Лабораторная работа № 3 Выбор марки (состава) сплава для отливки
Цель работы - ознакомиться с принципами выбора сплава и построения программы расчета на ЭВМ. Получить практические навыки работы с программой SPLAV.
Теоретическая часть
Основная задача технолога литейщика - получение качественной отливки. Одним из главных факторов отвечающих за качество является литейный сплав. Поэтому одной из важнейших задач литейной технологии является правильный выбор литейного сплава. Эта проблема представляет собой достаточно сложную техническую задачу, так как оптимальный литейный сплав должен удовлетворять многим требованиям: технологическим, механическим, эксплутационным, экономическим и т.д.
В настоящее время ГОСТ предусмотрено более 200 литейных сплавов, которые изготавливаются по различным техническим условиям. Поэтому первый этап решения поставленной задачи - выбор состава сплава из существующих в ГОСТ. Поиск оптимального сплава в ЭВМ осуществляется с помощью информационной поисковой системы (ИПС). Она состоит (рис. 6) из [3]:
поискового предписания (ПП);
поиска соответствия ПП поисковому образу (ПО);
выдачи ответов.
Если задача на 1 этапе решена положительно, то выдается ответ с рекомендуемой маркой сплава. Если же в ИПС не найдено соответствие ПП и ПО, то необходимо изменять ИЗ или применить критерий эшелонированной выдачи ответа, а если этого сделать нельзя, то переходят ко второму этапу решения задачи.
Он заключается в создании нового сплава с заданными свойствами. Этот процесс называется синтезом сплава. Он производится по следующей схеме [4]:
1) формирование технических требований, определяющих главное свойство сплава, которое должно достигать оптимального значения и ограничений указывающих предельные допустимые значения менее важных свойств или качественные положения об их уровне;
2) выбор базового компонента (основы сплава). Практически всегда предопределен техническим заданием на свойства сплава.
Выбор базового компонента определяется, прежде всего, условиями работы изделия. Второй фактор, который необходимо учитывать при решении этой задачи, - экономический. В таблице 6 [5] приведены некоторые данные об оптовых ценах 1991 года на металлы и не металлы при той степени чистоты, с которой они применяются при изготовлении сплавов.
3) выбор ряда легирующих добавок, могущих повышать контролируемые рабочие свойства и приемлемых по экономическим показателям, а также определение вредных примесей, которые могут присутствовать в сплаве. Он производится на основе оценки взаимодействия элементов периодической системы с базовыми компонентами и между собой путем анализа соответствующих диаграмм состояния, зависимостей “состав-свойство” и характеристики атомарно-кристаллического строения и свойств компонентов;
4) оценка влияния легирующих элементов на технологические характеристики, которые необходимо учитывать при окончательном выборе состава сплава;
5) выбор легирующего комплекса, т.е. группы легирующих компонентов из намеченного ряда, которые целесообразно вводить совместно;
6) выбор конкретного состава сплава и режима термической обработки;
7) проверка сплава в лабораторных и производственных условиях и окончательная корректировка его состава.
Таблица 6
Оптовые цены (до 1991 года) на металлы и неметаллы
Химический символ |
Цена, руб/кг |
Цена по отношению к Fe |
Область применения |
Fe Al Cu |
0,16 0,63 0,83 |
1 3,94 5,19 |
Преобладающие основы сплавов |
Zn Pb Mg Ti Ni Sn Co |
0,26 0,67 0,76 2,90 4,05 10,50 26,80 |
1,625 4,19 4,75 18,125 25,31 65,625 167,5 |
Редко применяемые основы сплавов |
C Si Na Mn Sb Cr |
0,02 0,50 0,90 1,06 2,30 3,62 |
0,125 3,125 5,625 6,625 14,375 14,375 |
Легирующие добавки, примеси и редко применяемые элементы |
W Bi Mo Zr Be V Ag Li V Ce Nb B Th Au |
12,6 16 18,4 25 25,5 30 35 45,5 50 55 60 85 100 1000 |
78,75 100,00 115,00 156,25 159,38 187,5 218,75 284,375 312,5 343,75 375,00 531,25 625,00 6250,00 |
Легирующие добавки, примеси и редко применяемые элементы |
Краткое описание программы SPLAV
Решение поставленной задачи осуществляется с помощью информационно поисковой системы технологического назначения (ИПС ТН) и синтеза сплава, основанного на методах оптимизации. На их основе написана программа расчета на ЭВМ SPLAV. Программа реализована на языке DELFI. Она состоит (рис. 7) из нескольких функциональных блоков, каждый из которых позволяет выбрать нужный сплав из информационного фонда по одному из дескрипторов (признаков). В качестве дескрипторов используются механические и литейные свойства сплавов, а также относительная цена сплава. По каждому дескриптору определяется соответствие поискового предписания (требуемого свойства сплава) и поискового образа (свойства каждой марки сплава). После сравнения всех свойств выдается ответ. Если сплав с заданными свойствами найден, то выдается на печать марка сплава, если нет то «Сплав не определен». Когда стандартный сплав с заданными свойствами в информационном фонде программы не найден, то есть два пути решения поставленной задачи.
Первый путь – уточняется информационный запрос, когда используется критерий эшелонированной выдачи ответов (отбрасываются наименее значимые для данной отливки свойства сплава) или упрощаются требования к сплаву.
