Исследование процессов получения отливок из магниевых сплавов в селективно-отверждаемых формах с целью изготолвения литых деталей ответственного назначения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.04, кандидат технических наук Цыновникова, Юлия Павловна

• Цыновникова, Юлия Павловна
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Цыновникова, Юлия Павловна

Содержание.

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1 Магниевые сплавы.

1.1.1 Область применения в литейном производстве.

1.1.2 Особенности плавки, заливки и кристаллизации (сплав МЛ5).

1.1.3 Характерные виды брака отливок из магниевых сплавов системы М£-А1^п.

1.2 Метод быстрого прототипирования при изготовлении форм и стержней и его применение.

1.2.1 Цели и задачи, решаемые технологией быстрого прототипирования в литейном производстве.

1.3 Изготовление литейных форм на установке 8-15 и особенности их применения.

1.3.1 Принцип работы.

1.4 Выводы и цели исследования.

Глава 2. Методики исследований и оборудование.

2.1 Определение свойств формовочной смеси, полученной методом селективного отверждения.

2.1.1 Определение зернового состава песка.

2.1.2 Определение прочности смеси на изгиб.

2.1.3 Определение прочности смеси на растяжение.

2.1.4 Определение газопроницаемости смеси.

2.1.5 Определение гигроскопичности смеси.

2.1.6 Оценка влияния прочности температуры и влажности окружающей среды на прочность смеси на изгиб.

2.1.7 Оценка влияния длительности выдержки в нормальных условиях на газопроницаемость смеси и на изменение массы образцов.

2.1.8 Определение газопроницаемости смеси по мере выгорания связующего в условиях, приближенных к реальным условиям литья

2.2 Определение теплофизических свойств селективно-отвержденных форм.

2.2.1 Определение теплопроводности.

2.2.2 Определение теплоемкости.

2.3 Оценка влияния условий хранения селективно-отвержденных форм на свойства и структуру полученных в них отливок, а так же на выбиваемость формы.

2.3.1 Конструирование литейной формы для комплексной оценки свойств смеси, использующейся в методе быстрого прототипирования моделей и форм.

2.3.3 Плавка и заливка сплава МЛ5пч.

2.4 Анализ фазовых составляющих микроструктуры сплава МЛ5пч и МЛ10.

2.4.1 Определение механических свойств сплава МЛ5пч на вырезанных образцах.

2.4.2 Анализ микроструктуры сплава МЛ5пч.

2.4.3 Оценка влияния условий хранения и термообработки форм на выбиваемость смеси.

Глава 3. Исследование материала формы, изготовленной методом трехмерной печати на установке 8-15.

3.1 Исследование характеристик и свойств компонентов селективно-отвержденной формовочной смеси.

3.1.1 Формовочные материалы: основные свойства, требования, предъявляемые к формовочным материалам.

3.2 Технологические свойства материала формы.

3.2.1 Механические свойства смеси.

3.2.1.5 Изменение гигроскопичности образцов смеси.

3.3 Свойства смеси при повышенных температурах и в условиях, приближенных к взаимодействию с металлом.

Глава 4. Особенности моделирования процессов затвердевания магниевых сплавов в формах, изготовленных методом селективной печати, с использованием пакета программ РгоСаБ!.

4.1 Теплофизические свойства материала формы.

4.1.1 Определение теплоёмкости.

4.1.2 Определение теплопроводности.

4.2 Сравнение итогов моделирования и реальных результатов заливок.

4.3 Аналитическое исследование эффективности прибылей для решения проблемы появления газоусадочной микропористости в магниевых отливках.

Глава 5. Особенности литья магниевых сплавов в формы, изготовленные методом трехмерной печати.

5.1 Сравнительный анализ качества отливок, полученных в различных формах.

5.1.1 Точность геометрии.

5.2 Сравнительный анализ жидкотекучести сплава МЛ5.

5.3 Сравнение механических свойств отливок из сплава МЛ5, полученных в селективно- отвержденную форму и кокиль.

5.4 Сравнение фазового состава структур сплава МЛ5 отливок, полученных в селективно-отвержденную форму и кокиль.

5.5 Влияние условий хранения форм на их свойства, а так же на качество поверхности, механические свойства и микроструктуру получаемых литых заготовок из сплава МЛ5.

5.5.1 Заливка и выбивка форм, подверженных различным способам подготовки. Характерные моменты.

5.5.2 Механические свойства образцов, полученных в формах подверженных различным методам подготовки к заливке.

5.5.3 Сравнительный анализ изломов металлических образцов.

