ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 621.743.42
DOI: 10.18503/1995-2732-2024-22-1-39-48
Аннотация
Постановка задачи. Песчано-жидкостекольные литейные стержни по-прежнему широко применяются в чугунном промышленном и художественном литье вследствие доступности и простоты реализации песчано-жидкостекольного стержневого процесса, а также безопасности компонентов стержневой смеси и газообразного отвердителя для здоровья человека и окружающей среды. Совершенствование песчано-жидкостекольного стержневого процесса заключается в поиске новых добавок и рецептур стержневых смесей, а также улучшении способов отверждения литейных стержней для повышения их физико-технических характеристик и эксплуатационных качеств. В процессе изготовления металлических отливок на литейные стержни длительное время воздействуют высокие температуры, приводящие к изменению их физико-технических характеристик во времени, что влияет на качество отливок. Поэтому установление температурных зависимостей физико-технических характеристик песчано-жидкостекольных литейных стержней различных составов является актуальной научно-технической задачей. Цель работы. Разработка комплексной математической модели, описывающей температурные зависимости физико-технических характеристик песчано-жидкостекольных литейных стержней, путем усовершенствования существующих математических моделей с учетом результатов экспериментальных исследований. Используемый метод. Математическое моделирование температурных зависимостей физико-технических характеристик песчано-жидкостекольных литейных стержней при воздействии высоких температур в процессе изготовления металлических отливок. Новизна. Предложена математическая модель, отражающая температурные зависимости физико-технических характеристик песчано-жидкостекольных литейных стержней с учетом перспективных рецептур стержневых смесей. Результат. Показана возможность численного моделирования физико-технических характеристик песчано-жидкостекольных литейных стержней при подборе рецептуры стержневой смеси для решения конкретной задачи. Практическая значимость. Приведены результаты численных экспериментов с использованием предложенной математической модели для исследования физико-технических характеристик песчано-жидкостекольных литейных стержней различных составов при воздействии высоких температур с учетом тепловых процессов, протекающих в литейной форме, заполненной расплавленным металлическим литейным материалом, с установленными литейными стержнями.
Ключевые слова
литейный стержень, литейная форма, математическая модель, физико-технические характеристики, стержневая смесь, предел прочности, выбиваемость, численный эксперимент, рецептура, коэффициент газопроницаемости, газовыделение, теплоемкость, плотность, теплопроводность
Для цитирования
Гутько Ю.И., Войтенко В.В. Исследование температурных зависимостей физико-технических характеристик песчано-жидкостекольных литейных стержней // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2024. Т. 22. №1. С. 39-48. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2024-22-1-39-48
1. Рольф Р. Литейные технологии: учебник. Нур-Султан: Фолиант, 2019. 408 с.
2. Holtzer M., Kmita A. Mold and Core Sands in Metalcasting: Chemistry and Ecology Sustainable Development. New York City, Dordrecht, Heidelberg, London: Springer, 2020. 378 с.
3. Groover M.P. Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems. 7th Ed. Hoboken, New Jersey, USA: John Wiley & Sons, 2020. 816 с.
4. Heat Transfer Module User’s Guide. Burlington, Massachusetts, USA: COMSOL, 2019. 788 p. URL: https://doc.comsol.com/5.5/doc/com.comsol.help.heat/HeatTransferModuleUsersGuide.pdf (дата обращения: 27.01.2024).
5. Гутько Ю.И., Войтенко В.В. Исследование прочности и выбиваемости песчано-жидкостекольных литейных стержней, содержащих стальной порошок // Теория и технология металлургического производства. 2022. №2 (41). С. 12-17. URL: http://ttmp.magtu.ru/doc/2022/2/12-17.pdf (дата обращения: 27.01.2024).
6. Гутько Ю.И., Войтенко В.В. Исследования выбиваемости и газовыделения песчаных литейных стержней на органическом связующем веществе // Настоящее и будущее современных научных направлений: сб. матер. Междунар. науч.-практ. конф. (13 июня 2022 г.). Кемерово: Западно-Сибирский научный центр, 2022. С. 70-73. URL: https://www.sibscience-new.ru/images/doc_temp/2022/ Sbornik_13_06_22.pdf (дата обращения: 27.01.2024).
7. Гутько Ю.И., Войтенко В.В. Исследование выбиваемости жидкостекольных литейных стержней // Настоящее и будущее современных научных направлений: сб. матер. Междунар. науч.-практ. конф. (18 мая 2021 г.). Кемерово: Западно-Сибирский научный центр, 2021. С. 14-17. URL: https://www.sibscience-new.ru/images/doc_temp/ 18_05.pdf (дата обращения: 27.01.2024).
8. ГОСТ 28840-90. Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования = Machines for Tension, Compression, and Bending Testing of Materials. General Technical Requirements: межгосударственный стандарт: издание официальное: утвержден и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 29 декабря 1990 № 3530: введен впервые: дата введения: 01.01.1993. М.: Изд-во стандартов, 2004. 8 с. URL: https://meganorm.ru/Data2/1/4294852/ 4294852156.pdf (дата обращения: 27.01.2024).
9. ГОСТ 10580-2006. Оборудование технологическое для литейного производства. Общие технические условия = Technological Equipment for Foundry. General Technical Conditions: межгосударственный стандарт: издание официальное: утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 4 сентября 2007 г. №233: введен впервые: дата введения: 01.01.2008. М.: Стандартинформ, 2009. 23 с. URL: https://meganorm.ru/Data/56/5694.pdf (дата обращения: 27.01.2024).
10. ГОСТ 23409-78. Пески формовочные, смеси формовочные и стержневые = Moulding Sands, Moulding and Core Sand Mixtures: межгосударственный стандарт: издание официальное: утвержден и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 27 декабря 1978 г. №3489: введен впервые: дата введения: 01.01.1980 М.: Изд-во стандартов, 1995. 3 с. URL: https://meganorm.ru/Data2/1/4294830/4294830675.pdf (дата обращения: 27.01.2024).
11. Тютина Е.А. Разработка технологии получения легковыбиваемых жидкостекольных стержневых смесей: дис. … канд. техн. наук: 05.16.04. РГБ ОД, 61:06-5/1944. Комсомольск-на-Амуре, 2006. 173 с.
12. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Наука, 1972. 720 с.
13. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов: Справочное руководство. М.: Физматгиз, 1959. 356 с.
14. Codina R. Comparison of Some Finite Element Methods for Solving the Diffusion-Convection-Reaction Equation // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. Amsterdam: Elsevier. 1998, no. 156, pp. 185-210. DOI: 10.1016/S0045-7825(97)00206-5.