Разработка модели технологического процесса получения ребристых труб и ее апробация

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1. АНАЛИЗ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЛИТЬЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ 6

2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ ТЕПЛООБМЕННИКА 10

2.1. АНАЛИЗ ЗАКАЗА 10

2.2. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ЛИТОЙ ДЕТАЛИ И ВЫБОР СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ 11

2.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОТЛИВКИ В ФОРМЕ ПРИ ЗАЛИВКЕ 15

2.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УЧАСТКОВ ПОВЕРХНОСТИ ОТЛИВКИ, ВЫПОЛНЯЕМЫХ СТЕРЖНЯМИ 17

2.5. ВЫБОР МАТЕРИАЛА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДЕЛЬНОГО КОМПЛЕКТА 17

2.6. КОНСТРУКЦИЯ И РАЗМЕРЫ МОДЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКТОВ 20

2.7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И КОНСТРУКЦИИ ОПОК 21

2.8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЛИТНИКОВО-ПИТАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ 21

2.9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ РАСПЛАВА ПРИ ЗАЛИВКЕ В ФОРМУ 23

2.10. ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ОХЛАЖДЕНИЯ ОТЛИВОК В ФОРМЕ 23

2.11. ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ 25

2.12. ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВКИ 26

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РУЧНОЙ ФОРМОВКИ 27

3.1. ОСОБЕННОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ РУЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ 27

3.1.1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К РУЧНОЙ ФОРМОВКЕ 27

3.1.2. ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ 27

3.2. ПОДГОТОВКА ЛИТЕЙНОЙ ОСНАСТКИ 30

3.3. УПЛОТНЕНИЕ СМЕСИ В ОПОКЕ 31

3.4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ 32

3.5. СУШКА СТЕРЖНЕЙ 32

4. АНАЛИЗ БРАКА ПОЛУЧЕННЫХ ОПЫТНЫХ ОТЛИВОК И ПУТИ ЕГО УСТРАНЕНИЯ 34

5. ПОСТРОЕНИЕ ПРИБЛИЖЕННОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СКОРОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ОТЛИВКИ 40

5.1. ОСНОВЫ ТЕРМОКИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ 40

5.2. РАСЧЕТ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ 44

5.3. ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ 47

6. ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ЧУГУНОВ 48

6.1. РАЗНОВИДНОСТИ НАРУШЕНИЙ ПЛОТНОСТИ СЕРОГО ЧУГУНА 48

6.1.1. МИКРОПОРИСТОСТЬ 48

6.1.2. МАКРОПОРИСТОСТЬ 51

6.1.3. ГРУБАЯ ДЕФЕКТНАЯ ПОРИСТОСТЬ 53

6.2. ФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕРМЕТИЧНОСТИ СЕРЫХ ЧУГУНОВ 54

7. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 61

7.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЧУГУНА 61

7.1.1. РАЗРАБОТКА СПОСОБА И МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЧУГУНА 61

7.1.2. КОНСТРУКЦИЯ ГЕРМЕТОМЕТРА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЧУГУНА 64

7.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ЧУГУНА 66

7.2.1. ТВЕРДОСТЬ КАК ХАРАКТЕРИСТИКА СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ 66

7.2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ БРИНЕЛЛЯ 66

7.2.3. ПОРЯДОК РАБОТЫ НА ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОМ ПРИБОРЕ 2109 ТБ 67

7.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКРОСТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ 69

7.3.1. МАКРОАНАЛИЗ СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВ 69

7.3.2. МАКРОАНАЛИЗ ИЗЛОМА МЕТАЛЛА 70

7.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ 70

7.4.1. МИКРОСТРУКТУРА ЧУГУНА 70

7.4.2. МИКРОАНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ 72

7.4.3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ МИКРОШЛИФОВ 72

7.4.4. ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ 73

7.4.5. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ МЕТАЛЛОГРАФИЯ 74

8. ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 76

8.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ОБРАЗЦА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ 76

8.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ЧУГУНА 80

8.2.1. МАКРОСТРУКТУРА СУРЬМЯНИСТОГО ЧУГУНА 83

8.2.2. МИКРОСТРУКТУРА СУРЬМЯНИСТОГО ЧУГУНА 89

8.2.3. ВЛИЯНИЕ СУРЬМЫ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ЧУГУНА 89

8.3. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СУРЬМЯНИСТОГО ЧУГУНА 98

9. ОХРАНА ТРУДА 102

9.1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ ПРИ РАБОТЕ В ЛИТЕЙНОЙ ЛАБОРАТОРИИ 102

9.2. МЕРОПРИЯТИЯ, НАПРАВЛЕННЫЕ НА УСТРАНЕНИЕ И СНИЖЕНИЕ ВЫЯВЛЕННЫХ ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ 103

9.3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОТВАЛОВ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА 109

10. ВЫВОДЫ 112

ЛИТЕРАТУРА 114

ВВЕДЕНИЕ

Рациональное использование природных ресурсов и энергии является важнейшей задачей производства, экономики и эколо-гии. Поэтому создание оборудования, позволяющего экономить тепловую энергию, является наиболее актуальным.