5.3.4. Сравнительный анализ микроструктур.

5.3.5 Выбивка форм и газопроницаемость после заливки.

Глава 6. Исследование возможности регенерации отработанной смеси 8-15.

6.1 Обозначение проблемы.

6.2 Классификация процессов регенерации.

6.3 Поиск способа регенерации песка, использованного при построении форм на установке 8-15.

6.4 Результаты исследования.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование процессов получения отливок из магниевых сплавов в селективно-отверждаемых формах с целью изготолвения литых деталей ответственного назначения»

Диссертация посвящена рассмотрению перспективного направления -исследованию особенностей получения магниевых отливок в формах, изготовленных методом трехмерной печати (селективного отверждения). Направление исследований связано с остро стоящей проблемой быстрого получения магниевых отливок для авиационной промышленности.

Основным методом производства таких отливок является литьё в кокиль с использованием песчано-смоляных стержней сложной конфигурации. Будучи широкоинтервальными, сплавы МЛ5 и МЛ 10 нуждаются в интенсивной скорости затвердевания во избежание типичного брака для этой группы сплавов - усадочной микрорыхлоты, или пористости. Литье в кокиль позволяет свести риск брака по пористости к минимуму. Этот метод хорошо зарекомендовал себя для крупносерийного производства.

Однако при производстве мелкой партии сложных отливок и, особенно, при разработке новых агрегатов, метод литья в кокиль становится малоэффективным, поскольку при отработке технологии литья, особенно сложного, вносится большое количество исправлений в конструкцию литниковой системы, что ведет к изменению технологической оснастки. Естественно, что» выполнять новый кокиль под каждый вариант затруднительно, в основном по временным затратам, но также по материальным. Идеальным решением задачи быстрого внесения изменений в технологию и быстрого изготовления формы могло бы стать применение трехмерной печати. Этот метод производства форм и стержней уже внедрен на некоторых предприятиях. В частности установка немецкой фирмы РгоМе1а1 8-15 , позволяющая изготавливать формы и стержни из смеси, похожей на холоднотвердеющую. Однако для магниевых сплавов литье в формы из такого материала не является типичным.

Актуальность затронутой в диссертации проблемы вызвана затруднениями применения в условиях мелкого и опытного производства традиционных средств и способов изготовления отливок, сложившихся в серийном производстве. Затраты на дорогую и трудоёмкую кокильную оснастку, отнесенные к небольшим партиям деталей, во много раз увеличивает себестоимость продукции, а их работоспособность используется в незначительной степени.

В условиях мелкосерийного производства должны применяться материалы и технологии, позволяющие снизить время и расходы на изготовление. Такие материалы должны обеспечивать снижение времени и расходов на изготовление отливок и, следовательно, на производство нового летательного аппарата.

Заключение диссертации по теме «Литейное производство», Цыновникова, Юлия Павловна

Основные результаты и выводы

1. Установлена преимущественная роль вязкости газов, выделяемых при термодеструкции связующего материала форм, изготовленных методом селективного отверждения, в образовании газовых дефектов в отливках.

2. Уточнены температурные зависимости теплопроводности и теплоемкости материала форм, изготовленных методом трехмерной печати, при имеющейся неоднозначности числовых значений, необходимые для успешного моделирования процессов заливки и затвердевания отливок.

3. Уточнены предельные геометрические размеры цилиндрических прибылей для отливок из сплавов типа МЛ5 в комбинации с холодильниками, которые определяются из соотношения НПЛ1)П=2,9.

4. Показано, что отливки из магниевых сплавов системы ]У^-А1-2п, используемые для авиастроения, могут быть изготовлены методом трехмерной печати, причем качество изделий соответствует требованиям отраслевого стандарта (ОСТ 1.41154 - 86).

5. Разработаны рекомендации по хранению и подготовке к заливке форм, полученных методом селективного отверждения, к заливке на основании определения влияния внешних условий изготовления и хранения форм на качество получаемой отливки.

6. Выявлена линейная зависимость влияния длительности контакта жидкого металла с формой, полученной методом селективного отверждения, на технологические параметры: газопроницаемость, прочность на изгиб, степень термодеструкции связующего.

7. Разработана методика и технологическая инструкция оценки качества отливок с помощью бесконтактной оптической системы трёхмерной оцифровки.

8. Доказана возможность регенерации отработанной смеси с целью повторного использования песка. Определены общие режимы регенерации, которые могут быть использованы при подборе специализированного регенерационного оборудования.