Научная статья на тему 'Моделирование технологии изготовления чугунного колпака скользуна'

Моделирование технологии изготовления чугунного колпака скользуна Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
338
130
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЕХНОЛОГИЯ / МОДЕЛИРОВАНИЕ / ЧУГУННЫЙ КОЛПАК СКОЛЬЗУНА / ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ЧУГУННОГО КОЛПАКА СКОЛЬЗУНА / TECHNOLOGY / MODELING / PIG-IRON CAP OF A SIDE BEARING / SOLID-STATE MODEL OF A PIG-IRON CAP OF A SIDE BEARING

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Марков А. М., Габец Д. А., Каргин В. В., Габец А. В.

В данной работе разработана твердотельная модель колпака скользуна, изготавливаемая из чугуна чертеж ВАГР-113.00.00.006 Алтайского сталелитейного завода (АСЛЗ). Проведено моделирование конструкции отливки и технологических параметров позволяющих получать отливки без литейных дефектов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Марков А. М., Габец Д. А., Каргин В. В., Габец А. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Model manufacturing technology of the cost-iron cap of a side bearing

In this paper developed solid model of the cap of a side bearing. It made of cast iron of (ВАГР-113.00.00.006) Altai steel casting factory (ASCF). We simulated desing technologikal parametrs, wich give casting disinh without casting defects.

Текст научной работы на тему «Моделирование технологии изготовления чугунного колпака скользуна»

Моделирование технологии изготовления чугунного колпака

скользуна

А. М. Марков1, Д.А. Габец1, В. В. Каргин1, А. В. Габец2

1 Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова 2 ООО «Алтайский сталелитейный завод»

Аннотация: В данной работе разработана твердотельная модель колпака скользуна, изготавливаемая из чугуна чертеж ВАГР-113.00.00.006 Алтайского сталелитейного завода (АСЛЗ). Проведено моделирование конструкции отливки и технологических параметров позволяющих получать отливки без литейных дефектов. Ключевые слова: технология, моделирование, чугунный колпак скользуна, твердотельная модель чугунного колпака скользуна.

В настоящее время среди существующих направлений модернизации тележки модели 18-100 в рамках ее модификации 18-9971, одним из перспективных вариантов рассматривается использование износостойких чугунов в качестве материала для колпака скользуна. Скользуны предназначены для гашения боковых колебаний кузова вагона, ограничения виляния тележки, повышения устойчивости движения вагона, улучшения работы и уменьшения износа подпятникового узла. Колпак скользуна является тяжелонагруженной сменяемой деталью, устанавливаемой на опору скользуна в надрессорной балке тележки грузового вагона. Его расположение в тележке модели 18-100 показано на Рисунке 1.

Рис. 1. - Место установки колпака скользуна на тележке

Износостойкие чугуны обладают улучшенным комплексом основных физико-механических и служебных свойств, меньшей склонностью к разрушению, а также более высоким уровнем сопротивления ударного и длительного циклического воздействия. Однако примеров применения износостойких чугунов для деталей тележки грузового вагона недостаточно.[1-2]

В результате выполнения комплекса исследований по выплавке и оценке основных характеристик была разработана новая композиция чугуна для отливки деталей тележки грузового вагона. При выпуске расплав дополнительно обрабатывается комплексным модификатором, содержащим цирконий, барий, кальций и алюминий.

Соотношение элементов установлено так, чтобы обеспечить требуемый уровень и стабильность структурных характеристик литого металла, во многом определяющих высокую работоспособность и эксплуатационную надежность детали. Результаты основных механических свойства разработанного чугуна представлены в таблице 1.

Таблица №1

Основные механические свойства разработанного чугуна.

Предел прочности при растяжении, кг/мм2 Предел прочности при изгибе, кгс/мм2 Предел выносливости, МПа Твердость по Бринеллю, ед. Сопротивлен ие ударному разрушению, кДж/м2

47,9 72,4 148,4 293,7 135,0

Входе испытаний подтверждено, что введение легирующих и модифицирующих добавок N1, Мо, 7г, Вa, Ca, А1 в установленных пропорциях с другими компонентами, положительно воздействует на форму, размер и дисперсность феррито-перлитной металлической матрицы, графитных и других структурных образований. Несоблюдение этих пропорций ухудшает весь комплекс основных физико-механических свойств металла. [3-5]

Анализ поверхности изломов образцов показал, что их металлическая основа перлит и феррит. Микроанализ образцов, показал, что циклическая вязкость, во многом отражающая качество литого металла и характеризующая его демпфирующую способность "поглощать" вибрацию, также существенно возрастает.[6-8]

Для изготовления чугунного колпака скользуна на основе чертежа ВАГР-113.00.00.006 Алтайского сталелитейного завода (АСЛЗ) была решена важнейшая задача по разработке твердотельной модели.

Твердотельная модель чугунного колпака скользуна

Процесс твердотельного моделирования выполняется в инструментальной среде системы автоматизированного проектирования БОШ'^ЛБ [3-4].

Концептуальная модель колпака представляет собой тело в форме перевернутого четырехгранного стакана (Рисунок 2).

