автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка и промышленное опробование прессово-ударного метода уплотнения песчано-глинистых форм

РГ6 МИШТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОДЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ политики 1 АН В 1396 россМской федерации

Московский автомобилестроительный институт (ВТУЗ-ЗИЛ)

На правах рукописи

АЩРАХМАНОВ Ермаганбвт Сейсенбвкович

УЖ 621.744

РАЗРАБОТКА И ПРШШШЕННОЕ ОПРОБОВАНИЕ ПРЕССОВО-ЩРНОГО МЕТОДА УПЛОТНЕНИЯ ПЕОЧАНО-ГЛИНИСТЫХ ФОМ

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1995

Работа выполнена на кафецре "Литейное производство" Московского автомобилестроительного института (ВТУЗ-ЗИЛ)

Научный руководитель - доктор технических наук,

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор B.C. Шуляк кандидат технических наук, профессор Е.А. Резчиков

Ведущая организация - АО "НИИШТМАШ" (г.Москва)

Защита диссертации состоится " 199 & г. :

______ часов в зале Ученого Совета на заседании специализирован

ного Совета К 064.02.02 в Московском автомобилестроительном инс титуте (ВТУ5-ЗЙЛ) по адресу: 109280, Москва, ул.Автозаводская,

Ваш отзывав 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАСИ.

профессор И.В. Матвеенко

Автореферат разослан

/

Ученый секретарь ч^/. Специализированного Совета, кандидат физико-математических наук

Б.А. .Максимов

Акт_уадьност/} .уем. Литейное производство является основной заготовительной базой машиностроения. При этом 705? отливок полу-13ют уплотнением в песчано-глинистнх формах. И хотя цроцессы формообразования получают в последние года довольно большое развитие [комбинированные, прессово-встряхивающие, пескодувнопрессовые, змпульсные и др.), - проблемы уплотнения форм и по сей дань оста-зтся актуальной. Наибольшее развитие получили такие процессы, как зоздушно-шнульсный, процесс продувки смеси в опоке перед ушгатне-гием потоком сжатого воздуха с последующей до прессовкой, но все не продолжается совершенствование этих процессов и поиск новых. Эти процессы дают высокое качество уплотнения, но вместе с тем они энергоемки, особенно процесс уплотнения продувкой сгатш воздухом (Сэйатсу-процесс).

Анализ патентных зарубежных материалов показывает наметившуюся тенденцию к отходу от применения сжатого воздуха, как среды, непосредственно воздействующую на формовочную смесь в процессе уплотнения. Это, например, подтверждается применением фирмой ВМ (ФРГ) процесса динамического уплотнения многошгуняерной головкой з высокоскоростным приводом (процесс -Хк/пО-риЕз), где расход зжатого воздуха в десятки раз меньше, чем у воздушно-импульсных установках той же фирмы.

Другой, не менее важной проблемой для нынешнего положения зтраны в условиях рыночной экономики - создание таких процессов заготовления форм, которые позволили бы с нашеньшш затратами модернизировать действующие формовочные машины (встряхивающие, гфессовые), при обеспечении высокого качества уплотнения, а также Зыли бы экономически выгодные и экологически безвредные.

указанные обстоятельства подчеркивают актуальность избранной гемы исследования, ее значение для теории и практики литейного

производетва.

пялъ работа. Целью настоящей диссертационной работы является исследование и разработка нового прессово-ударного уплотнения пес-чано-глинистых форм и конструкций формовочных машин, способных обеспечить высокое качество форм и отливок при низких энергозатратах и удовлетворяющих требованиям экологии.

1. Выполнить теоретический анализ напряденно-деформированногс состояния прессово-ударного процесса уплотнения с применением ЭВМ,

2. Экспериментальное исследование напряженно-дефоршрованногс состояния и выбор конструктивно-технологических параметров устаноз ки прессово-ударного процесса уплотнения.

3. Создание инженерной методики расчета конструктивных параметров пневмоударного механизма нового процесса.

4. Разработать техническое задание и рабочие чертежи на опыт-но-цромншленный образец формовочной машины прессово-ударного мето;

идоддрвания. В работе использованы методы теоретического анализа нацряженно-деформированного состояния литейной формы цри цресоово-ударном методе. Экспериментальные методы исследоваши позволявдие определить влияние конструктивно-технологических параметров на прочность, плотность, поверхностную твердость, упругост] и газопроницаемость формовочной смеси и самой формы при уплотнение прессово-ударным методом.

