автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Теоретические основы разработки технологии получения высококачественных отливок со сложной ребристой поверхностью

На правах рукописи УДК 621.74

Каменский Виктор Васильевич

Теоретические основы разработки технологии получения высококачественных отливок со сложной ребристой поверхностью

Специальность 05.16.04. Литейное производство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва 2005

Работа выполнена на Ярославском электромашиностроительном заводе ОАО «ЕЬБИЧ» и Московском государственном индустриальном университете «МГИУ»

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Жуковский Сергей Семенович

доктор технических наук

Ромашкин Виктор Наумович

доктор технических наук, профессор

Дибров Иван Андреевич

Ведущая организация:

ОАО «ПТИлитпром», г. Санкт-Петербург

Защита состоится « 10 » октября 2005 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 217.042.01 приФГУП «ЦНИИТМАШ» по адресу: 115088, г. Москва, Шарикоподшипниковская ул., д. 4.

С диссертацией можно ознакомиться в научно - технической библиотеке ФГУП «ЦНИИТМАШ».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан « 5 » сентября 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Необходимость кардинального повышения уровня развития машиностроения ставит ответственные задачи по освоению новых ресурсосберегающих конструкций и технологий, соответствующих мировому уровню. Важнейшей задачей является создание современных экономичных технологий производства высокоэффективного оборудования, эксплуатация которого позволяет значительно снизить потребление электрической, тепловой и др. видов энергии.

К такому оборудованию относятся всевозможные электрические машины и теплообменники, применяемые практически во всех областях человеческой деятельности и потребляющие основную часть вырабатываемой энергии. Надежность и экономичность их работы неизбежно влияет на общее состояние энергосистем, экономики и в целом на жизнеспособность народного хозяйства. Совершенство этого оборудования во многом определяется конструкцией и качеством сложной ребристой поверхности корпусных деталей, обеспечивающих необходимую жесткость при минимальной массе, эффективную передачу тепла и совершенство дизайна.

Литые заготовки, максимально приближенные по размерам, конфигурации, качеству поверхности и массе к готовым изделиям, позволяют не только уменьшить затраты на механическую обработку, но и повысить важнейшие показатели качества машин, конкурентоспособность, снизить их стоимость. Но возможности совершенствования конструкций таких отливок зависят от уровня развития литейных технологий.

Диссертация посвящена научно-технической проблеме повышения качества отливок, имеющих сложную ребристую поверхность, снижению материальных и энергетических затрат.

Необходимость решения затронутой в диссертации проблемы вызвана отсутствием единого научного подхода и обобщающих комплексных исследований процессов изготовления сложных ребристых отливок, а также отсутствием надежных и эффективных технологий изготовления качественных отливок и, соответственно, целого ряда жизненно важных изделий, способных составить конкуренцию на мировом рынке.

Несмотря на высокую сложность отливок, способ их изготовления в разовые песчаные формы остается преобладающим. Это придает особую важность развитию научных представлений о механизмах высокоэффективных методов уплотнения форм и максимальному использованию их возможностей.

Установление общих закономерностей уплотнения форм современными методами, обобщение результатов и систематизация характера особенностей изготовления высококачественных конкурентоспособных специфических отливок с высокой степенью надежности процесса представляют несомненный научный и практический интерес.

Решение проблемы имеет важнейшее значение для народного хозяйства и обороноспособности страны, вносит значительный вклад в ускорение научно -технического прогресса как в области технологии литейного производства, литейного машиностроения, так и в области электромашиностроения, энергетики и других отраслей промышленности.

Цель работы: Создание и внедрение надежных и эффективных технологических процессов получения высококачественных отливок со сложной ребристой поверхностью.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- установление особенностей влияния геометрических параметров и физико - механических свойств форм на точность сложно-профильных ребристых отливок, чистоту их поверхности и надежность процесса;

- установление основных теоретических и экспериментальных закономерностей процессов уплотнения форм последовательным прессованием (ППр), импульсом низкого давления (ИНД) и потоком воздуха (УПВ), влияния конструктивно - технологических параметров оборудования, оснастки, свойств смесей и режимов процессов на качество уплотнения сложных элементов формы и качество отливок;

- исследование закономерностей, разработка и внедрение технологического процесса изготовления особо сложных отливок широкой номенклатуры в формы из холоднотвердеющих смесей (ХТС), в т.ч. в многосекторные безопоч-ные формы;

