Розробка промислового технологічного процесу штучного керування структуроутворенням чавуну при відцентровому литті гільз у термоізольовану вставками виливницю. Розрахунок швидкості кристалізації чавуну в виливниці з пористим композиційним лицюванням.
Аннотация к работе
У комплексі задач, що завжди стояли перед практикою відцентрового лиття в виливницю, провідна роль належить тепловим явищам, що відбуваються у системі “виливок - форма”, регулюючи які, можна оптимізувати графітові включення в чавуні, істотно поліпшити характеристики металевої основи, стабілізувати і підвищувати твердість чавуну. Розробка маловитратної, енергозберігаючої технології керування структуроутворенням в чавуні дозволить підвищити ресурс ДВЗ та впровадити її на підприємствах України, що виготовляють деталі транспортного двигунобудування. Київ) на 1985-1995 рр. По темі дисертації в період з 1985 по 1996 роки виконано шість госпрозрахункових науково-дослідних робіт: “Розробка, дослідження і впровадження технології керування структуроутворенням гільз циліндрів тракторних і комбайнових двигунів”: № Держ. Реєстр. Для досягнення поставленої мети необхідно було розвязати наступні задачі: - виявити вплив теплофізичних процесів на структуроутворення чавуну у виливку відцентрового лиття; встановити температурні інтервали примусового керування процесами структуроутворення чавуну у виливку, що охолоджується; Основні результати, що характеризують наукову новизну роботи: - Теоретично обґрунтовано та експериментально доведено, що для підвищення зносостійкості чавуну природний процес кристалізації сплаву при відцентровому литті можливо замінити примусовим диференційованим керованим тепловим впливом на евтектичний та евтектоїдний періоди структуроутворення металу у виливках, а саме - сповільненням процесу первинної кристалізації в інтервалі температур 1180...1120 °С та прискоренням процесу вторинної кристалізації в інтервалі температур 750...700 °С.Отримання сорбітоподібної структури чавуну та оптимальної кількості наявного у ньому звязаного вуглецю значним чином залежить від теплових процесів під час охолодження виливка. Тому висунуто гіпотезу, що високі зносостійкі властивості гільзи циліндра двигуна можна отримати при використанні керованої технології лиття в постійні облицьовані виливниці за рахунок максимально точного регулювання швидкості охолодження виливка протягом часу від заливання металу до вибивання заготовки з форми (рис. Координати просування фронтів ліквідусу - о0L, о1L - і солідусу - о0S, о1S - визначаються за методом еквівалентного виливка (де індексами 0 і 1 відзначені координати фронтів, що рухаються, відповідно, від внутрішньої і зовнішньої поверхонь виливка): Через ИS, иcr, и01 у наведених співвідношеннях позначено відповідно безрозмірну температуру солідусу, кристалізації та внутрішньої поверхні виливка; Ві01, Ві02 - числа Біо відповідно для внутрішньої поверхні виливка та ізоляційного переходу від виливка до форми. Отримано дані щодо температурних полів термодинамічної системи “виливок - форма” при нескінченному охолодженні затверділого виливка в формі, а також для варіанта вилучення затверділого виливка з виливниці за технологічним циклом відцентрової карусельної установки. Для впливу на розподілення і розмір включень графіту в чавуні, утворення міждендритного графіту, розмір евтектичних зерен за рахунок наближення теплофізичних параметрів лиття у виливницю до умов пісчано-глинястої форми запропоновано вставку, що має двошарову футерівку з теплоізолюючої речовини, причому перший шар, що прилягає до корпуса, виконано з губчастого пористого титану товщиною 10…15 мм, а другий - напилюванням карбіду титану товщиною 0,2…2 мм.На основі концепції калориметричної температури та методу еквівалентного виливка виконано математичний опис процесу кристалізації й охолодження порожнинного циліндричного виливка. Для сповільнення швидкості кристалізації та охолодження виливка в евтектичному інтервалі температур запропоновано як облицювання постійної комбінованої ливарної виливниці використовувати композиційний матеріал на основі спресованих порошків губчастого титану. Перший шар, що прилягає до корпуса виливниці, виконано з губчастого титану, граничним параметром пористості якого на підставі математичних розрахунків процесу кристалізації виливка прийнято 20% ( 3%). Розроблено композиційний склад матеріалу і конструкцію торцевих кришок відцентрових виливниць для лиття середньорозмірних гільз циліндрів, які повністю усувають торцеве відбілювання чавуну виливків. Для прискорення охолодження в евтектоїдному інтервалі температур розроблено температурно-часові та просторові режими подачі холодоагенту на внутрішню поверхню заготовки.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ
Вывод
1. Теоретично обґрунтовано, що для отримання зносостійкої дрібнопластинчастої перлітної структури чавуну гільзи циліндра двигуна необхідно проведення диференційованого в часі й у просторі, постійно керованого теплового впливу на відцентровий виливок, а саме - сповільнена кристалізація та охолодження в евтектичному інтервалі температур 1180...1120 °С і прискорене охолодження в евтектоїдному інтервалі температур 750...700 °С.
