Введение к работе
Актуальность работы. В условиях обостряющейся конкуренции между различными способами литья приоритетны технологические процесом, которые обеспечивают: реоурсосбережение с тенденцией перехода к мало- или безотходному производству, высокую производительность , комплексную механизацию и автоматизацию процесса. Наиболее полно этим требованиям отвечает литье под давлением (ЛІЩ).
Расширение области применения ЛЦЦ, увеличение номенклатуры изготавливаемых отливок возможно только при создании системы автоматизированного проектирования (САПР) технологии и оснастки, что повволит сократить сроки и трудоемкость проектных работ и уменьшить затраты, связанные о доводкой оснастки и технологического процесса литья.
САПР технологии и оснастки ЛПД должен включать ряд подсистем, одной из которых является подсистема расчета температурного режима работы пресс-формы. Температурный режим пресс-формы является одним из осноаных факторов, определяющих качество отливок, а также стойкость оснастки ЛПД.
Температурный режим пресс-формы определяется совокупностью процессов теплообмена, происходящих между отливкой, пресс-формой и окружающей средой. Результаты экспериментов показывают, что эти процессы носят неустановившийся характер. Ооновными факторами, определяющими процессы теплообмена являются: температура и масса заливаемого металла, конструкция преса-формы, в том числе наличие систем охлаждения и нагрева, способы нанесения смазочного материала на рабочую поверхность пресо-формы. Существенное влияние на температурный режим пресс-формы оказывает нарушение темпа работы, что связано как о . организационными причинами (отсутствие металла, нарушение энергоснабжения и т.п.), так и о поломками машин ЛПД.
Существующие В: настоящее время методы расчета температурного режима пресс-форм основаны, главным образом, на обобщении производственного опыта или моделируют технологический процесс в течение одного цикла, не учитывая цикличности процесса. Ь' результате, при запуске пресс-форм, часто приходится производить большой обьем доводочных работ. Появившаяся в последнее
время моцкая бистродействукззя и доступная Вімлслительная техника, -позволяющая реализовать числе ніша методы решения сдсшис и большое по 'вычислительным процедурам 'задач, делает возможным создание и реализации более точного катода расчета температурного режима пресс-форм ЛЦЦ.
Проектирование пресс-фор^ ЖЩ а учетам обеспечения садан-
ного температурного режима при установившемся темпе работы ил-
шикы^ а также разработка методов регулирования этого реглиз
дозволит обеспечить и стабилизировать качество получаемых от-
Цехьв настоящей работы является повышение оОоснованности выбора конструктивных параметров преоо-форш и технологических параметров процесса ЛЦЦ, обеспечивающих сокращение срока проектирования пресс-форма и доводки технологического процесса литья.
Для достижения поставленной цели е работе было получено новое реаение научной задачи: разработка ыетода расчета температурного редима пресс-формы ЛЦЦ о учетом влияния технологических параметров литья.
Методы исследования. Теоретическое исследование температурного "режима пресс-форм литья под давлением, влияния па него различкых параметров технологического процесса литья выполнено на основе математического моделирования процессов теплообмена на ШВЫ. Прі :;ессы теплообмена описывались системой уравнений, полученных из аппроксимации соотношений теплового баланса, записавших для элементарных объемов.
Для экспериментального исследования влияния слоя смазоч
ного материала на теплообмен ыедду отливкой и преоо-ферыой
применялся метод заливки. Эксперименты выполнялись на реальной
пресс-форме, установленной на машине литья под давлением, пу
тем термомзтркровання.- Температура в коде технологического
процесса литья измерялась при помощи термопар и регистрирова
лась на светодучевом осциллографе Н043.1. Эксперименты для
исследования влияния давления, под воздействием которого нахо
дится слой смазки, на фазовые превращения, происходящие в этой
2 '.'.".
слоэ, производились на специальной и:оделкрущей установім.
Оценку достоверности катеї.ші .ческой модели температурного релина пресс-ферм ЯГД производили сравнением результатов натурних и численных зіссперкмектез, а тшече с тестовыми тепловыми задачами, іиелщг.ш аналитическое ресение.
Оптимизация іазяотруїгппкік параметров систем терморегулирования и парглетроа технологического процесса изготовлении отливок оснозапа на использовании метода последовательного анализа и улучшения варианта технологии, принятого в качестве исходного приближения.
На защиту выносится следующее научное положение: термическое сопротивление слоя сигаочпего материала при литье пол, давлением ксишо принимать постоянным в течение есєго процесса термосилового взагвюдейогвкя отливки с пресс-формой.
Научная новизна работы заключается п следующем:
-
Установлено влияние слоя смазочного материала на іш-тенсквность теплового Езаіакздейсгвня мелду отлиекой и пресс-формой и определено, что слон смазочного материала, находящийся мэлду отливкой и пресс-формой при литье под давлением, не претерпевает фазовій превращений.
-
Разработана математическая модель процесса переноса тепла, позволяющая рассчитывать температурный режим пресс-форм о учетом особенностей ее конструкции и цикличности технологического процесса литья под давлением.
-
Определены 'значения термического сопротивления елся смазочного материала на основе масла МО 20 в условиях литья под давлением, величина которого зависит от температуры поверхности пресс-формы, при которой осуществлялось нанесение смазочного материала.
-
Разработан метод проектирования систем' терморегулирования пресс-форм, позволявший путем математического моделирования определить конструктивные и технологические параметры пресс-формы и процесса ЛГЩ, обеспечивающие заданный температурный режим работы.
Практическая ценность. Разработанный метод расчета температурного режима пресс-форм ЛГЩ позволяет на этапе проектиро-
.3
ваніш определять конотруктивные и технологические параметры пресс-формы и процесса литья, обеопечиващие заданные тепловые уоловия формирования отливок. Это позволяет снизить брак отливок и уменьшить объем доводочных работ при освоении
пресс-форм.
Реализация работы в промышленности. Метод расчета темпе-рагу;;? эго режима пресо-форм попользован при разработке технологии изготовления литьем под давлением заготовок деталей по-' вишенной оложнооти для спутникового телевидения в НИИ КМиТП МГТУ им. Н.Э.Баумана.
Апробация результатов работы. Ооновные результаты работы -доложены и обсуждены на;
научных семинарах кафедры "Машины и технология литейного производства", МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1991, 1992, 1993 г.г.j
семинаре "Прогрессивная технология и автоматизация литья под давлением", МДНТП, г. Москва, 1991 r.'j
семинаре "День новой техники и передового опыта в литейном производстве", Центральный Российский Дом знаний, г. Москва, 1993 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано три научные
работы.'
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, .етырех глав, общих выводов, списка литературы из 98 наименований и содержит 237 страниц, в том числе 81 рисунок и 11 таблиц.