Проектирование кокиля для изготовления ответственных сложнопрофильных литых деталей энергетического машиностроения
В статье описан пример применения комплексного подхода к проектированию оснастки для изготовления ответственных сложнопрофильных литых деталей: моделей, стержневых ящиков кокилей. Показано, что применение методов оптимизации припусков на основе построения и анализа размерных цепей для проектирования...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Проблемы машиностроения |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
2013
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80941 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Проектирование кокиля для изготовления ответственных сложнопрофильных литых деталей энергетического машиностроения / Б.П. Таран, В.В. Малахов, К.О. Молодов // Проблемы машиностроения. — 2013. — Т. 16, № 5. — С. 12-18. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859818422897999872 |
|---|---|
| author | Таран, Б.П. Малахов, В.В. Молодов, К.О. |
| author_facet | Таран, Б.П. Малахов, В.В. Молодов, К.О. |
| citation_txt | Проектирование кокиля для изготовления ответственных сложнопрофильных литых деталей энергетического машиностроения / Б.П. Таран, В.В. Малахов, К.О. Молодов // Проблемы машиностроения. — 2013. — Т. 16, № 5. — С. 12-18. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы машиностроения |
| description | В статье описан пример применения комплексного подхода к проектированию оснастки для изготовления ответственных сложнопрофильных литых деталей: моделей, стержневых ящиков кокилей. Показано, что применение методов оптимизации припусков на основе построения и анализа размерных цепей для проектирования рабочей полости кокиля в сочетании с технологией быстрого прототипирования обеспечивают возможность получения высококачественных ответственных литых деталей. Приведены результаты экспериментальных исследований термостойкости кокилей с вставками из псевдосплава Fe-Cu.
Описаний приклад застосування комплексного підходу до проектування оснащення для виготовлення відповідальних складнопрофільних литих деталей енергетичного машинобудування: моделей, стрижневих ящиків, кокілів. Показано, що застосування методів оптимізації припусків на основі побудови та аналізу розмірних ланцюгів для проектування робочої порожнини кокіля в поєднанні з технологією швидкого прототипування забезпечують можливість отримання високоякісних відповідальних литих деталей. Наведено результати експериментальних досліджень термостійкості кокілів зі вставками з псевдосплаву Fe - Cu.
For rapid development of manufacturing technology of vital figurine cast parts, the use of the modern method of rapid prototyping, allowing to build-up ready models from photopolymer resin on the predesigned 3D-model using laser sintering plants, is of practical interest. The example of application of an integrated approach to the equipment design for manufacturing of figurine cast parts of power engineering is described in the paper. The chill mould design also involves the solution of the problems, related to the selection of the chill mould material since its thermal stability depends on the problem solution correctness. Recommendations on the selection of the mould material and results of experimental studies of thermal stability of moulds with inserts from Fe-Cu pseudo-alloy are given in the paper. The admissible temperature range for the use of Fe-Cu pseudo-alloy as inserts is justified.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:24:08Z |
| format | Article |
| fulltext |
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
12 ISSN 0131–2928. Проблемы машиностроения, 2013, Т. 16, № 5
5. Акимов, О. В. Проблемы обеспечения качества отливок малоразмерных колес турбин турбокомпрес-
соров для наддува ДВС. (Часть 1. Рабочие характеристики.) / О. В. Акимов, В. А. Петросянц, В. А. Солошен-
ко // Вестн. Харьков. политехн. ун-та. – 1999. – Вып.30. – С. 48 - 51
6. Акимов, О. В. Проблемы обеспечения качества отливок малоразмерных колес турбин турбокомпрес-
соров для наддува ДВС. (Часть 2. Прочностные характеристики.) / О. В. Акимов, В. А. Петросянц, В. А. Соло-
шенко // Вестн. Харьков. политехн. ун-та. – 1999. – Вып.46. – С. 46 - 50
7. Акимов, О. В. Анализ погрешностей формообразования отливок колес турбин турбокомпрессоров для
наддува ДВС на этапе изготовления их восковых моделей / О. В. Акимов, В. А. Солошенко // Восточно-
Европейский журнал передовых технологий. – 2003. – №3. – С. 11 – 18
8. Акимов, О. В. Применение методов компьютерно-интегрированного ресурсного проектирования к ли-
тым деталям ДВС по критерию эксплуатационных характеристик на примере колеса турбины турбокомпрессо-
ра / О. В. Акимов, А. П. Марченко, В. А. Петросянц // Вісн. нац. техн. уні-ту «ХПІ». – 2008. – №9. – С. 3 – 15.
