Повышение качества автомобильных колес из алюминиевых сплавов при литье под низким давлением путем применения новых разделительных покрытий

Косович, Александр Александрович

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ………………………………………………………………………….. 4
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………………………………. 5
1. ПОКРЫТИЯ В ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ…………………………………………….. 9
1.1. Характеристика метода литья под низким давлением ………………………………….. 9
1.2. Классификация дефектов литых автомобильных колес ……………………………… 15
1.3. Разделительные покрытия для литья под низким давлением ……………………… 18
1.4. Управление качеством литых автомобильных колес путем изменения состава и свойств разделительных покрытий пресс-форм …………………………………………….. 28
1.5. Выводы и постановка задач исследования …………………………………………………. 36
2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И МАТЕРИАЛЫ…………………………………………… 37
2.1. Этапы производства легкосплавных колес ………………………………………………… 37
2.2. Исходные компоненты разделительных покрытий …………………………………….. 39
2.3. Методы оценки свойств разделительных покрытий …………………………………… 44
2.4. Методы оценки влияния разделительных покрытий на литейные свойства сплава и качество колес …………………………………………………………………………………… 47
2.5. Моделирование процесса литья колес из сплава АК12 в пресс-формах с нанесенным разделительным покрытием …………………………………………………………. 50
2.6. Выводы …………………………………………………………………………………………………….. 53
3. РАЗРАБОТКА ИМПОРТОЗАМЕЩАЮЩИХ ПОКРЫТИЙ ПРЕСС-ФОРМ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД НИЗКИМ ДАВЛЕНИЕМ ……………………………………………………………. 54
3.1. Разработка теплопроводящего покрытия пресс-форм ………………………………… 54 3.2. Разработка теплоизолирующего покрытия пресс-форм ……………………………… 66
3.3. Прогнозирование эффективности покрытий путем моделирования процесса литья в окрашенную пресс-форму……………………………………………………………………. 73
3
3.4. Выводы …………………………………………………………………………………………………….. 79
4. ПРОМЫШЛЕННАЯ АПРОБАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ ПОКРЫТИЙ ПРЕСС- ФОРМ …………………………………………………………………………………………………………….. 80
4.1. Внедрение теплопроводящего разделительного покрытия …………………………. 80 4.2. Испытания теплоизолирующего разделительного покрытия ……………………… 86 4.3. Выводы …………………………………………………………………………………………………….. 91 ВЫВОДЫ ……………………………………………………………………………………………………….. 92 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………………………………… 94 ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ………………………………………………………………………………………….. 109 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ………………………………………………………………………………………….. 110 ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ………………………………………………………………………………………….. 111 ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ………………………………………………………………………………………….. 113 ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ………………………………………………………………………………………….. 115 ПРИЛОЖЕНИЕ 6 ………………………………………………………………………………………….. 117

Литье под низким давлением – один из наиболее автоматизированных и вы- сокопроизводительных способов получения крупносерийных фасонных изделий из легких сплавов. Однако при имеющейся высокой геометрической точности от- ливок по-прежнему актуальной остается задача повышения качества их поверхно- сти.
Для автомобильных колес, отлитых под низким давлением, характерными являются поверхностные и подповерхностные дефекты (неслитины, пористость и другие). Их возникновение обусловлено наличием в кристаллизующемся расплаве двухфазной области, в которой одновременно существуют твердая и жидкая фа- зы. Ширина этой переходной области, играющей ключевую роль в формировании структуры колеса, прямо пропорционально зависит от величины температурного интервала кристаллизации сплава и обратно пропорционально от интенсивности отвода теплоты к пресс-форме.
Одним из решений по регулированию теплоотвода, не требующих больших экономических затрат, является применение разделительных покрытий, создаю- щих на поверхности пресс-форм защитный слой с заданными теплофизическими свойствами. Однако данная область исследований практически не освещена в научных изданиях.
В то же время покрытия, выпускаемые в России и странах СНГ, в не полной мере удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям, часто уступают зару- бежным аналогам по уровню свойств. В связи с этим отечественные производите- ли фасонной продукции из легких сплавов вынуждены закупать их за рубежом (Великобритания, Германия, Италия, США и др.).
Поэтому целью работы является разработка комплекса технологических решений, направленных на повышение качества автомобильных колес при литье
1 Диссертация выполнена при научной консультации канд. техн. наук Т.А. Богдановой
6
под низким давлением за счет предотвращения образования подповерхностных дефектов.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие за- дачи:
 выполнить анализ существующей литейной технологии, включая процесс подготовки пресс-форм и свойства используемых зарубежных покрытий;
 предложить составы импортозамещающих разделительных покрытий и экспериментально обосновать возможность их применения при литье автомо- бильных колес под низким давлением из силумина АК12;
 исследовать с использованием программного пакета ProCAST® процесс формирования качества поверхности колес под низким давлением при различных теплофизических свойствах разделительного слоя в системе «расплав – раздели- тельное покрытие – пресс-форма»;
 внедрить разработанные покрытия на ООО «КиК» и в учебный процесс ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет».
Для решения поставленных задач были применены методы: лазерной гра- нулометрии; дифференциально-термического анализа, оптической плотности га- зов, лазерной вспышки; метод измерения формозаполняемости расплава по спи- ральной металлической пробе; оптической микроскопии; контроля уровня меха- нических свойств; ресурсных испытаний автомобильных колес, что обеспечило достоверность полученных результатов, при обработке которых использовались стандартные компьютерные программы.
Научную значимость имеют следующие результаты:
1. Установлено влияние содержания связующего (жидкого стекла) на тех- нологические свойства водорастворимых разделительных покрытий пресс-форм для литья под низким давлением, что позволило определить его оптимальное со- держание, равное 44–65 % при соотношениях наполнителя и связующего близких к 1:1,1–1,2 и среднем размере частиц минеральных и оксидных наполнителей от 0,2 до 25 мкм.