Научная новизна работы.

1. Предложен прессово-ударный способ уплотнения шечано-гли-нисгых фора, отличающийся существенной новизной (патент РФ

Я 2033291).

2. Разработана методика математического моделирования напряженно-деформированного состояния формы цри уплотнении новым способом, на основе которой получена топография распределения плотност:

по объему формы.

3. Установлен эффект поверхностного упрочнения слоя смеси на границе с моделью и модельной шитой (слой "наклепа") и предложен механизмом образования.

4. Рззработана инженерная методика расчета пневмоударного устройства, спроектирована и изготовлена конструкция полупромышленного образца (решение выдачи патента РФ Л 94-013584/02 от 21.09.94г.).

Практическая ценность работы.

1. Разработана программа .для расчета на ЭВМ наггояженно-дефор-щрованного состояния и выбора технологических параметров процесса.

2. Доказана возможность применения способа для уплотнения форм из смесей различного состава и различной сложности модельного комшшкта.

3. Предложена схема и методика проектирования пневмоударного механизма.

4. Разработаны практические рекомендации по улучшению существующей технологии формовки мелких и средних тракторных отливок типа "стакан подшипника", обеспечивающую более высокое качество этливки, тем самым повышение выхода годного.

реализация результатов работы. Па основании результатов работы разработаны, рассчитаны, спроектированы и изготовлены:

а) лабораторная прессово-ударная установка с размерами опок 200x300x180 мм;

б) полупромышленная прессово-ударная установка с размерами )ПОК $ 400x250 мм, на базе формовочной машины модели 91271Б.

разработана и спроектирована промышленная полуавтоматическая формовочная машина "ВСШ-КОМБИ" челночного типа, размерами опок 300x1200x350 мм для отливки "изложница" разливочных машин Ерма-ювского завода ферросплавов (г.Аксу).

Шдано техническое задание на цроектирование и изготовление формовочной машины прессово-ударного уплотнения, на базе формовое ной машины модели 703, размерами опок 600x800x200 мм Павлодарское тракторному заводу.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на региональных научно-технических конференциях: " Наук и новая технология в развитии Павлоцар-Экибастузского региона"; г.Павлодар, 1993г.; "Ресурсосберегающие технологии в машиностроении", г.Рубцовск, 1994г.; "Прогрессивные технологические процесса в машиностроении", г.Караганда, 1993 г.

Основные положения работы обсуждались на научных семинарах кафедры "Литейное производство" МАСИ, на кафедре "Машины и технология литейнсго производства" Карагандинского политехнического института, на кафедре ТЕХНОЛОГИИ ШЗТАШОВ и литейного произволе те Павлодарского Государственного Университета; на Технических Советах Е&маковского завода ферросплавов и Павлодарского тракторного завода.

Дубликадии. По теме диссертации опубликовано 5 статей, 6 тезисов и докладов и получен патент РФ и авторское свидетельство СССР и I положительное решение патента РФ.

пб^ем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Она содержит 100 страниц машинописного текста, 39 рисунков, 4 таблиц, список литературы из 73 наименований и приложения на 4 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, определены цели и задачи работы, методы исследования, научная новизна и практическая значимость работы.

-6В первой главе дана классификация импульсных процессов уп-

тнения. Дана характеристика и анализ воздушно-импульсных мето-

в, Сэйатсу-цроцессу, газоимпульсному уплотнению. Подробному ана-

зу подвергнут процесс уплотнения форм механическим импульсом

СП-процесс) и аналитические методы исследования импульсных цро-

ссов.

Отмечается, что все рассмотренные процессы нашли свое опре-ленное место в области формовки и имеют право на существование на дальнейшее развитие. Вместе с тем делается вывод и о недостат-х в воздушно-импульсных процессах. Это и на достаточно высокое Еотнение смеси в отдельных сложных местах оснастки (карманах), повышенный расход энергии сжатого воздуха и др. Указывается на нденцию в последние года, применения механического импульса арма ВМБ).

Автором предложен новый прессово-ударный метод уплотнения, торнй во многом лишен указанных недостатков, на который получен тент РФ Л 2033291.

разработка этого процесса и посвящена настоящая диссертацион-я работа, поставлены основные научно-технические задачи.