9. Дёмин, Д. А. Обработка экспериментальных данных и построение математической модели технологи-
ческого процесса методом наименьших квадратов (МНК) / Д. А. Дёмин // Восточно-Европейский журнал пере-
довых технологий. – 2006. – №3/1. – С. 47 – 50.
10. Дёмин, Д. А. Оптимизация технологических режимов / Д. А. Дёмин // Восточно-Европейский жур-
нал передовых технологий. – 2006. – №2/1(20). – С. 32 – 35.
11. Ресурсосберегающие технологии в литейном производстве: справочное пособие / Д. А. Дёмин,
Е. Б. Дёмина, О.В. Акимов и др.; под общ. Ред. Д. А. Дёмина. – 1 изд. – Х.: Технолог. центр, 2012. – 320 с.
Поступила в редакцию 16.10.13
1Б. П. Таран, канд. техн. наук
1В. В. Малахов
1К. О. Молодов
e-mail: molodov2009@yandex.ru
1Национальный технический универ-
ситет «Харьковский политехниче-
ский институт», Харьков, Украина
Ключові слова: енергетичне маши-
нобудування, прототипування, кокіль,
розмірний ланцюг
УДК 621.74
ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОКИЛЯ ДЛЯ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТВЕТСТВЕННЫХ
СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ЛИТЫХ
ДЕТАЛЕЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО
МАШИНОСТРОЕНИЯ
Анотація. Описаний приклад застосування комплексного підходу до
проектування оснащення для виготовлення відповідальних складноп-
рофільних литих деталей енергетичного машинобудування: моделей,
стрижневих ящиків, кокілів. Показано, що застосування методів оп-
тимізації припусків на основі побудови та аналізу розмірних ланцюгів
для проектування робочої порожнини кокіля в поєднанні з технологі-
єю швидкого прототипування забезпечують можливість отримання
високоякісних відповідальних литих деталей. Наведено результати
експериментальних досліджень термостійкості кокілів зі вставками
з псевдосплаву Fe - Cu.
Введение
На современном этапе развития энергетического машиностроения часто возникают проблемы
создания гибких технологических процессов производства деталей и машин с целью получения гото-
вых узлов и механизмов в кратчайшие сроки. Для производства литых деталей сложной конфигура-
ции с внутренними полостями требуется проектирование и изготовление модельной оснастки, вклю-
чающие как саму модель, так и стержневые ящики. Выполнение такой работы осуществляется с ис-
пользованием сложных процессов механической обработки и точной лекальной доводки, что ведет к
большим материальным и финансовым затратам, а самое главное к длительности выполнения данных
работ. В этой связи представляет практический интерес использование современного метода быстро-
го прототипирования, позволяющего по заранее спроектированной 3D – модели выращивать с помо-
щью установок лазерного спекания из фотополимерной смолы готовые модели.
