- •Кафедра металлургии и литейного производства
- •1. Информация о дисциплине
- •1.1. Предисловие
- •1.2. Содержание дисциплины и виды учебной работы Содержание дисциплины по гос
- •Объем дисциплины и виды учебной работы
- •2. Рабочие учебные материалы
- •2.1. Рабочая программа (150 ч)
- •Раздел 1. Методология
- •Раздел 2. Техническая база
- •Раздел 3. Пассивный эксперимент (32 ч)
- •4.2. Дробный факторный эксперимент (12 ч )
- •2.2. Тематические планы дисциплины Тематический план дисциплины для студентов очно – заочной формы обучения
- •Тематический план дисциплины для студентов заочной формы обучения
- •2.3. Стркуктурно – логическая схема дисциплины
- •2.4. Временной график изучения дисциплины при использовании дот
- •2.5. Практический блок
- •2.6. Рейтинговая система оценки знаний
- •3. Информационные ресурсы дисциплины
- •3.1. Библиографический список
- •3.2. Опорный конспект
- •Раздел 1. Методология и выбор методики научного исследования
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 2. Техническая база экспериментальных исследований
- •Газового хроматографа лхм-8мд
- •Методы автоматического контроля влажности формовочных и стержневых смесей
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 3. Пассивный эксперимент
- •Тема 1. Корреляционный анализ данных
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 2. Регрессионный анализ экспериментальных данных
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 3. Дисперсионный анализ данных
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 4. Комплексный компьютерный анализ результатов опытов
- •Сервис | анализ данных | регрессия
- •Данные для двумерного статистического анализа
- •Вставка | столбцы
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 4. Активный эксперимент
- •Тема 5. Полный факторный эксперимент
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 6. Дробный факторный эксперимент
- •Первая полуреплика пфэ типа 23
- •Вторая полуреплика пфэ типа 23
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 7. Факторные эксперименты высокого порядка
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 5. Поисковые методы оптимизации
- •Тема 8. Одно- и многофакторная оптимизация
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 9. Оптимизация методом крутого восхождения по поверхности отклика
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 10. Симплексный метод оптимизации
- •Вопросы для самопроверки
- •Глоссарий
- •3.4. Технические и программные средства обеспечения дисциплины
- •3.4.1. Описание компьютерных программ для выполнения лабораторных работ
- •3.4.2. Перечень расчётных программ
- •Методика выполнения работы
- •Контрольный пример
- •Данные плавочного контроля
- •Лабораторная работа №2 Применение регрессионного анализа данных
- •Выбор исходных данных в лабораторных работах
- •Лабораторная работа №3 Применение дисперсионного анализа
- •Краткое теоретическое содержание работы
- •Результаты испытаний образцов двух серий плавок в и г
- •Методика выполнения работы
- •Лабораторная работа №4
- •Лабораторная работа №5 Обработка и анализ результатов полного факторного эксперимента с построением математической модели объекта
- •Краткое теоретическое содержание
- •Значение степени десульфурации стали у, % в двух параллельных опытах (у, и у 2)
- •Методика выполнения работы
- •Контрольный пример
- •Лабораторная работа №6
- •Лабораторная работа №7
- •Сервис | анализ данных | регрессия
- •Лабораторная работа №8 Обработка и анализ результатов многоуровневого факторного эксперимента
- •Краткое теоретическое содержание
- •Методика выполнения работы
- •Контрольный пример
- •Решение
- •Сервис | анализ данных | регрессия
- •Лабораторная работа № 9 Оптимизация методом крутого восхождения по поверхности отклика
- •Краткое теоретическое содержание работы
- •Методические указания к выполнению работы
- •Контрольный пример
- •Лабораторная работа №10 Моделирование процесса симплексной оптимизации
- •Краткое теоретическое содержание работы
- •Методические указания к выполнению работы
- •Контрольный пример
- •4. Блок контроля освоения дисциплины
- •4.1. Задание на курсовую работу
- •4.2. Методические указания к выполнению курсовой работы
- •Выполнение расчётов курсовой работы с использованием персонального компьютера
- •Сервис | анализ данных | регрессия
- •Требования к оформлению курсовой работы
- •Текущий контроль
- •4.3.1. Тренировочные тесты
- •Тест к разделу 1 “Методология и выбор методики научного исследования”
- •Вопрос 1. Что понимают под вычислительным экспериментом?
