Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Исследование условий затвердевания алюминиевых отливок в формах, изготовляемых методом трехмерной печати, с целью применения RP-технологий при производстве деталей ответственного назначения

Диссертация: Исследование условий затвердевания алюминиевых отливок в формах, изготовляемых методом трехмерной печати, с целью применения RP-технологий при производстве деталей ответственного назначения
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Для форм, изготавливаемых методом трехмерной печати, из материала на основе смеси ZCast определена минимальная толщина стенки — 7 мм. Предложен способ обработки материала формы раствором на основе геля кремниевой кислоты, позволяющий получать в образцах с толщиной стенки 7 мм прочность на разрыв 326 Па, которая соответствует материалу, обработанному по рекомендациям компании Z Corp. в образцах… Читать ещё >

Содержание

  • 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 1. 1. Технология быстрого прототипирования в литейном производстве
    • 1. 2. Структура и свойства доэвтектических силуминов
      • 1. 2. 1. Свойства сплава АЕС8л
    • 1. 3. Влияние литейной формы на процесс затвердевания отливок
      • 1. 3. 1. Рекомендуемые толщины стенок разовых литейных форм.34 '
        • 1. 3. 1. 1. Гипсовые формы
        • 1. 3. 1. 2. Тонкостенные химически затвердевающие формы
        • 1. 3. 1. 3. Оболочковые химически затвердевающие формы
        • 1. 3. 1. 4. Оболочковые песчано-смоляные формы
        • 1. 3. 1. 5. Оболочковые керамические формы
      • 1. 3. 2. Тепло физические свойства материала литейной формы
      • 1. 3. 3. Меры теплового воздействия
      • 1. 3. 4. Влияние условий затвердевания на структуру и свойства отливок их алюминиевых сплавов на примере литья слитков
    • 1. 4. Выводы и постановка задачи исследования
  • 2. МЕТОДИКА И ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 2. 1. Характеристика используемых материалов
    • 2. 2. Методика проведения экспериментов в лабораторных условиях
      • 2. 2. 1. Плавка сплава АК8л
      • 2. 2. 2. Термический анализ алюминиевого сплава
      • 2. 2. 3. Определение прочности на разрыв материала форм
      • 2. 2. 4. Определение прочности на изгиб материала
      • 2. 2. 5. Определение гигроскопичности материала
      • 2. 2. 6. Определение газопроницаемости материала
      • 2. 2. 7. Определение температуропроводности материала
      • 2. 2. 8. Определение теплоемкости материала
      • 2. 2. 9. Определение жидкотекучести сплава АК8л
      • 2. 2. 10. Определение механических свойств сплава АК8л
      • 2. 2. 11. Методика исследования структуры сплава АК8л
    • 2. 3. Обработка результатов экспериментов
  • 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЕЁ ТЕПЛОВОГО ПОЛЯ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ АЛЮМИНИЕВОЙ ОТЛИВКИ
    • 3. 1. Определение теплофизических свойств материла напечатанных форм
    • 3. 2. Тепловой баланс между отливкой и формой

Исследование условий затвердевания алюминиевых отливок в формах, изготовляемых методом трехмерной печати, с целью применения RP-технологий при производстве деталей ответственного назначения (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В последнее десятилетие литейные производства практически на всех предприятиях машиностроительных и металлургических отраслей России развивались по экстенсивному пути. Главная причина — перестройка и экономический кризис. В настоящее время выход из экономического кризиса является приоритетной задачей государства.

В области литейного производства России выйти из него можно только за счёт интенсивного освоения инновационных технологий на базе прогрессивного оборудования, импортируемых из других промышленно развитых стран. Последнее связано с тем, что в настоящее время производство литейного оборудования в России практически свернуто.

