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关于提高铸铁件质量的型砂的成分优化,关于,提高,铸铁件,质量,型砂,成分,成份,优化
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1 关于提高铸铁件质量的型砂的成分优化 要 在铸造业，在砂型铸造生产质量达到高质量的铸件是非常重要的。本研究的目的是优化的膨润土和水的比例添加到再生砂模铸造废减少使用下面的分析技术：混合实验系统的设计，响应面法，和误差传播。在膨润土和水的变化的影响，加上对型砂性能的再生砂模的影响。定性测量使用立体显微镜和表面硬度也采用罗克韦尔硬度试验机测定了铁铸件。研究得出的结论是，最佳 质量 比例为 一次性 回收 砂，膨润土 5%， 并且具有一 个绿色抗压强度水的 53090 N/ 30 1 介绍 尽管有许多新的先进技术用于金属铸造，砂型铸造今天仍然是最广泛使用的铸造方法之一，由于原材料成本低，相对于尺寸和组合物的各种铸件，和回收砂。因为它可用于大多数金属和合金具有高的熔融温度，如铁，铜，镍等的砂型铸造工艺是在制造最通用的过程之一。砂型铸造工艺包括将熔融金属注入砂模，从而使金属凝固，然后脱离砂型移除铸造产物。铸造产品可以被加工以去除表面的不完善性，或通过标准的加工方法，如磨削，车削，铣削，抛光，以增加新的功能。在 砂型铸造过程中使用的沙子一般保税膨润土和水的塑造沙子。沙可循环使用多次，但每次回收需要添加膨润土和水。如果该比例关系膨润土和水是不恰当的，砂模的粘合强度将降低。这导致了显着减少的砂型的性质，其结果提高了铸件的不合格率。 许多已完成的研究工作，用于确定铸造工艺因素的最优值来提高使用各种技术的铸件的质量。最佳的工艺因素设置定义为每一个优化的过程中响应因子的最佳水平。 。 （ 2006）所用的田口方法，以确定最佳的工艺因子设置为绿色砂铸造工艺。所选择的处理的因素（例如，水分含量，绿色压缩强度，透 气性好，模硬度）显著影响的球状石墨铸铁刚性联轴器铸件的铸造缺陷。除了田口方法应用于绿色砂铸造工艺，牧野等人。 （ 2003 ）应用了计算机仿真技术，开发了一个数学模型。研究人员调查了不同工艺因素的各种成型工艺的影响。 达塔（ 2003 ， 2007）用人工神经网络和遗传算法来获得湿砂型 2 的最佳性能。昆都和拉希里（ 2008）采用有系统的实验设计基于从阿拉哈巴德砂制备钙基膨润土湿砂型一个中心旋转组合设计方法。他们研究了一组输入，包括膨润土，水，和生 砂铸型，包括透气性，紧凑性和压缩强度的特性的 固化时间的影响。 几十年来，研究人员集中研究确定影响砂型性质的过程 都和拉希里（ 2008）指出，型砂混合物组成的砂模的正确，关系非常重要。再次，他们用中心复合旋转的楔，能够实验设计和响应面法（ 查的输入因素对砂模性能的影响。然而，该混合物的实验设计和响应面分析法不被用来减少铸造缺陷的数量优化的型砂混合物的组合物。本研究采用混合实验设计，响应面法（ 误差传播（ 铁铸件砂型工艺提高铁铸件的质量。 2 混合实验设计，响应面法（ 误差传播（ 合 实验设计 混合 物被定义为组件，它们一起产生具有感兴趣的一个或多个属性的产品的组合（康奈尔大学， 1990 年 ;薛费， 1958）。一个产品的性能取决于各组分的比例，而不是他们的（薛费， 1958）的数量。这意味着该响应不是的数量（ 2005）的比例的函数。该混合物的实验设计是最广泛使用的技术为研究各组分的比例对反应变量的影响之一。将混合物实验设计，适用于各种工程材料，如陶瓷，金属，合金和聚合物。 1984）中使用的混合物的实验设计来预测基于玻璃性质和玻璃的组合物之间的经验模型的最佳 玻璃组合物。科雷亚等。（ 2004 年）所使用的混合实验设计和 建与线性烧成收缩率和吸水率选自粘土，钾长石，以及三轴陶瓷体的石英三种原料回归模型。此外，科雷亚等。（ 2004 年 b）中使用这些技术来研究的粘土矿物，长石，和对三轴陶瓷组合物的断裂模石英的影响。梅内塞斯等。（ 2010）中使用的混合物的实验设计和 究的羧甲基纤维素膨润土分散体的水基钻井液以及与羧甲基纤维素优化泥浆性能的流变性能的影响。 。（ 2009）还适用于在混合物中的实验设计，生物活性玻璃，以便优化原料组成。 。 （ 2006）中使用的混合物的实验设计和 化在注射成型过程中用于回收塑料的生产组合物的共混物。