- •Вопрос 2. В чем заключается понятие “Методология науки” (научного исследования)?
- •Вопрос 3. Какова цель пассивного эксперимента?
- •Тест к разделу 4. “Активный эксперимент”
- •Вопрос 1. Какие технологические факторы включают в состав активного эксперимента?
- •Вопрос 2. Из каких соображений выбирают число уровней варьирования факторов?
- •Вопрос 3. Как выбирают интервал варьирования факторов при активном эксперименте?
- •Тест к разделу 5. Экспериментальные методы оптимизации
- •Вопрос 1. В чем заключается цель оптимизирующего эксперимента?
- •Вопрос 2. Почему в металлургии и литейном производстве поисковые методы оптимизации применяют чаще, чем аналитические (методы математического программирования)?
- •Вопрос 3. Нужна ли математическая основа для реализации поисковых методов оптимизации?
- •4.4. Итоговый контроль Вопросы для подготовки к сдаче зачета
- •Оглавление
- •191186, Санкт – Петербург, ул. Миллионная, д.5
Методы автоматического контроля влажности формовочных и стержневых смесей
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Метод |
Сущность метода |
Датчик сигнала влажности |
Достоинства |
Недостатки |
Особенности применения |
Электрокондуктометрический |
Определение влажности материала по его электропроводности |
Два электрода, помещённые в контролируемую среду |
Простота устройства |
Зависимость результата измерения от хими-ческого состава среды |
Расстояние между электродами должно быть не менее 25 мм во избежание влияния размера зерна. Измерение предпочтительно вести на переменном токе, чтобы исключить эффект поляризации |
Ёмкостный |
Определение влажности материала по его диэлектрической проницаемости |
Конденсатор, между обкладками которого помещёна проба материала |
Простота реализации |
Зависимость результата от степени уплотнения пробы |
Необходимо производить измерение на токе высокой частоты для повышения чувствительности и ослабления эффекта электрических потерь |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Диэлектричес-ких потерь |
Влажность определяется по зна-чению диэлектрических потерь, обращаемых в теплоту |
Катушка индуктивности, в которую вводят пробу контролируемого материала |
То же |
То же |
Проба влажного материала нагружает колебательный контур потерями, измеряемыми электрическим способом |
Нейтронный |
|
Приёмник ядерного излучения |
Не требуется стандартного уплотнения пробы |
Радиационная опасность
|
Автоматически вводится поправка на плотность материала |
Ядерного магнитного резонанса |
Резонансное взаимодействие высокочастотного излу-чения с ядрами атомов водорода |
ЯМР – радиоспектрометр |
Раздельное определение содержания влаги в различных её формах |
Сложность и высокая стоимость средств измерения |
– |
По техно-логичес-ким свой-ствам материала |
Косвенный контроль влажности (см. в тексте) |
Фотоэлемент, экранируемый от источника света струёй смеси |
Учитываются фактические технологические свойства смеси |
– |
Необходима индивидуальная градуировка в местных условиях производства |
Соответственно этим составляющим полного тока различают следующие методы контроля влажности:
электрокондуктометрический (по величине Icп);
ёмкостный (по величине Iс);
диэлектрических потерь (по величине Iп).
Емкостный метод и методдиэлектрических потерьчасто объединяют под общим названиемдиэлькометрическогометода. Высокая эффективность ёмкостного метода обусловлена значительным различием диэлектрической проницаемостиу воды (81) и сухих компонентов формовочных материалов (кварцевый песок – 6 … 7). Однако получение стабильных результатов измерения влажности требует постоянного уплотнения контролируемого материала между электродами электрокондуктометрического датчика или между электродами ёмкостного (конденсаторного) датчика. Кроме того, изменение химического состава контролируемого материала может вызвать дополнительную погрешностьэлектрокондуктометрическогометода измерения.
Этих недостатков лишен нейтронныйметод измерения влажности сыпучих материалов. Здесь используется плутоний-бериллиевый препарат. При распаде атомов плутония выделяется значительное количество- частиц. Под их воздействием протекает реакция образования быстрых нейтронов
.