Современные инновационные литейные технологии, как правило, в зарубежном оборудовании. Расходные материалы для эксплуатации таких агрегатов также поставляется из-за рубежа. Составы и природа комплектующих и расходных материалов для этого оборудования часто являются коммерческой тайной фирмы производителя. В связи с эти простой перенос таких технологий не всегда эффективен и возможен. Требуется проведение специальных исследований и разработка методик по их адаптации к конкретным условиям отечественного производства. Кроме того дополнительные исследования' могут послужить замене зарубежных расходных материалов на отечественные аналоги, что приведет к значительному снижению материальных затрат.

Одной из современных технологий, хорошо зарекомендовавшей себя в зарубежном и отечественном литейном производстве, является технология быстрого прототипирования, которая произвела переворот не только в изготовлении, но и в проектировании изделий. Применение ее на предприятиях промышленно развитых стран в самых различных отраслях производства позволяет решать многие, не только технические, но и экономические задачи.

Наиболее ценным для литейного производства является возможность получения данным методом, как мастер модели, так и непосредственно литейных форм.

Однако рекомендации фирм производителей по получению отливок по ЫР-технологии не совершенны и требуют доработок. Поэтому исследования, направленные на расширение области применения и внедрение в литейном производстве.

России КР-технологии, являются актуальными и своевременными^.

В России технология быстрого прототипирования хорошо себя зарекомендовала при мелкосерийном и серийном производстве отливок для авиационной промышленности. В авиастроении при изготовлении литых заготовок (фюзеляж, детали системы управления и др.) часто используются алюминиевые сплавы (АК9, АК7, АК8л, АМ5 и др.).

В связи с тем, что данная технология является новой и не столь широко применяемой в нашей стране, наблюдается дефицит практических рекомендаций при получении отливок по КР-технологии. Как было сказано ранее, составы материалов для изготовления моделей и форм по этой технологии являются коммерческой тайной. Остаются не известными физические, технологические (газопроницаемость, га-зотворность, гигроскопичность, и др.) и теплофизические свойства материалов, что делает невозможным использование САПР для моделирования процессов заливки и затвердевания отливок. Кроме того, получение алюминиевых отливок с высокими механическими свойствами обусловлено скоростью затвердевания расплава, в связи с этим возникает необходимость изучения условий затвердевания литых заготовок в формах, полученных по технологии быстрого прототипирования.

Поэтому основной задачей представленной работы является исследование процессов затвердевания отливок из алюминиевых сплавов в формах, полученных на установке трехмерной печати и изготовленных по специально разработанному технологическому регламенту, с целью применения КР-технологий для изготовления литых авиационных деталей.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 74 рисунков, 27 таблиц, состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы из 107 наименований.

выводы.

1. Определены теплофизические свойства материала напечатанной литейной формы, которые позволили рассчитать аналитическим методом тепловое поле в отливке и форме. Результаты исследований теплофизических свойств материала на основе смеси ZCast можно включить в базу данных программ ProCAST и Polygon и использовать для моделирования процессов заполнения расплавом формы и затвердевания отливок.

2. Расчет теплового баланса и экспериментальные исследования подтвердили возможность управления процессом затвердевания отливки при уменьшении толщины стенки литейной формы и использовании опорного наполнителя. В частности, изменение толщины стенки формы с 15 мм на 7 мм привело к измельчению размера зерна с 402 мкм до 325 мкм. При этом предел прочности при растяжении образца с использованием песка составил 313 МПа, дроби — 316 МПа.

3. Для форм, изготавливаемых методом трехмерной печати, из материала на основе смеси ZCast определена минимальная толщина стенки — 7 мм. Предложен способ обработки материала формы раствором на основе геля кремниевой кислоты, позволяющий получать в образцах с толщиной стенки 7 мм прочность на разрыв 326 Па, которая соответствует материалу, обработанному по рекомендациям компании Z Corp. в образцах с толщиной стенки 15 мм.

4. Определены литейные и механические свойства сплава АК8л при изготовлении отливок методом литья в напечатанные формы с толщиной стенки, равной 7 мм. Жидкотекучесть сплава АК8л составила 847 мм по спиральной пробе. Значение механических свойств, превосходят требования ГОСТ 1583–93: предел прочности при растяжении образца 333 МПа, предел текучести — 288 МПа, относительное удлинение — 2,3%, модуль упругости — 76 ГПа.