Вторая глава яосвящена теоретическому анализу нацряженно-дефор-рованного состояния литейной формы, уплотняемой прессово-удар-м методом. Сущность метода заключается в следующем:

На неподвижном столе 2 устанавливается опока I с отверстиями стенках (рис.1). Модель 7 с плитой 6 установлены на подвижном оле 5, приводимый в движение с помощью прессового пневмоцклинд-8. Формовочная смесь подается в опоку камерой-дозатором 3 и в ом положении фиксируется с опокой. Над камерой-до затором распоясана ударная плита 4 с некоторым зазором 2- = 3+5 мм, которая еркивается замками 10. Ударная плита 4 со штоком приводится

в движение с помощью скоростного пневмоцилиндра II.

Цроцесс формообразования при данном способе состоит из двух этапов. На первом этапе, подвижный стол с модельной оснасткой, с помощью нижнего пневмоцилиндра двигаясь вверх, подпрессовывает находящуюся в опоке смесь об ударную плиту, в камере-дозаторе. Таким образом, на первом этапе формируется пакет смеси 9, повторяющий контур модели, с плотностью на ладе 1,55+1,60 г/см3, а на контрладе - 1,40+1,45 г/см3. При движении стола с оснасткой вниз, в исходное положение, происходит вытяжка модели; пакет при этом зависает в крайнем верхнем положении камеры-дозатора за счет сил бокового трения (рис.1а). При этом между пакетом смеси и модельной оснасткой образуется пространство, высотой зазора - h^

Затем следует второй этап формообразования (рис.1б). При открывании замков 10 ударная шшта 4 разгоняет шкет смеси вниз с некоторой скоростью (3-5 м/с) и ударяет о модельную оснастку. При этом рабочая поверхность формы приобретает некоторый слой (5-8 мы] повышенной плотности 12 ("наклепанный" слой) ( &1,78+1,80 v/t и твердостью до 87+92 ед.). В этом периоде происходит дальнейшее повышение плотности и на контрладе. Кроме того, что также очень важно, происходит некоторое перераспределение и повышение плотности во всем объеме пакета. Соответственно теоретический анализ процесса такке проводился в 2 этапа.

Математическая модель первой стадии уплотнения описывается следующими уравнениями: I) уравнения равновесия:

(I.I)

Рис.1. Формовочная установка прессозо-ударного действия.

-9-

где: } ^ху - нормальные и касательные напряжения; Рур, у - составляющие силы трения; Рпр - сила прессования.

2) Кинематические соотношения:

С Ъи . с .у Эй Эгг

Ч'ъя' V • (г'2)

3) Уравнения совместности:

ЭуЭ3 -э3г -ЭХ1 ц-3'

Вторая стадия уплотнение - ударное прессование:

х) эЗГ + -О

ЪГч , ЭГуц г г г п

+ + * Ь«.- 0

где: сила удара на границе смесь оснастка;

Гын,- сила инерции, действующая в объеме смеси.

2. Кинематическое соотношения:

ди.

(1.4)

(1.5)

у Эц Ъу ГЭгц. 7

^ " г у т ъ* ыщ ]

Условия совместности аналогичны выражению (1.3). Преобразование математической модели в дискретную проведено методом коне^ ных элементов с применением вариационного исчисления.

Процесс уплотнения рассматривался для пеловины опоки ¡6 400

Рнс.2. Массив смеси с координатной сеткой.

и по экспериментальным (знаменатель) данным.

- ¿2-

высотой столба смеси 360 мм с моделью "стакан подшипника", что о условию деформации соответствует плосконапряяанному состоянию, сего выбрано 121 элемент, узлов - 156. Координаты узлов заданы мм, а начало координат - ось симметрии. На границе с моцельно-

ночной оснастки действует сила трения

(1.6)

Коэффициент трения принимался постоянным и равным К = 0,35. риняты основные предпосылки и допущения. Плотность вычислялась по эрмуле: р

I = тФ-т

Матрица свойств коночного элемента принята в следующем виде:

Л

М'

1

Ум

О

^-ум

о

о

о /1-2

2^-/0

(1.8)

це: £ - модуль упругости смеси;

^ - коэффициент Пуассона для смеси. Система уравнений для решения задачи в конечных перемещениях

це: /[К] / - матрица жесткости всей системы в целом, строится по матрице индексов на основании матриц несткости всех конечных элементов;

вектор перемещения узлов; - вектор приложен-

ной нагрузки. Шл составлен алгоритм и программа на языке фортран- 4-Исходные данные: начальная плотность р = 1,15 г/см3; модуль тругости Е = 22,4 кг/см^; коэффициент внешнего трения 0,35, шаг

Рис.4. Распределение твердости по высоте опоки: I - нижнее прессование; 2 - чистый ВСП - процесс; 3 - прессово-ударный процес<

Рис.5. Схема поверхностного упрочненного слоя: I - уплотненная формовочная смесь; 2 - упрочненный слой; 3 - модель.

