автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка центробежно-лопаточного способа приготовления формовочных и стержневых смесей

На правах рукописи

АФАНАСЬЕВ АЛЕКСЕЙ ГАВРИИЛОВИЧ

РАЗРАБОТКА ЦЕНТРОБЕЖНО-ЛОПАТОЧНОГО СПОСОБА ПРИГОТОВЛЕНИЯ ФОРМОВОЧНЫХ И СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рыбинск - 2005

Работа выполнена в Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Серебряков Сергей Павлович Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Моисеев Виктор Сергеевич, кандидат технических наук, доцент Ершов Михаил Юрьевич.

Ведущее предприятие: ОАО «НПО «САТУРН» (г. Рыбинск).

Защита состоится 15 июня 2005 г. в 12 00 на заседании диссертационного совета Д 212.210.01 Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева по адресу: 152934, г. Рыбинск, Ярославской обл., ул. Пушкина, 53, РГАТА, главный корпус, ауд. 237. Тел. (0855) 520290, факс (0855) 528688, E-mail: root@rgata.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А. Соловьева. Автореферат разослан ч/2 » мая 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

М06-Ч

(рОЧ'З

Общая характеристика работы

Актуальность диссертации. Основными видами машин, используемых в промышленности для получения формовочных и стержневых смесей, являются бегуны, маятниковые смесители (бегуны с вертикальной осью вращения катков), барабанно-валковые смесители и, в последнее время, роторные и центробежно-планетарные. Анализ принципов работы традиционного и современного смесеприготовительного оборудования позволяет выявить общие тенденции его развития. Совершенствование смесителей идёт по двум направлениям: - модернизация традиционных смесителей путем увеличения скорости движения рабочих органов, например, в маятниковых смесителях и повышения уровня напряжений в смеси, а также создание новых скоростных смесителей с высоким уровнем динамического воздействия на смесь. Следует отметить, что в большинстве случаев эффект от повышения качества форм и стержней, выражающийся в снижении брака и повышении качества отливок, является определяющим при выборе смесеприготовительного оборудования. Трудоемкость операций выбивки форм и стержней, очистки отливок определяется составом и свойствами формовочных и стержневых смесей и, как правило, снижается при сокращении расхода связующих. Повышение эффективности использования связующих и их расхода за счет совершенствования техники и технологии смесеприго-товлеиия, разработка новых принципов работы и конструкций смесеприготовительного оборудования, позволяющего получать смеси высокого качества, является актуальным направлением развития литейного оборудования.

Анализ литературы показывает, что интенсификация процесса формирования структуры смеси и, в частности, пленки связующего иа поверхности зерна существенно зависит от уровня нормальных напряжений и сдвиговых деформаций, возникающих при перемешивании смеси. Равномерное распределение связующего по поверхности зерен наполнителя возможно лишь при многократном повторении цикла «разрушение - восстановление» контактов между зернами. С учетом конструктивных особенностей известных смесителей и характера их рабочих процессов представлена классификация смесеприго-товительных машин, которая позволила разработать новый принцип работы смесителя -центробежно-лопаточный, обеспечивающий высокий уровень напряжений в смеси и большое количество циклов обработки.

Настоящая работа посвящена разработке основ теории, технологии и проектирования машин центробежно-лопаточного смешивания. Практическая эксплуатация центро-бежно-лопаточных смесителей (ЦЛС) способствует получению ряда технических эффектов: повышению адгезии связующего, сс

смешивания, получению однородных смесей стабильного качества, снижению затрат на изготовление и эксплуатацию смесителей.

Актуальность работы подтверждается выполнением её по программе «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники в 2003 - 2004 годах».

Целью работы является разработка центробежно-лопаточного способа приготовления формовочных и стержневых смесей, создание основ теории и методики проектирования конструкций центробежно-лопаточных смесителей, изучение особенностей их работы и технологии приготовления литейных смесей для повышения их качества, а также определение эффективности практического применения ЦЛС в межотраслевых технологиях

Достижение данной цели осуществлялось путем решения следующих задач- разработать физическую и математическую модель, описывающую состояние смеси в рабочей емкости, охватывающую основные этапы движения смеси в ЦЛС,

- разработать методику расчета основных технических и конструктивных параметров смесителя;

- разработать методику исследования процессов смешивания в ЦЛС;

- разработать конструкцию и изготовить лабораторный центробежно-лопаточный смеситель (ЦЛС);

- провести экспериментальные исследования влияния режимов работы смесителя на качество получаемых смесей;

- оценить эффективность и технологические особенности приготовления в ЦЛС основных видов формовочных и стержневых смесей.

Научная новизна. В работе получены новые научные результаты:

- предложена классификация смесеприготовительного оборудования по способу силового воздействия на смесь и сочетанию активных конструктивных элементов смесителя;

- разработан новый центробежно-лопаточный способ работы смесителя, позволяющий управлять процессом приготовления смесей с широким диапазоном свойств путем задания уровня интенсивности обработки;

- комплексная физическо-математическая модель состояния дозы смеси в рабочей емкости, используемая для определения технологических параметров процесса и технических характеристик смесителя;

- технологические режимы приготовления формовочных и стержневых смесей, обеспечивающие технические, экологические ц экономические эффекты,

. > , ^ " » е » • »

- основные положения методики проектирования ЦЛС с учетом свойств смеси и уровня механического воздействия.

Практическая ценность и реализация работы. К основным практическим результатам работы относятся: новые аналитические зависимости и экспериментальные данные, составляющие основы теории центробежно-логтаточного смесеприготовления; разработка экспериментальной установки и методики исследований ЦЛС; определение технологических режимов приготовления в ЦЛС высокопрочных песчано-глинистых смесей, а также формовочных и стержневых смесей производственных рецептур; методика проектирования и основные конструктивные схемы ЦЛС. На основе полученных научных результатов и методики проектирования разработана гамма ЦЛС серии АС, включающая в себя смесители с вертикальным и горизонтальным расположением оси вращения рабочей емкости, работающие в периодическом и непрерывном режиме. Основные варианты конструктивных решений смесителей изготовлены и опробованы в промышленных условиях на формовочных, стержневых и других видах смесей. Разработанные ЦЛС имеют простую конструкцию, надежны в эксплуатации, снабжены системами безопасности, удобны в обслуживании, наладке и работе.

Производственное опробование ЦЛС проводилось на ряде промышленных предприятий - АО «Рыбинские моторы», АО «Волжский машиностроительный завод», ООО АКТАН, ОАО «Резиноасбопроект», ОАО «Ярославрезинотехника». Полученные результаты по качеству смесей подтверждены совместными испытаниями с ведущими специалистами предприятий. Лабораторные варианты смесителей эксплуатируются в РГАТА и используются в учебном процессе.

Апробация работы. Материалы работы доложены на III Съезде литейщиков России, на всероссийских научно-технических конференциях в 1994, 1996, 1999 г.г. в Москве, Ярославле, Рыбинске; выставлялись на городских, областных и международной выставках. Способ центробежно-лопаточного смесеприготовления и смесители серии АС в 2005 году награждены бронзовой медалью Всероссийского выставочного центра.

Публикации. Положения работы опубликованы в 14 работах из них 5 патентов и заявок на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованных источников и 6 приложений; изложена на 203 страницах, содержит 77 рисунков, 10 таблиц.

Содержание работы

Во введении изложена актуальность исследуемой проблемы, общая характеристика и цель работы, а также основные научные положения, выносимые на защиту.

В главе 1 проведен анализ влияния свойств наполнителя и связующего на процесс формирования при смесеприготовлении формовочных и стержневых смесей с точки зрения их влияния, прежде всего, на механическую прочность и газопроницаемость. Рабочий процесс распределения связующего по поверхности зерен для наиболее распространенных - песчано-глинистых смесей определяется как серия циклов уплотнения - разрыхления смеси. При каждом цикле деформации разрушение песчано-глинистой смеси происходит только с преодолением сил когезии манжет, а адгезионная связь между пленкой и зерном не нарушается.

Многократное повторение процессов образования пятен контакта между зерном и связующим приводит к постепенному образованию сплошной пленки связующего на поверхности зерна и более равномерному её распределению. Анализ условий формирования структуры формовочных и стержневых смесей показывает, что на качество готовых смесей оказывают влияние не только состав и свойства наполнителя и связующего, но и способ перемешивания. Характер способа приготовления определяет уровень и интенсивность силового воздействия на смесь, а также частоту циклов уплотнения - разрыхления и кратность обработки, являющихся важнейшими параметрами процесса смешивания.