同样，萨卡威和 2009）研究了再生聚碳酸酯的比例有不同的颜色和新生聚碳酸酯的拉伸强度和热变形温度采用混合实验设计， 3 应面法（ 错误传播 （ 响应面法和误差传播在提高产品质量的有用的图形和数学技术。该 法确定一组条件，以尽量减少响应变化（安德森和惠特科姆， 2005）。 及偏导数的应用，以定位平板领域上的响应面，最好是高高原。作为 法 提供了精确的结果，当该组分的比例有一个较低的标准偏差。它可以应用到使产品更坚固的变化型砂混合物的组分的亲部分。在本研究中， 错误的，是从在型砂混合物的各组分的比例的变化传送到响应的时间。以最小化的 ，最优化的例程（例如，直接搜索和单纯形法）被用来确定型砂混合物的各组分的最佳比例。 本研究涉及的问题多响应变量的分析。可同时考虑多响应变量的基本方法是建立每个响应变量的适当响应面模型，并尝试获得了一组优化的所有响应变量或保持他们在期望范围内的成分比例。更实用的技术，多响应变量的同步优化是使用由大口径短 筒手枪和 1980）提出了可取的功能。在这种方法中，每个响应变量被转换成一个单独的可取性功能，在变化范围从 0 到 1（至少到最可取的，分别）。三种情况下的目标函数，包括最大化，最小化，并满足目标通常被用来将每个响应变量为一个单独的可取性功能。 3 方法 验器材 型砂混合物由三个部分组成：一次性回收型砂，膨润土和水。处女砂从海中罗勇省在泰国提供的，而一次性回收型砂，膨润土是从泰国的一个代工工厂获得。按比例量的一次性回收型砂，膨润土和水分别根据 合砂转移到 精确的试样管，以使 准试样。沙子被压实滴加 动体重在一个固定的距离。砂型的标本可供其性能进行测试。绿色的压缩强度试验进行了使用一种通用砂强度试验机，而用一个校准磁导率计进行的渗透试验。 骤 一个六步方法被定义为在规划和进行混合实验如下： 1、设定目标：主要目标是优化的一次性再生型砂，膨润土和水的亲部分。 2、测定该混合物的上限和下限：一次性回收的型砂，膨润土和水的比例范 4 围分别为 90 ， 5 ，和 5 。这些比例范围是从文学和铸造经验选中（ ， 2008 ; 萨内蒂和菲奥雷， 2002） 。 3、开发基于 D 混合物的实验包括与设计 - 专家 2013 软件（ 2005）产生 14 运行的 D 底层的回归模型系数的方差最小化了（蒙哥马利， 2005; 蒙哥马利， 2002） 。 4 导电的混合物实验按设计矩阵，并收集实验数据：根据设计矩阵绿色抗压强度和渗透性试验系统进行。作出 用砂强度试验机是用来确定绿 色的 缩强度。该试验机由一推臂，摆锤，压头，手轮，刻度和磁性的附着物。该 得最上面的面是朝向右侧的压缩头的载荷，通过旋转手轮在 51710 N/ 15 秒的一个大约 - 均匀的压缩率，直到试样折叠施加在试样上。校准后的磁导率计是用来测量渗透性。渗透性由 透性是通过在量空气流的速率来确定下一个标准压力标准试样，将其直接通过 准磁导率的数字。有三个样品的每个运行和实验中分别以随机顺序，以避免在分析统计偏压运行。 5 优化铁铸件质量改进型砂组成：本分析的目的是优化砂型（即，绿色抗压强度和渗透性）的两个变量的响应，同时最小化的它们的标准偏差变化。因此，需要有四个独立的可取性功能。四个单独的可取性功能和优化的实现是使用设计专家 2013 软件包进行。软件程序包中提供的响应表面的三维图和轮廓对每个响应变量，和整体可取与所选混合物的二维曲线图。设计专家 使用的是由迈尔斯和蒙哥马利（ 2002）描述了大口径短筒手枪和 1980）开发了一种优化方法。而进行其硬度试验使用常规的混合物（从一个公司在泰国 ）和优化的混合物进行定性由奥林巴斯 变焦立体显微镜成像分析的铁铸件的表面： 6 对铸铁件表面和机械性能 ： 使用常规的混合物的铸铁件表面（从泰国的一家公司）和优化的混合物进行了定性分析的奥林巴斯深圳 9 体视显微镜成像，使用自动罗克韦尔伽利略硬度测试机模型 5 卢比进行硬度试验 4 结果与讨论 砂型定量表征中的绿色的抗压强度和渗透性方面。定性的成像效果进行了讨论，以评估铸件的表面。 5 表 1 基于 序 号 合金 抗压强度平均值 抗压强度的标准偏差 S 渗透性的平均值 渗透性的标准偏差 A B C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 示出了基于 组分的比例分别以百分数表示形式（薛费， 1958）。