CC BY
26
Приведет результати моделювання процесу затвердЫня виливка цилшдрично! форми i3 сталi Х18Ф1Л в кокл i3 засто-суванням зовтштх холодильнитв рiзноi конструкцИ i розмiрiв. Встановлений сту-пть впливу холодильника, що вводиться, на характер i тривал^ть герметизацп виливка у формi
Ключовi слова: газодинамiчний вплив, герметизащя, холодильник, конструкщя,
утеплювач, моделювання, затвердЫня □-□
Приведены результаты моделирования процесса затвердевания отливки цилиндрической формы из стали Х18Ф1Л в кокиле с применением наружных холодильников разной конструкции и размеров. Установлена степень влияния вводимого холодильника на характер и продолжительность герметизации отливки в форме
Ключевые слова: газодинамическое воздействие, герметизация, холодильник, конструкция, утеплитель, моделирование,
затвердевание
□-□
The results of design of process of thermosetting of cast of cylindricity are resulted from steel Х18Ф1Л in kokyl' with the use of outward refrigerators of different construction and sizes. The degree of influencing of the entered refrigerator is set on character and duration of pressurizing of cast in a form
Keywords: gaz-dynamyc influence, pressurizing, refrigerator, construction, warming material
-□ □-
УДК 621.746.6
ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ И МАТЕРИАЛА НАРУЖНОГО ХОЛОДИЛЬНИКА НА ПРОЦЕСС ГЕРМЕТИЗАЦИИ В КОКИЛЕ ОТЛИВКИ ИЗ ШТАМПОВОЙ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ
СТАЛИ
В.Ю. Селиверстов
Кандидат технических наук, доцент Кафедра литейного производства Национальная металлургическая академия Украины пр. Гагарина, 4, г. Днепропетровск, Украина, 49600 Контактний тел.: (056) 374-83-67 Е-mail: [email protected]
Введение
В настоящее время задачей заинтересованных специалистов неизменно является совершенствование действующих и разработка новых эффективных процессов литья. Как известно, снижение материальных и энергетических затрат на производство при одновременном повышении качества литых заготовок может достигаться при разработке и внедрении новых методов внешних физических воздействий на затвердевающий металл. Это в полной мере относится и к технологии газодинамического воздействия на расплав в литейной форме.
Анализ предыдущих публикаций
Способ литья с применением газодинамического воздействия на затвердевающий в литейной форме
расплав позволяет создавать нарастающее давление в герметизированной системе отливка-устройство для ввода газа вплоть до полного затвердевания отливки [1 -5]. К моменту начала подачи газа в систему отливка-устройство для подачи газа на поверхности отливки должен сформироваться слой затвердевшего металла. При этом одним из основных конструктивных компонентов устройства для ввода газа является наружный герметизирующий холодильник, форма, размеры, материал и масса которого оказывают влияние на продолжительность и эффективность технологического процесса газодинамического воздействия [6]. Ранее проведенные исследования показали эффективность данного воздействия на затвердевающий в литейной форме металл при изготовлении отливок как в кокиле [7 - 9], так и в керамической оболочковой форме [10, 11]. В данных работах подчеркивается, что наибольшая эффективность метода может быть достигнута путем создания таких теплофизических условий,
которые обеспечивают формирование равномерного затвердевшего слоя на всей поверхности отливки. Поэтому актуальной задачей является получение научно обоснованных результатов, позволяющих определить степень влияния как отдельных характеристик, так и комплекса параметров, обеспечивающих эффективную работу герметизирующего наружного холодильника для осуществления газодинамического воздействия на расплав в литейной форме.
Целью исследований является компьютерное моделирование процесса герметизации отливки цилиндрической формы из стали Х18Ф1Л, затвердевающей в кокиле с различными вариантами конструкции и размеров наружного холодильника.
Основной материал
Для определения термовременных параметров процесса герметизации системы отливка-устройство для ввода газа и степени влияния наружного холодильника на этот процесс, было проведено компьютерное моделирование герметизации отливки из стали Х18Ф1Л (табл. 1) с использованием системы компьютерного моделирования литейных процессов (СКМ ЛП) «Полигон».
