Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В услопиях постоянно повышающихся требований к качеству отливок, сокращение сроков технологической подготовки производства и необходимость повышения уровня принимаемых проектных решений представляют собой одни из важнейших задач современною литейнс о производства и іесно связаны с экономическими показателями литейных цехов. Одним из наиболее -эффективных путей решения этих задач является использование комплексных систем автоматизированного проекгирования технологических процессов литья (САЛг' ТГШ). Однако в настоящее время имеется ряд нерешенных проблем теоретического и практического характера, связанных с разработкой комплексных САПР ТПЛ. В частности, на данный момент практичесіаі нет эффективных методик математического моделирсвания процесса заливки на основе уравнений неустановившегося движения расплавленного металла в каналах литейной формы, математического моделирования и оптимизации литниковых систем по критериям качества будущей отливки. Отсутствуют банки данных положительных технологических решений с надежными системами информационного поиска, которые бы учитывали многолетний опыт в проектировании технологических процессов литейного производства. Нет эффективного аппарата конструкторской и графической проработки элементов литейной ггхнолотии.
В связи с вышеизложенным актуальным является проведение исследований по изучению неустановившегося движения расплавленного металла в каналах литейной формы с целью разработки методик математического моделирования процесса заливки и оптимизации литниковых сие гем по критериям качества, а также разработка элементов комплексной САПР ТПЛ.
Связь работы с крупными научными программами. Настоящая работа выполнена в соответствии с Государственной научно - технической программой "Технологии", угеержденной Советом Министров РБ (№7 от 17.01.1996г. ), и в соответствии с планом научно - исследовательских программ Белорусской государственной политехнической академии: "Разработка ресурсосберегающих экологически чистых технологий получения высококачественных материалов и изделий из них, в том числе с использованием промышленных отходов предприятий Республики Беларусь" (ГБ-92-21/6, 1992-1995r j, "Разработка методики
и пакета прикладных программ для математического моделирования литниковых систем" (ГБ-96-21/1, 1996г.), "Разработка элементов комплексной системы автоматизированного проектирования технологических процессов литьл" (ГБ-97-73, 1997г.), а также в рамках хозяйственных договоров "Разработать и внедрить на заводах Республики Беларусь технологию изготовле: ая ответственных отливок из литейных сплавоа с использованием пенофильтров" Ха 1342/95 (Белорусская ассоциация литейщиков и металлургов), "Разработка комплексной САПР ТПЛ" №19-96 (Гомельский литейный завод "Центрслит").
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы заключалась в разработке комплексной системы автоматизированного проектирования технологических процессов литья, основными элементами которой являются модули математического моделирования процесса заполнения полостей литейных форм расплавленным металлом и оптимизации литниковых систем по критериям качества.
Для реализации поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
разработать методику математического моделирования процесса заполнения полости литейной формы расплавленным металлом на основе уравнений неустановившегося движения;
исследовать влияние инерционного напора от действия локальных сил инерции потока на процесс заливки литейных форм;
разработать методику математического моделирования и оптимизации литниковых систем на основе критериев качества отливок;
провести экспериментальные исследования по проверке адекватности разработанных методик физической сущности процессов и корректировке параметров соответствующих математических моделей;
сформировать банк данных положительных технологических решений и информационно-поисковый классификатор для станочных отливок из серого чугуна, получаемых в, разовых песчано-глинистых формах, а также разработать элементы автоматизированного проектирования литейной технологии;
внедрить и апробировать результаты работы в условиях действующего производства
Научная новизна работы. Работа содержит новые научно обоснованные теоретические и экспериментальные результаты в области литейной гидродинамики и математического моделирования процессов заполнения литейных форм расплавленным металлом, совокупность
которых имеет существенное значение для развития процессов автоматизированного проектирования и управления качеством продукции литейного производства. Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
-
Разработана новая методика математического моделирования процесса послойного заполнения полости литейной формы расплавленным металлом на основе уравнений неустановившегося медленно меняющегося движения с учетом локальных сил инерции потока и гидравлического удара, возникающего в конце процесса заливки.