л* «еР ли АН _

йг; # ; ; Д г - толщины упрочненных слоев для горизонтальных и вертикальных участков в верхней, средней и нижней части модели.

агрухенкя 1,1 сы на новой стадии уплотнения.

lía рис.2 представлен массив смеск с координатной сеткоИ, а

а рис.3 дано распределение плотности после второй стадии уплот-

ення по расчетный даннш (числитель) к экспериментальным данным

знаменатель). Распределение плотности смеси по всеглу объему

орш экспериментально определялось с помощью автономных эластдч-

ых оболочек (с;л.гл.4).

Динамика ударного процесса на втором этане уплотнения харак-еризуется системой уравнений:

8 ЗТ"Р" рц & 'IFr* ' '

, Н.9

где (х - суьалэрнк« вес падающих частей и смеси.

Поскольку напряжения в смеск при ударе изменяется во вреиенк ■ изменяется плотность, то задача решалась шаговым методом (вели-цна шага лТ-0,002с), где величина модуля деформации применялась пределах£»^25 rOjSj'l^ /^которая подучена экспердаентальнш утей.

Б главе 3 излажены методики экспершенталъкйх исследований изыерите^сьная аппаратура.

Эксперименты проводились на полупромышленной установке, соз-аннок на сазе формовочной ;дашнн модели 91271Б к на лабораторной станозке конструкции автора. Обе установки. действуш по принципу аботы идентичны и лига. отличаются гас5арита-ли, мощностью к разые-ом модельно-опочной оснастки. Схема лабораторной установки пред-тавлена на рис.1 к описана выше.

Характер капршленно-деформированного состояния смеси при уп-отнении определяется тензоыетрическиш. датчиками с помощью осцкл-рафа H-II5. Упругость уплотненной форшг определялась специально азработакнш устройством с записью показании на осциллографе.

-15-

Толщина упрочненного слоя ("наклепанный" слой) определялась с помощью устройства, работа которого основана на изменении нагрузочного тока при внедрении в этот слой фрезы Й 7 мм, а также визуально по сразу с помощью микроскопа МИМ-6. Для определения плотности смеси на всему объему формы применялись оригинальная методика с использованием автономных эластичных оболочек.

В экспериментах использовалась низкопрочная формовочная смесь (0,06+0,07:) .МПа 3-х составов. Модельно-опочные комплекты состояли из сварных опок размером 300x200x180 ш с моделью 125x150x90 с углублением в центре и 0 400x250 мм со ступенчатой моделью; масса смеси в пакете 16 кг; масса ударного механизма 25 кг; удельное давление подпрессовки 0,4 МПа; высота разгонной части - 280 мм; диаметр поршня ударного механизма - 120 ш; объем рессивера 0,01 м3 давление воздуха в ресивере - 0,5 МПа; площадь вентиляционных отверстий на боковых стенках опоки 0,085 от суммарной площади стенок. Скорость движения пакета изменялась изменением .давления в штоковой полости цилиндра. Плотность и твердость определялась по общепринятой методике.

Р глав? 4 описаны результаты экспериментальных исследований процесса уплотнения литейных форм, прессово-ударным способом.

Исследования показали, что в результате удара уплотняемого пакета на 2-м этапе процесса образуется слой на границе с моделью, имеющей повышенную плотность ( сГ = -1,78+1,8 г/см3) и твердостью до 87-92 ед. Такой слой был назван "наклепанным" слоем (рис.5). Толщина этого слоя колеблется в пределах 6+7 мм на поверхности отпечатка модели, при средней плотности в объеме пакета 1,68+1,72 г/см3.

Экспериментально установлено, что на горизонтальных поверхностях модели толщина 6,5+7 мм, а на вертикальных - 3,5+5 мм.

