Введение к работе
Актуальность. В настоящее время в литейном производстве серь-toe значение приобретает реализация новых технологий, связанных с ідаением качества производимой продукции при максимально вогмож-г экономии материальных и трудовых ресурсов. Это особенно ощутимо : изготовлении крупных отливок ответственного назначения, в част-ти, литых заготовок прокатных валков и их бандажей. Уровень экс-атационных свойств такого рода иаделия определяется в значитесь-мере качеством его рабочих поверхностных слоев и отсутствием гктов усадочного происхождения.
Высокие требования, предъявляемые к рабочему слою подобной от-ш, такие как износостойкость, равномерность механических покален по бочке валка и др., связаны с формированием ее структуры оцессе затвердевания* Поэтому весьма актуальными являются ул-ение и прогнозирование литой структуры отливки. Отсутствие) усадочных дефектов в теле стальной литой заготовки атного валка или его бандажа соответствует достаточное питание зки расплавом. Получение мьоготоннажной стальной отливки с ло-?ацией усадочных дефектов в ее прибыльной части должно соче-:я с рациональным использованием металла для достижения макси-га возможного выхода годного.
Для определения оптимальных параметров технологического про-
изготовдения литых заготовок прокатных валков необходимы зна-
кинетике затвердевания крупных цилиндрических отливок, полу-
з при изучении их формирования в многофакторной системе.
{ель работы. Разработка методов оптимизации тепловых условий
для управления структурообразованием и питанием крупной ци-
іческой стальной отливки ответственного назначения.
'аучная новизна. Разработана математическая модель-ватвердева-
металлической форме поверхностных слоев крупной цилиндричес-
альной отливки с учетом пластических и упругих деформаций ее
цевшей корочки. Разработана методика определения шагов интег-
іия для решения задачи затвердевания отливки конечно-разност-
юобом, позволяющая обеспечить не только устойчивость счета,
іеобходиму» точность. Получена экспериментальная зависимость
величины литого верна стали 1БОХНМ от скорости охлаждения
затвердевании. Разработана методика определения средней ве-
личины литого зерна в поверхностных слоях крупной цилиндрической отливки из заэвтектовдной стали, затвердевающей в металлической форме. На базе проведенных исследований кинетики затвердевания поверхностных слоев отливки получены регрессионные зависимости, позволяющие проводить оптимизацию параметров технологического процесса с целью формирования структуры с заданной величиной литого зерна.
Разработана методика аппроксимации граничных условий в узлах, образованных пересечением границ сопрягаемых тел. Разработана также методика расчета геометрии усадочной раковины при формировании стальной цилиндрической отливки. На основании математического моделирования формирования усадочной раковины в полой цилиндрической отливке из стали 150ХНМ получены регрессионные выражения, позволяющие оптимизировать параметры технологического процесса для обеспечения максимально возмозкного выхода годного.
Практическая ценность. Проведена оптимизация параметров технологического процесса получения литых заготовок бавдакей прокатных валков из ваэвтектоидной стали 150ХНМ с заданной величиной литого зерна в поверхностном слое отливки при максимальном выходе годного.
На основании прогнозирования расчетным путем средней величины литого зерна в поверхностных слоях отливки проведена оценка необходимости применения дополнительного динамического воздействия на затвердевающий металл, исследована и подтверждена высокая его эффективность. Разработана новая технология получения заготовок бак-дачей прокатных валков, позволяющая повысить их эксплуатационную стойкость и снизить затраты на изготовлен*!» и механическую обработку.
Реализация работы в промышленности. Результаты исследований использована для разработки технологического процесса изготовления литых заготовок бандажей прокатных валков из сталі: 1Б0ХК.1. внедренного на Уфалейском заводе металлургического машиностроения с суммарным фактическим экономическим эффектом 1218298 рублей в ценах 1991г. Доля автора - 200000 рублей.
На защиту выносятся следующие научные положения:
структурообразованием рабочего слоя крупных стальных прокатных валков можно управлять в широких пределах, изменяя условия формирования газового зазора между отливкой и металлической формой;
Формирование газового зазора на границе отливка-металлическая форма существенно зависит от пластических и упругих деформаций
затвердевшей корки и естественной конвекции расплава;
уровень и неравномерность эксплуатационных свойств рабочей поверхности крупных стальных отливок при литье в металлические формы значительно определяется толщиной кокильного покрытия, геометрическими характеристиками отливки и начальной температурой формы;
наиболее эффективно комбинировать влияние теплофизических факторов на структурообразование отливки с применением вибрации.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на научно-технических конференциях: "Пути повышения качества и экономичности литейных процессов" (г.Одесса, 1993); "Оптимизация технологических процессов и управление качеством при производстве фа-сенных отливок"(г.Ярославль, 1993).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Объем работы. Диссертация состоит ко введения, пяти глав, заключения , 13 приложений, изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 13 таблиц, 47 рисунков. Список использованной литературы включает 122 наименования.