Объекты и предметы исследований. Основными объектами исследований являются:

- отливки станин электродвигателей (ЭД), являющиеся в классификации литья характерными типопредставителями наиболее сложных тонкостенных отливок, имеющих многочисленные тонкие ребра с узкими межреберными пространствами (МП), а также ряд других сложно-профильных ребристых отливок;

- характерные песчаные формы с многочисленными (до 78 шт.) тонкими и высокими выступающими элементами, трудно уплотняемыми и наиболее подверженными разрушению при изготовлении формы и заливке;

- оборудование для изготовления форм ППр, ИНД, УПВ, из ХТС;

Предмет исследований: - параметры оснастки, качество форм и отливок,

свойства формовочных смесей (ФС), параметры оборудования и режимы уплотнения форм, технологии и процессы изготовления форм и отливок.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Сформулирована и практически подтверждена концепция выбора способов формообразования и параметров литейной формы, позволяющая полу! '

к . ' ^

•

чать высококачественные отливки со сложным профилем и сложной ребристой поверхностью, заданную надежность и экономичность процесса. Усовершенствованы методы формообразования на основе предложенных решений (A.C.).

2. Уточнены закономерности положительного влияния внешнего трения смеси в узких пространствах оснастки при 1111p (эффект доуплотнения обратным движением модели) и возможности получения сложных отливок с высокой степенью надежности.

Расчетно-экспериментальным методом получены и практикой подтверждены влияние и рациональные значения параметров движения оснастки и свойств смеси. На основании новых закономерностей разработана методика расчета процесса ППр, позволяющая поэтапно определить режим нагружения и плотность элементов формы.

3. Развиты представления о механизме импульсного уплотнения ПГС и уточнена физическая модель, в которой показана важнейшая роль положительного влияния динамической составляющей воздушного потока:

- мгновенное уплотнение верхнего элементарного слоя смеси и создание турбулентности потока, препятствующих фильтрации воздуха в смесь;

- изменение реологических свойств и структуры ФС за счет создания и прохождения звуковой волны;

- переход динамической составляющей в статическую в момент потери вязкости смесью, способствующей снижению энергозатрат на уплотнение и мгновенному увеличению сил инерции, напряжений и плотности смеси;

Экспериментально получены параметры импульсного уплотнения смеси при сетевом давлении сжатого воздуха, подтверждающие решающую роль градиента давления на возможности импульсной формовки. В частности, при градиенте давления dp/dt = 285 МПа/с напряжения в смеси достигают асж = 1,5-1,6 МПа, а минимальная высота уплотняемого столба смеси - около 50 мм.

Получены новые экспериментальные закономерности влияния режимов импульсного уплотнения, параметров оснастки и свойств ФС на уплотнение сложных элементов формы.

Уточнена математическая модель уплотнения ФС: в общую систему введено уравнение движения волнового колебательного процесса, учитывающее динамическую составляющую воздушного потока, и уравнение напряженно -деформированного состояния а(е) с коэффициентами вязкости и упругости. Коэффициенты вязкого сопротивления и упругого восстановления, входящие в уравнение движения, получены из экспериментов от плотности смеси и габаритов оснастки.

4. Получено и подтверждено экспериментально основное уравнение уплотнения ФС воздушным потоком, отличающееся тем, что оно учитывает как силы межфазного трения стационарного потока, так и силы динамической составляющей турбулентных потоков.

Экспериментально установлены новые закономерности влияния площади вент и их расположения в зависимости от сложности модели.

5. Установлен и обобщен комплекс закономерностей при изготовлении сложных ребристых отливок в формах из ХТС. Теоретически и экспериментально установлена и практикой подтверждена определяющая роль в механизме происходящих процессов и образовании дефектов отливок: плотности тонких элементов формы, свойств смеси, состава и метода нанесения противопригарного покрытия, параметров вентиляционных систем, типа литниково-питающих систем и режимов заливки.

Экспериментально установлены рациональные параметры процессов, обеспечивающие получение высококачественных отливок с заданной надежностью технологии. Для определения режимов уплотнения ХТС по оснастке с глубокими и узкими пространствами применена предложенная и подтвержденная практикой теоретическая зависимость параметров виброуплотнения.

6. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены особенности и область рационального применения различных методов изготовления форм и отливок в зависимости от геометрии оребрения, массы и серийности производства.