-16-

Данные получены на микроскопа по продольным срезам. Шло тановлено, что на толщину слоя оказывают влияние ряд факторов: чальная плотность по ладу при уплотнении на первом этапе и за-р (расстояние) между контуром пакета и поверхностью оснастки, щ^гвенную роль на формирование слоя играет скорость движения , кета и масса падагацих частей вместе с пакетом смеси, т.е. им-гльс силы. Механизм уплотнения пакета аналогичен импульсному, т.е. ¡есь уплотняется последовательно слоями снизу вверх. Вместе с м механизм уплотнения и отличается от импульсного: в известных гаульсных процессах смесь неподвижна до воздействия внешней на-узки, а в данном процессе она движется и ударяется. В результа-' удара в силу воздействия упругих сил на границе "смесь-оснаст-Г образуется дополнительное местное уплотнение смеси ("наклеп"), спериментально установлено, что для получения технологически необ-|Д1Шой плотности и твердости скорость движения пакета рекомен-1вана в пределах 4,0+5,0 м/с, хотя с увеличением скорости тол-на и твердость упрочненного слоя повышаются, но при этом увеличивав •ся уровень шума ( >50 дб), а в некоторых случаях наблюдалось юслоение пакета. Установлено также, что с увеличением массы втность повышается, но при повышении массы подвижных частей ^исходит переуплотнение контрлада формы.

Массу подвижных частей машины целесообразно во всех случаях ижать.

Установлено влияние сил сцепления пакета со стенками дозатора I процесс уплотнения. Сила сцепления (трения) должна быть такова, .■обы она удерживала пакет в верхнем положении на первом этапе иотнения. С увеличением сил сцепления (а они зависят от плот-юти и бокового давления) обеспечивается надежная протяжка моде-г, но снижается, хотя и не существенно, скорость движения на юром этапе.

Установлено, что с повышением влажности смеси твердость пакета снижается (при одних и тех же затратах энергии воздуха). Наибольший разброс твердости выпадает на влажность в пределах 4,5+5$. Это объясняется повышением массы пакета, повышением сил внешнего прения и сцепление со стенками камеры-дозатора и опоки.

Эксперименты по влиянию составляющих технологических параметров црессово-ударного процесса на конечную твердость формы показали, что существенное влияние оказывает плотность нижних слоев пакета, прилегающих к модели и незначительное влияние плотности контрлада (рис.4). Это объясняется тем, что чем выше началь ная плотность нижних слоев, тем больше их упругие свойства, тем выше жесткость и сила упругости при ударе об оснастку на втором этапе уплотнения, тем плотнее слой "наклепа".

Исследовался характер напряженного состояния формы на втором этапе уплотнения. Установлено, что при ударе пакета, в нем возникают значительные осевые и боковые напряжения. Максимальная ампли туда осевых (нормальных) напряжений на модельной плите достигает величины 1,6+1,9 МПа, а боковое давление при этом составляло ~ 1,12+1,13 МПа при незначительной пластической деформации.

Величина относительной пластической деформации, в зависимост от параметров смеси колебалась в незначительных пределах, (2,5+3,0)$.

Коэффициент бокового давления на уровне 10+15 ш выше лада

чем цри уплотнении смеси на воздушно-импульсных установках.

Значительная величина бокового давления и боковых нацряжениЁ легко объясняется характером ударного нагружения. В момент соударения пакета с модельной оснасткой возникают уцругие колебания с большой амплитудой. В результате колебательного процесса,

составлял величину порядка

значение вше

разрываются упругие оболочки связующего. Смесь приобретает высокую подвижность и перетекает как в осевом, так и в направлении менее уплотненных мест.

0,6+0,7 и скорости движения пакета V- 0,5+0,55 м/с.

При более низкой энергии удара ( ~1Г= 3,5+4,0 м/с) и меньших вертикальных напряжениях его значение снижается до ^ = 0,28+0,33.

На втором этапе уплотнения пластические деформации незначительны. Для максимальных значений скорости и суммарной массы подвижных частей и смеси величина линейной пластической деформации составляет 2,5+3$.