7
2. На основании проведенных исследований и анализа кинетики газовыде- ления установлено, что уменьшение газотворности разработанных покрытий при их нагреве до 690–720 °C позволяет снизить на 20 % количество газовых дефектов колес при литье под низким давлением.
3. Путем компьютерного моделирования кристаллизации отливок при литье под низким давлением установлено, что разработанное теплопроводящее покры- тие в процессе теплообмена в системе «расплав – разделительное покрытие – пресс-форма» ускоряет кристаллизацию колеса на 2,1 с, а теплоизоляционное за- медляет на 1,3 с, что позволяет выравнивать кристаллизацию отливки и повышать ее качество.
4. Изучено совместное влияние профиля поверхности покрытия и его теп- лопроводности и установлено, что впадины профиля способствуют формирова- нию воздушных зазоров, в которых прослойки воздуха выступают в роли тепло- вых микроизоляторов и ослабляют теплопередачу, нивелируя влияние коэффици- ента теплопроводности разделительного слоя, в то же время острые выступы на поверхности покрытия стягивают окисные плены к краям потока металла, пре- одолевающего окрашенный участок формы, тем самым очищая его и повышая выход годного литья до 10 % в зависимости от модели колеса.
Практическую значимость имеют следующие результаты:
1. Предложено технологическое решение по снижению брака легкосплав- ных колес по термическим, газовым и усадочным дефектам, заключающееся в применении разделительных покрытий с заданными свойствами. Суммарное сни- жение по данным группам дефектов в среднем составило 30 %.
2. Предложен состав теплопроводящего покрытия (КПТ110), обладающий следующими свойствами в сравнении с зарубежными аналогами: седиментацион- ная устойчивость увеличена на 20 %, приведенная прочность – в 4,5 раза, на 50 % снижена газотворность, средний прирост формозаполняемости сплава АК12 по окрашенной спиральной пробе составляет 9 см. На данный состав получен патент No 2604163 «Разделительное покрытие для литейных пресс-форм».

8
3. Разработаны рекомендации по технологии приготовления и нанесения теплоизолирующего покрытия (Ж163), содержащего наполнитель и связующее в соотношении 1:1,2 и обладающего плотностью 1110 кг/м3, седиментационной устойчивостью (через 3 ч) 40–45 %, приведенной прочностью 130 кг/мм, на 25 % меньшей газотворностью в сравнении с зарубежными аналогами.
4. Предложенные покрытия внедрены на ООО «КиК», что позволило увели- чить выход годных отливок на 1,5–10,0 % в зависимости от модели колеса. Эко- номический эффект от внедрения разработанных покрытий на предприятии со- ставляет 850 000 руб./год.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Способ повышения эффективности технологии производства легкосплав- ных автомобильных колес, реализуемый через нанесение на пресс-формы покры- тий с различными теплофизическими свойствами, позволяющими регулировать условия кристаллизации подповерхностных слоев отливок.
2. Новые составы разделительных покрытий пресс-форм, выполненные на основе полидисперсных наполнителей с повышенным содержанием связующего, технология нанесения которых не отличается от заводской.
3. Экспериментальные закономерности, подтверждающие повышение каче- ства отливок из алюминиевых сплавов при литье под низким давлением за счет управления теплообменом между расплавом и пресс-формой.
4. Результаты компьютерного моделирования, позволяющие оценивать снижение риска возникновения дефектов легкосплавных колес за счет регулиро- вания теплообмена в системе «расплав – разделительное покрытие – пресс- форма».
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографи- ческого списка, содержащего 137 источников, и 6 приложений. Основной матери- ал изложен на 107 страницах, включая 20 таблиц и 57 рисунков.
Автор работы выражает благодарность за большую помощь в области ме- талловедения канд. техн. наук Богдановой Татьяне Александровне, начальнику металлургического отдела ООО «КиК».

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Мария Б. преподаватель, кандидат наук
    5 (22 отзыва)
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальнос... Читать все
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальности "Экономика и управление народным хозяйством". Автор научных статей.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ
    Мария А. кандидат наук
    4.7 (18 отзывов)
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет... Читать все
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет, реклама, журналистика, педагогика, право)
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Родион М. БГУ, выпускник
    4.6 (71 отзыв)
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    #Кандидатские #Магистерские
    108 Выполненных работ
    Оксана М. Восточноукраинский национальный университет, студент 4 - ...
    4.9 (37 отзывов)
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политоло... Читать все
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политологии.
    #Кандидатские #Магистерские
    68 Выполненных работ
    Екатерина Б. кандидат наук, доцент
    5 (174 отзыва)
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподав... Читать все
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподавала учебные дисциплины: Бюджетная система Украины, Статистика.
    #Кандидатские #Магистерские
    300 Выполненных работ
    Татьяна М. кандидат наук
    5 (285 отзывов)
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    #Кандидатские #Магистерские
    495 Выполненных работ
    Дмитрий К. преподаватель, кандидат наук
    5 (1241 отзыв)
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполня... Читать все
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполняю уже 30 лет.
    #Кандидатские #Магистерские
    2271 Выполненная работа

    Другие учебные работы по предмету