Достоверность научных положений и результатов исследований:

Теоретические положения обобщенных закономерностей процессов изготовления отливок со сложной ребристой поверхностью базируются на современных представлениях о механике деформирования упруго-вязкопластических сжимаемых сред, подтверждены разносторонними и обширными исследованиями с применением экспериментального и производственного оборудования и современной измерительной аппаратуры, реальным внедрением технологий в промышленное производство с высокими показателями качества и надежности.

На защиту выносятся:

- результаты исследований закономерностей, уточняющие параметры форм для производства высококачественных отливок со сложной ребристой поверхностью, и новые способы формообразования;

- разработанные конструктивно-технологические решения и методика, позволяющие усовершенствовать метод ППр, получать необходимую плотность форм и высококачественные отливки с заданной надежностью технологии;

- результаты экспериментальных исследований и технология изготовления особо сложных отливок в многосекторные безопочные формы из ХТС;

- уточнение математической модели уплотнения ФС ИНД, учитывающее уравнение движения колебательного процесса смеси с коэффициентами вязкого

сопротивления и упругого восстановления, зависящими от плотности смеси и габаритов оснастки;

- основное уравнение уплотнения ФС воздушным потоком, учитывающее упруго-вязкие свойства уплотняемой смеси и силы межфазного трения;

- результаты экспериментально - теоретических исследований процесса уплотнения форм импульсными методами в зависимости от режимов уплотнения, свойств смеси и параметров оснастки со сложной ребристой поверхностью;

Практическая значимость результатов работы.

1. Установлен, обобщен и систематизирован характер особенностей технологии изготовления высококачественных сложно-профильных отливок с заданной степенью надежности процесса. Разработаны рекомендации выбора рациональных методов изготовления форм и отливок в зависимости от геометрии оребрения, массы и серийности производства.

Разработаны методики, графические зависимости и номограммы, позволяющие определять рациональные конструктивно - технологические параметры процессов получения сложно-профильных отливок широкой номенклатуры, обеспечивающие высокое качество изделий и значительное снижение энергопотребления.

2. Предложено направление методологии экспериментальных и опытно -промышленных исследований системы «оснастка - форма - отливка», основанное на применении оснастки с изменяющимся оребрением, диаграмм сравнительного анализа главных факторов и параметров процессов и причинно-следственных диаграмм, позволяющее многократно сократить количество экспериментов, повысить их надежность и достоверность.

3. Созданы условия для производства высокоэффективного конкурентоспособного оборудования, позволяющего значительно снизить потребление энергии.

Реализация теоретических и практических результатов работы.

Основными практическими результатами являются разработанный и внедренный в производство комплекс технологий изготовления высококачественных сложно-профильных ребристых отливок, соответствующих лучшим мировым образцам, а именно:

- внедрены усовершенствованные конструкции отливок с горизонтально -вертикальным и особо сложным оребрением для производства электрических машин улучшенных характеристик;

- разработан, оптимизирован и внедрен состав смесей и покрытий для конкретных способов изготовления отливок;

- усовершенствованы и внедрены технология и оборудование для получения высококачественных форм методом последовательного прессования;

- разработана техническая документация на воздушно-импульсный клапан (на уровне патента), позволяющий получить мощный импульс со временем нагружения 0,002-0,003с. На его базе разработаны и внедрены формовочные машины для изготовления отливок в производстве ЭД;

- решена задача качественного уплотнения форм потоком воздуха с до-прессовкой по сложно-профильным моделям с применением единой формовочной смеси с прочностью на сжатие 0,075+0,09 МПа\

- на основе изобретений разработаны принципиально новые конструктивно - технологические схемы изготовления и сборки безопочных форм из ПГС и ХТС для отливок облегченной конструкции. В разработанном формовочном блоке применено защищенное A.C. устройство управления моделью с вертикальным разъемом и разделительной плитой;

- разработаны и внедрены в производство конструкторско - технологические решения изготовления в многосекторные формы из ХТС особо сложных и крупных сложно-профильных ребристых отливок, не уступающих по качеству лучшим мировым образцам;

Практические достижения отмечены бронзовой медалью ВДНХ СССР (1979 г.), золотой медалью ВВЦ РФ (1998 г.).

ОАО «ELDIN» удостоен Почетного Диплома лучшего Российского экспортера 2004 года в номинации "Лучший экспортер отрасли - машиностроение (энергетическое оборудование)". В значительной степени это стало возможным благодаря новым практическим результатам получения высококачественных отливок.