Таблица 1
Химический состав стали Х18Ф1Л
Содержание химических элементов, мас. %
С Мп Si Сг V Р S Fe
1,41 0,74 0,39 18,13 0,89 0,02 0,01 ост.
Литейная форма - стальной вытряхной кокиль со средней толщиной стенки 100 мм, высотой рабочей полости 550 мм и средним диаметром 240 мм. Начальная температура формы - 400°С. Высота отливки - 350 мм. Остальные теплофизические характеристики заливаемого сплава, принятые в качестве исходных данных для проведения моделирования, представлены в табл. 2.
сутствие) вставки из теплоизоляционного материала. Поэтому в одном из вариантов (рис. 1, а) холодильник полностью металлический на газоподающем патрубке, а в другом (рис. 1, б) - холодильник представляет из себя металлический корпус (обычно, из того же материала, что и отливка), в котором находится вставка из теплоизоляционного материала (на рисунке не показана).
Для конструкции со вставкой из теплоизоляционного материала толщина холодильника принималась равной 30 мм с толщиной теплоизоляционного материала 10 мм и 25 мм для каждого из выбранных диаметров.
5 мм 5 мм
а) б)
Рис. 1. Схема цельнометаллического холодильника на газоподающем патрубке (а) и корпусного холодильника с утеплительной вставкой (б), а также расположение виртуальных термопар (№№ 1 - 3)
Материалы теплоизоляционных вставок и их теплопроводность представлены в табл. 3.
Таблица 3
Утеплители и их теплопроводность
Таблица 2
Теплофизические параметры стали Х18Ф1Л
Параметр Значение солидус Значение ликвидус
Плотность, кг/м3 7718 7718
Теплоемкость, Дж/(кгК) 525 525
Теплопроводность, Вт/(мК) 50 150
Температура, оС 1247 1359
Теплота затвердевания 300 365 Дэ/кг .
Температура заливки (начальная температура) 1420 оС
№ Материал Теплопроводность, (Вт/мК) Литературный источник
1 Двухкомпонентная зольная формовочная смесь 0,35 [12]
2 Огнеупорное волокно МКРВЦ - 1 0,79 [13]
3 Сухая песчаная формовочная смесь (10 % глины) 1,28 [14]
4 Хромомагнезитовая жидкостекольная формовочная смесь (6% жидкого стекла) 2,56 [14]
5 Шамот высокоглиноземистый 5,40 [14]
Материал холодильника - сталь Х18Ф1Л. Диаметр холодильника принимался равным 100 мм, 150 мм и 200 мм. Каждому из диаметров соответствовали толщины: 10 мм, 20 мм и 30 мм. Начальная температура холодильника - 350°С. На рис. 1 представлена схема конструкции холодильников и расположения виртуальных термопар (№№ 1 - 3). Особенностью конструкции холодильников является наличие (от-
В табл. 4 - 6 представлены результаты моделирования процесса затвердевания отливки на этапе герметизации металла в литейной форме после введения холодильника различной конструкции при вариации материала утеплителя (№ материала - из табл. 3). Герметизация системы отливка - устройство для ввода газа проходит в течение времени, необходимого для формирования слоя затвердевшего металла на всей поверхности отливки.
Учитывая условия затвердевания данной отливки (плотный контакт основания с металлической формой), наиболее «узким местом» этого процесса является формирование затвердевшего слоя на боковой поверхности и место ввода холодильника (верхняя часть отливки), в которых расположены виртуальные термопары. Время охлаждения металла до температуры «солидус» в точках, соответствующих расположению виртуальных термопар (см. рис. 1) в табл. 4 -6 обозначено: для термопары № 1 - Т1, для термопары № 2 - Т2, для термопары № 3 - Т3.