Выполнен сравнительный анализ гравитационных барабанных смесителей, турбулентных смесителей, одновальных шнековых (лопастных) смесителей и других, предназначенных для приготовления смесей с маловязкими связующими. Наибольший интерес с точки зрения получения песчано-глинистых смесей с сырой прочностью до 0,3 МПа представляют смесители, предназначенные как для получения сыпучих смесей, так и для получения смесей на основе вязкопластичных связующих. К таким смесителям можно отнести бегуны с вертикальной и горизонтальной осью вращения катков, лотковые смесители, барабанно-валковые смесители, центробежные и центробежно-планетарные смесители, роторные и вихревые смесители. Анализ принципов работы традиционного и современного смесеприготовительного оборудования позволяет выявить общие тенденции его развития. Совершенствование смесителей идбт по двум направлениям - модернизация традиционных смесителей путем увеличения скорости движения рабочих органов, например, в маятниковых смесителях и повышения уровня напряжений в смеси, а также создание новых скоростных смесителей с высоким уровнем динамического воздействия на смесь.

Предложено разделить все типы смесителей на три группы в соответствии с

определяющими силовыми факторами: гравитационные, центробежные и внешние, принудительного действия. Внутри каждой группы встречаются смесители, в которых выделение основного силового фактора затруднено в связи с близким уровнем воздействий других силовых факторов. Например, в гравитационных валково-лопастных смесителях уровень гравитационных воздействий сопоставим с величиной давления, принудительно создаваемого валками. В этом случае отношение смесителя к той или иной группе определяется основным силовым фактором, обеспечивающим распределение связующего по объему. Например, в центробежных бегунах действие лопатки на смесь сопоставимо с центробежными силами, возникающими на стенке чаши, но перемещение смеси реализуется за счет инерции потока. Создание новых смесителей реализуется в основном за счет нового соотношения конструктивных элементов и за счет резкого увеличения действующих силовых факторов.

С использованием приведенной классификации разработан новый центробежно-лопаточный принцип работы и конструкция смесителя. В центробежно-лопаточном смесителе (ЦЛС) подвижная рабочая емкость создает высокий уровень центробежных сил, в 20 - 120 раз превышающих гравитационные силы, а перемещение смеси и создание в ней сдвиговых деформаций обеспечивается неподвижной лопаткой. Последовательность этапов обработки смеси, характер и уровень действующих на смесь силовых факторов обеспечивают достижение нового качества формовочных и стержневых смесей.

В главе 2 разработана методика экспериментального исследования рабочего процесса ЦЛС. На корпусе 1 установки (рисунок 1) укреплен неподвижный вал 2, внутрь которого помещен измерительный вал 3. От электродвигателя приводится во вращение с использованием клиноременной передачи шкив 4, на котором жестко закреплена рабочая емкость 5, имеющая прозрачную крышку. Лопатка 6 соединена с валом 3. Сила, действующая на лопатку, измеряется с помощью тензометрической балки 7. Фотоаппарат 8 фиксирует положение дозы материала в камере при еб освещении вспышками 9 Погрешность измерения силы составляет не более 3 %. Лопатка устанавливалась с углом передней грани относительно касательной к поверхности рабочей емкости в пределах от 15 до 75°.

Скорость вращения рабочей емкости задавалась параметрами питания электродвигателя постоянного тока в пределах от 0 до 1000 мин"1 и контролировалась тахометром с погрешностью до 20 мин"1 Экспериментально установлено существование критической скорости вращения рабочей емкости, до достижения которой процесс обработки материала можно разделить на два этапа: этап разгона и этап свободного полета.

При скоростях вращения рабочей емкости выше критической выявлено, что ход процесса перемешивания существенно изменяется, и выделено пять последовательных основных этапов: I - разгона, II - совместного движения с рабочей емкостью, III - резания, IV - движения материала вдоль лопатки и V - свободного полета - отличающихся друг от друга по комбинации и интенсивности физических воздействий на материал (рисунок 2). Установлено, что основное формирование свойств смесей происходит на закри-

л

1 - основание, 2 - вал неподвижный, 3 -вал измерительный, 4 - шкив, 5 - рабочая емкость, 6- лопатка, 7 -тензобалка, 8 -фотоаппарат, 9 - фотовспышка

Рисунок 1 - Схема лабораторной ЦЛС

тических скоростях ее обработки, для которых характерны высокий уровень нормальных напряжений и интенсивные сдвиговые деформации в условиях напряженного состояния на П, Ш и IV этапах движения потока смеси.

Зафиксировано явление самоторможения частиц смеси в зоне резания и определено условие отсутствия самоторможения со8(у + 8) > 0, где у - угол резания; 8 - угол трения материала по лопатке.

Экспериментальным исследованием установлено, что сила, действующая на лопатку, минимальна в диапазоне углов резания у от 25 до 30 а оптимальный коэффициент загрузки к3 от 0,3 до 0,6. Определено, что оптимальный угол резания уменьшается при увеличении коэффициента внешнего трения смеси.

В главе 3 разработана общая модель рабочего процесса ЦЛС, в которой представ-

Рисунок 2 - Схема движения смеси в ЦЛС

лена совокупность физических моделей, описывающих каждый из приведенных на рисунке 2 этапов для горизонтального и вертикального расположения осей вращения.

Этап разгона смеси в ЦЛС с горизонтальной осью вращения описывается нелинейным дифференциальным уравнением

1 Я

при анализе которого получено условие разгона частиц смеси без срыва:

^■(1 + /.1)</.'-®4, (2)

где (р - угол поворота рабочей емкости, рад, Я - текущий радиус слоя смеси, м; Мтр - момент сил трения, Н м; со - скорость вращения камеры, рад/с; /о - коэффициент трения смеси о стенку камеры.

Исходя из (1) получены аналитические выражения для определения минимального радиуса внутреннего слоя и максимального значения коэффициента загрузки к,. Выявлено, что предельное значение коэффициента загрузки для практически пригодных режимов работы близко к 1.

Определена конфигурация свободной поверхности смеси в ЦЛС с вертикальной осью вращения, движущейся совместно с рабочей емкостью, описываемая уравнением

У = 7 + Л-[7Г + 11-1п , г* (3)

/ о> V ) / со-х + ё

где/- коэффициент внутреннего трения в смеси.

Численное исследование этого уравнения показало возможность приближенного описания свободной поверхности параболой или прямой с погрешностью до 11 %

На основе теории предельного состояния сыпучих сред со сцеплением и аналитического описания процессов резания грунтов Баловневым В. И. получено выражение для определения тангенциальной составляющей силы резания Рри действующей на неподвижную лопатку ЦЛС

РР1=(1 + с1ёу185,)А1-(Н + Ь)х

где А, =

1-8П1(р-С082у

1 , • »

1 — 8Шф

Н - высота рабочей камеры, м;

Ь - дополнительная длина лопатки, учитывающая краевые эффекты, м; С - коэффициент сцепления смеси, Н/м2; Ф - угол внутреннего трения смеси, рад; р - плотность смеси, кг/м3.

Процесс перемешивания в ЦЛС возможен при условии, когда сила трения смеси о рабочую камеру больше силы Рр1

Анализ неравенства (5) показывает, что основными факторами, определяющими выполнение этого условия, при прочих равных условиях являются величина угла ср (см. рисунок 2) сектора совместного движения смеси с рабочей емкости и толщина потока смеси. Превышение предельных значений загрузки смеси может привести к остановке потока смеси, что наблюдалось экспериментально. Изменение механических характеристик смеси в процессе приготовления может также привести к остановке процесса перемешивания.

Показано, что при движении смеси по плоской лопатке сдвиговые деформации в потоке смеси отсутствуют. Анализ движения смеси по профильной лопатке с использованием разработанной автором методики выполнен Л. В. Березиной. На вогнутой лопатке происходит взаимное скольжение слоев, что обеспечивает интенсивное вращение зерен и их обмазка связующим.

