Введение к работе
Актуальность работы: Основными задачами литейного производства - основной заготовительной базы машиностроения - в настоящее время являются: повышение качества отливок, а первую очередь за счет улучшения чистоты поверхности и снижения трипусков на механическую обработку; уменьшение себестоимости зтливок, а таюш улучшение экологии производства и условий груда В современных условиях более семидесяти процентов отли-зок получают литьем в песчано-глинистые формы, поэтому про-Злема их уплотнения весьма актуальна. Интерес к динамическим :пособам уплотнения вызывается получаемой равномерной плот юстью формы и невысокими энергозатратами.
Одной из важнейхшх задач при разработке технологии про-ізводства отливок является изготовление качественной формы. Условием получения качественной литейной формы -является тесная взаимосвязь трех параметров технологического процесса; ежим машины (т.е., давлеііие прессования или масса и ско-юсть падения ударной колодки), габариты оснастки (размеры )Поки и модели) и реологические (деформационные) параметры :меси.
Задача определения соответствия формовочной машины габа-)итам оснастки и реологическим параметрам смеси предполагает гзучение законов изменения уплстнякхдей нагрузки. При высоко-;коростном уплотнении сжимаюцую нагрузку оказывает ударная жпа, возникающая в течение краткого промежутка времени. По-юдеше ударной силы не описано в теории уплотнешя литейных юрм и требует своего изучения. В результате удара падающего :ома смеси в конце прессово-ударного процесса уплотнения и ри встряхивании и образуется высоколлстный поверхностный \пой толщиной 5-7 мм на горизонтальных и 3-4 мм на верти-:алъиык стенках модели. Данный слой имеет близкие к лредель-ым значения плотности и твердости. Высокоплотный поверхне-тный слой, как показывают эксперименты, обеспечивает полу-:ение отливок с чистой поверхностью и повышенной геометриче-кой точностью. Физика этого важного с технологической точки рения явления до сих пор не была разобрана в существующей итературе но литейному производству.
За короткое время действия ударной нагрузки формовочная месь претерпевает быстрое уплотнение, по мере которого ее еологические свойства резко изменяются сложным нелинейным бразом. Решение вопроса о соответствии смеси формовочному процессу требует экспериментального исследования зависимостей реологических характеристик от плотности смеси.
Задача определения режима формовки может быть решена помощью натурных испытаний и при моделировании процессов уплотнения на ЭВМ.
Экспериментальнее изучение уплотнения смесей связано большими затратами труда, энергии и материалов. Такого род вопросы успешно решает проведение вычислительных экспериментов/ основанных на создании математической модели процессов, происходящих в смесях при их уплотнении, поведение которьг исследуется на ЭВМ гораздо быстрее и дешевле соответствуете лабораторных опытов. Кроме того, компьютерное моделирование позволяет проследить перемещение смеси в ходе ее уплотнение и выбрать оптимальный ре: им формообразования и расположение моделей в оснастке.
Метод компьютерного моделирования формовочных процессої должен охватывать все составляющие технологического процесс; и управления качеством формы. Решение этой задачи приводит J созданию АСУ ТП формообразования и смесеприготовлекия. Эт возможно только при решении соответствующей математическоі модели на ЭВМ с применением современных численных методов.
Высказанные обстоятельства подтверждают актуальность избранной темы, ее значимость для теории и практики литейногс производства.
Цель работы
Целью настоящей диссертационной работы является повышение качества литых заготовок, получаемых в сырых песчаиы: формах, с помощью компьютерного моделирования высокоскоростных процессов уплотнения.
Основные задачи, исследования
1. Построение математической модели и разработка алгоритма компьютерного расчета плотности литейных форм, изготавливаемых в опоках с моделью при уплотнении ударной нагрузкой формовочных смесей с нелинейно изменяющаяся реологическими характеристиками.
2. Разработка методики экспериментального изучения поведения реологических характеристик формовочной смеси при уплотнении и проведение экспериментальных исследовании,
3. Разработка механизма образования и метода расчете толщины вьгеокошіотного поверхностного слоя литейной формы.
Методы исследования
В работе использован метод конечных элементов исследования напря нно-деформированного состояния литейной формы при нелинейном нестационарном способе ее уплотнения. Применены новые методы экспериментального определения параметров уплотняемой формовочной смеси.
Научная новизна работы
1. Разработана методика компьютерного моделирования нелинейного нестационарного процесса уплотнения формовочной смеси в опоках с моделью при ударном, а также комбинированном нагружении.
2. Разработана методика экспериментальных исследований законов изменения реологических параметров формовочной смеси при уплотнении, характеризующих ее объемно нагруявнное состояние (продольного модуля деформирования Е и коэффициента поперечной деформации v) „
3. Предложен механизм образования и метод расчета толщины высокоплотного поверхностного слоя литейных форм, а также способ его экспериментального обнаружения.
Практическая ценность работы
1. Разработан пакет прикладных программ на языке ПАСКАЛЬ расчета на ЭВМ поля плотности формовочной смеси с нелинейно язменякзцимися свойствами при высокоскоростном и комбинированном уплотнении в сечении опоки с моделью.
2. Предложены способы управления процессом образования зысокоплотного поверхностного слоя.
3. Получены числовые значения реологических характери-:тик высокопрочной формовочной смеси в процессе ее уплотнения.
Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены ia научных семинарах кафедры "Т томатизированное литейное іроизводство" MTW в 1994 - 1997 vv; часть результатов поглупила материалом для дипломных работ инженера-программиста і инженера-исследователя по специальности 2204 (программное обеспечение вычислительной техники и автоштизированных си :тем) г защищенных автором в 1994 и 1996 rv. в МГИУ.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 статьи.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введе-ия, 5 глав и общих выводов. Содержит 100 страниц машинописного текста, 24 рисунка, таблицу и список литературы из 75 іаименований.