Анализ литературных данных и постановка проблемы
Технология быстрого прототипирования Rapid Prototyping быстро получила признание среди
конструкторов и технологов, занимающихся вопросами разработки литейной оснастки [1]. Внедрение
© Б. П. Таран, В. В. Малахов, К. О. Молодов, 2013
mailto:molodov2009@yandex.ru
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
данной технологии в процесс конструкторско-технологической подготовки производства потребовал
решения ряда вопросов, которым до сих пор уделялось незаслуженно мало внимания, в частности
вопросов оптимизации припусков на механическую обработку на основе построения и исследования
размерных цепей [2]. Такая оптимизация составляет суть аналитического расчета припусков и позво-
ляет эффективно решать ряд вопросов не только по экономичности процесса получения заготовок
для сложнопрофильных деталей машиностроительного назначения [3 – 8], но и повышения надежно-
сти металлорежущего оборудования, зависящего, в том числе, от геометрической точности отливок
[9]. Авторами работы [10] предложен модельный модуль, который можно использовать как в качест-
ве стержневого ящика, так и в качестве модели. Для этого согласно имеющемуся чертежу детали из-
готавливается пустотелая модель с профилем и толщиной стенки, соответствующей будущей отлив-
ке. Для фиксации стержней в форме предусмотрены отъемные дополнительные элементы - вставки,
позволяющие отказаться от знаковых частей, что дает дополнительную экономию металла. Примене-
ние такого модуля обеспечивает возможность снижения дефектов по несоответствию геометрии ли-
тых деталей и повышению их размерной точности. С точки зрения обеспечения остальных показате-
лей качества литых деталей следует отметить, что сочетание технологии быстрого прототипирования
с выбором оптимального по обеспечению заданного комплекса свойств сплава позволяет получать
качественную конкурентоспособную продукцию. При этом многие исследователи склоняются к ис-
пользованию технологии кокильного литья и применению композиционных материалов [11, 12]. По-
этому актуальной можно считать задачу комплексного подхода к формированию компонентов техно-
логического обеспечения изготовления литых деталей: обоснование конструктивных особенностей
унифицированных модулей для изготовления оснастки методами быстрого прототипирования, выбор
рациональных режимов изготовления литых деталей в кокилях и режимов термической обработки, а
также исследования формирования свойств литых деталей из композиционных материалов.
Особенности проектирования унифицированных модулей литейной оснастки
В процессе проектирования модельного модуля особое внимание следует уделять определению точ-
ности размеров модели и стержневого ящика и их взаимной увязки. Расчеты размерных цепей необ-
ходимы в процессе подготовки производства, при конструировании оснастки и в период разработки
технологического процесса. Все эти аспекты целесообразно рассмотреть подробнее на основе прак-
тического примера – проектирования реального модуля «модель – стержневой ящик». Данный мо-
дуль представлен на рис. 1.
Элементами размерной цепи являются
все составляющие размеры, оказывающие
влияние на формирование размера замы-
кающего звена, размерная цепь начинается
от базы, которой в данном случае является
ось отверстия (рис. 2, 3).
В данных размерных цепях А2 и В2
являются величинами усадки фотополимер-
ного стержня и заливаемого металла, ос-
тальные звенья – размеры соответствующих
частей детали, А и В – размеры замыкаю-
щих звеньев, подлежащие расчету. В каче-
стве методики расчета выбран метод, изло-
женный в работах [8, 12]. Уравнение раз-
мерной цепи для звеньев категории А вы-
глядит следующим образом: А = А1+ А2 +
А4 + А5 + А6 + А7 + А8 + А9 + А10 + А11 +
А12 - А3 (рис. 4), соответственно для звеньев
В: В = В1+В2 +В4 +В5 +В6 +В7 - В3. Расчетом
по (1) – (12) получено: ПМОА = 1.5 + 0.12 =
1.62 мм, ПМОВ=1.5-0.09=1.41 мм.
При расчете размерных цепей для внутрен-
ней полости отливки (стержня) получены
следующие отклонения: ВОА=+0.11 мм;
а
б
Рис.1. Унифицированный модуль «модель – стержне-
вой ящик»: а - модель; б - стержневой ящик
ISSN 0131–2928. Проблемы машиностроения, 2013, Т. 16, № 5 13
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
14 ISSN 0131–2928. Проблемы машиностроения, 2013, Т. 16, № 5
НОА=-0.12 мм; ВОВ=+0.31 мм; НОВ=+0.09 мм, что указывает на точность изделия. Внутренняя часть
отливки формируется стержнем, наружная – контурами модели. За базу расчета размерных цепей
также выбрано отверстие, выполненное с помощью стержня. Расчет цепей Б и Г производится анало-
гично расчетам по А и В с учетом того, что Б2 и Г2 – усадка фотополимерной модели и заливаемого
металла.
