輸油管道接口的鑄造工藝設(shè)計(jì)說明書

輸油管道接口的鑄造工藝設(shè)計(jì)說明書,輸油管道,接口,鑄造,鍛造,工藝,設(shè)計(jì),說明書,仿單 附錄附錄 A：英文原文附錄 B：原文翻譯：使用田口方法和響應(yīng)面方法研究球墨鑄鐵鑄造工藝參數(shù)摘要：為了找到球墨鑄鐵中各種鑄造參數(shù)的優(yōu)化水平，從中型鑄造廠觀察到各種鑄造缺陷和廢品率。 不同的控制值選擇澆注溫度，孕育量，含碳量，水分含量，生坯壓縮強(qiáng)度，滲透性和模具硬度等鑄造參數(shù)。 使用 1 噸容量的無芯中頻感應(yīng)爐生產(chǎn)三種不同的金屬熔體，其含量為 0.4 重量％，0.6 重量％和 0.8 重量％接種量（Fe-Si-Mg 合金和后接種劑） 。 選擇具有 3 級設(shè)置的 L-27 正交用于分析。觀察每次運(yùn)行的反應(yīng)。 每次運(yùn)行的信噪比（S / N ）使用 Taguchi 方法計(jì)算，并且基于 S / N 比識(shí)別不同鑄造參數(shù)的優(yōu)化水平。 對鑄件接受率的方差分析得出結(jié)論：接種是影響鑄件質(zhì)量的最重要因素，貢獻(xiàn)率為 44％; 孕育量的增加導(dǎo)致球墨鑄鐵鑄件合格率的顯著提高。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在優(yōu)化參數(shù)下，廢品率從 16.98％降至 6.07％。關(guān)鍵詞：優(yōu)化水平; 鑄造參數(shù); 信噪比; 田口方法; 方差分析; “F'測試中圖分類號(hào)：TG143.文件代碼：A 文章編號(hào)：1672-6421（2016）05-352-09一種有缺陷的鑄造會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)力的巨大損失。 球墨鑄鐵具有優(yōu)異的性能 力學(xué)性能如高強(qiáng)度，良好的延展性，良好的耐磨性和良好的疲勞性能。 球墨鑄鐵的性能取決于化學(xué)和熱處理。 由于高強(qiáng)度重量比和性能范圍，許多鋼部件被球墨鑄鐵取代。 由于球狀石墨的存在，球墨鑄鐵提供了強(qiáng)度和延展性的良好組合。各種合金的改性是眾所周知的通過改變微觀結(jié)構(gòu)改善性能的方法。 元素含量的微小變化導(dǎo)致鑄鐵機(jī)械性能的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著增加或減少。 正確選擇工藝參數(shù)是必要的，以獲得高質(zhì)量并隨后提高工藝生產(chǎn)力。 碳當(dāng)量值提高了熔融金屬的流動(dòng)性，并且對鑄造產(chǎn)品的機(jī)械性能有很大影響。 通過優(yōu)化可控工藝參數(shù)，如模具硬度，含水量，滲透率和生坯壓縮強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)鑄造。 方差分析（ANOVA）結(jié)果表明選定的工藝參數(shù)顯著影響鑄造缺陷和排除率。 使用正交陣列來實(shí)現(xiàn)田口方法。 Taguchi 方法強(qiáng)調(diào)使用信噪比（ S / N）研究響應(yīng)變化的重要性，從而使由于不可控參數(shù)導(dǎo)致的質(zhì)量特性變化最小化。 使用 Minitab 軟件計(jì)算 S / N 比值。 工藝參數(shù)的設(shè)置通過使用田口的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法確定。 為了優(yōu)化在鑄鐵廠生產(chǎn)的鑄件的砂鑄工藝參數(shù)，使用 Taguchi 方法來最大化 S / N 比并使噪音因子最小化。 響應(yīng)面方法預(yù)測對于顯著因素有更好的最佳響應(yīng)。在這項(xiàng)研究中，容易發(fā)生的各種缺陷,在中等規(guī)模鑄造廠中觀察到球墨鑄鐵鑄件。 這些實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的大部分組分的重量范圍為 500 克至 2 千克，厚度為 5 毫米，10 毫米，15 毫米。 