Образовавшиеся при упругом взаимодействии быстрых нейтронов с ядрами атомов водорода (протонами) воды анализируемого материала медленные нейтроны детектируются пропорциональным газоразрядным счетчиком с формированием выходного электрического сигнала, пропорционального измеряемой влажности. Часть быстрых нейтронов взаимодействует с ядрами элементов с большими атомными номерами и замедляется значительнее. Этот поток нейтронов детектируется другим счетчиком, выходной сигнал которого пропорционален плотности анализируемого материала и используется для корректировки результата измерения влажности.
Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР) основан на резонансном поглощении или излучении энергии электромагнитных волн высокой частоты ядрами атомов водорода в составе воды, находящимися в постоянном магнитном поле. Этот метод позволяет измерять содержание влаги в различных её формах. Однако ЯМР – радиоспектрометры характеризуются сложностью устройства и высокой стоимостью.
Параллельно с совершенствованием методов измерения собственно влажности формовочных материалов в ряде случаев актуальным оказывается контроль технологических характеристик формовочных и стержневых смесей таких, как формуемость (сыпучесть). Последняя является функцией гранулометрического состава сухого вещества, количества воды и содержания связующих, в том числе – активной глины.
Под формуемостью подразумевают способность увлажнённого формовочного материала просыпаться через щель, размер которой связан со способностью материала заполнять полости опоки с моделью или стержневого ящика. Если смесь просыпается через узкую щель, то формуемость высокая, и наоборот.
Одно из известных устройств контроля формуемости (рис. 3.) содержит пробоотборник 1, разрыхлитель 2, вибропитатель с лотком 3 (который подвешен на пластинах и снабжен приводом 7), взвешивающий конвейер 4 с постоянной скоростью ленты, датчик расхода 5 и вторичный прибор 6. В лотке вибропитателя имеются две щели а и б, причём верхняя щель а шире нижней б и расположена ближе к пробоотборнику. Контролируемая смесь пробоотборником 1 подается в приёмную воронку разрыхлителя 2 и падает на верхнюю деку лотка 3. Смесь, перемещаясь по верхней деке, доходит до щели а, где просыпается на нижнюю деку. При этом часть смеси проходит через щель б и попадает на взвешивающий конвейер 4. Масса смеси на ленте конвейера контролируется дифференциально-трансформаторным датчиком 5 и регистрируется вторичным прибором 6 со специально градуированной шкалой.
Важнейшими литейными свойствами металлов и сплавов являются их жидкотекучесть и изменение объема в процессе кристаллизации (усадка).
Жидкотекучесть сплава зависит от его химического состава и степени перегрева над температурой ликвидуса и теряется при охлаждении сплава после образования определенного количества твердой фазы.
Рис.3. Схема устройства формуемости литейных материалов
Широкое применение при определении жидкотекучести металлов и сплавов находит стандартная спиральная проба. С помощью двух оболочковых полуформ отливают спираль постоянного сечения и ее длину используют в качестве меры жидкотекучести данного литейного материала. Особенность устройства для отливки спиральной пробы заключается в обеспечении постоянного напора при заполнении формы и измерении температуры металла (сплава) термопарой непосредственно в мерной чаше.
Объёмная проба Нехендзи — Купцова позволяет наряду с жидкотекучестыо определить объемную усадку испытуемого металла или сплава. При этом используют кокильные или стержневые формы.
Линейная усадка может быть измерена специальным прибором, принцип действия которого основан на измерении усилия, с которым подвергающаяся усадке отливка в виде тонкого длинного стержня растягивает пружины индикаторов с наклеенными на них тензодатчиками.
Исследование состава и микроструктуры углеродистых сплавов и чугунов целесообразно производить с применением современных компьютерных бражения в поле зрения микроскопа. Так, положительно себя зарекомендовал анализатор изображения “Thixomet Standart”, позволяющий, в частности, определять процентное содержание отдельных фаз, видимых под микроскопом и воспринимаемых телевизионной камерой с передачей информации в компьютер. Передача может вестись по одному из трёх каналов – Микроскоп, Микротвёрдомер, Макросъёмка.