2. На основі концепції калориметричної температури та методу еквівалентного виливка виконано математичний опис процесу кристалізації й охолодження порожнинного циліндричного виливка.
3. Для сповільнення швидкості кристалізації та охолодження виливка в евтектичному інтервалі температур запропоновано як облицювання постійної комбінованої ливарної виливниці використовувати композиційний матеріал на основі спресованих порошків губчастого титану. Облицювання містить двошарову футерівку з теплоізолюючої речовини. Перший шар, що прилягає до корпуса виливниці, виконано з губчастого титану, граничним параметром пористості якого на підставі математичних розрахунків процесу кристалізації виливка прийнято 20% ( 3%). Композиційний склад першого шару облицювання (мас. %): 80% - титановий порошок фракції -500... 630 мкм, 10% - порошок титану фракції -180 мкм і 10% рівномірно розподіленого чорного ливарного графіту (2...4 мкм). Другий шар, що контактує з рідким металом, виконано напиленням карбіду титану товщиною 0,2...2 мм. Розроблено композиційний склад матеріалу і конструкцію торцевих кришок відцентрових виливниць для лиття середньорозмірних гільз циліндрів, які повністю усувають торцеве відбілювання чавуну виливків.
4. Для прискорення охолодження в евтектоїдному інтервалі температур розроблено температурно-часові та просторові режими подачі холодоагенту на внутрішню поверхню заготовки. А саме - при зниженні температури виливка до 950...900 °С штучне охолодження до 800...750 °С потрібно проводити зі швидкістю 1...5 °С/с продуванням виливка стислим повітрям. У проміжку 750…400 °С, включаючи евтектоїдний інтервал температур, до стислого повітря потрібно додавати холодоагент (технічну воду) для підвищення швидкості охолодження виливка до 15...20 °С/с. При цьому холодоагент необхідно подавати тільки в зону, що прилягає до верхньої мертвої точки гільзи циліндра двигуна (зону максимальних зносів). За температуру, нижчу 400 °С, подачу холодоагенту припиняють та охолоджують виливок разом з іншими в коробі для зняття внутрішніх напруг.
5. Розроблено систему повітряно-рідинного охолодження виливка і конструкції вузлів та деталей нестандартного устаткування для автоматичної подачі стислого повітря і холодоагенту (технічної води). Система впроваджена на промисловому ливарному кільцевому конвеєрі “Ротоліт”.
6. Розроблено технологію виробництва відцентрових заготовок гільз циліндрів автотракторних двигунів із твердістю, що збільшується від зовнішньої поверхні до внутрішньої. Загальна твердість на внутрішній поверхні гільзи підвищена до значень 241...269 НВ, а в районі максимальних зносів - до 269...285 НВ. При цьому твердість зовнішньої поверхні гільзи, що обробляється різанням, складає 241...269 НВ. Металева матриця чавуну на робочій поверхні гільзи складається із сорбітоподібного перліту, окремих включень подвійної фосфідної евтектики, незначних включень цементиту та зерен фериту. Графіт рівномірно розподілений, без міждендритних і крапчастих формувань.
7. Стендові випробування автотракторних двигунів підтвердили, що технологія керування тепловими процесами структуроутворення при відцентровому литті в постійну комбіновану виливницю з композиційним облицюванням дозволяє збільшити ресурс гільз циліндрів на 40...50%, а поршневих кілець - на 30...50% без істотних витрат.
8. Економічний ефект від впровадження розробленої технології в ливарному комплексі ВО “Київтрактородеталь” складає 1207200 грн./рік.
Список литературы
1. Андреев В.И., Клименко Л.П. Способ повышения ресурса гильз цилиндров ДВС при серийном производстве // Триботехнология: Сборник НКИ. - Николаев, 1990. - С. 23-27.
2. Андреев В.И. Повышение износостойкости гильз цилиндров ДВС в процессе управляемой кристаллизации литых заготовок // Сборник научных трудов. - Николаев: УГМТУ, 1998. - №6(354) - С. 116-121.
3. Андреев В.И., Клименко Л.П. Исследование износостойкости упрочненных гильз цилиндров ДВС // Триботехнология: Сборник НКИ. - Николаев, 1990. - С. 31-35.
4. Андреев В.И., Клименко Л.П., Хачатуров Э.Б. Увеличение моторесурса ДВС путем совершенствования технологии кокильной отливки гильз цилиндров // Сборник научных трудов. - Николаев: УГМТУ, 1998. - №7(355). - С. 98-102.
5. Андреев В.И., Клименко Л.П., Дыхта Л.М., Прищепов О.Ф. Центробежная отливка гильз цилиндров ДВС с обратным градиентом твердости по сечению // Двигатели внутреннего сгорания: Научно-технический журнал. - Харьков: НТУ “ХПИ”, 2004. - №2(5). - С. 126-130.
6. Андрєєв В.І., Дихта Л.М., Клименко Л.П. Математичне моделювання процесів твердіння та охолодження порожнинного циліндричного виливка при відцентровому литті в масивний кокіль // Наукові праці: Науково-методичний журнал. - Т. 35. Вип. 22. Компютерні технології. Системний аналіз. Моделювання. - Миколаїв: Вид-во МДГУ ім. П. Могили, 2004. - С. 59-69.