Расчетом установлено, что ПМОБ=1.5+0.07=1.57 мм, ПМОГ=1.5-0.06=1.44 мм. Отклонения раз-
меров модели: ВОБ=+0.16 мм; НОБ=-0.07 мм; ВОГ=+0.19 мм; НОГ=+0.06 мм.
Найденные ПМО свидетельствуют о том, что выполненная модельная оснастка по точности и шеро-
ховатости поверхностей не отличается от отливок по выплавляемым, выжигаемым и газифицируе-
мым моделям.
Рис. 2. Модель модельного модуля и формирование размерной цепи
Рис. 3. Стержневой ящик модельного модуля и формирование размерной цепи
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
Проектирование кокиля и экспериментальные исследования термостойкости сплава ко-
киля – псевдосплава Fe-Cu
Результаты расчетов размерных цепей и определение оптимальных припусков позволили спро-
ектировать рабочую полость кокиля и с учетом этого спроектировать сам кокиль (рис. 4).
Рис.4. Спроектированный кокиль
В качестве материала кокиля мо-
жет быть выбран серый чугун с пла-
стинчатым графитом СЧ20 – СЧ25
ГОСТ1412-85, модифицированный лю-
бым из альтернативных модификаторов:
ФС75, ФС65КБаСт2, Фс40Вд7, смесью
ФС75+сажа, ФС65Ба4 по технологиче-
ским режимам, описанным в работах
[13 – 16]. Применение такого материала
обусловлено относительно небольшой
ценой серого чугуна и удовлетвори-
тельным набором свойств. При необхо-
димости повышения эксплуатационных
свойств кокиля определенный интерес
представляет использование вставок из
композиционных материалов, в частно-
сти псевдосплава Fe-Cu. Для проверки
условий применения этого материала
t, °С
400
300
200
100
0
0 5 10 15 20 25 30 τ, сек.
1
2
Рис. 5. Изменение температуры нагрева образца в период
термоцикла (30 секунд) : 1 - на внутренней кромке образ-
ца; 2 - на внешней кромке
образца
проводились экспериментальные исследования термостойкости кокиля (рис. 5). При этом исходили
из следующих теоретических предпосылок. Высокое напряжённое состояние приводит к образова-
нию трещин термической усталости. В зависимости от условий эксплуатации наблюдаются три слу-
чая напряжённого состояния материала кокиля.
В первом случае, когда перепад температур невелик, напряжение и деформация находятся в
ISSN 0131–2928. Проблемы машиностроения, 2013, Т. 16, № 5 15
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
16 ISSN 0131–2928. Проблемы машиностроения, 2013, Т. 16, № 5
упругой области, благодаря чему в термоциклируемом материале длительное время не образуются
трещины термической усталости.
Во втором случае градиент темпе-
ратур приводит к появлению небольших
остаточных деформаций, связанных с
переходом процесса деформирования за
пределы упругости материала. Это при-
водит к накоплению остаточных напря-
жений растяжения, но не превышающих
предела упругости материала. Однако в
данном случае под воздействием много-
кратных нагревов происходит накопле-
ние пластической деформации, что при-
водит к росту термических напряжений
растяжения. Кроме того, возможны из-
менения свойств материала и снижение
сопротивления возникающим напряже-
ниям.
В третьем случае, когда градиент
температур очень высокий, уровень
сжимающих напряжений приводит к
большим пластическим деформациям и
накоплению больших растягивающих
напряжений. Трещины термической ус-
талости появляются после большого
числа термоциклов.
Поэтому целью экспериментов
было определение сопротивления тер-
мической усталости опытных образцов.