Рис. 2. - Концептуальная модель колпака

С учетом концептуальной модели детали и ее чертежа первоначально создается базовый конструктив колпака, затем к нему добавляются или удаляются из него геометрические элементы конструкции. На следующем этапе выполняется окончательное доопределение полученной конструкции элементами, определяемыми условиями производства и эксплуатации. Это элементы типа фасок, скруглений, уклонов, крепежных отверстий и т.п.

Создание модели колпака начинаем с построения призмы. Первоначально модель содержит лишь Исходную точку трехмерного модельного пространства и три координатных плоскости: Спереди, Сверху и Справа

Для начала построения выберем координатную плоскость: сверху (Рисунок 3).

Рис. 3. - Координатная плоскость сверху

В данной плоскости с помощью инструментальной панели динамического эскизера: Менеджера Элементов выполняем построение контура рабочей поверхности колпака скользуна, С помощью размеров и геометрических взаимосвязей сделаем эскиз полностью определенным (Рисунок 4).

Рис. 4. - Эскиз чугунного колпака скользуна

С помощью инструмента: вытянуть, вытягиваем эскиз на расстояние 76 мм. В результате получаем модель в виде (Рисунок 5).

Рис. 5. - Модель с вытягиванием на 76 мм.

Затем на нижней грани сроим эскиз контура, равноотстоящий о внешнего контура на толщину вертикальной стенки - 10 мм (Рисунок 6).

/

ю 1 в \

1

+ -Щ _

о а!

И! 1 ш

Рис. 6. - Эскиз контура

С помощью инструмента: Вырез - Вытянуть - Полость, создаем в модели вырез, не доходя до торцевой поверхности 15 мм. В результате получаем оболочку, сечение которой плоскостью: спереди, показанную на Рисунке 7.

Рис. 7. - Оболочка сечения

1

Эскиз, построенный в плоскости: Спереди (Рисунок 8), используем для обрезки вертикальных стенок колпака скользуна в поперечном направлении (Рисунок 9).

Рис. 8. - Эскиз, построенный в плоскости

1

Рис. 9. - Обрезка вертикальных стенок колпака скользуна в поперечном

направлении

Аналогичным образом, используя эскиз в плоскости: Справа (Рисунок 10), выполним обрезку вертикальных стенок колпака скользуна в продольном направлении (Рисунок 11).

Рис. 10. - Эскиз, построенный в плоскости

Рис. 11. - Обрезка вертикальных стенок колпака скользуна в продольном направлении

В плоскости внутренней торцевой поверхности модели создадим эскиз опорной бобышки колпака скользуна, показанный на рисунке 12.

Рис. 12. - Опорная бобышка колпака скользуна

С помощью инструмента: Бобышка - Вытянуть, вытягиваем эскиз на расстояние 6 мм. В результате получаем модель, сечение которой плоскостью: Спереди, показано на Рисунке 13.

Рис. 13. - Модель, сечения в плоскости

Для вертикальных стенок и опорной бобышки колпака скользуна с помощью инструмента: Уклон, создадим литейные уклоны величиной 3 градуса. Результат показан на Рисунке 14.

Рис. 14. - Литейные уклоны

С помощью инструмента: Скругление и Скругление переменного радиуса, построим скругления радиусом 3мм и 10 мм для сопрягаемых элементов во внутренней полости модели, а также кромок вертикальных стенок радиусом 3мм. Окончательный результат показан на Рисунке 15.

Рис. 15. - Скругление переменного радиуса

Анализ формообразования отливки

Импортируем в программу «3Б Импорт» технологический «куст» отливок, производим его ориентацию в расчетной области и фиксируем полученное положение. Сохраняем файл. При сохранение файла происходит его конвертация во внутренний документ программы для проведения дальнейших расчетов.

Вызываем программу «Начальные установки» (Рисунок 16).

Рис. 16. - Начальные установки

Задаем расчетные размеры бокса, минимальную толщину стенки литейной формы, число ячеек технологического «куст» отливок и элементов литниково-питающей системы для проведения дальнейших расчетов. Затем задаем материал отливки, температуру заливки, материал и температуру литейной формы (Рисунок 17).

Рис. 17. - Задаем материал отливки, температуру заливки, материал и

Задаем положение литниковой чаши технологического «куста» отливок (Рисунок 18).

температуру литейной формы

Рис. 18. - Литниковая чаша технологического «куста» отливок

Сохраняем заданные параметры и вызываем файл «Полная задача» Вызываем контекстное меню «Параметры заливки». Задаем условия «Гравитационное литье (струя)», диаметр струи, высоту расположения ковша относительно уровня литейной формы и сохраняем заданные условия (Рисунок 19)

А "•-•-••••1

Рис. 19 - «Гравитационное литье (струя)», диаметр струи, высота расположения ковша относительно уровня литейной формы

Вызываем контекстное меню «Параметры автозаписи» и задаем условия объема заполнения литейной формы, объем жидкой фазы с шагом расчета (Рисунок 20).