Анализ зависимостей для свободного полета смеси показал, что увеличение угла резания лопатки ЦЛС приводит к уменьшению коэффициента загрузки смесителя. Приведенное выражение для траектории полета смеси позволило определить величину радиуса внутреннего слоя дозы весом При вертикальной оси вращения рабочей емкости оно имеет вид

Общее влияние этапа свободного полета смеси в рабочей емкости на процесс приготовления смеси в основном заключается в обеспечении однородного состава смеси по всему объему замеса. Перемешивание различных слоев смеси реализуется при их подаете к стенке рабочей емкости или свободной поверхности потока смеси. Разница в скоростях

,2

(5)

(6)

частиц смеси, возникающая в процессе резания и на этапе свободного полета, приводит к относительному смещению слоев смеси.

В главе 4 разработаны технологические режимы приготовления песчано-глинистых смесей (ПГС), которые были приняты в качестве материала для исследования режимов работы центробежно-лопаточного смесителя ЦЛС.

В ходе исследований выявлено, что в ЦЛС формируется ПГС, в которой отсутствуют комки связующего и пыль в межгранульном пространстве (рисунок 3). Все эти факторы способствуют получению высоких значений газопроницаемости и прочности. Экспериментально подтверждены достоверность математической модели определения сил резания, действующих на лопатку, и условия существования процесса перемешивания. В поисковых исследованиях определена область режимов приготовления песчано-глинистых смесей в центробежно-лопаточных смесителях, обеспечивающих получение качественных смесей с прочностью на сжатие 50 - 80 кПа и газопроницаемостью 120 — 250, которая включает в себя: скорость резания V = 8... 10 м/с; коэффициент загрузки Кз = 0,3...0,5; давление в слое смеси р = 8...22 кПа; время приготовления I = 30...70 с.

Экспериментально подтверждена возможность приготовления в ЦЛС высокопрочных песчано-глинистых смесей (с прочностью на сжатие по-сырому до 150 кПа) и выявлена необходимость увеличения при этом скорости вращения рабочей емкости при содержании в смеси воды более 15 % и количестве глины более 10 %.

В главе 5 рассмотрена последователь-

Рисунок 3 -Песчано-глинисгая смесь, ность и пршщипы расчета основных характери-приготовленная в ЦЛС х200

стик центробежно-лопаточных смесителей. Исходные данные для проектирования- режим работы смесителя (непрерывный или периодический), производительность П (кг/час), расположение оси вращения рабочей емкости, коэффициент загрузки Кз, время загрузки 13 и выгрузки смеси при периодическом режиме работы. К технологическим исходным данным, которые зависят от состава приготавливаемой смеси, могут быть отнесены: физико-механические свойства смеси и связующего, угол установки лопатки у, время обработки смеси в смесителе 1о, с.

На базе физическо-математической модели рабочего процесса центробежно-лопаточного смесителя (см. главу 3) разработаны основные теоретические положения методики проектирования ЦЛС Получено уравнение для определения радиуса рабочей ем-

кости на основе физико-механических свойств смеси, обрабатываемой в смесителе, и задаваемого уровня энергетической насыщенности процесса перемешивания

2А„

, V к Зк, V к к

(7)

6 8(<р+8)-Ч^р3к33

где Ао= (1 I )А 1;

q - удельная мощность смешивания, Вт/кг;

Рт - заданное напряжение в обрабатываемой смеси, Па;

к - отношение площади потока к площади кольца с радиусами Л, и Кб;

В=Сс18<р(1--Ц А.

Скорость вращения рабочей емкости и её высота определяются с учетом величины И« (7) и веса замеса р.

С использованием физических моделей состояния дозы смеси в рабочей емкости получены аналитические зависимости расчета мощности привода для четырех сочетаний: непрерывного и периодического режимов работы смесителя при вертикальном или горизонтальном положении оси вращения рабочей емкости. Выделены три труппы затрат мощности по их взаимосвязи с конструктивно-техническими характеристиками, с режимом его работы и положением оси вращения рабочей емкости.

В главе б приведены результаты испытаний центробежно-лопаточного смесителя в производственных условиях, в ходе которых выявлялась эффективность его использования для приготовления различных по составу и свойствам серийных смесей. На АО «Рыбинские моторы» при отработке технологии приготовления формовочных смесей для магниевого литья определены оптимальный состав и режимы смешивания, причем газопроницаемость возросла на 18 %, прочность на сжатие на 57 % и снижено содержание свежего песка на 36 %. Для стержневых смесей алюминиевого и чугунного литья показана возможность повышения газопроницаемости в 1,5 - 2,2 раза, сокращения расхода дорогих и экологически вредных связующих: фенолоспирта, смолы МЗ на 20 %, сокращения времени приготовления в 5 - 10 раз.

В литейном цехе АО «Волжский машиностроительный завод» (ВМЗ) определена возможность приготовления в ЦПС формовочных и стержневых смесей без освежающих добавок глины и песка и сокращения расхода олифы и жидкого стекла на 20 % при повышении прочности смесей в 2 - 5 раз и сокращении цикла приготовления смесей в 10 раз. Анализ показал, что экспериментальные смеси, приготовленные в ЦЛС, имеют четко выраженную гранульную структуру, а связующее распределено по поверхности зерен рав-

номерно. В слое связующего наб-шдаются включения пыли Следовательно, при перемешивании в ЦЛС пыль замешивается в связующее и не загрязняет межгранульное пространство, тогда как в промышленных смесях связующее распределено неравномерно по поверхности зерна и образует комки, расположенные между зерен

На основе разработанной классификации смесителей по конструктивным элементам и силовым факторам во ¡действия на Смесь разработано и запатентовано 2 способа

центробежно-лопаточного смесеприготовления и несколько принципиальных вариантов конструкций смесителей Спроектирована гамма ЦЛС серии АС с объемом рабочей емкости от ! до 150 л и производительностью от 30 до 6000 кг'час Разработаны конструктивные решения и изготовлены смесители для четырех способов установки рабочей емкости на привод (с консольным кретением рабочей емкости на фланце привода, со съемной рабочей емкостью, с поворотной ра____ ___ бочей емкостью, с двухопорной фиксацией положения

Рисунок 4 - ЦЛС-АС60 р v

непрерывного действия оси вращения рабочей емкости - рисунок 4) работающие в периодическом (или непрерывном) режиме при вертикальном (или горизонтальном) положении оси вращения рабочей емкости.

В заключении обобщены полученные в работе основные результаты.

1. Теоретически и экспериментально обоснован новый способ смесеприготовления - центробежно-лопаточный, позволяющий управлять обработкой смеси путем задания уровня интенсивности процесса;

2. Экспериментально установлено существование критической скорости вращения рабочей емкости, при достижении которой процесс перемешивания существенно изменяется. Основное формирование свойств смеси происходит на закритических скоростях вращения рабочей емкости, дтя которых характерны интенсивные сдвиговые деформации в устовиях заданного напряженного состояния Выделено пять основных этапов обработки, отличающихся друг от друга по комбинации и интенсивности физических воздействий на материал Разработаны физические модели для потока смеси в рабочей емкости ЦЛС с вертикальной и горизонтальной осями вращения, которые позволяют рассчитать конфигурацию и состояние дозы обрабатываемой смеси. Результаты анализа физических моделей являются основой для оптимизации конструкции и параметров работы ЦЛС с учетом свойств обрабатываемых материалов

3. На основе теории предельного состояния сыпучих сред со сцеплением получено аналитическое уравнение дня определения тангенциальной составляющей силы резания, действующей на неподвижную лопатку ЦЛС. Аналитическое определение силы резания позволило сформулировать условие существования процесса перемешивания в ЦЛС. Достоверность математической модели определения сил резания, действующих на лопатку, и условия существования процесса перемешивания подтверждена в экспериментах по приготовлению песчано-глинистых смесей. Расхождение между экспериментальными и расчетными значениями не превышало 10 %. Выявлено существование оптимального по минимуму усилий резания угла установки лопатки, величина которого зависит от коэффициента внешнего трения смеси о лопатку и для исследуемых смесей находится в интервале от 25 до 30°.

