ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ МЕТОДОМ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
, доктор технических наук, профессор
Вологодский государственный технический университет
г. Вологда
Целью оптимизации режимов литья является определение значений переменных параметров для получения отливок с максимальной плотностью.
1. Скорость прессующего поршня, давление рабочей жидкости в приводе - эти параметры были взяты в качестве переменных для проведения планируемого эксперимента.
Уровни и интервал варьирования переменных параметров Таблица 1
Переменный параметр | Условное обозначение | xmin | xmax |
Давление в приводе, Па | х1 | 0,05 | 0,07 |
Скорость прессующего поршня, м/с | х2 | 0,5 | 1,5 |
Значения минимальных и максимальных уровней варьирования переменных параметров определялись исходя из возможностей оборудования.
При наличии двух переменных параметров ставим полный факторный эксперимент типа 22. Эксперимент предусматривает проведение четырех опытов с различным сочетанием уровней переменных параметров. В ходе каждого опыта отливали партию из трех отливок. Таким образом, в результате эксперимента типа 22 было изготовлено 22×3=12 отливок.
Отливку из алюминиевого сплава изготовляли на машине мод. 711А08. Металл в камеру прессования заливали вручную. В качестве плавильно-раздаточной печи использовали электропечь сопротивления с автоматическим регулированием температуры сплава. Смазывание пресс-формы и камеры прессования осуществляли 4%-ным водным раствором фтористого натрия путем его заливки в камеру прессования и запрессовки в полость пресс-формы. Смазывание проводили перед каждым циклом изготовления отливки. Пресс-форма не имела автономной системы охлаждения.
Показатели качества отливок определяли следующими способами. Плотность определяли гидростатическим взвешиванием:
(1)
где G1 и G2 — массы отливки соответственно на воздухе и в воде; рвод — плотность воды.
Скорость прессующего поршня устанавливали с помощью вентиля расхода рабочей жидкости, протестированного предварительно с использованием индукционного датчика скорости и осциллографа К-115. Давленые рабочей жидкости в приводе устанавливали с помощью вентиля редуктора давления и контролировали с помощью манометра.
Температуру сплава в раздаточной печи определяли с помощью переносной термопары. Необходимая температура сплава поддерживалась системой автоматического регулирования, которой были оснащены все раздаточные печи цеха. Так как термопара, задействованная в системе автоматического регулирования, была размещена в печном пространстве, то ее температура не соответствовала реальной температуре сплава. В связи с этим дополнительно использовали переносную термопару.
В качестве отклика Y рассматриваем логарифмы ресурса lg L, где L — ресурс выраженный в плотности отливки.
Матрица планирования эксперимента Таблица 2
№ опыта | Факторы | Отклик Y=lg L | ||||
Х1 | Х2 | Х1Х2 | Повторы опыта y | Среднее значение yu | Среднее квадратическое отклонение Su | |
1 | + | - | - | 2,423; 2,418; 2,416 | 2,419 | 0,00361 |
2 | + | + | + | 2,413; 2,405; 2,388 | 2,402 | 0,01267 |
3 | - | + | - | 2,417; 2,415; 2,413 | 2,415 | 0,01179 |
4 | - | - | + | 2,418; 2,413; 2,419 | 2,417 | 0,00324 |
Учитывая, что число повторов m = 3. среднее значение yu и среднее квадратичное отклонение Su логарифма ресурса в u*m опыте, определяем по формулам:
(2)
где y — текущее значение логарифма ресурса.
По результатам испытаний определяем оценки коэффициентов функций отклика:
; 
; 
Оценку функции отклика в кодированных значениях факторов записываем в виде:
(3)
При подстановке значений х1 = 0,06 Па; х2 = 1 м/с в уравнение плотности отливки получим Y1 = 2,383 т/м3. Если повысить давление до 0,07 Па, то плотность отливки увеличится до Y2 = 2,393 т/м3. С увеличением скорости поршня до 1,5 м/с при том же давлении плотность отливки несколько понизится и составит Y3 = 2,382 т/м3.
Таким образом, для повышения плотности отливок необходимо увеличивать давление в приводе и снижать скорость поршня.
По техническим характеристикам в приводе машины мод. 711А08 не рекомендуется увеличивать давление более 0,07 Па. Поэтому целесообразно повышать давление прессования.
2. На плотность отливки влияние оказывает, кроме давления прессования - температура заливаемого сплава.
Уровни и интервал варьирования переменных параметров Таблица 3
Переменный параметр | Условное обозначение | xmin | xmax |
Давление прессования, МПа | х1 | 260 | 300 |
Температура сплава, °С | х2 | 660 | 690 |
Матрица планирования эксперимента Таблица 4
№ опыта | Факторы | Отклик Y=lg L | ||||
Х1 | Х2 | Х1Х2 | Повторы опыта y | Среднее значение yu | Среднее квадратическое отклонение Su | |
1 | + | - | - | 2,415; 2,413; 2,408 | 2,412 | 0,00361 |
2 | + | + | + | 2,419; 2,417; 2,400 | 2,412 | 0,01044 |
3 | - | + | - | 2,413; 2,416; 2,410 | 2,413 | 0,00300 |
4 | - | - | + | 2,403; 2,405; 2,398 | 2,402 | 0,00361 |
По результатам испытаний определяем оценки коэффициентов функций отклика:
Оценку функции отклика в кодированных значениях факторов записываем в виде:
При подстановке значений х1 = 280 МПа; х2 = 675°С в уравнение плотности отливки получим Y1 = 2,439 кг/м3. Если повысить давление до 300 МПа, то плотность отливки увеличится до Y2 = 2,440 кг/м3. С увеличением температуры до 700°С при том же давлении, плотность отливки возрастет и составит Y3 = 2,611 кг/м3.
Таким образом, для повышения плотности отливок необходимо увеличивать давление прессования и поддерживать температуру максимально возможной.
1. http://ru. wikipedia. org/wiki
2. , Литье под давлением,2 изд., М., 1973.
3. , , «Надежность машин» // Высшкая школа, 1988.
4. , , «Опыт разработки АСУТП. Совершенствование технологии и организации производства литья под давлением» // М: МДНТП, 1980.
5. «Справочник по литейному оборудованию» // М: Машиностроение, 1985.