Разработанные конструкторско-технологические решения и рекомендации используются и могут быть использованы предприятиями как в электромашиностроении и энергетике, так и во многих других отраслях промышленности (ОАО «ВЭМЗ» г. Владимир, ОАО «Сибэлектромотор» г. Томск, AMO ЗиЛ, ОАО «Полимермаш» г. Тамбов, НПО «Карбохим» и др.).

Личный вклад автора.

Работа является результатом многолетних исследований автора, проведенных на ОАО «ELDIN» и «МГИУ».

В представленной работе обобщены результаты теоретических, экспериментальных, расчётных, опытно-конструкторских работ, выполненных автором самостоятельно, а также под его научно-техническим руководством сотрудниками ОГМет, ОГК и ЭМО Ярославского электромашиностроительного завода ОАО «ELDIN», и кафедрой «Литейное производство» Московского Государственного индустриального университета «МГИУ».

При этом автору принадлежат: постановка проблемы в целом и задач НИР и ОКР; разработка основных идей и направлений проведения НИР и ОКР по модернизации действующих и созданию новых технологий; непосредственное руководство и личное участие в выполнении всех исследовательских работ,

принятии решений по результатам НИР и ОКР, внедрении новых и модернизированных технологий в действующее производство.

Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на: VI съезде литейщиков России (2003г.); научно-технических конференциях в городах: Москве (1990, 2005 г.г.), Рыбинске (1990, 2002 г.г.), Ленинграде (1988, 1990, 1991 г.г.), Чебоксарах (1990 г.), Магнитогорске (1988, 1989 г.г.), Челябинске (1988 г.), Одессе (1990 г.), Красноярске (1990 г.), Санкт-Петербурге (2001 г.).

Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 48 работ, получено 7 авторских свидетельств на изобретение и полезную модель и патентов, 3 положительных решения на изобретение, находятся на рассмотрении 5 заявлений на изобретения и полезные модели.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 210 наименований, содержит 331 страницу машинописного текста, включая 132 рисунка, 12 таблиц, и приложения.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована ее цель, определены научное содержание и новизна, практическая значимость и перечень положений, выносимых автором на защиту.

Первая глава посвящена анализу состояния научно - технической проблемы производства и улучшения качества сложно-профильных ребристых отливок типа станин электродвигателей, являющихся в классификации литья характерными типопредставителями наиболее сложных тонкостенных отливок, имеющих многочисленные тонкие ребра с узкими межреберными пространствами (МП).

Анализ развития проблемы и его обобщение показали, что многообразие требований к такой категории сложных отливок, во многом определяющих технический уровень изделий, совершенство дизайна и конкурентоспособность, породили и попытки создать многообразие технологий их изготовления.

На основе системного подхода качественно и количественно были исследованы возможности 15 способов формовки чугунных отливок станин ЭД высот осей вращения (в.о.в.) до 250 мм. В результате исследований для каждой весовой группы лучшими выбраны следующие способы: встряхивание с одновременным прессованием (20-150 кг), пескодувно-прессовый и оболочковая форма (до 20 кг), облицованный кокиль (20-40 кг). Для отливок 3 группы (40-150 кг) в число лучших вошли также встряхивание с допрессовкой и последовательное прессование.

Из рекомендованных способов изготовления чугунных станин ЭД в серийном и массовом производстве применяется на некоторых заводах пескодувно-прессовый способ для станин в.о.в. до 132 мм, а в основном встряхивание с допрессовкой. Метод ППр по ряду объективных и субъективных причин не получал развития в практическом и теоретическом плане.

Недостатками ряда работ, в которых предпринимались попытки выбора рациональных технологических параметров для характерных ребристых отливок, является то, что в них рассматривали фрагменты отливок с отдельно взятыми карманами (межреберными пространствами). Такой фрагмент не может являться типопредставителем сложной отливки. Процесс и параметры уплотнения смеси в отдельном кармане значительно отличаются от процесса одновременного уплотнения смеси во множестве смежных "карманов". Соответственно, надежность технологии изготовления отливок, имеющих несколько десятков ребер и узких полостей, также отличается во много раз, и для серийного промышленного производства технология оказывается неприемлемой.

В последние десятилетия все большее место среди процессов уплотнения форм занимают пневмоимпульсный низкого давления и процесс уплотнения потоком воздуха с допрессовкой (Seiatsu-процвсс), которые обеспечивают по-

лучение достаточно сложных форм, повышение размерной точности отливок, позволяют существенно снизить припуски на механическую обработку, снизить трудоемкость очистных работ и улучшить условия труда.