4. Доказана возможность приготовления в ЦЛС высокопрочных песчано-глинистых смесей и определена область режимов, обеспечивающих получение качественных смесей. Электронно-микроскопическими исследованиями образцов формовочных и стержневых смесей различных рецептур, установлено, что центробежно-лопаточный способ обеспечивает условия приготовления смесей, имеющих четко выраженную гранульную структуру. Такая структура обеспечивает получение физико-механических и технологических свойств смесей, труднодостижимых при традиционных способах смесеприго-товления. У серийных промышленных формовочных и стержневых смесей, приготовленных в ЦЛС, механическая прочность на сжатие по сырому увеличилась в 1,3 - 5,6 раза, прочность на разрыв для стержневых смесей до 180 %, газопроницаемости в 2,1 - 4,4 раза. Экспериментально определена возможность снижения не менее, чем на 20 % содержания связующих в рецептурах серийных смесей при сохранении соответствия их свойств нормативным требованиям за счет интенсивности и качества перемешивания в ЦЛС.

5. Интенсивный характер обработки в ЦЛС позволяет готовить высоковязкие и плохо смачиваемые смеси, например, полимербетонные смеси и серо-масляные пасты, а также использовать комковатые исходные материалы смесей без предварительного помола и просеивания.

6. На основе физической модели рабочего процесса центробежно-лопаточного смесителя разработаны основные теоретические положения методики проектирования ЦЛС. Определение габаритных размеров рабочей емкости производится исходя из заданного уровня энергетической насыщенности процесса перемешивания и физико-механических свойств смеси, что позволяет проектировать смесители для конкретных смесей с требуемым уровнем интенсивности обработки. Разработанная методика позволя-

ет производить расчет мощности привода для четырех сочетаний непрерывного и периодического режимов работы смесителя при вертикальном или горизонтальном положении оси вращения рабочей емкости.

Список публикаций по теме диссертации

1. Афанасьев, А. Г. Классификация литейных смесителей [Текст] / А. Г. Афанасьев, С. П. Серебряков // Оптимизация технологических процессов и управление качеством при производстве фасонных отливок: тез. докл. науч. - техн. конф. - Ярославль: 1993.-С. 41.

2. Заявка 94040125 Российская Федерация МКИ* В 22 С 5/04. Способ приготовления формовочных и стержневых смесей [Текст] / Афанасьев А. Г., Серебряков С. П.; заявл. 27.10.94; опубл. 10.12.96, БИ № 5.

3. Афанасьев, А. Г. Центробежные смесители автоматических линий для приготовления литейных смесей [Текст] // Наукоемкие технологии в машиностроении и приборостроении: тез. докл. российской науч. - техн. конф. - Рыбинск: 1994. - С. 233.

4. Афанасьев, А. Г. Определение сил, действующих на режущий инструмент в центробежных смесителях [Текст] / А. Г. Афанасьев, С. П. Серебряков, Л. В. Березина // Повышение эффективности механообработки на основе аналитического и экспериментального моделирования процессов' тез. докл. Всероссийской науч. - техн. конф. - Рыбинск: 1999.-С. 21.

5. Афанасьев, А. Г. Резание грунтов в центробежном смесителе [Текст] // Повышение эффективности механообработки на основе аналитического и экспериментального моделирования процессов: тез докл. Всероссийской науч. - техн. конф. - Рыбинск: 1999. -С. 25.

6. Афанасьев, А. Г. Тепловые процессы при центробежно-лопаточном смесепри-готовлении [Текст] / А. Г. Афанасьев, Л. В. Березина, С. П. Серебряков // Теплофизика технологических процессов' тез докл IX российской науч. - техн. конф. - Рыбинск: 1996 -С. 89 - 90.

7. Серебряков, С. П. Экологоэкономическая эффективность центробежно-лопаточного смесеприготовления [Текст] / С. П. Серебряков, А. Г. Афанасьев, Л. В. Березина //Теплофизика процессов горения и охрана окружающей среды: сб. докл. Всероссийской науч. - техн. конф. - Рыбинск: 1999. - С. 195-197.

8. Афанасьев, А. Г. Параметры приготовления песчано-глинистых смесей [Текст] / А. Г. Афанасьев, С. П. Серебряков //Литейное производство. - 1994. - №8 - С. 27 - 28.

№- 98 8 3

РНБ Русский фонд

9. Серебряков, С. П. Экономия фс нии центробежными методами [Текст] / С. ков //Литейное производство. - 1997. - №4.

10. Афанасьев, А. Г. Центробежное 2006 4

ев, С. П. Серебряков, Л. В. Березина //Литей -

11. Заявка 92010429/02 Российская 6043

активатор [Текст] / Серебряков С. П., Афат явл. 07.12.92; опубл. 10.05.95, БИ №13.

12. Заявка 92010431/02 Российская Федерация МКИ* В 22 С 5/04. Смеситель непрерывного действия [Текст] / Серебряков С. П., Афанасьев А. Г., Колобков Ю. А., Сосе-дов С. А.; заявл. 07.12.92; опубл. 10.05.95, БИ №13.

13. Пат. 2243059 Российская Федерация МПК7 В 22 С 5/04. Смеситель для приготовления формовочных смесей [Текст] / Афанасьев А. Г., Серебряков С. П., Толстая О. С.; заявл. 06.06.00; опубл.27.12.04, Бюл. №36.

14. Пат. 2238818 Российская Федерация МПК7 В 22 С 5/04. Способ приготовления формовочных песчано-гяинисшх смесей [Текст] / Афанасьев А. Г., Серебряков С. П.; заявл. 11.06.03; опубл. 27.10.04, Бюл. №30.

Подписано в печать 11.05.2005. Формат 60x84 1/16. Уч.-изд.л. 1. Тираж 100. Заказ 86.

Рыбинская государственная авиационная технологическая академия им. П. А. Соловьева (РГАТА)

152934, г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53 Отпечатано в множительной лаборатории РГАТА 152934, г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53

Введение.

1 Анализ рабочих процессов приготовления формовочных и стержневых смесей.

1.1 Условия формирования формовочных и стержневых смесей.

1.2 Основные критерии оценки качества смесей.

1.3 Принципы работы смесеприготовительного оборудования.

1.4 Классификация смесителей.

1.5 Задачи исследования.

2 Исследование процесса перемешивания в центробежном лопаточном смесителе (ЦЛС).

2.1 Конструкция экспериментальной установки и лабораторного ЦЛС.

2.2 Результаты наблюдения за процессом смесеприготовления в ЦЛС.

2.2.1 Влияние скорости вращения рабочей емкости.

2.2.2 Влияние угла резания.

2.2.3 Влияние коэффициента загрузки рабочей емкости.

2.3 Выводы.

3 Разработка и анализ физической модели рабочего процесса ЦЛС.

3.1 Движение смеси на этапе разгона.

3.1.1 Движение смеси на этапе разгона для ЦЛС с горизонтальной осью вращения.

3.1.2 Движение смеси на этапе разгона для ЦЛС с вертикальной ось вращения.

3.2 Движение смеси совместно с рабочей емкостью ЦЛС.

3.2.1 Движение смеси совместно с рабочей емкостью для ЦЛС с горизонтальной осью вращения.

3.2.2 Движение смеси совместно с рабочей емкостью для ЦЛС с вертикальной осью вращения.

3.3 Взаимодействие неподвижной лопатки с потоком смеси.

3.4 Свободный полет смеси.

3.4.1 Свободный полет смеси в ЦЛС с горизонтальной осью вращения.

3.4.2 Свободный полет смеси в ЦЛС с вертикальной осью вращения.

3.5 Выводы.

4 Экспериментальные исследования режимов приготовления песчано-глинистых (ПГС) смесей в ЦЛС.

4.1 Влияние скорости вращения рабочей емкости на качество

ПГС и силу, действующую на лопатку.

4.2 Исследование влияния величины загрузки на приготовление ПГС.

4.3 Исследование влияния времени обработки на свойства ПГС.

4.4 Влияние рецептуры ПГС на процесс смесеприготовления и свойства смеси.

4.5 Выводы.

5 Основные элементы методики проектирования ЦЛС.

5.1 Определение габаритных размеров и частоты вращения рабочей емкости смесителя.

5.2 Расчет мощности привода ЦЛС.

5.3 Выводы.

6 Результаты опытно-промышленного применения и проектирования

6.1 Приготовление в ЦЛС формовочных и стержневых смесей промышленных рецептур.

6.1.1 Приготовление смесей в АО «Рыбинские моторы».

6.1.2 Приготовление формовочных и стержневых смесей на АО ВМЗ.

6.2 Испытание ЦЛС на других видах промышленных смесей.