В частности, в процессе термоциклиро-
вания определяли:
– наличие трещин после 50, 100,
250, 500 и 1000 циклов;
– качественные изменения по-
верхности термоциклированной кромки
образца;
– деформацию кромки образца
(внутренний диаметр);
– зарождение и развитие трещин;
25,9 27,43
32,8
36,7
44
19,87 19,9 21,6 24,4 26,6
0
10
20
30
40
50
0 100 250 500 1000
количество циклов
М
ик
ро
тв
ёр
до
ст
ь,
к
г/
м
м
а
68,53
35,53
24,47 23,2
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
0 100 250 500 1000
количество циклов
М
ик
ро
тв
ёр
до
ст
ь,
к
г/
м
м
Матрица Пропитка
б
Рис. 6. Изменение микротвёрдости образцов
а - нетермообработанные образцы;
б - термообработанные образцы
– изменение микротвёрдости матрицы и питателя в процессе термоциклирования.
Испытания показали, что при максимальной температуре термоцикла t = 600 °С трещины в об-
разцах образуются после 50-70 термоциклов, что свидетельствует о невозможности использования
псевдосплава Fe-Cu в качестве вставок в кокиля для литья высокотемпературных сплавов, например
бронзы, чугуна. В связи с этим дальнейшие испытания были проведены при нагреве кромки до
400 °С, что соответствует максимальной температуре нагрева рабочих поверхностей кокильной осна-
стки при литье алюминиевых сплавов.
Сравнение двух видов (нетермообработанных и закалённых) образцов показывает, что закалка
не обеспечивает повышение термостойкости, а наоборот, трещины в этих образцах появляются, как
правило, после 100 термоциклов. В нетермообработанных образцах даже после 1000 циклов трещин
не наблюдалось.
Это свидетельствует о том, что термоциклирование таких образцов обеспечивает постепенное
повышение микротвёрдости, особенно матрицы (рис. 6, а).
По всей вероятности, это связано с пластической деформацией кромки образца и некоторым
наклёпом, а также повышением растворимости углерода в феррите. Микротвёрдость питателя при
этом увеличивается незначительно.
Закалка придаёт начальное повышение микротвёрдости с дальнейшим её снижением при тер-
моциклировании до значений, близких к незакалённым образцам (рис. 7, б). Следовательно, закалён-
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
ные образцы не обеспечивают повышение термостойкости при циклических нагревах и их можно
рекомендовать для деталей, работающих в условиях повышенного износа с незначительным нагре-
вом рабочей поверхности.
Исследования деформации внутреннего диаметра образцов показали практически одинаковую
величину после 100 циклов испытаний, однако в связи с появлением трещин в термообработанных
образцах получение корректных значений их деформаций при дальнейших испытаниях становится
невозможным.
Что касается нетермообрабо-
танных образцов, то деформация
их диаметров имеет наибольшее
значение после 100 циклов (рис. 7).
При дальнейших испытаниях
она незначительная, достигает
практического насыщения.
Таким образом, композици-
онный материал Fe-Cu можно ис-
пользовать в качестве материала
вставок для кокилей с рабочей
температурой поверхности, не пре-
вышающей 400 °С. В случае необ-
ходимости использования псевдо-
сплавов для указанных целей необ-
ходимо выбрать другой, более тер-
мостойкий материал пропитки.
Δ,
мкм
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
100 250 500 1000 кол-во
циклов
Рис. 7. Изменение диаметра образца во время
термоциклирования
Выводы
На основе комплексного подхода к формированию компонентов технологического обеспечения
изготовления литых деталей был спроектирован кокиль для изготовления литых деталей с повышен-
ными требованиями к геометрической и размерной точности. Установлено, что применение метода
размерных цепей при проектировании рабочей полости кокиля обеспечивает возможность снижения
ресурсозатрат, что проявляется в уменьшении припусков на механическую обработку. Обоснована
возможность учета конструктивных особенностей унифицированных модулей для изготовления ос-
настки – моделей и стержевых ящиков – методами быстрого прототипирования. Проведенные экспе-
риментальные исследования позволяют рекомендовать в качестве вставок для кокилей псевдосплава
Fe-Cu, который эффективно работает при условии прогрева кокиля до температуры не более 400 °С.