Такое низкое значение пластической деформации объясняется тем, что смесь уже на первом этапе уплотнилась до значительной величины; песчаная основа смеси получила достаточно высокую упаковку и свободное внутрипоровое пространство практически отсутствует. Значительное место в исследуемом процессе уплотнения занимает вопрос упругих параметров смеси. Геометрическая и весовая точность будущей отливки прямым образом зависит от упругих свойств. В работе определилась упругость смеси по специально разработанной методике с применением оригинального устройства (ракетка). Подвижная ракетка со сменным наконечником, легко движется вверх со смесью после удара. Для измерения подпружинивания смеси использовался датчик индуктивности. Сигналы от датчика подавались на осциллограф. На первом этапе уплотнения устанавливался сменный наконечник без прорезей, а на втором этапе уплотнения он заменялся на наконечник с прорезями,

Установлено, что на упругость смеси оказывало влияние физико-

Определено значение коэффициента Пуассона

боковом давлении

-19-

механические свойства смеси, а также величина энергии удара. С увеличением скорости удара с 3-х до 6 м/с упругая деформация увеличивается почти в два раза. Для смеси № 2 с 0,13% до 0,20$, а для облицовочной (смеси й 3) с 0,05$ до 0,12$ (смеси имели влажность У/ = 3,6+3,®? и ушгогкяемость 40%). Для облицовочной смеси изменение упругой деформации идет по линейному закону, а для наполнительных смесей 1 I и № 2 по степенному. Были проведет сравнительные эксперименты по определению параметра упругости смеси при статическом прессовании (I этап уплотнения) и динамическом (ударном) нагружении (П этап уплотнения).

Установлено, что при статическом прессовании наблюдается большая упругость для всех исследуемых смесей, чем при ударном нагружении.

Это объясняется существенным снижением внутреннего трения вследствие динамического (ударного) нагружения. Снижение упругих свойств смеси при уплотнении, а значит и упругих сил позволяет существенно снизить формовочные уклоны.

Экспериментально исследовалось влияние плотности пакета сме. си на газопроводность. Это важно, поскольку при данном процессе имеет место повышенная общая плотность формы и наличие на поверх ности отпечатка модели слоя достаточно высокой плотностью.

Газопроводность замерялась непосредственно в форме на экспе^ риментальной установке прессово-ударного уплотнения для всех тре; смесей.

Плотность формы в экспериментах была & = 1690 кг/м3. Установлено, что газопроводность зависит как от свойств смеси, так и от плотности формы и ее высоты. С увеличением высоты формы газ проводность падает. Цри высоте формы 150-160 мм газопроводность смесей Н и й 2 имеет свое предельное значение, соответствующее газопроводности смеси 100-120 ед., а для облицовочной смеси высо

-20-

ормы (пакета) рекомендуется не более 120 мм.

Поскольку газопровоцность существенно зависит от высоты ормы или толщины стенки формы, то рекомендуется формы (пакеты) елать пустотелыми. На такую пустотелую форму получено положи-ельное решение выдачи патента РК.

С целью определения плотности смеси в пакета по всему обье-у была предложена оригинальная методика, состоящая в следующем.

В круглую опоку 0 400 мм и Н = 250 мм со ступенчатой моделью J0 200 мм у основания и высотой 143 мм) насеивалась слоями формо-очная смесь с влажностью W = 3,8%. На каждый слой укладывались ластичные оболочки из тонкой резины с формовочной смесью (по 50г аждый). Каждая оболочка имела капроновую трубочку 0 0,5 мм для ыхода воздуха. Укладка оболочек производилась в строго опрвделен-ых координатах по плоскости формы.

После уплотнения пакета в строго определенном порядке извле-ались оболочки с уплотненной смесью и взвешивались, а затем опре-елялся объем (в мензурке с дисцилированной водой) и находилась лотность смеси. Эксперименты повторялись 5 раз.

Цроведенные эксперименты показали наглядно не только харак-ер распределения плотности смеси по всему объему, но и подтвер-шш адекватность результатов, полученных на ЭВМ по использованию атематической модели, и алгоритму решения, предложенного в работе.

В задачи исследования входило разработка методики и выбора сновных конструктивно-технологических параметров ударного меха-

изма. Бала предложена схема ударного пневмопривода, проведен его инамический анализ, составлена математическая модель рабочего роцесса и разработан инженерный метод расчета. Исходя из заданной инетической энергии, которую должен развивать пневмоударный ме-анизм с учетом баланса энергии была получена зависимость:

-21-

тгг*. а-Рм£ ±а,525)хтУ ^ _

- & & ~о)25)Хт ]■ )

где: ОС = 0,85 - коэффициент, учитывающий потери энергии за счеч сил трения;

^и ^а.~ давление ЕОЗДУха Б магистрали и атмосферное;

ф^л/ - диаметры цилиндра и штока;

1-- длина камеры А и камеры Б до начала движения; л, ь

- перемещение поршня; (у - вес движущихся частей; И1 - масса подвижных частей и смеси;

1Г - скорость движения поршня.