這些部件廣泛用于法蘭和聯(lián)軸器等汽車應(yīng)用，表 1 列出了一批不同部件的報(bào)廢情況。為了降低廢品率，各種鑄造參數(shù)如澆注溫度，孕育量，含碳量，水分含量，生坯壓縮強(qiáng)度，選擇滲透性和硬度進(jìn)行研究。 最終使用田口方法選擇不同工藝參數(shù)的最佳選擇。表 1： 鑄 造 廠 中 鑄 造 缺 陷 的 歷 史1 實(shí)驗(yàn)程序1.1 材料的化學(xué)分析由 1％容量的無芯中頻感應(yīng)爐熔化由 12％-15％生鐵，25％-30％鑄造回收物和剩余廢鋼組成的熔體裝料。 通過光譜儀分析測試原材料的化學(xué)成分，并列于表 2 中。將熔融金屬在含有 20-25mm 尺寸的 Fe-Si-Mg 合金的預(yù)熱的鋼包中輕敲，底部覆蓋有廢鋼。 熔融金屬的出鋼溫度分別為 1,300℃，1,350℃和 1,400℃。 然后將接種物加入基礎(chǔ)熔體中，同時(shí)直接倒入物流中以適當(dāng)混合。 大小為 4 至 8毫米的孕育劑被添加到熔融金屬流中以易于溶解，并且應(yīng)該無塵以避免由于氧化或熱氣流造成的損失。 接種量為 Fe-Si-Mg 合金和后接種物的總量，其中 Fe-Si-Mg 合金約為 90wt。％，后接種物為 10wt。％。 根據(jù)這個(gè)比例，加入不同比例的接種物，基礎(chǔ)金屬為 1000 公斤。 表 3 和表 4 列出了 Fe-Si-Mg 合金和后接種物的化學(xué)成分，以及含有 0.4wt。％，0.6wt。％和 0.8wt。％接種表 3：Fe-Si-Mg 合金和后接種物的化學(xué)組成（重量％）表 4：基質(zhì)和 0.4％，0.6％和 0.8％接種金屬的化學(xué)組成（重量％）顯微組織觀察和力學(xué)性能測試為了觀察顯微組織和測試機(jī)械性能，制備厚度分別為 5mm，10mm 和 15mm的 50mm（長度）×25mm（寬度）的樣品，對于 0.4％，0.6％和 0.8％接種的金屬分別。 在顯微組織分析之前，使用不同等級的金剛砂紙對試樣進(jìn)行良好拋光，然后用布拋光 。鉆石膏。 拋光后，用 2％硝酸酒精溶液（2％濃硝酸和 98ml 甲醇）對樣品進(jìn)行蝕刻。 進(jìn)行布氏硬度測試。 使用系統(tǒng)集成金相圖像分析儀觀察樣品的微觀結(jié)構(gòu)。 測試結(jié)果示于表 5 中。可以看出，球化度為 87％至 97％，布氏硬度（BH）為 185 至 207，表明在這些實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的所有組分具有良好的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能屬性。表 5：試樣的球化度和布氏硬度（BH）1.3 L-27 正交系的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了 L-27 正交系的實(shí)驗(yàn)，制備了不同組的模具。 每個(gè)模具箱可以生產(chǎn)四個(gè)組件。 第一套模具箱具有含水量 3％，生坯壓縮強(qiáng)度 1000gm?cm\，滲透率160 和模具硬度70.第二組模箱具有水分含量為 3.6％，生壓強(qiáng)度為 1,150 克?厘米\，滲透率為175，模具硬度為 80 的特性。第三組模箱具有含水率 4.2％生坯壓縮強(qiáng)度為 1300克?厘米\，滲透率為 190，模具硬度為 90.每種接種金屬共制備 45 個(gè)模具箱，并且在 L-27 正交陣列中每次運(yùn)行，分配 15 個(gè)模具箱。最初，在 1400℃下澆注熔體，并且為每組澆注 15 個(gè)模具箱，總共澆注 45 個(gè)模具箱。 然后在 1350℃和 1300℃下澆鑄熔體，每套 15 個(gè)模具箱也澆鑄熔體。 對于含有 0.4％，0.6％和 0.8％孕育劑的金屬重復(fù)相同的程序。 對于每次運(yùn)行，生產(chǎn)了 60 個(gè)組件并分析了缺陷。