Введение к работе
Актуальность темы. Материальной основой технического перевооружения народного хозяйства является машиностроение, главной задачей которого является обеспечение всех отраслей высокоэффективными машинами и оборудованием. На современном этапе развития производства в промышленности, на транспорте и в сельском хозяйстве получило широкое и разнообразное применение компрессорное оборудование. В настоящее время, в условиях рыночных отношений, имеется потребность в компрессорах для различных отраслей народного хозяйства (нефтегазовая, химическая, авиационная промышленность, энергетика, судостроение, железнодорожный транспорт, военно-промышленный комплекс и др.). Требования к компрессорному оборудованию повышаются в связи с возрастающими требованиями к гидравлическим и пневматическим системам, устройствам и аппаратам, работающим на повышенных скоростях и силовых режимах, в условиях высоких давлений жидкостей и газов. Это вызывает необходимость высоких технических требований, предъявляемых к деталям компрессоров.
В современных компрессорных установках масса литых деталей составляет 60-80 % от общей массы деталей. К литым деталям для компрессоров предъявляется ряд специфических требований по структуре, физико-механическим свойствам, чистоте по неметаллическим включениям и др. Особенно высокие требования предъявляются к отливкам по плотности и герметичности. Высокие технические требования к литым деталям для компрессоров высокого давления требуют решения ряда научно-технических задач по разработке и внедрению в производство эффективных способов получения литых деталей высокой герметичности и надежности. Несмотря на то, что по вопросам герметичности отливок имеются некоторые теоретические разработки и производственный опыт заводов, в настоящее время требуется дальнейшее исследование этой важной характеристики чугуна. Получение герметичных литых деталей со стабильными эксплуатационными характеристиками является актуальной проблемой литейного производства. Как в отечественной, так и в зарубежной научно-технической литературе недостаточно сведений об оптимальном комплексе условий, обеспечивающих в процессе изготовления литой детали высокие герметические характеристики. Изучение причин негерметичности литых деталей показало, что они обусловлены металлургическими, конструкторскими и технологическими факторами и требуют дифференцированного подхода к изучению каждого типа отливок. При этом за основу теоретических и экспериментальных исследований целесообразно принимать отливку со всем комплексом присущих ей особенностей.
В настоящее время при значительных потерях от брака литых деталей непроизводительные издержки производства достигают больших величин. По имеющимся данным на предприятиях компрессорного и холодильного машиностроения брак чугунных литых деталей по негерметич-
ности составляет 50-56 % от общего брака отливок. Поэтому повышение герметичности литых деталей из чугуна, работающих в машинах под высоким давлением, снижение потерь от брака рассматриваются как один из значительных факторов повышения производительности труда и рентабельности литейных цехов за счет использования внутренних резервов и повышения технического уровня производства.
Это особенно актуально в современных условиях, когда повышение
конкурентоспособности изделий определяет их выход на внутренний и
внешний рынки. Повышение герметичности литых деталей из чугуна
представляет сложную задачу и требует проведения целого комплекса ис
следовательских работ. '
Цель работы. Целью диссертации является повышение надежности и конкурентоспособности машин, в том числе компрессоров, путем обеспечения высокой герметичности литых деталей из чугуна.
В настоящей работе рассмотрены некоторые наиболее важные вопросы, имеющие научное и практическое значение в производстве ответственных отливок. Имея в виду разработку оптимальных условий изготовления качественных литых деталей из чугуна для компрессоров высокого давления, диссертационная работа включает в себя решение следующих задач:
на основе уточнения и дальнейшего развития методики исследования изучить влияние структуры чугуна на герметические характеристики литых деталей;
исследовать влияние на герметичность литых деталей из чугуна:
некоторых металлургических факторов (шихтовые материалы, модифицирование и легирование чугуна, способы плавки и др.);
наиболее существенных технологических факторов (тип литейной формы, подвод жидкого металла в литейной форме, поверхностное микролегирование и др.);
конструкторских факторов и напряженного состояния литых деталей;
предложить мероприятия по повышению герметичности литых де
талей из чугуна и методы по объективному ее контролю.
Диссертация направлена на повышение качества литых деталей и; чугуна, надежности и долговечности машин, работающих под высоки» давлением, а также на улучшение технико-экономических показателей работы литейных цехов машиностроительного комплекса.
