Введение к работе
Актуальность работы. Диссертация посвящена рассмотрению перспективного направления - исследованию особенностей получения магниевых отливок в формах, изготовленных методом трехмерной печати (селективного отверждения). Направление исследований связано с остро стоящей проблемой быстрого получения магниевых отливок для авиационной промышленности.
Основным методом производства таких отливок является литьё в кокиль с использованием песчано-смоляных стержней сложной конфигурации. Будучи широкоинтервальными, сплавы МЛ5 и МЛ 10 нуждаются в интенсивной скорости затвердевания во избежание типичного брака для этой группы сплавов - усадочной микрорыхлоты, или пористости. Литье в кокиль позволяет снизить риск брака по пористости до минимальных значений. Этот метод хорошо зарекомендовал себя для крупносерийного производства.
Однако при производстве мелкой партии сложных отливок и при разработке новых агрегатов метод литья в кокиль становится малоэффективным, поскольку при отработке технологии литья, особенно сложного, вносится большое количество исправлений в конструкцию литниковой системы, что ведет к изменению технологической оснастки. Выполнять новый кокиль под каждый вариант затруднительно как по временным, так и по материальным затратам. Идеальным решением задачи быстрого внесения изменений в технологию и изготовления формы может быть применение трехмерной печати. Этот метод производства форм и стержней уже внедрен на некоторых предприятиях, в частности, установка немецкой фирмы ProMetal S-15 , позволяющая изготавливать формы и стержни из смеси, схожей с холоднотвердеющей. Однако для магниевых сплавов литье в формы из такого материала не является типичным.
Актуальность затронутой в диссертации проблемы вызвана затруднениями применения в условиях мелкого и опытного производства традиционных средств и способов изготовления отливок, сложившихся в серийном производстве. Затраты на дорогую и трудоёмкую кокильную оснастку, отнесенные к небольшим партиям деталей, многократно увеличивают себестоимость продукции, а её работоспособность используется в незначительной степени.
В условиях мелкосерийного производства должны применяться материалы и технологии, позволяющие снизить время и расходы на изготовление. Такие материалы должны обеспечивать снижение времени и расходов на изготовление отливок и, следовательно, на производство нового агрегата.
Цель работы. Исследование и совершенствование технологии изготовления отливок ответственного назначения из магниевых сплавов системы Mg-Al-Zn в формах, полученных методом селективного отверждения, и их применение в мелкосерийном и опытном производствах самолётостроения.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
Исследование технологических свойств селективно-отвержденной формовочной смеси в зависимости от параметров изготовления и хранения.
Изучение теплофизических свойств селективно-отвержденной формовочной смеси с целью успешного моделирования процессов заливки и затвердевания отливок из магниевых сплавов.
Изучение изменения технологических свойств селективно-отвержденной формовочной смеси во время заливки, а также выявление их влияния на качество получаемых отливок.
Уточнение оптимальных параметров литниково-питающих систем для магниевых отливок, изготовленных литьем в формы, полученных методом селективного отверждения.
Исследование возможности регенерации формовочной смеси, полученной методом селективного отверждения.
Научная новизна работы.
Установлена преимущественная роль вязкости газов, выделяемых при термодеструкции связующего материала форм, изготовленных методом селективного отверждения, в образовании газовых дефектов в отливках.
Уточнены температурные зависимости теплопроводности и теплоемкости материала форм, изготовленных методом трехмерной печати, при имеющейся неоднозначности числовых значений, необходимые для успешного моделирования процессов заливки и затвердевания отливок.
Уточнены предельные геометрические размеры цилиндрических прибылей для отливок из сплавов типа МЛ5 в комбинации с холодильниками, которые определяются из соотношения НПЛЭП=2,9.
Показано, что отливки из магниевых сплавов системы Mg-Al-Zn, используемые для авиастроения, могут быть изготовлены методом трехмерной печати, причем качество изделий соответствует требованиям отраслевого стандарта (ОСТ 1.41154-86).
Практическая значимость.
1. Разработаны рекомендации по хранению и подготовке к заливке форм,
полученных методом селективного отверждения, к заливке на основании определения влияния внешних условий изготовления и хранения форм на качество получаемой отливки.
Выявлена линейная зависимость влияния длительности контакта жидкого металла с формой, полученной методом селективного отверждения, на технологические параметры: газопроницаемость, прочность на изгиб, степень термодеструкции связующего.
Разработана методика и технологическая инструкция оценки качества отливок с помощью бесконтактной оптической системы трёхмерной оцифровки.
Доказана возможность регенерации отработанной смеси с целью повторного использования песка. Определены общие режимы регенерации, которые могут быть использованы при подборе специализированного регенерационного оборудования.
Апробация работы.
Основные материалы диссертационной работы доложены и обсуждены:
на V международной научно-практической конференции "Прогрессивные литейные технологии", Москва, НИТУ «МИСиС», 2009 г.;
на научных семинарах кафедры технологии литейных процессов НИТУ «МИСиС» (2008-2010 г.г.).
Результаты диссертационной работы отражены в 5 публикациях в виде статей и тезисов докладов конференций. На защиту выносятся:
Уточненение числовых значений теплопроводности и теплоемкости материала форм, изготовленных методом селективного отверждения, необходимые для успешного моделирования процессов заливки и затвердевания отливок.
Практически доказанное преимущественное влияния динамической вязкости газов перед коэффициентом проницаемости материала формы, изготовленной методом селективного отверждения, на образование газовых дефектов в отливках.
Установленная целесообразность совместного использования холодильников и прибылей и их преимущество перед массивными прибылями для получения плотных бездефектных отливок в формах, полученных методом селективного отверждения.
Достоверность:
Достоверность полученных в работе результатов исследований обеспечивается применением комплекса современного оборудования и методик в лабораториях НИТУ МИСиС и АК «Рубин» (Московская обл. г. Балашиха), сравнением лабораторных испытаний с результатами производственных испытаний, а также использованием методов статистической обработки экспериментов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов, библиографического списка из 78 источников. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 76 рисунков, 22 таблицы.