7. Андреев В.И., Клименко Л.П., Прищепов О.Ф. Оптимизационная обработка данных стендовых испытаний гильз цилиндров с объемным термическим упрочнением // Авиационно-космическая техника и технология. Харьков, 2002. - Вып. 30. - С. 139-140.
8. Андрєєв В.І., Клименко Л.П. Екологічні аспекти впровадження зміцнюючої обробки деталей двигунів сільгоспмашин // Наукові праці. - Миколаїв: Вид-во МФ НАУКМА, 2001. - Т. 11. Екологія. - С. 82-83.
9. Андреев В.И., Прищепов О.Ф., Клименко Л.П. Разработка материала и технологии упрочнения поршней среднеоборотных судовых дизелей // Проблеми трибології. - Хмельницький: ТУП, 2003. - № 2(28). - С. 148-152.
10. Андреев В.И., Клименко Л.П., Прищепов О.Ф. Технологические пути реализации теории переменной износостойкости при отливке чугунных заготовок в двигателестроении // Авіаційно-космічна техніка і технологія. - Харків: ХАІ, 2003. - Вип. 5(40). - С. 130-134.
11. Андрєєв В.І., Клименко Л.П. Шляхи зменшення витрат масла на вигар у тракторних двигунах // Наукові праці: Науково-методичний журнал. - Вип. 8. Екологія. - Миколаїв: Вид-во МДГУ ім. П. Могили, 2002. - С. 133-137.
12. Андреев В.И. Алгоритм технологического процесса литья заготовок гильз цилиндров ДВС с повышенной износостойкостью // Наукові праці: Науково-методичний журнал. - Т. 73. Вип. 60. Техногенна безпека. - Миколаїв: Вид-во МДГУ ім. П. Могили, 2007. - С. 51-56.
13. Андреев В.И., Клименко Л.П., Дыхта Л.М. Повышение ресурса автотракторных гильз цилиндров регулированием скорости охлаждения чугуна при центробежном литье // Проблеми трибології. - Хмельницький: ХНУ, 2007. - № 3(45). - С. 94-98.
18. Andreev V., Klimenko L., Kondratenko Y., Dykhta L. Mathematical simulation for solidification of the hollow cylindrical casting under centrifugal permanent-mould casting // Archives of foundry. - Katovice - Gliwice: Foundry Commission Polish Academy of Science, 2003. - Volume 3, №7. - p. 33-39.
19. Andreev V., Klimenko L., Kondratenko Y., Dykhta L. Regulation of the structure formations of the spun casting as to cast-iron cylinder liner of the transport engines // Archives of foundry. - Katovice - Gliwice: Foundry Commission Polish Academy of Science, 2003. - Volume 3, №7. - p. 41-45.
20. Andreev V., Klimenko L., Kondratenko Y., Dykhta L., Prichtchepov O. On thermodynamic parameters appropriate choice for improvement of hollow cylindrical castings fabrication practice under centrifugal casting // Archives of foundry. - Katowice - Gliwice: Foundry Commission Polish Academy of Science, 2006. - Volume 6, №18(2/2). - p. 289-294.
21. Андрєєв В.І., Клименко Л.П., Хлопенко Б.К., Татарченко О.В. Технологічне забезпечення надійності суднових дизелів при переведенні на важке паливо // Тези доповіді на І Міжнародному симпозіумі українських інженерів-механіків у Львові. - Львів: ЛПІ, 1993. - С. 336.
22. Андреев В.И., Клименко Л.П. Технология центробежной отливки гильз цилиндров транспортных дизелей с повышенной износостойкостью // Тезисы доклада на республиканской научно-технической конференции “Пути повышения качества и экономичности литейных процессов”. - Одесса: ОПИ, 1988. - С. 33-34.
23. Андреев В.И., Клименко Л.П., Прищепов О.Ф. Теоретические основы и технологии создания узлов трения с переменной износостойкостью // Тезисы доклада международного конгресса “Механика и трибология транспортных систем - 2003”. - Ростов-на-Дону: Рост. гос. ун-т путей сообщения, 2003. - Т. 1. - С. 402-405.
24. Андреев В.И. Управление температурным полем затвердевшей отливки // Тези доповіді обласної науково-практичної школи-семінару “Науково-методологічні аспекти розвитку творчого потенціалу науковців”. - Миколаїв: ДФ, 2003. - С. 61-64.
25. Андреев В.И., Хачатуров Э.Б., Хачатурова И.Н. Новый композиционный материал торцевых крышек изложниц центробежного литья // Тезисы доклада международной научной конференции, 9-17 сент. 2007 г., Натанья (Израиль). - Хмельницкий: ХНУ, 2007. - С. 109-112.
26. Андрєєв В.І., Клименко Л.П. Розрахунок параметрів пористості облицювальних вставок для виливниць відцентрового лиття // Тези доповіді ІІ міжнародної науково-технічної конференції “Сучасні проблеми триботехніки”. - Миколаїв: НУК, 2007. - С. 134-136.