Вызываем контекстное меню «Данные» и отмечаем параметры, относительно которых необходимо произвести расчеты

Запускаем моделирование процессов и контролируем визуализацию заливки и кристаллизации (Рисунки 21 - 25)

Рис. 21

Рис. 22

Рис. 23

Рис. 24

1

Рис. 25

Начинаем просмотр результатов расчетов, произведенных в процессе моделирования. Возможное наличие и характер расположения дефектов усадочного характера отражаются темно-красным цветом (Рисунок 26).

Рис. 26. - Дефекты усадочного характера

Проверяем возможное наличие и характер расположения мест отливки, в которых могут быть литейные дефекты в виде шлаковых и песчаных раковин, газовые пористости (Рисунок 27).

Рис. 27. - Литейные дефекты в виде шлаковых и песчаных раковин,

газовые пористости

Просматриваем расчетное время остывания отливки до температуры выбивки (Рисунок 28).

Л

Рис. 28. - Расчетное время остывания отливки до температуры выбивки Просматриваем и устанавливаем расположение и глубину залегания 2Б-Дефектов (Рисунок 29).

Рис. 29. - Расположение и глубина залегания 2Б-Дефектов

По результатам расчетов и визуализации процессов при моделировании колпака скользуна можно констатировать следующее:

1. Конструкция отливки и технологические параметры (сечения элементов литниково-питающей системы, места подвода питания) позволяют получать отливки без литейных дефектов усадочного характера.

2. Заданные условия заливки и кристаллизации отливки также позволяют получать их без дефектов, а так же определить наиболее эффективную организацию технологического процесса.

На основе результатов моделирования и технологии изготовления чугунного колпака скользуна (на АСЛЗ), были изготовлены опытные отливки (Рисунок 30). Технический контроль показал, что чугунный колпак скользуна полностью соответствует чертежу и техническим требованиям.

1

Однако для принятия решения о внедрении в серийное производство необходимо провести ряд стендовых и ходовых испытаний.

Литература

1. Марков. А. М., Габец Д. А., Габец А. В., Некрасов В. Н., Каргин В. В. Методика испытания материалов на износостойкость // Инновации в машиностроение - основа технологического развития России. 2014. №4. - С. 253 - 258.

2. Шпади Д. В.. Новым грузовым вагонам - инновационные узлы и детали // Журнал Техника железнодорожных дорог. 2012 №1. - С.46.

3. Бойк М.В. Булгаревич С.Б., Коган В.А. Улучшение эксплуатационных свойств конструкционных сталей за счет модификации их

Рис. 30 - Чугунный колпак скользуна

поверхностных оксидных пленок на наноуровне // Инженерный Вестник Дона, 2009, №3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2009/146

4. Акуличев А.Г. Остаточные напряжения в нитроцементованной стали 20Х3МВФ-ш // Инженерный Вестник Дона, 2010, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2010/264

5. Гольдштейн Я.Е., Мизин В.Г. Модифицирование и микролегирование чугунов и стали. - М.: «Металлургия», 1986. C. 45

6. Габец А.В. Специальный чугун для отливки фрикционного клина тележки железнодорожного вагона // Ползуновский вестник. 2013. № 4/2. С.51-52.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

7. Ланда А. Ф. Основы получения чугуна повышенного качества. -М., МАШГИЗ, 1960. C.80

8. Шермана А. Д., Жукова А. А., Чугун (справочник). Металлургия, 1991. C. 70-85

9. Jankowski G., Doyle R. SolidWorks For Dummies. 2 edition John Wiley & Sons, 2011. pp. 12-50

10. Alex Ruiz, Gabi Jack, Josh Mings. SolidWorks 2010: No Experience Required. 2 edition John Wiley & Sons, 2010. pp. 33-65

References

1. Markov. A. M., Gabets D. A., Gabets A. V., Nekrasov V. N., Kargin V. V. Innovacii v mashinostroenie - osnova tehnologicheskogo razvitija Rossii. 2014. №4. pp. 253 - 258.

2. Shpadi D. V.. Zhurnal Tehnika Zheleznodorozhnyh dorog. 2012, №1.

pp.46.

3. Bojk M.V. Bulgarevich S.B., Kogan V.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2009, №3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2009/146

4. Akulichev A.G. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2010, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2010/264

5. Gol'dshtejn Ja.E., Mizin V.G. Modificirovanie i mikrolegirovanie chugunov i stali. [Modification of microalloying and iron and steel.] M.: «Metallurgija», 1986. pp. 45

6. Gabets A.V. Polzunovskij vestnik. 2013. № 4/2. pp.51-52.

7. Landa A. F. Osnovy poluchenija chuguna povyshennogo kachestva. [Fundamentals of producing pig iron Premium] M., MAShGIZ, 1960. C.80

8. Shermana A. D., Zhukova A. A., Chugun (spravochnik). [Iron (reference)] Metallurgija, 1991. pp. 70-85

9. Jankowski G., Doyle R. SolidWorks for Dummies. 2 edition John Wiley & Sons, 2011. pp. 12-50

10. Alex Ruiz, Gabi Jack, Josh Mings. SolidWorks 2010: No Experience Required. 2 edition John Wiley & Sons, 2010. pp. 33-65

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.