型砂混合物的所有的组成约束被数学描述如下 A+B+C=100 (1) 90 A B 5 (2) C 5 其中 A， B， C 所表示的一次性回收型砂，膨润土和水的含量（以表示）分别。为了确定影响绿色抗压强度和渗透率铸铁铸造的最佳比例，采用 值进行分析。所有不同的响应变量最初针对的优化。进行回归分析后，绿色的压缩强度响应和一次性回收型砂，膨润土和水之间的经验关系被发现是： y1= (3) 其中 y 1 是绿色的压缩强度响应变量，而 A， B 和 C 是一次性回收的型砂，膨润土和水，分别。基于最小二乘分析的顺序总和，它是用来确定是否线性项，双因素相互作用或二次项将被添加到所述预测模型推导出的绿色的压缩强度的预测模型。人们发现，线性词条足以使绿色压缩模型（对 b 值 。顺序 分析表明，线性混合模型的贡献有统计学显著基于 6 低 p 值，以及诊断信息大致令人满意。模型的拟合优度是由决定系数 （ ，这表明响应变量的总偏差的预测模型（蒙哥马利， 2005）进行检查。调整后的决定系数（调整 变化的平均值周围的模型，它的项数的调整解释的量的量度。决定系数（ 84 ）的值显示，只有 16 的总变异不是由模型解释。调整后的判定系数（调整后 81 ）的值也高，确认高 性的模型。因此，绿色的压缩强度预测模型只包括线性项如式（ 3）根据式中的回归模型。（ 3）膨润土（ B）所展出的主效应系数最高，而水（ C）给了绿色抗压强度贡献最小。 渗透性响应和一次性回收型砂，膨润土和水之间的经验 关系是 y2= (4) 其中 y 2 是渗透性响应变量。根据最小二乘分析的顺序总和，线性项被认为是不够的（ p 值 当增加了两个因素的相互作用方面，该机型成为统计上显著（ 值 。因此，磁导率的预测模型包括双因子交互项如式（ 4）。从方差分析，决定系数（ 91）和调整后的决定系数的值的值（调整后的 86 ）也高，标志着一个不错的选择和 统计学意义重复的反应 3 和 y 4 （标准分析绿色抗压强度和渗透率值）的偏差。 两款机型均发现按平方分析的顺序总和是统计学意义。根据式中的回归模型（ 4），一次性回收的型砂（ A）展出，而膨润土（ B）的主效应系数最高具有渗透性的最低贡献。如果一个人看着系数两个因素的相互作用方面，膨润土和水的组合（ 阳性。这意味着，膨润土和水的混合物中引起比将通过平均渗透率值的 这两种物质可以预期更高的磁导率值。另一方面，一次性回收型砂和膨润土（ ，和一次性回收的型砂和水 的系数（ 组合结果为阴性。这意味着，两个组合（ （ 生较低的渗透值比将通过平均这些物质的磁导率值，可以预期的。轮廓和响应面图中的三个组成部分而言绿色抗压强度和透气性的反应是从方程构成。 （ 3）及（ 4）所示的图 1 和 2 分别设计 - 专家 软件包用于直接搜索和单纯形方法来最大限度地提高整体满意度函数（ 2005）。 基于 种不同反应的分析结果表明，冲突的反应的问题又出现了。根据图 1 绿色压缩强度下降的水的比例增加时，所有其它组件保持恒定。这一结果支持了已有的研究报告（ 昆都和拉希里， 2008;韦伯斯特， 1980）。同样的，绿色的压缩强度提高膨润土含量增加。这一结果也支持了已有的研究报告（ 和成， 2001 年，昆都和拉希里， 2008）。另一方面，大量减少了膨润土的增加的渗透性（如图 2 中所示）。这一结果也同意先前的研究（昆都和拉希里， 2008）。多响应变量的同步优化，然后用来克服冲突的反应的问题。因为有一些操作条件，可用于维持可接受的值的范围内的所有响应的混合物，各组分 7 的最佳比例将是使用一个可取功能阻止，开采。此外， 同时用于优化型砂混合物的铁 铸件的质量改进的各组分的比例。 图 1 a）一个等高线图和 图 2 a）一个等高线图和 b）的响应面积为绿色抗压强度响应 b）的响应面积为渗透性反应 根据 析，响应面达到最低，其中已发送或 控的绿色抗压强度或渗透性反应最少的错误。的极小值发生在上模型化的曲线图，其中的砂模的响应变量将是最鲁棒的组件的不同比例的平坦区域。在一定的位置，反应变得不敏感的比例的任何变化。从设计专家的最佳比例 软件包包括一次性回收的型砂 量 ，膨润土的 5 质量，并且水的制造误差的最小传播 下。在最佳比例，绿压缩强度，透气性和整体可取为 53090 N/ 30 透性号码和 72 之间。 各组分的最佳比例是由进行实验测试。十个试样制备与型砂混合物的各组分的最佳比例。