Спроектированный кокиль может быть использован для изготовления литых деталей из сплавов на
основе алюминия.
Литература
1. Тринева, Т. Л. Rapid Prototyping. Технологии получения твердотельных 3D CAD-моделей / Т. Л. Трине-
ва // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2004. – №6(12). – С. 37 – 40.
2. Солонин, С. И. Расчёт размерных цепей. М.: Машгиз, 1983. – 188 с.
3. Новый техпроцесс в производстве литья повышенной точности Под ред. Ф. Д. Оболонцева. – Л.: Ма-
шиностроение, 1957. – 344 с.
4. Оболенцев, Ф. Д. Сравнительная оценка точности отливок, изготовленных различными способами. –
Специальные способы литья. – Л.: Машиностроение, 1971, С. 35 – 47.
5. Платонов, Б. П. Размерные расчёты литейной формы. / Б. П. Платонов Горький: Волго-Вятское книж.
изд-во, 1970. – 164 с.
6. Селективное лазерное спекание стальных порошков для получения изделий на основе САПР-
моделей // НТВП «Поверхность», ЦНИИ, Чёрная металлургия, Металлург. – 2000. – № 4. – С. 43 – 45.
7. Ресурсосберегающие технологии в литейном производстве: Справочное пособие / Д.А. Дёмин, Е. Б.
Дёмина, О.В. Акимов и др.; под общ. Ред. Д. А. Дёмина. – 1 изд. – Х.: Технологический Центр, 2012. – 320 с.
8. Дьомін, Д. О. Рішення оптимізаційних задач в дипломному проектуванні магістрів за спеціальністю
«Обладнання та технології ливарного виробництва» / Д. О. Дьомін // Технологический аудит и резервы произ-
водства. – 2012. – №2(4). – С. 3 – 14.
9. Дёмин, Д. А. Повышение надёжности металлообрабатывающего оборудования. Взгляд литейщиков на
проблему / Д.А. Дёмин // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2005. - №2/1(14). – С. 42 –
47.
ISSN 0131–2928. Проблемы машиностроения, 2013, Т. 16, № 5 17
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
18 ISSN 0131–2928. Проблемы машиностроения, 2013, Т. 16, № 5
10. Таран, Б. П. Расчет размеров модельного модуля с помощью размерных цепей / Б. П. Таран,
Т. Л. Тринева, В. В. Малахов // Вестник НТУ «ХПИ». –2005. – № 24 – С. 191 – 196.
11. Солнцев, А. А. Практика литья в кокиль чугунных деталей / А. А. Солнцев, В. Д. Шифрин,
А. С. Наджафов. – Харьков, 1990. - 112 с.
12. Структура и свойства композиционных материалов / Ред. К. И. Портной, С. Е. Салибеков,
И. Л. Светлов, В. М. Чубаров. – М.: Машиностроение, 1979. – 256 с.
13. Demin, D. A. Optimization of the method of adjustment of chemical composition of flake graphite iron / D.
A. Demin, V. F. Pelikh, O. I. Ponomarenko // Litejnoe Proizvodstvo – 1995 (7-8), pp. 42-43.
14. Demin, D. A. Complex alloying of grey cast iron / D. A. Demin, V. F. Pelikh, O. I. Ponomarenko // Litejnoe
Proizvodstvo – 1998 (10), p. 18–19.
15. Demin, D.A. Change in cast iron's chemical composition in inoculation with a Si-V-Mn master alloy /
D. A. Demin // Litejnoe Proizvodstvo – 1998 (6), p. 35.
16. Дьомін, Д. О. Деякі аспекти управління якістю чавуна з пластинчастим графітом : Автореф. дис. ...