Таблица 4
Результаты моделирования затвердевания отливки с холодильником диаметром 100 мм
Высота холодильника (Ь), мм Утеплитель холодильника, № материала Толщина слоя утеплителя (Ь), мм Т1, сек Т2, сек Тэ, сек
10 - - 300 250 310
20 - - 300 220 320
30 - - 300 200 340
30 5 10 310 220 550
30 4 10 310 220 560
30 3 10 310 220 570
30 2 10 310 220 570
30 1 10 310 230 570
30 5 25 310 220 560
30 4 25 310 220 570
30 3 25 310 230 570
30 2 25 310 230 570
30 1 25 310 230 570
Таблица 5
Результаты моделирования затвердевания отливки с холодильником диаметром 150 мм
Таблица 6
Результаты моделирования затвердевания отливки с холодильником диаметром 200 мм
Высота Утеплитель Толщина
холодиль- холодиль- слоя Т1, Т2, Т3,
ника (Ь), ника, № утеплителя сек сек сек
мм материала (Ь), мм
10 - - 300 130 330
20 - - 290 100 330
30 - - 280 90 320
30 5 10 280 90 600
30 4 10 280 90 620
30 3 10 280 90 640
30 2 10 280 90 640
30 1 10 280 90 650
30 5 25 280 90 630
30 4 25 280 90 640
30 3 25 280 90 650
30 2 25 280 90 650
30 1 25 280 90 650
Процесс герметизации является наиболее эффективным в том случае, если к моменту подачи газа в систему отливка-устройство для ввода газа на внутренней поверхности холодильника, закрывающей зеркало металла, намерзает минимальное количество металла отливки, т.е. к этому моменту металл под холодильником должен быть жидким. Время затвердевания расплава в зазоре между холодильником и боковой поверхностью рабочей полости литейной формы должно быть минимальным и соответствовать времени формирования затвердевшего слоя на остальной площади поверхности отливки. Данные, приведенные в табл. 4 - 6 свидетельствуют о том, что при наличии слоя утеплителя даже минимальной толщины процесс затвердевания металла непосредственно под холодильником идет значительно медленнее, чем в случае цельнометаллического холодильника тех же габаритных размеров. При использовании цельнометаллического холодильника всех рассматриваемых диаметров продолжительность затвердевания металла непосредственно под холодильником находится в диапазоне 310 - 340 с, т.е. влияние диаметра холодильника минимально. При использовании утеплителя №5 (с высокой теплопроводностью) в конструкции холодильника (0 100 мм, Ь = 30 мм, Ь = 10 мм) это время составляет не менее 550 с. На процесс затвердевания значительное влияние оказывает площадь зеркала металла, закрываемая холодильником с одинаковой толщиной и тем же материалом утеплителя: чем больше диаметр, тем дольше сохраняется температура металла под холодильником.. В свою очередь, теплофи-зические свойства материала утеплителя также существенно влияют на продолжительность затвердевания. Например, расчеты показали, что продолжительность затвердевания металла непосредственно под холодильником 0 150 мм, Ь = 30 мм, утеплитель № 4, Ь = 10 мм и холодильником 0 200 мм, Ь = 30 мм, утеплитель № 5, Ь = 10 мм одинакова. Выбирая конструкцию холодильника и утеплительную вставку с необходимыми тепло-физическими характеристиками можно регулировать в широких пределах кинетику затвердевания металла отливки (рис. 2, 3).
Высота холодильника (Ь), мм Утеплитель холодильника, № материала Толщина слоя утеплителя, (Ь), мм Т1, сек Т2, сек Т3, сек
10 - - 300 210 340
20 - - 300 170 330
30 - - 290 150 330
30 5 10 310 160 580
30 4 10 310 160 600
30 3 10 310 160 600
30 2 10 310 160 610
30 1 10 310 160 620
30 5 25 310 160 600
30 4 25 310 160 610
30 3 25 310 160 620
30 2 25 310 160 620
30 1 25 310 160 620
Рис. 2. Кривые охлаждения металла отливки в местах расположения виртуальных термопар №№ 1 — 3 при использовании цельнометаллического холодильника 0 100 мм, = 10 мм без утеплителя
Рис. 3. Кривые охлаждения металла отливки в местах расположения виртуальных термопар №№ 1 — 3 при использовании холодильника 0 200 мм, = 30 мм с утеплителем № 1, Ь = 25 мм
Данные рис. 2 и 3 показывают разницу в продолжительности затвердевания расплава непосредственно под холодильником более чем в 2 раза в случае использования в качестве утеплителя двухкомпонентной зольной формовочной смеси. Это позволяет не только снизить непроизводительные потери металла из-за намерзания на поверхности холодильника, но и значительно улучшить тепловой режим осуществления газодинамического воздействия.