-
Впервые теоретически и экспериментально показано влияние инерционного напора на процесс заливки литейных форм. Установлено, что величина инерционной составляющей зависит от конфигурации полости литейной формы и типа моделирующей жидкости. Размах амплитуды колебаний при гидравлическом ударе в значительной степени определяется величиной инерционной составляющей потока расплавленного металла. -
3. Получены новые экспериментальные данные, позволяющие
определит!, коэффициенты потерь при неустановившемся движении
расплава серого чугуна в местных сопротивлениях литниковых систем
и каналах песчано-глиниешх форм.
4 На основе анализа теоретических, экспериментальных и статистических данных предложена новая методика математического моде-лирования и оптимизации литниковых систем по криіериям качества
Практическая и экономическая значимость полученных результатов состоит в разработке:
- программного обеспечения элементов комплексной системы ав-
юмаинированното проектирования технологических процессов литья
для предприятий, специализирующихся на единичном и мелкосерий
ном производстве отливок из серого чугуна;
- оптимальных конструкция литниковых систем для ОТ Л ИРОК
корпус редуктора', "корпус насоса", "крышка" и "фланец", получае
мых ні серого чмуна при литье в песчано-глинистые формы для усло
вий Гомельского литейкою завода "Центролит"', что позволило иону-
41 ч. ютовой экономический эффект в раїмере 146 млн. руб.,
- программного обеспечения для расчета дроссельных литнико
вых систем и литниковых систем с пенофильграмп по специальному
.*
заказу Белорусской ассоциации литейщиков и металлургов для предприятий промышленности РБ.
В связи с вышеизложенным на защиту выносятся:
методика расчета процесса заполнения полости литейной формы расплавленным металлом на основе уравнений неустановившегося движения;
влияние инерционного напора от действия локальных сил инерции потока на процесс заливки литейных форм, а также зависимость инерционной составляющей от конфигурации отливки и моделирующей системы;
экспериментальные зависимости для определения коэффициентов потерь в местных сопротивлениях полостейлитейных форм и литниковых систем при неустановившемся движении расплава серого чугуна;
методика математического моделирования и оптимизации литниковых систем по критериям качества;
принципы разработки элементов комплексной системы автоматизированного проектирования технологических процессов литья.
Личный вклад соискателя в совместных работах, результаты ко-. торых вошли в диссертацию, заключается в следующем: автором лично разработаны методики математического моделирования процесса заполнения полости литейной формы расплавленным металлом, моделирования и оптимизации литниковых систем по критериям качества; получены все результаты численных и экспериментальных исследований, а также их математическая обработка; разработано программное обеспечение; выполнен анализ и обобщение полученных результатов. Совместные работы соискателя выполнены в соавторстве с научным руководителем диссертационной работы д т.н., профессором ДМ. Кукуем, которому принадлежит постановка цели и задач исследований.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях: "78 научно-техническая конференция 'преподавателей и сотрудников БГПА" (г.Минск, 1995), "Международная научно-техническая конференция, посвященная 75-летию БГПА" (г.Минск, 1996), "Современные проблемы машиноведения" (г.Гомель, 1996), "Ресурсо- и энергосберегающие технологии в промышленности" (г Одесса, 1996), "42 Intemationalen VVissenscJiafllichcn Kolloquium 11WK" (і .llmcnaii, 1997). а іакже па научно-технических семинара» кафедры
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, из них: 2 стагьи в научно-технических журналах, 2 статьи в сборниках научных трудов; 3 статьи в информационных бюллетенях, распространяемых в стране и за рубежом; 1 тезис докладов, опубликованный за рубежом, а также 2 заключительных отчета о законченной НИР.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введе-,, ния, общей характеристики работы, пяти глав (96 страниц машинописного текста), в которых 45 рисунков и 15 таблиц, пршюжешія (12 страниц), списка использованных источников (і 30 наименований).