канд. техн. наук: 05.16.04 / Д. О. Дьомін; [Харківський політехнічний інститут]. – Х., 1995. – 24 с.
Поступила в редакцию 23.10.2013
1А. М. Жерносеков, канд. техн. наук
1В. Н. Сидорец, д-р техн. наук
1В. В. Приходько
1Институт электросварки
им. Е.О. Патона НАН Украины, Киев,
Украина
e-mail: maximan23@i.ua
Ключові слова: зварювання, дуга,
розбризкування, сталь, імпульс, регу-
лювання.
УДК 621.791
ПРИМЕНЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ СВАРКЕ
КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ
Анотація. Показані результати досліджень процесу імпульсно-
дугового зварювання плавким електродом конструкційних сталей,
включаючи застосування порошкових дротів. Показано, що застосу-
вання імпульсних технологій дозволяє значно зменшити розбризкуван-
ня металу. Встановлено, що використання джерел живлення з регу-
льованою формою імпульсів зварювального струму підвищує ефектив-
ність процесів зварювання та наплавлення порошковими дротами,
включаючи самозахисні.
Введение
В последнее десятилетие наметилась тенденция к расширению областей применения процесса
импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом в защитных газах (ИДСПЭ) для различных кон-
струкционных сталей, в том числе изделий ответственного назначения, включая трубопроводный
транспорт [1 – 4]. Это связано со многими преимуществами данного способа сварки: управляемый
перенос электродного металла во всех пространственных положениях, небольшое разбрызгивание,
высокие механические свойства металла швов. Разбрызгивание – один из главных показателей эф-
фективности процесса сварки плавящимся электродом в защитных газах. Повышенный уровень по-
терь металла на разбрызгивание и угар приводит не только к перерасходу сварочной проволоки, но и
засорению сопла сварочной горелки, ухудшению газовой защиты, налипанию брызг на изделие.
Применение импульсных технологий дуговой сварки позволит эффективно решить ряд технологиче-
ских вопросов.
Анализ исследований и публикаций
Известно, что разбрызгивание металла в защитных газах определяется составом смеси и средним то-
ком сварки [5, 6]. На рис. 1 [6] представлена зависимость разбрызгивания металла для сварки на по-
стоянном токе в 100 % СО2, на постоянном токе в смеси 82 % Аr + 18 % СО2, а также на импульсном
токе в смеси 82 % Аr + 18 % СО2. Как видно из рис. 1, разбрызгивание металла при сварке в защит-
ном газе 100 % СО2 значительное и может достигать 10-11 %, причем максимум приходится на наи-
более эффективные технологические режимы, когда производительность высокая, а сварочная ванна
еще не перегрета большим сварочным током. В смеси газов 82 %Аr+18 %СО2 разбрызгивание снижа-
ется до максимального уровня 5,5…6,5 %. Однако нелинейная зависимость от сварочного тока по-
прежнему сохраняется. При ИДСПЭ процент разбрызгивания не зависит от сварочного тока и не
превышает 1,5...2 % для сплошных проволок. Таким образом, ИДСПЭ конструкционных сталей явля-
ется весьма перспективным способом сварки.
