ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАКРЫТЫХ ПРИБЫЛЕЙ РАЗЛИЧНОЙ ГЕОМЕТРИИ НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Проведен краткий анализ существующих методов уменьшения объема прибылей. Выделены их преимущества и недостатки. Обосновывается область применения методов оптимизации формы прибылей с целью увеличения выхода годного. Рассмотрено фактическое положение усадочных дефектов в прибылях различной конструкции. Отмечены закономерности расположения и формы усадочных рако­вин в зависимости от формы верхней части прибыли, что позволило выделить четыре группы прибылей и отметить отличия в эффектив­ности их работы. Для уточнения механизма формирования усадочных дефектов в прибылях с различной формой верхней части и оценки эффективности их работы предложено использовать методы математического моделирования. Целесообразность применения методов математического моделирования подчеркивается возможностью идеализации внешних воздействующих факторов на тепловые процессы в форме, что труднодостижимо в фактических условиях литейного производства. В качестве среды моделирования использовалось прило­жение SOLIDCast. Начальные и граничные условия математического моделирования были идентичны для всех типов прибылей. Резуль­таты прогноза усадочных дефектов представлены в виде изоповерхностей, размеры которых были положены в основу оценки эффектив­ности работы прибыли. На основании результатов математического моделирования предложен подход к оценке эффективности тепловой работы прибылей различной конструкции. В основе оценки эффективности рекомендовано использовать характеристики положения уса­дочного дефекта в объеме прибылей. Продемонстрирован расчет эффективности применения прибылей равных габаритов, но с различной конструкцией верхней части. Предложенный показатель эффективности хорошо согласуется с геометрическим модулем (отношением объема к площади поверхности прибыли). Увеличение значения модуля прибыли увеличивает ее тепловую эффективность. Показано, что применение концентратора позволяет увеличить эффективность прибыли. На основании анализа изотермических линий в продольном се­чении прибылей предложено объяснение механизма тепловой работы концентратора и его влияния на расположение усадочной раковины. Обосновываются рекомендации по увеличению выхода годного литья за счет изменения формы верхней части прибыли. Показана возмож­ность увеличения выхода годного на 4 % и уменьшения брака отливок за счет оптимизации формы верхней части прибылей.  

1. Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. – М.: Метал¬лургия, 1976. – 552 с.

2. Нехендзи Ю.А. Стальное литье. – М.: Металлургиздат, 1948. – 768 с.

3. Василевский П.Ф. Технология стального литья. – М.: Машино¬строение, 1974. – 406 с.

4. Производство стальных отливок: Учебник для вузов / Л.Я. Коз¬лов, В.М. Колокольцев, К.Н. Вдовин и др. / Под ред. Л.Я. Козло¬ва. – М. : Изд-во МИСиС, 2003 . – 351 с.

5. Campbell J. Complete Casting Handbook: Metal Casting Processes, Techniques and Design. 1st edition. Oxford, UK: ButterworthHeinemann, 2011. – 1220 p.

6. Справочник литейщика / Под. ред. Н.Н. Рубцова. – М.: Машгиз, 1962. – 611 с.

7. Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов: Учеб. пособие для ву¬зов. – Л.: Машиностроение, 1976. – 216 с.

8. Дубинин Н.П. Стальное литье: Справочник для мастеров ли¬тейного производства. – М.: Машгиз, 1961. – 887 с.

9. Гуляев Б.Б. Литейные процессы. – М.: Машгиз, 1960. – 416 с.

10. Гацуро В.М., Вовся С.А. Применение экзотермических вставок при производстве стального литья – путь к экономии // Литье и металлургия. 2008. № 2 (46). С. 131 – 133.

11. Сошкин В.Е., Молодых Л.А. Улучшение качества литья при применении экзотермических вставок // Литейщик России. 2013. № 6. С. 12 – 14.

12. Кукуй Д.М., Фасевич Ю.Н., Турок А.И. Влияние вида наполни¬теля на прочностные и теплофизические свойства экзотермиче¬ских смесей // Литье и металлургия. 2010. № 3 (57). С. 125 – 127.

13. Williams T.J., Hardin R.A., Beckermann C. Thermophysical properties and performance of riser sleeves for steel castings // Inter Metalcast. 2016. Vol. 10. No. 4. P. 535 – 555.

14. Kamble B.S. etc. Optimization & experimental validation of feeding system for steel casting using traditional and simulation technique-a case study // IRJET. 2016. Vol. 3. No. 6. P. 1684 – 1689.

15. Perzyk M. etc. Optimization of side feeders systems by means of simulation of solidification // Archives of Foundry Engineering. 2015. Vol. 15. No.1. P. 69 – 74.

16. Sutaria M. etc. Automatic optimization of casting feeders using feed-paths generated by VEM // ASME 2011 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. American Society of Mechanical Engineers, 2011. P. 137 – 146.

17. Morthland T.E. etc. Optimal riser design for metal castings // MMTB. 1995. Vol. 26. No. 4. P. 871 – 885.

18. Монастырский А.В. О современных методах разработки и оп¬тимизации технологических процессов в литейном производст¬ве // Литейное производство. 2010. № 5. С. 19 – 22.

19. Ваченко А.С., Жокин А.В. Математическое моделирование как инструмент технолога-литейщика // Литейное производство. 2015. № 3. С. 30 – 32.

20. Варианты исполнения (типоразмеры) экзотермических вста¬вок [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.beltl.ru/materiali_vstavka_ekzotermicheskaia-var.php (Дата обращения: 15.04.2018).