Второй путь – используется, когда нельзя по каким-либо причинам применить первый путь. В этом случае делают синтез сплава. Он начинается с поиска прототипа сплава в информационном фонде программы. В качестве прототипа выбирается сплав по механическим и литейным свойствам в наибольшей степени соответствующий искомому. Причём предпочтение отдается сплавам, у которых не выполняются требования только по одному свойству, а также имеющим минимальную стоимость компонентов. В качестве легирующих элементов предпочтение отдается материалам, которые в одиночку могут обеспечить необходимое свойство сплава при минимальной стоимости добавки.
На начальном этапе работы с программой пользователь вводит в диалоговом режиме исходные данные в ЭВМ. После этого в автоматическом режиме осуществляется поиск сплава с заданными свойствами в информационном фонде ЭВМ. Если сплав найден, то выдается его марка, если их несколько, то осуществляется сравнение их по стоимости компонентов и выбирается наиболее дешевый. Если сплав не найден, то пользователь решает: изменять ли информационный запрос или проводить синтез сплава. После этого запускается соответствующая подпрограмма.
Результатом работы программы является или стандартный, или синтезированный сплав с относительной стоимостью.
2. Ввод исходных данных
3. Организация массива с механическими
и
литейными ссвойствами
4. Выбор сплава по твердости
Применяемый критерий эшелонирован-
ной выдачи ответов
5.Выбор сплава по относительному
удлинению
6. Выбор сплава по пределу прочности
Выбор прототипа
7. Выбор сплава по жидкотекучести
да
8. Выбор сплава по линейной усадке
Найден ли
прототип нет
Синтез нового сплава
да
нет нет Можно
Найден ли сплав
изменить исход-
ные дан-
да
Синтез невозможен
Определение химического состава сплава
Выбор сплава по себестоимости
нет
1 сплав
да
Марка сплава
Рис 7. Схема алгоритма программы SPLAV
* Каждый функциональный блок из 4-8 имеет однотипную аналогичную структуру (рис. 8).
X=X+1
Т+1< М(I, J)
I=I+1
ВЫВОД М(I, J)
I=I+1
нет
да
I<93
K(I,
J)=M(I, J)
НЕТ ДА
X<93
K(I, J)=M(I, J
ДА
нет
Найден ли
Марка сплава
Сплав не определен
Рис. 8 Принципиальная схема функциональных блоков 4-8.
Исходные данные для расчета
Исходными данными для расчета являются механические и литейные свойства сплава для отливки табл. 7 и рисунок отливки, выдаваемый преподавателем.
Таблица 7
Варианты задания для лабораторной работы № 4
Вариант |
Механические и литейные свойства сплава |
||||
Твердость (НВ), ед |
Предел проч- ности (sв), МПа |
Относительное удлинение (d), % |
Жидкотеку- честь (Л), мм |
Линейная усадка (eл), % |
|
1 |
100 |
420 |
13 |
180 |
3, 0 |
2 |
190 |
500 |
1,1 |
80 |
4, 0 |
3 |
120 |
330 |
9 |
200 |
2, 0 |
4 |
250 |
700 |
2 |
150 |
3, 0 |
5 |
50 |
140 |
3 |
300 |
1, 1 |
6 |
60 |
160 |
8 |
300 |
1, 5 |
7 |
300 |
850 |
2 |
100 |
2, 0 |
8 |
220 |
600 |
2 |
150 |
3, 0 |
9 |
180 |
450 |
1,5 |
150 |
3, 0 |
10 |
90 |
500 |
11 |
100 |
5, 0 |
11 |
350 |
200 |
0, 9 |
150 |
2, 5 |
12 |
70 |
180 |
7 |
300 |
1, 5 |
13 |
150 |
440 |
12 |
400 |
2, 5 |
14 |
120 |
400 |
14 |
600 |
2, 2 |
15 |
130 |
300 |
20 |
150 |
2, 5 |
16 |
70 |
190 |
1, 0 |
300 |
1, 6 |
17 |
50 |
600 |
6 |
400 |
1, 2 |
18 |
50 |
950 |
4 |
400 |
1, 2 |
19 |
45 |
130 |
2 |
400 |
1, 0 |
20 |
60 |
170 |
1, 0 |
200 |
1, 5 |
21 |
40 |
250 |
5 |
220 |
1, 5 |
22 |
60 |
200 |
8 |
180 |
2, 0 |
23 |
220 |
1050 |
7, 5 |
100 |
2, 0 |
24 |
80 |
190 |
1, 2 |
190 |
1, 4 |
25 |
120 |
190 |
0, 8 |
350 |
2, 0 |
Содержание отчета
Краткие теоретические сведения по рассматриваемой проблеме
Краткое описание программы с блок схемами
Исходные данные для расчета с рисунком отливки
Результаты расчета
Выводы
Контрольные вопросы
1. Каковы основные принципы выбора сплава для отливки?
2. В чем заключается синтез сплавов?
3. Какой основной принцип заложен в основу программы расчета на ЭВМ?
4. В чем сущность информационно поисковой системы технологического назначения (ИПС ТН)?
5. В чем особенность ИПС ТН литейного производства?
6. Как и кто создает информационный запрос и поисковое предписание ИПС?
7. В чем особенность блок-схемы программы SPLAV?
8. В чем особенность функциональных блоков программы SPLAV?
Лабораторная работа №5