Выводы
1. Проведено моделирование процесса герметизации отливки цилиндрической формы из стали Х18Ф1Л в стальном вытряхном кокиле с цельнометаллическим и составным наружным холодильником диаметром (0) 100 мм, 150 мм, 200 мм, толщиной (Ь) 10 мм, 20 мм и 30 мм со вставками из теплоизолирующих материалов с различной теплопроводностью толщиной (Ь) 10 мм и 25 мм. Установлено, что выбирая конструкцию холодильника и утеплительную вставку с необходимыми теплофизическими характеристиками можно регули-
ровать в широких пределах кинетику затвердевания металла отливки.
2. При использовании цельнометаллического холодильника всех рассматриваемых диаметров продолжительность затвердевания металла непосредственно под холодильником находится в диапазоне 310 - 340 с, т.е. влияние диаметра холодильника минимально. При использовании в качестве утеплителя высокоглиноземистого шамота (с наибольшей теплопроводностью) в конструкции холодильника 0 100 мм, Ь = 30 мм, Ь = 10 мм это время составляет не менее 550 с. В случае использования качестве утеплителя двухкомпонентной зольной формовочной смеси время может быть увеличено до 650 с, что позволяет улучшить тепловой режим осуществления газодинамического воздействия.
3. Установлено, что применяя материал утеплителя с пониженной теплопроводностью можно использовать холодильник меньшего диаметра. Расчеты показали одинаковую продолжительность затвердевания металла непосредственно под холодильником 0 150 мм Ь = 25 мм и холодильником 0 200 мм, Ь = 10 мм с разными утеплителями.
4. Результаты моделирования показали, что для данного вида сплава и литейной формы лимитирующей стадией процесса герметизации системы отливка-устройство для ввода газа будет формирование затвердевшего слоя металла на боковой и верхней поверхностях отливки. При этом толщина цельнометаллического холодильника будет играть второстепенную роль по сравнению с его диаметром. Кроме того, в данном случае, предпочтительно использование конструкции холодильника, предусматривающей наличие слоя утеплителя, что позволяет также снизить металлоемкость устройства для ввода газа
Литература
1. Пат. 28858 Укршна, МПК (2006) В22D 18/00. Спойб от-римання виливгав / Селiвьорстов В.Ю., Хричиков В.е., Доценко Ю.В. - № 200708968; заявл.03.08.2007; опубл.
25.12.2007, Бюл.№21.
2. Пат. 28859 Украша, МПК (2006) В22D 18/00. Пристрш для отримання виливгав / Селiвьорстов В.Ю., Хричиков В.е., Доценко Ю.В. - № 200708969; заявл.03.08.2007; опубл. 25.12.2007, Бюл.№21.
3. Пат. 37838 Укршна, МПК (2006) В22D 18/00. Спойб отримання виливгав / Селiвьорстов В.Ю., Хричиков В.е., Доценко Ю.В. - № 200808859; заявл.07.07.2008; опубл.
10.12.2008, Бюл.№23.
4. Пат. 37837 Украша, МПК (2006) В22D 18/00. Пристрш для отримання виливгав / Селiвьорстов В.Ю., Хричиков В.е., Доценко Ю.В. - № 200808858; заявл. 07.07.2008; опубл. 10.12.2008, Бюл.№23.
5. Пат. 46128 Укршна, МПК (2009) В22D 18/00. Спойб отримання виливгав / Селiвьорстов В.Ю., Хричиков В.е., Куцова В.З., Меняйло О.В., Савега Д.О. - № и 200906107; заявл.15.06.2009; опубл. 10.12.2009, Бюл. №23.
6. Селиверстов В.Ю. Влияние наружного холодильника на процесс герметизации отливки из стали с широким температурным интервалом затвердевания в кокиле [Текст] / В.Ю. Селиверстов // Теория и практика металлургии. - 2008. - № 3. - С. 32-37.