6.3 Применение результатов исследований при разработке и проектировании ЦЛС.

6.3.1 ЦЛС с закрепленной на фланце привода рабочей емкостью.

6.3.2 ЦЛС со съемной рабочей емкостью.

6.3.3 ЦЛС с поворотной рабочей емкостью.

6.3.4 ЦЛС с двух опорной фиксацией положения оси вращения рабочей емкости.

6.4 Выводы.

Основными видами машин, используемых в промышленности для получения формовочных и стержневых смесей, являются бегуны, маятниковые смесители (бегуны с вертикальной осью вращения катков), барабанно-валковые смесители и, в последнее время, роторные и центробежно-планетарные. Анализ принципов работы традиционного и современного сме-сеприготовительного оборудования позволяет выявить общие тенденции его развития. Совершенствование смесителей идёт по двум направлениям: модернизация традиционных смесителей путем увеличения скорости движения рабочих органов, например, в маятниковых смесителях и повышения уровня напряжений в смеси, а также создание новых скоростных смесителей с высоким уровнем динамического воздействия на смесь. Следует отметить, что в большинстве случаев эффект от повышения качества форм и стержней, выражающийся в снижении брака и повышении качества отливок, является определяющим при выборе смесеприготовительного оборудования. Трудоемкость операций выбивки форм и стержней, очистка отливок определяются составом и свойствами формовочных и стержневых смесей и, как правило, снижается при сокращении расхода связующих. Повышение эффективности использования связующих и их расхода за счет совершенствования техники и технологии смесеприготовления, разработка новых принципов работы и конструкций смесеприготовительного оборудования, позволяющего получать смеси высокого качества, является актуальным направлением развития литейного оборудования.

Анализ литературы показывает, что интенсификация процесса формирования структуры смеси и, в частности, пленки связующего на поверхности зерна существенно зависит от уровня нормальных напряжений и сдвиговых деформаций, возникающих при перемешивании смеси. Равномерное распределение связующего по поверхности зерен наполнителя возможно лишь при многократном повторении цикла «разрушение - восстановление» контактов между зернами.

В работе представлена классификация смесеприготовительных машин, которая позволила разработать новый принцип работы смесителя - центро-бежно-лопаточный, обеспечивающий высокий уровень напряжений в смеси и большое количество циклов обработки.

Настоящая работа посвящена разработке основ теории, технологии и машин центробежно-лопаточного смешивания (ЦЛС). Практическая эксплуатация ЦЛС способствует получению ряда технических эффектов: повышению адгезии связующего, сокращению его расхода, интенсификации процесса смешивания, получению однородных смесей стабильного качества, снижению расходов на изготовление и эксплуатацию смесителей.

Актуальность работы подтверждается выполнением её по программе «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники в 2003 - 2004 годах».

Целью работы является создание общих принципов и методик проектирования конструкций центробежно-лопаточных смесителей, изучение особенностей их работы и технологии приготовления литейных смесей для повышения их качества, а также определение эффективности практического применения ЦЛС в межотраслевых технологиях.

Достижение данной цели осуществлялось путем решения следующих задач:

- разработать конструкцию и изготовить лабораторный центробежно-лопаточный смеситель (ЦЛС);

- разработать методику исследования процессов смешивания в ЦЛС;

- разработать физическую и математическую модель, описывающую состояние смеси в рабочей емкости, охватывающую основные этапы движения смеси в ЦЛС;

- провести экспериментальные исследования влияния режимов работы смесителя на качество получаемых смесей;

- разработать методику расчета основных технических и конструктивных параметров смесителя;

- оценить эффективность и технологические особенности приготовления в ЦЛС основных видов формовочных и стержневых смесей.

В работе получены следующие новые научные положения:

- классификация смесеприготовительного оборудования по способу силового воздействия на смесь и сочетанию активных конструктивных элементов смесителя;

- новый принцип работы смесителя - центробежно-лопаточный;

- физическо-математическая модель всех основных состояний смеси в рабочей емкости;

- основные теоретические положения методики проектирования ЦЛС;

- технологические режимы приготовления песчано-глинистых, жидко-стекольных, смоляных смесей холодного и горячего твердения, а также режимы приготовления смесей для абразивных, строительных и резиновых изделий.

К основным практическим результатам работы относятся: новые аналитические и экспериментальные данные, составляющие основы теории цен-тробежно-лопаточного смесеприготовления; разработка экспериментальной установки и методики исследований ЦЛС; определение технологических режимов приготовления в ЦЛС высокопрочных песчано-глинистых смесей, а также формовочных и стержневых смесей производственных рецептур; методика проектирования и основные конструктивные схемы ЦЛС.

На основе полученных научных результатов и методики проектирования разработана гамма ЦЛС серии АС, включающая в себя смесители с вертикальным и горизонтальным расположением оси вращения рабочей емкости, работающие в периодическом и непрерывном режиме. Основные варианты конструктивных решений смесителей изготовлены и опробованы в промышленных условиях на формовочных, стержневых и других видах смесей. Разработанные ЦЛС имеют простую конструкцию, надежны в эксплуатации, снабжены системами безопасности, удобны в обслуживании, наладке и работе.

Производственное опробование ЦЛС проводилось на ряде промышленных предприятий - АО «Рыбинские моторы», АО «Волжский машиностроительный завод», ООО АКТ АН, ОАО «Резиноасбопроект», ОАО «Ярославрези-нотехника». Полученные результаты по качеству смесей подтверждены совместными испытаниями с ведущими специалистами предприятий. Лабораторные варианты смесителей эксплуатируются в РГАТА и используются в учебном процессе. Способ центробежно-лопаточного смесеприготовления и смесители серии АС в 2005 году награждены бронзовой медалью Всероссийского Выставочного Центра.

Материалы работы доложены на III Съезде литейщиков России, на всероссийских научно-технических конференциях в 1994, 1996, 1999 г.г. в Москве, Ярославле, Рыбинске, выставлялись на городских, областных и международной выставках.

Основные положения опубликованы в 14 работах, из них 5 заявок на изобретения и патенты.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованных источников и 6-ти приложений. Изложена на 203 страницах, содержит 77 рисунков, 10 таблиц.

6.4 Выводы

1. Экспериментальные исследования, проведенные на формовочных и стержневых смесях промышленных рецептур, показали высокую эффективность использования ЦЛС, для их приготовления. Однородность смесей, приготовленных в ЦЛС и равномерное распределение связующего по поверхности зерен позволило улучшить основные физико-механические и технологические свойства серийных смесей по механической прочности на сжатие по сырому до 130 - 560 %, прочности на разрыв для стержневых смесей до 180 %, по газопроницаемости в 2,1 - 4 раза.

2. Показана возможность снижения дорогостоящих и экономически вредных связующих в составах стержневых и формовочных смесей на 20 % при сохранении нормативных требований по качеству.

3. Интенсивный характер обработки в ЦЛС позволяет готовить высоковязкие и плохо смачиваемые смеси, например, полимербетонные смеси и серо-масляные пасты, а также использовать комковатые исходные материалы смесей без предварительного помола и просеивания.

4. На основе разработанной классификации смесителей по конструктивным элементам и силовым факторам воздействия на смесь разработано и запатентовано 2 способа центробежного лопаточного смесеприготовления и несколько принципиальных вариантов конструкций смесителей.

5. На основе разработанной методики проектирования разработана гамма ЦЛС серии АС с объемом рабочей емкости от 1 до 150 л и производительностью от 30 до 6000 кг/час.

6. Разработаны конструктивные решения и изготовлены смесители для четырех способов установки рабочей емкости на привод: с консольным креплением рабочей емкости на фланце привода, со съемной рабочей емкостью, с поворотной рабочей емкостью, с двухопорной фиксацией положения оси вращения рабочей емкости; работа в периодическом и непрерывном режиме при вертикальном и горизонтальном положении оси вращения рабочей емкости.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Технологические свойства смесей, применяемых для изготовления песчаных форм и стержней, существенно влияют на качество получаемых отливок. Одним из путей улучшения свойств формовочных материалов, используемых в литейном производстве, является повышение эффективности использования связующих при приготовлении формовочных и стержневых смесей за счет улучшения их однородности и равномерного распределения пленки связующего по поверхности зерен песка.