5. Адаптирован химический состав сплава АК8л для литья в напечатанные формы из материала на основе смеси ZCast. Рекомендованы допустимые концентрации вводимых в расплав легирующих элементов.

6. Разработана технология конструирования литейных напечатанных форм, которая включает в себя: выбор плоскости разъема, способ крепления элементов литейной формы и упрочнения ее конструкции в целом, систему вентиляции. Применение этой технологии обеспечивает получение качественных литых деталей и снижение затрат на их производство.

7. Определен класс размерной точности отливок, получаемых литьем в напечатанные формы — 6 класс размерной точности по ГОСТ 26 645–85.

8. Разработана и опробована технология получения отливок ответственного назначения из сплава АК8л литьем в напечатанные формы с толщиной стенки 7 мм из материала на основе смеси ZCast. Опытная партия 7 наименований отливок в количестве 24 шт. признана годной и передана заказчику ОАО «Ил».

7.1 Заключение.

На основании проведенного опытно-промышленного опробования установлено:

1) литьем в формы, напечатанные из материала на основе смеси 2Саз1, можно изготавливать отливки ответственного назначения из алюминиевых сплавов в полном соответствии требованиям ГОСТ 1583–93 и конструкторской документации на литые авиационные детали (ОСТ 1.4154−72);

2) метод трехмерной печати литейных форм может быть рекомендован для изготовления литых деталей в индивидуальном и мелкосерийном производстве и, особенно при изготовлении «пилотных» отливок на стадии отработки новых изделий.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Ли К. Основы САПР (CAD/CAM/CAE). СПб.: Питер, 2004. — 560 с.
  2. В.Е. Системы быстрого изготовления прототипов и их расширения//CAD/CAM/CAE. 2003. — № 4. — С. 2 — 7.
  3. P.A., Колмаков А. Е., Столповский В. В. Технология быстрого прототи-пирования в современном литейном производстве точных заготовок//Литейное производство. 2004. — № 4. — С. 11−14.
  4. ZCorporation (Самый быстрый путь создавать физические цветные модели из трехмерных данных) Электронный ресурс. — Режим доступа: http://www.zcorp.com/ Дата обращения: 28.01.2010.
  5. В.А., Морозов В. В., Максимов Н. М. Теория и технология изготовления отливок методом RPZ/Литейное производство. 2004. — № 4. — С. 5 — 8.
  6. Жизньв 3D. М.: ZCorporation, 2009. — 8 с.
  7. Ф.В. Автоматизация процесса подготовки моделей для быстрого про-тотипирования//Литейное производство. 2004. — № 4. — С. 24 — 25.
  8. М.Г., Седов А. Н. Ускоренное изготовление опытных партий отли-вок//Литейное производство. — 2004. № 4. — С. 28.
  9. Gebhardt A. Rapid Prototyping. Werzeugefuer die schnelleProduktentstehund. Ham-burg:Hanser, 2002. 550 c.
  10. Патент 5,663,883 (США) 1997.
  11. П.Кузнецов В. Е. Системы быстрого изготовления прототипов и их расширения//САЕ>/САМ/САЕ. 2004. — № 1. — С. 2 — 8.
  12. В.И., Подсобляев Д. С., Скородумов C.B. Технологии быстрого прототи-пирования в автомобилестроении//Литейное производство. 2004. — № 4. — С. 9 — 10.
  13. A.B., Климина Т. В., Манташев Г. И., Николаев Д. Е., Федотова Н. В. Информационная основа внедрения технологии быстрого прототипирова-ния//Литейное производство. 2004. — № 4. — С. 15 — 21.