Диаметр поршня равен:

с -

ГП ~ Р "

г и

Объем камер А и Б равен: г

У/ 1 . \1 аг/^-^ш.) р

/ --^-

В результате расчета находятся также диаметр штока, ход порш^ ня, объем штоковой и на.дпоршневой полостей, площадь входного и вы пускного отверстий, время срабатывания, время наполнения, разгона и опорожнения и другие параметры. На основании расчета был сцроек тирован, изготовлен и оцробирован в работе пневмоударный механизм (рис.6), который показал удовлетворительные результаты. Пакет смеси на второй стадии ушшгеиия в начальный момент двигается с

41 ö ст>

e

55

t. J £ M

о H о

к £-1 Г . I-.!

О] О)

' í < Г Г Г /, \ ( < ' ■( '

\ \дл. \ \

t

DJ го

ч

xUj

-23-

места плавно, без рывков и сотрясений, а затем очень быстро набирает необходимую скорость.

р пятой ,улаве излагаются производственные испытания процесса и реализация его в промышленности. Испытания проводили на формовочной машине прессовоударного действия. "ВСП-КОМБИ", которая была спроектирована автором и изготовлена на базе формовочной машины модели 91271Б. Испытания проводились на трех различных смесях. Скорость нагрукения 1Г = 4,6 м/с, давление подпрессовки 0,6 №. Измерялись плотность формы и ее поверхностная твердость, газопроницаемость формы, качество поверхности. Плотность поверхности лада составила = 1,78+1,8 г/см3, а контрлада = 1,7< г/см3. ЗалиЕка производилась ст.45Л. Было установлено, что время очистки отливок сократилось более чем в 2 раза. Сократились простои термических печей по причине очистки их от оспа 'тки пригарев-шей смеси. Пригар практически на отливках отсутствовал. Чистота поверхности отливок, полученных по новому способу, соответствует 4 классу ( R-a.iT 10 >1*3 • Была предложена новая технология формовки отливок "стакан подшипника" взамен старой, для прассово-удар-ного метода уплотнения на модернизированных машинах модели 703. В результате внедрения новой технологии, увеличится выход годной улучшится структура отливок, чистота поверхности и снизится припуски на механическую обработку. Время очистки отливок также сократится более чем в 2 раза.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

I. Предложен, разработан и исследован прессово-ударный процесс уплотнения песчано-глинистых форм (патент РФ $ 2033291), позволявший получать высокое и технологически необходимое распре1 лешге плотности по высоте опоки, при этом нижние слои, и в

— —

частности, граничный с модельной оснасткой слой имеет повышенную плотность.

2. Разработана методика математического моделирования динамического (ударного) уплотнения смеси с применением МКЭ определена плотность смеси в каждой точке объема формы. Распределение плотности по группам ячеек, полученное теоретически, подтверждено экспериментально с помощью оригинальной методики и специальных эластичных оболочек. Расхождение теоретических значений плотности и экспериментальных составляет 3*5%.

3. В результате экспериментальных исследований с использованием спец.фрез и микроскопа установлен эффект поверхностного упрочнения слоя смеси на границе с модельной оснасткой, толщиной 6-7 мм на горинтольных поверхностях и 3-3,5 мы на вертикальных (слой "наклепа").

4. Установлено, что процесс уплотнения прессво-ударным методом зависит: от начальной плотности смеси в форме (пакете) при предварительной поцпрессовки (I этап), от скорости движения пакета на удар и от физико-механических свойств смеси и, в частности, от влажности. Рекомендуемая влажность - 3,0+3,5%, скорость пакета

V = 4,5+5,5 ч/с, давление подцрессовки 5>5+6.0 кг/см2.

Масса подвижных частей машины должна быть минимальной.

5. Установлено, что на первом этапе уплотнения реализуется основная часть пластической деформации, а на втором этапе - пластическая деформация составляет всего 2,5+3$ . Упругие деформации на втором этапе уплотнения не превышают 0,2+0,3$.

6. Установлено, что для применяемых на производстве средне-прочных смесей ( = 0,06+0,08 МПа) разрабатываемый способ не ухудшает газопроводность. Длн высокопрочных и облицовочных смесей наблюдалось снижение газопроводности.