В работах многих отечественных ученых теоретически и экспериментально исследовался механизм уплотнения импульсом низкого давления. Один из основных недостатков этих работ заключается в том, что авторами не учитывались особенности уплотнения геометрически сложных форм и необходимый градиент давления. Для достижения технологической плотности становится необходимым снижение внутреннего и внешнего трения и повышение эффективности процесса, что обеспечивается определенным значением градиента давления.

В работах нет четких объяснений роли градиента давления в механизме уплотнения и, соответственно, возможностей процесса. Кроме того, внешняя нагрузка принималась постоянной во времени и далеко не всегда учитывались упруго-вязкие свойства ФС.

В литературных источниках отсутствуют сведения об отечественных достижениях в области разработки и внедрения технологии и оборудования для изготовления сложных ребристых отливок (в т.ч. станин ЭД) с применением импульсной формовки, имеющей широкие перспективы.

Эффективным мероприятием, позволяющим существенно улучшить параметры ЭД и повысить технологические возможности изготовления отливок, является переход на облегченные (на 15+20 %) конструкции, принципиально отличающиеся горизонтально-вертикальным оребрением. Это связано с технологической возможностью выполнить стенки всей цилиндрической части станины тонкими, без литейных уклонов в аксиальном направлении, а торцы цилиндра толщиной, обеспечивающей жесткую посадку подшипниковых щитов.

Однако сведения о существовании в России каких-либо надежных технологий изготовления и фактического производства (в т.ч. с применением ХТС) высококачественных чугунных станин ЭД облегченной конструкции с горизонтально-вертикальным оребрением и им подобных сложно - профильных отливок, способных конкурировать на мировом рынке, отсутствуют.

Отсутствие технологии изготовления качественных отливок привело к проблемам в электромашиностроении, связанным с производством конкурентоспособных ЭД, особенно больших мощностей.

Таким образом, анализ показывает, что в отечественном машиностроении отсутствуют современные научно обоснованные концепции, а также технические и технологические решения производства специфических сложно — профильных ребристых отливок, имеющих важнейшее значение для электро и теплоэнергетики, обеспечения конкурентоспособности продукции многих отраслей промышленности.

В результате проведенного анализа сформулирована цель и поставлены задачи исследований и практического внедрения (см. с. 2).

Во второй главе обобщены конструктивно-технологические особенности сложных ребристых отливок и требования, обеспечивающие технологичность в изготовлении и максимальное приближение по размерам, конфигурации, качеству поверхности и массе к готовой детали. Сформулированы основные положения выбора способов формообразования и направлений совершенствования технологии, учитывающие необходимость повышения сложности конструкций изделий, снижения их массы и себестоимости, совершенствования дизайна.

Проведен анализ и обобщены технологические факторы и геометрические параметры отливок, определяющие сложность изготовления. Главными из них являются:

- наличие многочисленных узких и глубоких карманов в оснастке, требующих особых свойств смесей, методов уплотнения форм и вытяжки модели;

- обеспечение необходимой стойкости тонких элементов формы при ее заливке;

- наличие множества тонких и высоких ребер, получение которых с требуемой чистотой поверхности связано как с особыми требованиями к качеству формы, так и к режимам заливки;

- необходимость обеспечения высокой надежности процесса. Например, при изготовлении отливки с 40 ребрами в двух полуформах при уровне брака форм 5 % и брака отливок 4,5 % дефект каждого тонкого элемента формы должен быть не чаще 1 раза на 1600 форм, а дефект каждого ребра не чаще 1 раза на 888 отливок;

Для производства отливок с горизонтально - вертикальным оребрением (типа станин ЭД) и сниженной массой предложены на уровне изобретений и испытаны новые устройства и оснастка, позволяющие одновременно уплотнять и собирать все элементы опочной или безопочной формы, усовершенствовать методы формообразования из ПГС и ХТС, значительно повышая надежность технологии.

Наиболее значительными решениями в этом направлении являются:

- способ и оснастка для изготовления отливок облегченной конструкции в безопочных и опочных формах с одним или несколькими вертикальными разъемами (в т.ч. четырехсекторных форм), главной отличительной особенностью которых является наличие разделительных плит на моделях, взаимодействующих с подвижными плитами, а также метод сборки одновременно всех элементов формы, позволяющий получать отливки высокой точности.