Однородность смеси и структура склеивающих пленок зависят от качества процесса перемешивания, которое определяется техническими характеристиками смесеприготовительного оборудования и режимами обработки смеси.

В литейном производстве используется достаточно широкая номенклатура смесителей, отличающихся друг от друга принципом работы, конструкцией, длительностью цикла перемешивания и производительностью. Анализ основных конструкций смесителей и принципов их работы показывает, что в последние годы основным направлением совершенствования смесеприготовительного оборудования является повышение скорости рабочих органов смесителей и интенсивности силового воздействия на смесь при перемешивании. К таким смесителям могут быть отнесены роторно-вихревые и центробежно-планетарные, отличающиеся высоким уровнем энергонасыщенности процесса перемешивания.

Повышение эффективности использования связующих и их расхода за счет совершенствования техники и технологии смесеприготовления, разработка новых принципов работы и конструкций смесеприготовительного оборудования, позволяющего получать смеси высокого качества, является актуальным направлением развития литейного оборудования.

На основе анализа силовых факторов действующих на смесь в процессе перемешивания и сочетания активных конструктивных элементов смесителей предложена классификация смесеприготовительного оборудования, позволившая разработать центробежно-л о паточный принцип смесеприготовления, который отличается высоким уровнем напряжений в смеси. Опробование центробежно-л опаточного способа смешивания показало его высокую эффективность при приготовлении формовочных и стержневых смесей за счет интенсификации процесса смешивания и равномерного распределения связующего по поверхности зерен песка и объему замеса.

В данной работе выполнены теоретические и экспериментальные исследования, которые заложили основы теории, технологии и методики проектирования машин центробежно-лопаточного смешивания (ЦЛС). Экспериментальные исследования выполнялись на лабораторной установке, разработанной и изготовленной на базе центробежно-лопаточного смесителя, с использованием электронно-микроскопического метода анализа готовых смесей. Полученные результаты работы позволяют сделать ряд обобщенных выводов.

1. Теоретически и экспериментально обоснован новый способ смесеприготовления - центробежно-лопаточный.

2. Экспериментально установлено существование критической скорости вращения рабочей емкости, при достижении которой процесс перемешивания существенно изменяется. Выделено пять последовательных основных этапов обработки материала: разгона, совместного движения с рабочей емкостью, резания, движения материала вдоль лопатки и свободного полета, отличающихся друг от друга по комбинации и интенсивности физических воздействий на материал. Основное формирование свойств смеси происходит на за-критических скоростях вращения рабочей емкости, для которых характерны высокий уровень нормальных напряжений и интенсивные сдвиговые деформации в условиях напряженного состояния.

3. Выявлено существование оптимального по минимуму усилий резания угла установки лопатки, величина которого зависит от коэффициента внешнего трения смеси о лопатку и для исследуемых смесей находится в интервале от 25 до 30

4. Разработаны физические модели для всех основных состояний потока смеси в рабочей емкости ЦЛС с вертикальной и горизонтальной осями вращения. Для этапа разгона смеси в ЦЛС с горизонтальной осью вращения определено условие разгона частиц смеси и их дальнейшего движения без срыва, исходя из которого получены аналитические выражения для определения минимального радиуса внутреннего слоя и максимального значения коэффициента загрузки К3. Выведено уравнение свободной поверхности смеси на этапе совместного движения с рабочей емкостью для ЦЛС с вертикальной осью вращения и приведена методика определения уплотнения смеси на этом этапе с учетом её реологических свойств. Зависимости, полученные для этапа свободного полета смеси, позволили разработать аналитические выражения для количества циклов обработки за один оборот рабочей емкости и коэффициента, уточняющего величину коэффициента загрузки, при вертикальном и горизонтальном положении оси вращения.

5. На основе теории предельного состояния сыпучих сред со сцеплением получено аналитическое уравнение для определения тангенциальной составляющей силы резания, действующей на неподвижную лопатку ЦЛС. Аналитическое определение силы резания позволило разработать условие существования процесса перемешивания в ЦЛС. Достоверность математической модели определения сил резания, действующих на лопатку, и условия существования процесса перемешивания подтверждена в экспериментах по приготовлению песчано-глинистых смесей. Расхождение между экспериментальными и расчетными значениями не превышало 10 %.

6. В поисковых исследованиях подтверждена возможность приготовления в ЦЛС высокопрочных песчано-глинистых смесей и определена область режимов, обеспечивающих получение качественных смесей, которая включает в себя:

- угол установки лопатки у = 30

- скорость резания V = 8 - 10 м/с,

- коэффициент загрузки Кз = 0,3 - 0,5,

- давление в слое смеси р = 8 - 22 кПа,

- время приготовления t = 30 - 70 с.

7. Электронно-микроскопическими исследованиями образцов формовочных и стержневых смесей различных рецептур, приготовленных в ЦЛС, установлено, что полученные смеси имеют четко выраженную гранульную структуру. Связующее равномерно распределено по поверхности зерен песка, а в порах отсутствуют комки связующего и пыль. Такая структура обеспечивает улучшение физико-механических и технологических свойств смесей. У серийных промышленных формовочных и стержневых смесей, приготовленных в ЦЛС, механическая прочность на сжатие по сырому увеличилась в 1,3 — 5,6 раза, прочность на разрыв для стержневых смесей до 180 %, газопроницаемости в 2,1 — 4,4 раза. Экспериментально определена возможность снижения, по крайней мере, на 20 % содержания связующих в рецептурах серийных смесей при сохранении соответствия их свойств нормативным требованиям за счет интенсивности и качества перемешивания в ЦЛС.

8. Интенсивный характер обработки в ЦЛС позволяет готовить высоковязкие и плохо смачиваемые смеси, например, полимербетонные смеси и серо-масляные пасты, а также использовать комковатые исходные материалы смесей без предварительного помола и просеивания.

9. На основе физической модели рабочего процесса центробежно-лопаточного смесителя разработаны основные теоретические положения методики проектирования ЦЛС. Определение габаритных размеров рабочей емкости производится исходя из заданного уровня энергетической насыщенности процесса перемешивания и физико-механических свойств смеси, что позволяет проектировать смесители для конкретных смесей с требуемым уровнем интенсивности обработки. Разработанная методика позволяет производить расчет мощности привода для четырех сочетаний непрерывного и периодического режимов работы смесителя при вертикальном или горизонтальном положении оси вращения рабочей емкости.

10. На основе разработанной методики проектирования разработана гамма ЦЛС серии АС с объемом рабочей емкости от 1 до 150 л и производительностью от 30 до 6000 кг/час. Разработаны конструктивные решения и изготовлены смесители для четырех способов установки рабочей емкости на привод (с консольным креплением рабочей емкости на фланце привода, со съемной рабочей емкостью, с поворотной рабочей емкостью, с двухопорной фиксацией положения оси вращения рабочей емкости), работающие в периодическом (или непрерывном) режиме при вертикальном (или горизонтальном) положении оси вращения рабочей емкости.

11. Практическое опробование различных вариантов конструкций ЦЛС проводилось совместно с АО «Рыбинские моторы», АО «Волжский машиностроительный завод», ООО СИЛАР, ООО АКТАН, ОАО «Резиноасбопроект», ОАО «Ярославрезинотехника», Северо-Кавказским Государственным техническим университетом. Лабораторные варианты смесителей эксплуатируются в РГАТА и используются в учебном процессе.

1. Жуковский, С. С. Прочность литейной формы Текст. М.: Машиностроение, 1989.-288 с.

2. Формовочные материалы и технология литейной формы Тескт.: справочник / С. С. Жуковский, Г. А. Анисович, Н. И. Давыдов, и др.; под общ. ред. С. С. Жуковского. М.: Машиностроение, 1993. - 432 с.

3. Лясс, А. М. Быстротвердеющие формовочные смеси Текст. М.: Машиностроение, 1965.-329 с.

4. Хрулев, В. М. Прочность клеевых соединений Текст. -М.: Стройиз-дат, 1983.-84 с.

5. Зимон, А. Д. Что такое адгезия? Текст. М.: Наука, 1963. - 176 с.

6. Boenisch D. Vrsachen unerwarteter Festiykei tvezluste von Cold-box-Kernen Текст. / D. Boenisch, W. Lötz // Giesserei. 1985. - Bd 72, № 4. - S. 8388.

