы конструкций самолётов и вертолётов бизнес-класса, и др.).

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ. Общий ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения разработанной математической модели процесса заполнения формы расплавом при литье выжиманием, и методики построения профиля копира дроссельного механизма по соответствующему чертежу отливки для машин ЛПС-1м, ВК-8, ВП-10 и ВП-20 на ААК «Прогресс» составил в 1992г. 193,9 тыс.руб.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Частично материалы данной диссертационной работы докладывались периодически на научно-технических советах и НТО ААК «Прогресс» (г.Арсеньев), Иркутского и Украинского филиалов НИАТ (г.Иркутск и г.Киев), а также в головном специализированном отделении НИАТ (г.Москва) с 1974 по 1992г.г.

ОБЪЁМ РАБОТЫ. Работа состоит из введения, восьми глав, общих выводов и библиографии. Объём работы составляет 200 страниц, в том числе 75 страниц иллюстраций, 12 страниц библиографии, включающей 150 наименований литературных источников.

ПУБЛИКАЦИИ:

1. Черноус Г.И., Куликов Е.Н., Рябов В.В.
О моделировании нестационарных тепловых процессов при построении системы управления качеством литья.
В сборнике: «Качество и надёжность систем управления»
г.Владивосток АН СССР ДВНЦ ИАПУ, 1977г., с.129–137.

2. Рябов В.В., Яцык С.И., Абдулин Ф.З., Пелех В.М., Недодина А.Е.
Расчёт параметров заполнения формы расплавом при литье выжиманием тонкостенных крупногабаритных отливок оболочкового типа.
М., журнал «Литейное производство» №8, 1979г., с.20-22.

3. Рябов. В.В., Леонтьев А.И., Пелех В.М.
Расчёт кинематических параметров заполнения формы при литье выжиманием тонкостенных панелей отливок.
М., журнал «Авиационная промышленность».

Поделись с друзьями:

Friend me:

Оставить комментарий

This site is protected by WP-CopyRightPro