按照该确认运行的绿色抗压强度和渗透性，平均值和标准偏差分别为 53,780 N/ 1100 N/ 透性数字和 95 的置信区间（ 为在最佳比例的预测均值响应由下式给出： 8 2 . 2 6 2 sC l y n (5) 这里， y 表示从确认得到的平均响应运行时， s 是的确认的运行中得到的响应的标准偏差， n 是样本在确认运行的次数。因此，对于平均再响应绿色抗压强度的 95的置信区间是由下式给出： 11005 3 7 8 0 2 . 2 6 2 5 3 7 8 0 7 8 6 8 4 5 2 9 9 3 . 1 6 , 5 4 5 5 6 . 8 610G C 同样，对于渗透性的平均响应的 95的置信区间是由下式给出： 1 . 1 73 0 . 6 0 2 . 2 6 2 3 0 . 6 0 0 . 8 4 2 9 . 7 6 , 3 1 . 4 410P e 型砂的性能的两个预测的反应，因为绿色的压缩 强度和渗透性的最佳比例的预测反应的 95 的置信区间内铺设有 53,090 N/ 30 气性的数字，分别疑心。因此，在确认运行确认了最佳比例，得到实际重现的实验结果。 a b 图 3 a、现有的混合物和 b、的优化混合物制成的铸件表面粗糙的外观显微镜图像 根据图 3 在铸铁的表面包含地形粗糙突起视为三维铸造缺陷。缺陷发生在产品表面时，熔融金属浇入砂型及砂引起的膨胀。此外，该产品表面的优化 混合物（图 3b）比用常规混合物（图 3a）平滑。结果证实，该砂模的优化混合物的质量优于用常规混合物。 9 表 2 两个不同铸件的硬度数据 优化混合物 传统混合物 外，使用两个型砂混合物中的铁铸件的平均硬度值进行了调查。硬度数据组两组不同铸件 示于表 2 中。对于硬度测试的比较，进行了统计分析，以测试是否存在有两种不同的型砂混合物制成铸件的平均硬度之间的显著差异。根据统计分析，以优化混合制成 5 铁铸件的平均硬度比那些用常规混合而制成显著更高 。因此，型砂混合物的质量显著影响铸件的质量。压缩强度控制型砂混合物，以保持它的形状和表面平滑性，而磁导率控制型砂混合物中，以允许空气和气体在铸造过程中逸出的能力的能力。型砂的表面平滑度和透 气性的程度影响对铸件表面粗糙的外观的变化，从而导致铸件的不同的硬度值。因此，最佳的比例将是在使铁铸件赢得有关产品的质量和该混合物的实验设计作为一个程序的客户满意度是有用的。 粘土和水加入到再生型砂的比例被使用的混合物的实验设计， 了减少对铁的铸造 缺陷的外观进行了优化。各组分的亲部分显著影响了型砂的性能和铁铸件的表面质量。在一次性回收的型砂 量 ，膨润土的5 质量，并且水 量 ，得到各组分的最佳比例。此混合物，得到的 53090 N/ 30 优渗透性的最佳绿色压缩强度渗透性数字和的 72的整体可取。优化的目的是为了获得一个良好的集成型的最大化是可取的功能沙子混合物。虽然研究结果的详细信息将是针对特定制造商的产品，研究方法学可能被普遍应用到其他类似的铸造工艺。 oa or to by od on 768 (2012) 2631in is be of If of is be to a in of as a of of a of on 008)of to of a to +66 43 343 C. 0169 2012 (2008) a to be to to to in a is of it is of to 006) s to of s to et (2003) to a of in 2003, 2007) to et of 8 011in 0 0127 0120 012to a 5 90 N/a as of of is to to of to of a 3.3 of .7 of a 0 2012 of on of a of of in to of S. 768 (2012) 26312. of is as of a or of 990;958)of of 958). is a of 2005). 1984)to on et (2004a) SM to of In et (2004b) to on of et (2010) SM to of of as as to 2009)2006)in 2009) of of of of
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