-257. Предложена схема пневмоударного механизма, проведен его

динамический анализ, составлена математическая модель рабочего процесса и разработан инженерный метод расчета. На основании расчета спроектирован, изготовлен и опробирован в работе хшевмо-ударный механизм (положительное решение о выдаче патента РФ Ун 94-013584/02 от 21.09.94г.).

8. По результатам исследований разработано техническое задание на проектирование промышленного образца формовочного блока на базе машины модели 703 для мелких и средних тракторных отливок.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих рабо

тах.

1. Абдрахманов Е.С., Кушербаев Е.М. Машинный способ изготовления литейных форм// Актуальные проблемы машиностроения: Сб.тез. Алма-Ата, 1989. С.133-134.

2. Наука и новая технология в развитии Павлодар-Экибастузско: региона. Материалы областной научно-технической конференции. Част 2. "?ылым", Алматы, 1993г.

2.1. Абдрахманов Е.С., Горст А.О., Сынков О.В. Повышение К.П пневмопривода формовочной машины ударного действия. Тез. С.14-16.

2.2. Абдрахманов Е.С., Суюндиков М.М. Новый способ формовки. Тез. С.18.

3. Абдрахманов Е.С., Исагулов А.З., Кузенбаев С.Б. Исследование импульсного уплотнения литейных форм// Прогрессивные технологические процессы в машиностроении. Сб.тез. - Караганда: КПТИ, 1993. С.71-79.

4. Матвеенко И.В., Абдрахманов Е.С., Исагулов А.З. ймпульсно уплотнение пакета смеси с поверхностным упрочнением формы// Литей ное цроизводство, й II, 1993. С.17-18.

-265. 'латвеенко И.В., Исагулов Л.З., Абдрахманов Е.С. Исследование процесса уплотнения формовочных смесей при газодинамическом нагружении// Пути повышения качества и экономичности литейных процессов. Сб.тез. - Одесса, 1994. С.87-89.

6. Абдрахыанов Е.С., Исагулов Л.З., Кузембаев С.Б. Уплотнение формовочной смеси прессово-импульсным методом// Ресурсосберегающие технологии в машиностроении. Сб.тез. - Рубцовск, 1994. С. 16-17.

7. Абдрахманов Е.С., Исагулов А.З. и др. Изготовление форм скоростным прессованием// Научные труды Карагандинского политехнического института. Сб.статей. - Караганда: КПТИ, 1994. С.140-145.

3. Исагулов А.З., Братковский Е.В., Абдрахманов Е.С. Формовочная машина импульсного действия// Информационный листок Мшшс-терства науки и новых технологий Республики Казахстан. - Караганда: ЦНТИ, 1994. С.4.

9. Матвеенко И.В., Абдрахманов Е.С. и др. Исследование процесса уплотнения смеси с эффектом поверхностного упрочнения формы// Литейное производство, № 7, 1994.

ю. Matyeyenko I Abdrach m a no V E. et at. Impulse Compakilan. of Sand Package with Mould Surface Strengih-eruag . Manag, and Technol. 1993, , s. 17-iS.

11. Авторское свидетельство СССР w I6I3242, кл. B22C 15/02, 1990. Способ изготовления литейных форм// Матвеенко И.В., Абдрахманов Е.С., Кушербаев Е.М.

12. Патент РФ Si 2033291, 1995. Способ изготовления литейных фортл// Матвеенко И.В., Абдрахманов Е.С.

13. Решение о выдаче патента РФ & 94-013584/02 от 21.09.94. Ударный пневг.'.оцгшшдр// ГЛатвеенко И.В., Абдрахманов Е.С., Исагулов А.З.

АБДРАХМАНОВ ЕРМАГАНБЕТ СЕЙСЕНБЕКОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ПРОМЕШЕННОЕ ОПРОБОВАНИЕ ПРЕССОВО-ЩРНОГО МЕТОДА УПЛОТНЕНИЯ ПЕСЧАНО-ГЛИНИОТЫХ ФОРМ

(Автореферат)

Подписано к печати 14.12.95 г. Формат 60x90 1/16 1,7 п.л. Уч. изд. л. 1,5 Тираж 100 Заказ 226

Ротапринт МАСИ (ВТУЗ-ЗИЛ), 109280, Москва, Автозаводская, 16