  14. В.А., Кузьмин Ю. П., Орлова A.A., Третьяков С. Д. Технология приборостроения. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2008. — 336 с.
  15. Технологический комплекс концептуального моделирования и изготовления быстрой оснастки. Минск: МСП Технолоджи, 2002. — 22 с.
  16. Д.В. Новые материалы новые возможности//САГ)та81ег. — 2007. — № 4. -С. 106−111.
  17. А. А. Практическое применение систем быстрого прототипирова-ния//МТТ. 2008. — № 5. — С. 46.
  18. Д.В. Трехмерное прототипирование//САХ)та81ег. 2007. — № 2. — С. 103 — 108.
  19. Cybercom (сканеры 3D принтеры) Электронный ресурс. — Режим доступа: http://www.cvbercom.ru/JaTa обращения: 28.01.2010.
  20. Drokina V.V., Belov V.D. and Zolotorevskii V.S. Manufacture of Aluminum-Alloy Castings by Fast Prototyping//Steel in Translation. 2009, Vol. 39, No. 5, — pp. 394 398.
  21. Метод литья металлов по технологии ZCast. М.: ZCorporation, 2007. — 6 с.
  22. А. А. Изготовление концептуальных моделей на системах трехмерной печати//МТТ. 2007. — № 6. — С. 63.
  23. CSoft — Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.csoft.m/JaTa обращения: 20.01.2010.
  24. А. А. 3D принтер: Новые технологии быстрого прототипирова-ния//МТТ. -2008. -№ 3. С. 83.
  25. Принцип действия трехмерной печати (Зрительное восприятие, инновации и технологии: составляющие процесса струйной трёхмерной печати). М.: ZCorporation, 2009. — 15 с.
  26. Технология 3D печати Z Corporation. М.: Z Corporation, 2008. — 8с.
  27. Центр быстрого прототипирования НАМИ Электронный ресурс. — Режим до-ступа:http://www.namip.ru/Дата обращения: 25.01.2010.
  28. В.Г. Справочник по авиационным материалам и технологии их применения. М.: Транспорт, 1979. — 263 с.
  29. .Н., Сидорин И. И., Косолапое Г. Ф. и др. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1986. — 384 с.
  30. С.С. Авиационное материаловедение. — М.: Воениздат НКО ССР, 1941. 295 с.
  31. .К. Авиационное материаловедение. М.: Машиностроение, 1967. -393 с.
  32. ПархутикП.А. Лубенский М. З. Формирование структуры Al-Si-сплавов при разных условиях кристаллизации//Литейное производство. 1971. — № 5. — С. 23−24.
  33. Н.М., Чернега Д. Ф., Иванчук Д. Ф. Цветное литье. М.: Машиностроение, 1989.-528 с.
  34. А.П. Металловедение. -М.: Металлургия, 1986. 544 с.
  35. П.П. Литейные сплавы. М.: Машгиз, 1957. — 430 с.
  36. В.К., Лев О.И. Справочник литейщика. М.: Машиностроение, 1988. -272 с.
  37. Е.А. Общетехнический справочник. — М.: Машиностроение, 1982. — 415 с.
  38. А.П. Промышленные цветные металлы и сплавы. — М.: Металлургиз-дат, 1956.-560 с.
  39. ХэтчДж.Е. Алюминий. Свойство и физическое металловедение. М.: Металлургия, 1989.-422 с.
  40. И. Б. Литейное производство. — М.: Машиностроение, 1971. — 320 с.
  41. Г. А. Основы литейного производства — СПб.: Издательство СПбГПУ, 2002.-524 с.
  42. И.Н. Исследование влияния скорости затвердевания на структуру и свойства алюминиевых сплавов//Сб. Затвердевание металлов. 1958. — С. 275 298.
  43. .Б. Затвердевание металлов. — М.: Машгиз, 1958. 534 с.
  44. A.A. Металловедение. — М.: Металлургиздат, 1956 495 с.
  45. Вол А. Е. Строение и свойства двойных металлических систем. Т.1. — М.: Физгиз, 1960.-755 с.