1.4 田口的做法實(shí)驗(yàn)的田口設(shè)計(jì)是廣泛使用的技術(shù)之一。 Taguchi 方法通過一個(gè)強(qiáng)大的設(shè)計(jì)來減少過程中的變化實(shí)驗(yàn)。 該方法的總體目標(biāo)是以低成本生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品。田口的方法被用于優(yōu)化球墨鑄鐵的工藝參數(shù)。 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）進(jìn)行如下：? 選擇適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)（輸出變量） 。? 選擇適當(dāng)?shù)囊蛩兀ㄝ斎胱兞浚?。? 設(shè)置適當(dāng)?shù)囊蜃臃秶蚣墑e。? 為實(shí)驗(yàn)創(chuàng)建文檔。? 管理發(fā)生的實(shí)驗(yàn)。? 報(bào)告和呈現(xiàn)結(jié)果（ANOVA） 。美國能源部根據(jù)七個(gè)鑄造參數(shù)分別選擇三個(gè)等級進(jìn)行選擇。 應(yīng)用 L-27 正交陣列，其由 3 列和 27 行組成，這意味著進(jìn)行了 27 次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中的過程參數(shù)及其可行范圍從研究中可用的數(shù)據(jù)中選擇[2,6,7]。 表 2 給出了選定的工藝參數(shù)及其水平。本研究選定的鑄造參數(shù)為：澆注溫度，接種量，碳當(dāng)量，含水量，生坯壓縮強(qiáng)度，滲透率和模具硬度。表 6 顯示了鑄造過程輸入變量和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)水平。 使用統(tǒng)計(jì)軟件“MINITAB 17”將田口方法應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。1.5 信噪比計(jì)算S / N 比率是使用田口的方法獲得的。 '信號(hào)'是理想的值（平均值） ，' 噪音'是不理想的值（標(biāo)準(zhǔn)偏差） 。 因此，S / N 比表示性能特征中存在的變化量。 根據(jù)性征的目標(biāo)，可以有各種類型的 S / N 比。在本研究中， “S / N 比= -10×Log10（sum（1 / Y） n） ”是用于優(yōu)化工藝參數(shù)。 'Y'是答案，'n' 是每次試驗(yàn)的次數(shù)。 在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，每次運(yùn)行 n = 1。表 7 顯示了每次運(yùn)行的不同信號(hào)（澆注溫度，接種量，碳當(dāng)量，含濕量，生坯壓縮強(qiáng)度，滲透率，模具硬度） ，噪音或響應(yīng)（認(rèn)可百分比）和 S / N 比的正交陣列。表 7：L-27 正交系- 信噪比2 計(jì)算示例運(yùn)行：1Y = 91.67，n = 1S / N 比= -10×Log10（和（ 1 / 91.67\）/ 1）= 39.24 圖 1 顯示了不同 S / N 比。 越大越好。表 8 顯示了 S / N 比率的響應(yīng)表。 根據(jù)表 8 選擇不同參數(shù)的最佳值。3 結(jié)果與討論根據(jù)圖 1 和表 8，獲得了不同鑄造工藝參數(shù)的最佳水平，如表 9 所示。澆注溫度接種碳 濕氣當(dāng)量 內(nèi)容GCS滲透性39.5模具硬度39.439.339.239.139.038.91300 1350 1400 0.4 0.6 0.8 4.76 4.81 4.84 3.0 3.6 4.2 1000 1150 1300 160 175 190 70 80 90圖 1：S / N 比的主效應(yīng)圖（GCS - 綠色壓縮強(qiáng)度）表 8：S / N 比率的響應(yīng)表表 9：過程參數(shù)的最佳級別表 10 顯示了在最佳條件下由于鑄造缺陷而導(dǎo)致的部件損壞。 