В решении этой проблемы важная роль принадлежит литейному производству, т.к. литьем получают большинство гидравлическо-го и энергетического оборудования. Среди подобного оборудова-ния особое место занимают литые теплообменники, конструкция которых постоянно усовершенствуется, позволяя более рацио-нально использовать тепловую энергию. Другим направлением в производстве теплообменников, является их удешевление за счет используемого при их отливке сплава. т.к. к подобным отливкам предъявляются повышенные требования по герметичности, то их обычно изготавливают из стали, цветных сплавов или высоко-прочного чугуна, что значительно увеличивает стоимость этих отливок. Выход видится в использовании серого чугуна, для че-го необходимо найти способы улучшить его свойства.

В производстве подобных отливок также важная роль отво-дится математическому моделированию, которое в значительной степени упрощает прогнозирование процесса формирования отлив-ки, структуры металла и, в конечном итоге, качества получае-мой отливки.

1. АНАЛИЗ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЛИТЬЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Производство теплоэнергетического оборудования является важной экономической и экологической задачей. Это опреде-ляет актуальность задачи повышения надежности и долговеч-ности работы и коэффициента полезного действия энергетиче-ского оборудования, в том числе и теплообменников. Надеж-ность и экономичность работы этих агрегатов определяется работоспособностью радиаторов - узлов, работающих в услови-ях повышенных давлений и в агрессивной среде.

Теплообменники подразделяются на промышленные и бытовые. Выпуск бытовых радиаторов впервые был налажен еще в 40-х годах на Московском чугунолитейном заводе им.Войкова (Рос-сия). [1]. Были созданы различные типы радиаторов, разрабо-таны технологии их производства.

На заводе им.Войкова проводились исследования по разра-ботке связующих материалов для стержневых смесей, применяе-мых в производстве радиаторов. В результате исследований был разработан безмасляный крепитель БК. [2]. Для стержне-вых смесей был предложен также безмасляный крепитель КО, для изготовления которого использовались остатки производ-ства синтетических жирных кислот, растворенных в уайт-спирите. [3].

Особые требования при литье радиаторов предъявляются к металлу отливки. Сплав должен обладать:

 прочностью,

 износостойкостью,

 коррозионной стойкостью,

 герметичностью.

Такими материалами обычно служат сталь, чугун и некото-рые цветные сплавы. Однако, высокая стоимость стали и цвет-ных сплавов, а также низкие литейные свойства этих сплавов ограничивают широкое их применение в качестве материала для отливок гидросистем и теплоэнергетического оборудования. Наиболее широкое применение при изготовлении теплообменни-ков получил чугун, как более дешевый, доступный и хороший литейный материал. [24]. Одним из основных требований, предъявляемых к чугуну, является его герметичность.

Требования по герметичности предъявляются к большинству отливок, работающих с жидкостями и газами под давлением. При наблюдении за работой гидравлических устройств, рабо-тающих под давлением, часто приходится наблюдать явления, противоречащие друг другу. Так, в ряде случаев одни и те же материалы иногда ведут себя по-разному. То появляется про-сачивание жидкости при небольшом давлении, то при значи-тельных давлениях тот же материал ведет себя совершенно по-другому и показывает хорошую герметичность. [24].

Герметичность отливок зависит от неплотного строения. Неплотное строение отливок вызывают макро- и микродефекты. Макродефекты - усадочные, песчаные, шлаковые раковины, раз-личного рода трещины, спаи и другие нарушения сплошности металла; микродефекты - газовая и рассредоточенная усадоч-ная пористость, крупные выделения графита, дефекты, связан-ные с фазовыми превращениями материала отливки и другие. [8]. Эти дефекты приводят к браку отливок.

С целью изучения герметичности чугунов многими исследо-вателями были проведены ряд опытов, которые проливают свет на природу герметичности чугунов. Герметичность определяют различными способами: минимальной толщиной стенки, выдержи-вающей заданное давление, максимальным давлением до появле-ния течи, расходом жидкости и газа через стенку определен-ной толщины при постоянном давлении, поэтому невозможно со-поставить результаты отдельных исследователей.

Так, например, Г.Тамман и Г.Брейдемейер предложили метод определения пористости чугуна красящими веществами. Чугун-ные кубические образцы с длиной ребер 30 и 60 мм помещали в свободное пространство стального цилиндра с плотно пригнан-ным поршнем, заливались водным раствором фуксина или зозина и с помощью пресса в течение 10-30 минут подвергали гидро-статическому давлению. По количеству красителя, проникающе-го в образец, определялась пористость чугуна. [24].

В США применяется электропневматический метод испытания на герметичность. [8]. Скорость утечки сжатого воздуха из полости отливки контролируется электрическими датчиками. Метод пригоден для проверки различных по объему образцов при различных давлениях и позволяет качественно оценить герметичность, автоматизировать процесс испытания и автома-тически сортировать отливки по герметичности.

Герметомер, созданный в Санкт-Петербургском политехниче-ском институте (Россия), основан на определении количества газа, просочившегося через стенку образца