7. Матвеенко, И. В. Оборудование литейных цехов Текст. / И. В. Мат-веенко, В. Л. Тарский М.: Машиностроение, 1985. - 400 с.

8. Поплавский, В. И. Определение качества смешивания песчано-смоляных смесей Текст. // Литейное производство. 1980. -№ 2. - С. 23-24.

9. Штербачек 3. Перемешивание в химической промышленности Текст. / 3. Штербачек, П. Гауск Л.: Гостехиздат, 1963. - 416 с.

10. Бречко, А. А. Формовочные и стержневые смеси с заданными свойствами Текст. / А. А. Бречко, Г. Ф. Великанов Л.: Машиностроение, 1982. -216 с.

11. Жирнов, Е. Н. Современные, измельчающие аппараты, основанные на принципе планетарного движения и их классификация Текст. // Физико-химические исследования механически активированных минеральных веществ: сб. науч. тр. Новосибирск, 1975. - С. 4-22.

12. Мамина, Л. И. Теория механоактивации формовочных материалов и разработка ресурсосберегающих технологических процессов в литейном производстве Текст.: дисс. док. тех. наук — Красноярск, 1989. — 352 с.

13. Берг, П. П. Химия твердения жидкостекольных смесей Текст. / П. П. Берг, Н. X. Иванов // Литейное производство. 1967. - № 2. - С. 13-15.

14. Длезек, И. Зависимость свойств стержневых смесей от состояния поверхности кварцевых песков Текст. // Литейное производство. 1979. — № 12. -С. 12-13.

15. Берг, П. П. Качество литейной формы Текст. М.: Машиностроение, 1970.-286 с.

16. Изготовление стержней по нагреваемой оснастке Текст. / под ред. Г. В. Просяника-М.: Машиностроение, 1970.-215 с.

17. Зимон, А. Д. Аутогезия сыпучих материалов Текст. / А. Д. Зимон, Е. И. Андрианов М.: Металлургия, 1978. - 280 с.

18. Зыков, А. П. Механизм формирования прочностных свойств песчано-смоляных образцов из горячеплакированных смесей Текст. / А. П. Зыков, Г. И. Минаев // Литейное производство. 1984. — № 1. - С. 15-16.

19. Иткис, 3. Я. Механизм упрочнения формовочных смесей, импрегни-рованных термопластичными полимерами Текст. / 3. Я. Иткис, В. X. Кар-шенштейн// Литейное производство. 1984. — № 9. - С. 20-21.

20. Ивакин, Р. И. О рабочем процессе смешивающих бегунов Текст. // Литейное производство. 1963. - № 7. - С. 20-21.

21. Аксенов, П. Н. Оборудование литейных цехов Текст. М.: Машиностроение, 1977. - 510 с.

22. Серебряков, С. П. Разработка теории, технологии и машин центро-бежно-планетарного приготовления формовочных и стержневых смесей Текст.: дисс. док. тех. наук Рыбинск, 1996. - 287 с.

23. Матвеенко, И. В. Экспериментальное исследование реологических закономерностей формовочных смесей при изотропном сжатии Текст. / И. В. Матвеенко, В. Д. Илюхин, Е. И. Иванов // Литейное производство. 1979. - № 1.-С. 15-16.

24. Матвеенко, И. В. Реологические основы испытаний формовочных смесей импульсного уплотнения Текст.: учеб. пособие / И. В. Матвеенко, В. С. Бельчук М.: ВТУЗ, ЗИЛ, 1991. - 87 с.

25. Матвеенко, И. В. Динамические и импульсные процессы и машины для уплотнения литейных форм Текст. / И. В. Матвеенко, А. 3. Исагулов, А. А. Дайкер Алматы: Гылым (Наука), 1998. - 345 с.

26. Ершов, М. Ю. Теоретическое и экспериментальное исследование рабочего процесса роторного смесителя Текст. / М. Ю. Ершов, А. Дисесри и др. // сб. ВИНИТИ, 1990. № 9.

27. Илларионов, И. Е. Формовочные материалы и смеси Текст. / И. Е. Илларионов, Ю. П. Васин Чебоксары: Чуваш, ун-та, 1992. - Ч. 1 - 223 с.

28. Матвеенко, И. В. Оборудование литейных цехов Текст. / И. В. Матвеенко, В. Л. Тарский М.: Машиностроение, 1985. - 400 с.

29. Бречко, А. А. Формовочные и стержневые смеси с заданными свойствами Текст. / А. А. Бречко, Г. Ф. Великанов Л.: Машиностроение, 1982. — 216 с.

30. Smith, R. Т. Selecting a Muller for а Green Sand Operation Текст. // Modern Castingm, 1990. № 6. - p. 66-68.

31. Ершов, M. Ю. Приготовление песчано-глинистых смесей Текст. // Литейное производство, 1998. № 2-3. - С. 17-21.

32. Мартынов, В. Д. Строительные машины и монтажное оборудование Текст. / В. Д. Мартынов, Н. И. Алешин, Б. П. Морозов М.: Машиностроение, 1990.-352 с.

33. А. с. 984269 СССР, МКИ В 22 С 5/00. Смеситель Текст. / Т. М. Ани-чин.

34. А. с. 1360875 СССР, МКИ В 22 С 5/04. Смеситель Текст. / М. Ю. Ершов, И. А. Аеневцев, С. А. Зимирев.

35. Пат. 20002545 Российская Федерация, МКИ В 22 С 5/00. Каток смесителя формовочных материалов Текст. / М. Ю. Ершов, В. В. Королев, В. А. Зоз.

36. Марков, В. А. Разработка концепции интегрального механизма формирования свойств, состава песчано-глинистых смесей (ПГС) и смесепригото-вительного оборудования Текст.: автореферат дисс. док. тех. наук — Санкт-Петербург. 1997,-38 с.

37. Марков, В. А. Совершенствование смесителей для приготовления формовочной смеси Текст. // Литейное производство, 1995. № 4-5. - С. 59.

38. А. с. 1838988 СССР, МКИ В 22 С 5/00. Барабанный смеситель Текст. / В. А. Марков, А. А Котик, П. И. Михалев и др.

39. Kovats, М. Текст. / М .Kovats, К. Вако // Ontode Berendesek I. Budapest, 1982.

40. Dietmar Bocnisch New Concepts of Green Sand Technology Текст. / Bocnisch Dietmar, Ruhland Norbert // Foundry management 8 technology, 1988. -№ 2.-p. 21-27.

41. Афанасьев, А. Г. Классификация литейных смесителей Текст. / А. Г. Афанасьев, С. П. Серебряков // Оптимизация технологических процессов и управление качеством при производстве фасонных отливок: тез. докл. науч. -техн. конф. Ярославль: 1993. - С. 41.

42. Заявка 94040125 Российская Федерация, МКИ6 В 22 С 5/04. Способ приготовления формовочных и стержневых смесей Текст. / Афанасьев А. Г., Серебряков С. П.; заявл. 27.10.94; опубл. 10.12.96, БИ № 5.

43. Абедгауз, Г. Г. Справочник по вероятностным расчетам Текст. / Г. Г. Абедгауз и др. М.: ВИМО, 1970. - 336 с.

44. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров Текст.: [пер. с анл.] / Г. Корн, Т. Корн; под ред. И. Г. Абрамовича. М.: Наука, 1984.-832 с.

45. Зеленин, А. Н. Машины для земляных работ Текст.: учеб. пособие для вузов / А. Н. Зеленин, В. И. Баловнев, И. П. Керов М.: Машиностроение, 1975.-424 с.

46. Федоров, В. И. Рабочие органы землеройных машин Текст. М.: Машиностроение, 1989. - 368 с.

47. Грановский, Г. И. Резание металлов Текст.: учебник для маши-ностр. и приборостр. специальностей вузов / Г. И. Грановский, В. Г. Грановский М.: Высшая школа, 1965. - 304 с.

48. Недорезов, И. А. Резание и ударное разрушение грунтов Текст. / И. А. Недорезов и др. Новосибирск: Наука, Сибирское отд., 1965. - 282 с.

49. Яблонский, А. А. Курс теоретической механики Текст. 4-е. изд. -М.: Высшая школа, 1971. -Ч. 2.-488 с.

50. Магнус, К. Колебания: Введение в исследование колебательных систем Текст.: [пер. с нем.] М.: Мир, 1982. - 304 с.