В институте электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины (ИЭС им. Е. О. Патона) проводи-
лись исследования [7] по влиянию параметров процесса ИДСПЭ на уровень выгорания легирующих
© А. М. Жерносеков, В. Н. Сидорец, В. В. Приходько, 2013
mailto:maximan23@i.ua
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80941 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0131-2928 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:24:08Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Таран, Б.П. Малахов, В.В. Молодов, К.О. 2015-04-28T16:03:50Z 2015-04-28T16:03:50Z 2013 Проектирование кокиля для изготовления ответственных сложнопрофильных литых деталей энергетического машиностроения / Б.П. Таран, В.В. Малахов, К.О. Молодов // Проблемы машиностроения. — 2013. — Т. 16, № 5. — С. 12-18. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 0131-2928 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80941 621.74 В статье описан пример применения комплексного подхода к проектированию оснастки для изготовления ответственных сложнопрофильных литых деталей: моделей, стержневых ящиков кокилей. Показано, что применение методов оптимизации припусков на основе построения и анализа размерных цепей для проектирования рабочей полости кокиля в сочетании с технологией быстрого прототипирования обеспечивают возможность получения высококачественных ответственных литых деталей. Приведены результаты экспериментальных исследований термостойкости кокилей с вставками из псевдосплава Fe-Cu. Описаний приклад застосування комплексного підходу до проектування оснащення для виготовлення відповідальних складнопрофільних литих деталей енергетичного машинобудування: моделей, стрижневих ящиків, кокілів. Показано, що застосування методів оптимізації припусків на основі побудови та аналізу розмірних ланцюгів для проектування робочої порожнини кокіля в поєднанні з технологією швидкого прототипування забезпечують можливість отримання високоякісних відповідальних литих деталей. Наведено результати експериментальних досліджень термостійкості кокілів зі вставками з псевдосплаву Fe - Cu. For rapid development of manufacturing technology of vital figurine cast parts, the use of the modern method of rapid prototyping, allowing to build-up ready models from photopolymer resin on the predesigned 3D-model using laser sintering plants, is of practical interest. The example of application of an integrated approach to the equipment design for manufacturing of figurine cast parts of power engineering is described in the paper. The chill mould design also involves the solution of the problems, related to the selection of the chill mould material since its thermal stability depends on the problem solution correctness. Recommendations on the selection of the mould material and results of experimental studies of thermal stability of moulds with inserts from Fe-Cu pseudo-alloy are given in the paper. The admissible temperature range for the use of Fe-Cu pseudo-alloy as inserts is justified. ru Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України Проблемы машиностроения Энергетическое машиностроение Проектирование кокиля для изготовления ответственных сложнопрофильных литых деталей энергетического машиностроения Chill mould design for manufacture of vital figurine cast parts of power engineering Article published earlier |
| spellingShingle | Проектирование кокиля для изготовления ответственных сложнопрофильных литых деталей энергетического машиностроения Таран, Б.П. Малахов, В.В. Молодов, К.О. Энергетическое машиностроение |
| title | Проектирование кокиля для изготовления ответственных сложнопрофильных литых деталей энергетического машиностроения |
| title_alt | Chill mould design for manufacture of vital figurine cast parts of power engineering |
| title_full | Проектирование кокиля для изготовления ответственных сложнопрофильных литых деталей энергетического машиностроения |
| title_fullStr | Проектирование кокиля для изготовления ответственных сложнопрофильных литых деталей энергетического машиностроения |
| title_full_unstemmed | Проектирование кокиля для изготовления ответственных сложнопрофильных литых деталей энергетического машиностроения |
| title_short | Проектирование кокиля для изготовления ответственных сложнопрофильных литых деталей энергетического машиностроения |
| title_sort | проектирование кокиля для изготовления ответственных сложнопрофильных литых деталей энергетического машиностроения |
| topic | Энергетическое машиностроение |
| topic_facet | Энергетическое машиностроение |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80941 |
| work_keys_str_mv | AT taranbp proektirovaniekokilâdlâizgotovleniâotvetstvennyhsložnoprofilʹnyhlityhdetaleiénergetičeskogomašinostroeniâ AT malahovvv proektirovaniekokilâdlâizgotovleniâotvetstvennyhsložnoprofilʹnyhlityhdetaleiénergetičeskogomašinostroeniâ AT molodovko proektirovaniekokilâdlâizgotovleniâotvetstvennyhsložnoprofilʹnyhlityhdetaleiénergetičeskogomašinostroeniâ AT taranbp chillmoulddesignformanufactureofvitalfigurinecastpartsofpowerengineering AT malahovvv chillmoulddesignformanufactureofvitalfigurinecastpartsofpowerengineering AT molodovko chillmoulddesignformanufactureofvitalfigurinecastpartsofpowerengineering |