清楚地表明，拒絕率從 16.98％（表 1）顯著降低到 6.07％。圖 2 顯示了優(yōu)化前后各種缺陷的比較。 它清楚地表明，優(yōu)化后所有缺陷都大大減少了。方差分析（ANOVA）ANOVA 用于估計(jì)各種工藝參數(shù)對選定性能特征的百分比貢獻(xiàn)。 這給出了關(guān)于每個(gè)受控參數(shù)對感興趣的質(zhì)量特性的影響有多重要的信息。 結(jié)果的總變化是由于各種受控因素引起的變化總和表 10：優(yōu)化后由于鑄造缺陷引起的部件剔除他們的相互作用和由于實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤。 對原始數(shù)據(jù)和 S / N 數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析以確定重要參數(shù)并量化它們對性能特征的影響。 基于原始數(shù)據(jù)的方差分析確定了影響平均響應(yīng)的因素，而不是減少變化。 然而，基于信噪比的方差分析考慮了這兩個(gè)方面。表 11：平均值的方差分析使用統(tǒng)計(jì)軟件 Minitab 17.表 11 顯示接種是具有 33.43 的 F 比率和貢獻(xiàn)43.75％的最重要因素; 澆注溫度是具有 0.49 的 F 比率和貢獻(xiàn) 0.64％的最不重要的因素。圖 3 顯示了基于 ANO VA 的不同工藝參數(shù)的貢獻(xiàn)百分比。 它表明接種率貢獻(xiàn)最大的百分比。3.2 使用響應(yīng)面方法研究其他參數(shù)的接種使用上述田口方法進(jìn)行的分析僅對影響鑄件接受率的主要因素進(jìn)行分析，而沒有考慮因素之間的相關(guān)性。 因此，使用響應(yīng)面方法來進(jìn)行研究以分析因素之間的相關(guān)性。 在田口分析中，發(fā)現(xiàn)接種是最重要的因素。 因此，輪廓根據(jù)驗(yàn)收百分比，接種情況和使用 Minitab17 軟件的其他因素生成地塊和地表圖。 在 X 軸處采取接種水平，在 Y 軸處采取其他因素。 使用等高線圖和曲線圖顯示基于批準(zhǔn)百分比的不同反應(yīng)。 圖 4 至圖 9 表明，接種量和參數(shù)如澆注溫度，碳當(dāng)量，水分含量，生坯壓縮強(qiáng)度，滲透性和模具硬度的增加導(dǎo)致鑄件的合格率增加。4 結(jié)論從所進(jìn)行的工作得出的結(jié)論如下：(1) 基于使用 Taguchi 方法的 27 次運(yùn)行發(fā)現(xiàn)了最佳工藝參數(shù)：澆注溫度1350oC，接種量 0.8％，碳當(dāng)量 4.81％，水分(a)(b)圖 4： 鑄 造 合 格 率 與 澆 注 溫 度 和 接 種 的 輪 廓 圖 （ a） 和 表 面 圖 （ b）圖 5： 鑄 造 合 格 率 與 碳 當(dāng) 量 （ a） 和 接 種 量 （ b） 的 輪 廓 圖 （ a） 和 曲面 圖 （ b）圖 6： 鑄 造 合 格 率 與 含 水 量 和 接 種 量 的 等 高 線 圖 （ a） 和 表 面 圖 （ b）圖 7：鑄造接受率與 GCS 和接種的等高線圖（a）和表面圖（ b）(a)(b)(a)(b)(a)(b)圖 8：鑄造接受率與滲透率和接種量的等高線圖（a）和表面圖（b）圖 9：鑄造接受率與模具硬度和接種的輪廓圖（a）和表面圖（b）含量 3％，抗壓強(qiáng)度為 1300 gm·cm\，滲透率為 175，模具布氏硬度為 90.優(yōu)化后，廢品率從 16.98％降至 6.07％。接受率的方差分析得出結(jié)論，接種是影響鑄件質(zhì)量的最重要參數(shù)，貢獻(xiàn)率為 44％輪廓和表面圖顯示接種量的增加導(dǎo)致球墨鑄鐵鑄件接受率的顯著提高。(a)(b)References[1] Senthilkumar B, Ponnambalam S G, Jawahar N, et al. 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