51. Каудерер, Г. Нелинейная механика Текст.: [пер. с нем.] М.: ИЛ, 1961.-310с.

52. Салтыков, В. С. Об уплотнении формовочных смесей пескометом Текст.: Труды ЦНИИТМАШа М.: 1961. - № 24.

53. Аксенов, Н. П. Уплотнение земли прессованием Текст. // Литейное дело, 1935.-№ 12.

54. Гуляев, Б. Б. Формовочные процессы Текст. / Б. Б. Гуляев, О. А. Корнюшкин, А. В. Кузин Л.: Машиностроение, 1987. - 264 с.

55. Юдин, С. Б. Центробежное литье Текст. / С. Б. Юдин, М. М. Левин, С. Е. Розенфельд-М.: Машиностроение, 1972.-280 с.

56. Серебряков, С. П. Развитие центробежного литья точных отливок Текст.: учеб. пособие Ярославль: ЯПИ, 1986. - 80 с.

57. Афанасьев, А. Г. Центробежные смесители автоматических линий для приготовления литейных смесей Текст. // Наукоемкие технологии в машиностроении и приборостроении: тез. докл. российской науч. техн. конф. -Рыбинск: 1994.-С. 233.

58. Аверин, Н. Д. Резание грунтов Текст. / Н. Д. Аверин и др. М.: АН СССР, 1951.- 158 с.

59. Зеленин, А. Н. Основы разрушения грунтов механическими способами Текст. М.: Машиностроение, 1968. - 376 с.

60. Ветров, Ю. А. Машины для специальных земляных работ Текст. / Ю. А. Ветров, В. Л. Баладинский Киев: Вища школа, 1980. - 192 с.

61. Баловнев, В. И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин Текст. М.: Машиностроение, 1994.-432 с.

62. Баловнев, В. И. Интенсификация земляных работ в дорожном строительстве Текст. / В. И. Баловнев, Л. А. Хмара-М.: Транспорт, 1983. 184 с.

63. Косте, Ж. Механика грунтов: Практический курс Текст.: [пер. с франц.] / Ж. Косте, Г. Санглер М.: Стройиздат, 1981. - 455 с.

64. Соколовский, В. В. Статика сыпучей среды Текст. М.: Наука, 1976.-273 с.

65. Баловнев, В. И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин Текст. М.: Высшая школа, 1981.-433 с.

66. Афанасьев, А. Г. Резание грунтов в центробежном смесителе Текст. // Повышение эффективности механообработки на основе аналитического и экспериментального моделирования процессов: тез. докл. Всероссийской науч.- техн. конф. Рыбинск: 1999. - С. 25.

67. Орлов, Г. М. Автоматизация и механизация процесса изготовления литейных форм Текст. М.: Машиностроение, 1988. - 264 с.

68. Афанасьев, А. Г. Параметры приготовления песчано-глинистых смесей Текст. / А. Г. Афанасьев, С. П. Серебряков //Литейное производство. -1994.-№8-С. 27-28.

69. Кузин, Э. Н. Строительные машины. Справочник Текст. М.: Машиностроение, 1991.-Ч. 1.-496 с.

70. Горский, Л. И. Расчет машин и автоматических линий литейного производства Текст. М.: Машиностроение, 1978. - 581 с.

71. Серебряков, С. П. Экономия формовочных материалов при смесе-приготовлении центробежными методами Текст. / С. П. Серебряков, А. Г. Афанасьев, Ю. А. Колобков //Литейное производство. 1997. - №4. - С. 20.

72. Березина, Л. В. Исследование технологии приготовления формовочных и стержневых смесей в центробежно-лопаточном смесителе Текст.: дисс. канд. тех. наук Рыбинск, 1999. - 159 с.

73. Афанасьев, А. Г. Центробежно-лопаточный смеситель Текст. / А. Г. Афанасьев, С. П. Серебряков, Л. В. Березина //Литейное производство. — 1997. -№1. С. 22.

74. Заявка 92010429/02 Российская Федерация, МКИ6 В 22 С 5/04.

75. Смеситель-активатор Текст. / Серебряков С. П., Афанасьев А. Г., Колобков Ю. А., Соседов С. А.; заявл. 07.12.92; опубл. 10.05.95, БИ №13.

76. Заявка 92010431/02 Российская Федерация, МКИ6 В 22 С 5/04. Смеситель непрерывного действия Текст. / Серебряков С. П., Афанасьев А. Г., Колобков Ю. А., Соседов С. А.; заявл. 07.12.92; опубл. 10.05.95, БИ №13.

77. Пат. 2243059 Российская Федерация, МПК7 В 22 С 5/04. Смеситель для приготовления формовочных смесей Текст. / Афанасьев А. Г., Серебряков С. П., Толстая О. С.; заявл. 06.06.00; опубл.27.12.04, Бюл. №36.

78. Пат. 2238818 Российская Федерация, МПК7 В 22 С 5/04. Способ приготовления формовочных песчано-глинистых смесей Текст. / Афанасьев А. Г., Серебряков С. П.; заявл. 11.06.03; опубл. 27.10.04, Бюл. №30.

79. Утверждено: Проректор по НИР РГАТАпрс?ф1. Л^-И^Леонов1. Гт»,

80. Утверждено: Директор завода цветного литья АО "Рц$инскиеиспытаний центроОежао-лопв услови:

81. Выполнены приготовления формовочных смесей для магниевого литья, стержневых смесей тепловой сушки и с органическими смолами. Основные результаты испытаний приведены в таблице.

82. Связующее, % (по ТУ/опыт.) Свойства (по ТУ/опыт.)

83. Г беж. кг/см-6 62 кг/см"4 и, 7,

84. КБЖ ко 4.0/3.2 1.1 80 НТ2 0.09 и.11 8.0 6.40 3.0 £73декстрин КБЖ ко 0.3 4.0/3.2 3.0 80 таз 0.08 0.11 12.0 16.3^ 2.0 £70

85. ПВС 4.0 130 ТЕБ 0.06 0.08 8.0 12.16 3.0 ЗЛЗ

86. М-3 3.8/3.0 100 НУ 0.09 0.14 10.0 5772 5.5 570со 4.0/3.2 0.07 100 МО 0.045 итит~ 19.0 ИГГ2 1.5 ттифенолоспирт М-3 ко 5.5/4.4 0.8 0.13 100 050 0.04 0705 30.0 36.96 2.2 275бентонит 0.7/1.0 110 тзо 0.35 0755 — 5.0 370

87. Ввиду установленных технических эффектов от применения ЦЛС для приготовления литейных смесей в ЗЦЛ смесители указанного типа рекомендуются к промышленному использованию.1. От АО "Рыбинские моторы"1. Зам. дир. ЗЦЛ Нач. ТБ1. От РГАТА

88. Научный руководител! работы1. Разработчик1. Исполнитель1. Актпромышленных испытаний смесителя АС-1в условиях литейного цеха Волжского ьшшиноотроптелыюгозавода

89. В смесителе АС-1 были приготовлены смеси, составы, успогия приготовления и свойства ¡которых приведены в табл.4.

90. По результатам техсовета; • проведенного 3 апреля Н!^« г. п:-< указанных смесей выбраны наиболее перспективные для производственного опробования (И 1115).

91. Результаты контроля стержней и форм показали их хорошее качество, что позволяет получать отливки в соответствии с техническими условиями, ч.1. Заключение.

92. Испытания смесителя АС-1 показали, что центробежно-лопаточный принцип смесеприготовления позволяет обеспечить следующие технические эффекты :

93. Простота конструкции, удобство эксплуатации при па гру приготовлении, и выгрузке смеси.

94. В работе привода отсутствуют пиковие нагрузки.

95. При работе смесителя отсутствует пмлишделонпе. пум и 1'П-брация.

96. Создается возможность исключить применение облицовочных смесей для чугунного литья и перейти на единую смесь бег? освежающих добавок.

97. Экономический эффект от снижения количества евппучп^его составит 174,629 млн. рублей в год (см. табл. 5).1. Составы смесей1. N Смесь Состав КОЛ-ВО. %

98. Песок кварцевый Глина формовочная ЛОТ, р=1. РЛ-1. гяг./ом3 Крепитель КО (олифа) 93.0 2.0 г* О. < 4. 1