Научная новизна. Выполненные исследования позволили получиті следующие новые научные результаты и положения, которые ВЫНОСЯТС! автором на защиту:
количественная оценка влияния химического состава и структурь чугуна на герметичность литых деталей;
методология комплексного воздействия на структурообразован» чугуна с целью повышения его герметичности;
методика прогнозирования герметичности отливок и оптимизации металлургических конструкторских и технологических факторов;
принципы обеспечения технологичности конструкции отливок с точки зрения их герметичности;
закономерности влияния напряженного состояния и внутренних напряжений в отливке на герметичность литых деталей из чугуна;
методика обеспечения заданного уровня герметичности по всей поверхности и зонам отливки, имеющим разную толщину стенок, с использованием разработанных автором покрытий и микролегирования чугуна;
методика расчета и конструирования литниковых систем, ориентированных на обеспечение заданной структуры и герметичности литых деталей из чугуна.
Практическая значимость работы состоит в следующем;
разработан комплекс мероприятий, включающий прогрессивные технологические процессы индукционной плавки, электрошлакового переплава чугуна, применение металлических и оболочковых литейных форм, поверхностного микролегирования и легирования чугунных отливок, применение специальных конструкций литниковых систем, позволяющих при внедрении их на заводах компрессорного машиностроения значительно повысить герметические характеристики и надежность литых деталей из чугуна;
разработаны и* внедрены в производство рекомендации по конструированию чугунных отливок с высокими герметическими характеристиками;
усовершенствованы научно обоснованные методы и оборудование для контроля герметичности чугунных отливок, разработана и внедрена в производство соответствующая техническая документация (инструкции, техпроцессы и др.)
снижен брак по негерметичности цилиндровой и корпусных групп отливок на 55-60 %.
Реализация работы осуществлялась в ходе выполнения разработанных мероприятий на Уральском компрессорном заводе и других заводах компрессорного машиностроения.
Внедрение мероприятий по повышению герметичности отливок из чугуна позволило снизить себестоимость 1 тонны годных отливок на 6-8 руб. и обеспечить экономический эффект 467 тыс. руб. (в ценах до 1990 г.). Результаты исследований внедрены на ряде заводов тяжелого и транспортного машиностроения и других заводах машиностроительного комплекса.
Апробация работы. Результаты работы были доложены и обсуждены на 22 конференциях, совещаниях и семинарах, в том числе на 14 Всесоюзных научно-технических копференциях и семинарах и 5 Всесоюзных и региональных конференциях по проблемам качества и надежности в компрессоростроении. Из них наиболее существенными по проблеме герметичности были доклады на XXII Всесоюзной научно-технической конференции литейщиков (г. Харьков, 1967 г.); семинаре по герметическим
свойствам литейных сплавов (г. Одесса, 1967 г.), XXIY Всесоюзной науч но-технической конференции литейщиков (г. Свердловск, 1969 г.), научно техническом совете научно-исследовательского института «ВНИИТЕХ МАШ» (г. Сумы, 1969 г.), научно-техническом семинаре «Новейшие дос тижения в кокильном литье» (г. Одесса, 1971 г.), конференции по качеств] отливок из чугуна НПО «Союзкомпрессормаш» (г. Ташкент, 1979 г.), тех нико-экономическом совете Уральского компрессорного завода «Влияниі металлургических, конструкторских и технологических факторов на гер метичность отливок для компрессоров» (г. Свердловск, 1986 г.), семинар! «Изготовление отливок в металлические формы» (г. Москва, 1987 г.), кон ференции «Прогрессивные технологические процессы и подготовка кадрої для литейного производства»(г. Екатеринбург, 1998 г.), расширенном засе даний Технико-экономического совета АООТ «Уральский компрессорньїі завод» (г. Екатеринбург, 1998 г.).
Публикация материалов работы. По материалам диссертации опу бликовано 20 работ и получено 3 авторских свидетельства на изобретения За достигнутые успехи по внедрению в производство передовых техноло гических процессов, в том числе по теме диссертации автор награжден тре мя медалями ВДНХ. За успехи в развитии компрессорного машинострое ния он награжден орденами и медалями СССР, грамотой Минхимнефте маша СССР, грамотой Губернатора Свердловской области. За активнук изобретательскую и рационализаторскую работу в области литейного про изводства ему присвоено почетное звание «Заслуженный рационализато] РСФСР» (1973 г.). За успехи по внедрению прогрессивной технологии ав тору присвоено почетное звание «Заслуженный металлург Российской Фе дерации» (1993 г.). За заслуги в деле возрождения науки и экономики Рос сии Президиум Международной академии наук о природе и обществе на градил автора медалью Петра I (1997 г.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, '. глав, заключения, списка литературы и приложения. Диссертация изложе на на 156 страницах машинописного текста, содержит 65 рисунков, 10 таб лиц и список литературы в количестве 126 наименований.