7. Селиверстов В.Ю. Влияние газодинамического воздействия на распределение сульфидных включений в цилиндрической отливке из углеродистой стали, затвердевающей в кокиле [Текст] / В.Ю. Селиверстов, Т.В. Михайловская, Ю.В. Доценко, Ю.А. Мушенков // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2009. - №5. - С. 40 - 43.
8. Селiвьорстов В.Ю. Особливост структуроутворення лито! вуглецево! сталi при газодинашчному впливi [Текст] / В.Ю. Селiвьор-стов, В.6. Хричиков, В.З. Куцова, О.А. Носко, Ю.В. Доценко, П.Д. Кущ // Теорiя i практика металургй. - 2009. - № 5-6. - С. 80-85.
9. Селiвьорстов В.Ю. Дослщження газодинамiчного впливу на властивост лито! вуглецево! сталi [Текст] / В.Ю. Селiвьорстов // Теорiя i практика металургй'. - 2007. - № 4-5. - С. 22 - 25.
10. Селiвьорстов В.Ю. Використання технологи газодинамiчного впливу на розплав при лига по витоплюваним моделям [Текст] / В.Ю. Селиверстов, П.Д. Кущ // Вюник Национального техшчного ушверситету «ХП1». Збiрник наукових праць. Тематич-ний випуск: Новi рiшення в сучасних технолопях. - Харкiв: НТУ «ХП1» - 2010. - № 4 - С. 89 - 94.
11. Селiвьорстов В.Ю. Диверсифшащя режимiв здшснення технологи газодинамiчного впливу при виготовленш виливкiв способом ЛВМ [Текст] / В.Ю. Селиверстов, П.Д. Кущ // Вюник Национального техшчного ушверситету «ХП1». Збiрник наукових праць. Тематичний випуск: Новi рiшення в сучасних технолопях. - Харюв: НТУ «ХП1» - 2010. - № 17 - С. 108 - 113.
12. Мазорчук В.Ф. Кристаллизаия расплава с использованием плавающей прибыльной вставки из вторичных материалов: Дис. ... к - та техн. наук: 05.16.04. - Днепропетровск, 2009. - 125 с.
13. Плита мкрпг-400 теплоизоляционная // ОАО "Синельниковская теплоизоляция" [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://sintiz.com.ua/produkcia5.html, свободный. - Загл. с экрана.
14. Баландин Г.Ф. Основы теории формирования отливки [Текст] / Г.Ф. Баландин. - М.: Машиностроение, 1976. -328 с.
Приводиться результати багатофак-торного експерименту по визначенню опти-мальних параметрiв електромагттного поля з метою тдвищення мiцностi волокон вовни
Ключовi слова: мщтсть та дiелектричнi властивостi волокон вовни, електромагтт-не поле, багатофакторний експеримент
Приведены результаты многофакторного эксперимента по определению оптимальных параметров электромагнитного поля для повышения прочностных свойств волокон шерсти
Ключевые слова: прочностные и диэлектрические свойства шерсти, электромагнитное поле, многофакторный эксперимент
The results of multivariable experiment are resulted on determination of optimum parameters of the electromagnetic field for increasing of strength properties of wool's fibres
Key words: strength and dielectric properties of wool, electromagnetic field, multivariable experiment
УДК 621.316:.532.232
ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО
ПОЛЯ КВЧ ДИАПАЗОНА НА СВОЙСТВА ШЕРСТИ
А. Н . Мороз
Кандидат технических наук, доцент* Контактный тел.: (057) 712-52-45 Е-mail: [email protected]
А.И. Середа
Кандидат технических наук, доцент* Контактный тел.: (057) 712-50-56 *Кафедра автоматизированных электромеханических
систем
Национальный технический университет сельского хозяйства им. Петра Василенка ул. Артема, 44, г. Харьков, Украина, 61002
1. Введение слоя, что приводить к уменьшению ее первоначаль-
ной прочности, а также может стать причиной потери Первичная обработка шерсти включает ряд про- прочности шерсти при последующих обработках. В цессов, которые могут повредить ее чешуйчатый тоже время применение некоторых физических фак-