  46. О.М. Структура и свойства’металлов и сплавов. М.: Наукова думка, 1986.-598 с.
  47. И.Ф. Термическая-обработка алюминиевых сплавов. М.: Металлур-гиздат, 1961. — 414 с.
  48. М.Б. Алюминиевые сплавы. Промышленные деформируемые, спеченные и литейные алюминиевые сплавы. М.: Металлургия, 1972. — 552 с.
  49. H.A., Савченко C.B., Хван A.B. Фазовый состав и структура- силуминов. Справочное издание. М.: «МИСиС», 2008. — 283 с.
  50. М.Б. Плавка и литье легких сплавов. М.: Металлургиздат. 1956. — 492 с.
  51. И.Н. Металловедение алюминия и его сплавов. М.: Металлургия, 1983.-280 с.
  52. Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов: Пер. с англ./Под ред. Квасова Ф. И., Строганова Г. Б., Фридляндера И. Н. М.: Металлургия, 1979. — 640 с.
  53. HanemanH., SchraderA., TermareLegierungen des Aluminiums. Dusseldorf, 1952. -170 s.
  54. Aluminium: v. 1: Properties, Physical-Metallurgy and Phase Diagrams. ASM: 1967.
  55. Philips HrW.E. — In: Annotated, equilibrium diagrams of some aluminium alloy systems. L., 1959- № 25: pp. 21−86.
  56. B.C., Белов H.A. Металловедение литейных алюминиевых сплавов. M.: «МИСиС», 2005. — 376 с.
  57. АльтманМ.Б., Андреев А. Д., Балаховцев Г. А. и др. Плавка и литье алюминиевых' сплавов. М.: Металлургия, 1983. — 352 с.
  58. H.A., Савченко C.B., Белов В. Д. Атлас микроструктур промышленных силуминов: Справочник. М.: Изд. Дом МИСиС, 2009. — 204 с.
  59. П.П. Качество литейной формы. М.: Машиностроение, 1971. — 286 с.
  60. .Б. Литейные процессы. М: Машгиз, 1960. — 416 с.
  61. .Б. Тепловые процессы в отливках и формах. — М.: Изд-во. наука, 1972. — 183 с.
  62. А.И. Охлаждение отливки- Минск: Изд-во наука и техника, 1969. -300 с.
  63. Вейник А. И- Приближенный расчет процессов теплопроводности. М., СПб.: Госэнергоиздат, 1959. — 184 с.
  64. А.И. Теория затвердевания отливки.— М.: Машгиз, 1960. — 435 с:
  65. А.И. Тепловые основы теории литья. — СПб: Машгиз, 1953. 383 с.
  66. А.И. Термодинамика литейной формы. — М.: Машиностроение, 1968: — 332 с.
  67. Г. Ф. Основы теории формирования отливки. Т 1. — М.: Машиностроение, 1976.-328 с.
  68. Г. Ф. Основы теории формирования отливки. Т 2. М.: Машиностроение, 1979. -335 с.
  69. Г. Ф. Формирование кристаллического у строения, отливок. Кристаллизация в литейной формы. — М.: Машиностроение, 1973. — 288 с. •70: Баландин Г. Ф. Теория формирования отливки. М.: Изд-во МГТУ им. Н: Э. Баумана, 1998. — 360 с.
  70. SchwarzG!, Archivfiirdas Eisenhiittenwesen- 3, 4 (1931):
  71. Р.У. Затвердевание отливок. Ml: Машгиз, I960! — 390 с.
  72. GhworinovN. I., Die Gisserei, 10, 1948.
  73. Хворинов Н: Затвердевание отливок- ПодфедаьщиешГуляева^БЖг, — Mf: ИЩ 1955. 142 с:
  74. LightfootN.M. Н., J. IronSteellnst., Section V, 1929- Section VII, 1932.
  75. В.Д., Иоффе М. А., Колокольцев В. М., Хосен Ри, Ри ЭХ., Тимофеев Г. И- Теория литейных процессов. Под редакцией. Хосена Ри. Хабаровск: Изд-во «РОТИП» краевой типографии, 2008. — 580 с.
  76. М.Н. Современные литейные: формы. М.: Машиностроение, 1967.• 286 с. ¦¦.•¦¦¦¦. .78: Бараданьянц В. К. Гипсовая оснастка для точного литья. М.: Машгиз, 1963. — 96 с.79: Будников П: П. Гипс. СПб-: Изд-во академии^наук^^ ССР^ 1933: — 266 с.
  77. И.М. и др. Поточное изготовление оболочковых форм. Обмен технологическим опытом. М.: Машгиз, 1957. — 157 с.
  78. WestwoodA.R. Newbreakthroughoncastingtitanium// Modem Castings. 1960. -№ 37.-p. 3.
  79. A.A. К решению задачи о затвердевании металлов в интрервале температур // научные доклады высшей школы. М: Металлургия. — 1958, № 2, Вып. 11.
  80. В.А. Оболочка как основа конструкции литейной формы// Литейное производство. — 1951. № 5.
  81. А.И. Кристаллизация металлов и сплавов под давлением. М.: Металлургия, 1990. — 144 с.
  82. А.А., Добаткин В. И. О температурной кривой начала линейной усадки бинарных сплавов //Изв. АН СССР 1945. — № 1- 2.
  83. У. Введение в физику кристаллизации металлов. М.: Мир, 1967. -172 с.
  84. ГОСТ 1583–93. Сплавы алюминиевые1 литейные. Технические условия. —Минск: Изд-во стандартов, 2003. 29 с.
  85. ГОСТ 23 409.7−78. Пески формовочные. Смеси формовочные и стержневые, методы определения прочности при сжатии, растяжении, изгибе и срезе. Минск: Изд-во стандартов, 1995. — 6 с.
  86. ГОСТ 23 409.10−78. Пески формовочные. Смеси формовочные и стержневые, метод определения гигроскопичности. — Минск: Изд-во стандартов, 1995. 2 с.
  87. ГОСТ 23 409.6−78. Пески формовочные. Смеси формовочные и стержневые, метод определения газопроницаемости. Минск: Изд-во стандартов, 1995. — 5 с.
  88. ГОСТ 23 250–78. Материалы строительные. Метод определения удельной теплоемкости. М.: Изд-во стандартов, 1979. — 11 с.
  89. ZPrinter® 310 plus. Hardware Manual. Part number 9 548. Z Corporation, 2002. -S. 80.
  90. Я.И., Валисовский И. В. Технологические испытания формовочных материалов. М.: Машиностроение, 1973. — 222 с.
  91. Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. -М.: Изд-во МИР, 1980. 610 с.
  92. Курдюмов А. В, Михайлов A.M. и др. Лабораторные работы по технологии литейных процессов. М.: Машиностроение, 1990. — 272 с.
  93. Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Изд-во МИР, 1971. — 192 с.
  94. ГОСТ 16 438–70. Формы песчаная и металлическая для получения проб жидкоте-кучести металлов. М.: Изд-во стандартов, 1999. — 30 с.
  95. B.C. Механические свойства металлов. М.: МИСиС, 1998. — 400 с.
  96. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. М. Стандартин-форм, 2005.-24 с.
  97. С.А. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия, 1970. -375 с.
  98. А.Д., Маркин М. А. Практический анализ тепловых процессов в энергетике и металлургии. М.: Издательский Дом МИСиС, 2008. — 208 с.
  99. М.В., Беляев И. В. Кристаллизация и направленное затвердевание отливок. Моногр./Влад.гос. ун-т Владимир, 2002.
  100. А.И. Теплофизика в литейном производстве. Минск: Наука и Техника, 1967.-179 с.
  101. Г. А. Гринкевич Р.Н." Метод определения термофизических свойств формовочных земель. В сб. «Проблемы теплообмена при литье». Минск: БПИ, 1960.-214 с.
  102. А.И., Анисович Г. А., Гринкевич Р. Н. Управление процессом охлаждения фасонных отливок. Минск: ИНТИП, 1963. — 34 с.
  103. М.А. Основы теплопередачи. -М.-Л.: Госэнергоиздат, 1960. — 396 с.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?