- конструкции моделей с подвижными и неподвижными формообразующими ребристыми элементами, в которых неподвижные элементы выполняют роль протяжной плиты, а также с приводом управления моделью, позволяющим извлекать модель из «теневых» участков формы.

Совершенствование методов формообразования стало возможным в результате выявления эффекта сложного силового и кинематического взаимодей-

ствия элементов оснастки и смеси, позволяющего решить задачу объемного уплотнения формы и вытяжки сложно-профильной модели с теневыми участками.

В работе предложен новый подход к изучению и анализу влияния множества конструктивно-технологических факторов на качество форм и отливок со сложной ребристой поверхностью, сформулировано и применено направление методологии экспериментальных исследований системы «оснастка - форма -отливка», как целостного множества элементов в совокупности отношений и связей между ними. Разработка конструкции оснастки и многосекторных форм с изменяющимся оребрением, выбор главных факторов и параметров процесса и применение статистических методов «Исикавы» и диаграмм «Парето» позволили в десятки и сотни раз сократить количество экспериментов, повысить их надежность и обеспечить достоверность установленных закономерностей. При этом главными объектами исследований являются форма и отливка с изменяющимся оребрением, а главным показателем оценки результатов - надежность процесса (% брака форм и отливок) при установленном качестве отливок.

Для оценки уровня надежности и качества технологии для форм из ПГС принято минимальное количество критериев: уровень брака форм -<5%, брак отливок - < 4,5 %, точность размеров отливки - не менее 8-го класса по ГОСТ 26645-85, отсутствие пригара. Численные значения критериев установлены исходя из современных требований к качеству отливок и снижению потерь от брака на 30+35 %.

На основании статистических данных экспериментов и промышленного производства уточнена взаимосвязь основных геометрических и физико-механических параметров форм для отливок со сложной ребристой поверхностью, обеспечивающая заданные критерии надежности технологии. Главными параметрами являются технологически необходимая плотность наиболее опасных участков формы - тонких и высоких элементов формы, прочность и влажность смеси. В качестве характеристики геометрии тонких элементов формы приняты два основных параметра: высота к, ширина Ь и соотношение между ними М>.

Изучено влияние геометрических параметров (И/Ь=1,2~1,6) и плотности (д = 1350+1600 кг/м3) формы, прочности асж = 0,06+0,14 МПа и влажности IV = 2,0+4,0 % смеси на уровень брака форм и отливок, установлены их рациональные значения при различных методах уплотнения (УПВ и ИНД, ППр).

Показано, что для каждого метода уплотнения необходимы определенные свойства смесей (например, прочность и влажность), от которых в основном зависит их способность заполнять узкие пространства оснастки во время засыпки и под действием сил, характерных для каждого метода уплотнения. Причем, параметры этих свойств могут значительно отличаться от тех, которые необходимы для получения качественных форм, не имеющих сложных, трудно уплотняемых элементов.

Показаны и обобщены отличительные особенности физико-механических свойств форм для сложных ребристых отливок. Определяющую роль играют параметры плотности смеси и формы в определенной зоне и на каждой стадии изготовления формы (начиная с заполнения оснастки смесью) и отливки. Их значения должны находиться в более жестких пределах. Это относится прежде всего к сложным элементам формы, которые склонны к разрушению при формовке и заливке как по причине недостаточной плотности, так и превышающей рациональные значения. Технология их надежного и рационального уплотнения требует особого, последовательного подхода.

Установлены и подтверждены в действующем производстве зависимости (в виде номограмм) технологически допустимых параметров оребрения и массы отливок станин ЭД для сырых форм из низкопрочных ПГС. Например, для отливки с шагом оребрения Ь = 20 мм при изготовлении в формах из ПГС с асж = 0,09-0,11 МПа, предельными являются: отношение М> = 1,46 (что соответствует высоте ребер h = 29 мм) при массе отливки не более 160 кг. Максимальная масса отливок может быть 250 кг при Ъ = 30 мм и h/b = 1,8. Для смеси с асж = 0,07-0,08 МПа при Ь = 20 мм предельной является масса станины 50 кг, а при b = 30 мм - 180 кг. При этом плотность тонких элементов формы должна находиться в пределах 1450^1510 кг/м3 (по мере увеличения массы отливки).

С применением специальной методики, определяющей последовательность исследований, изучены применяемые в производстве ФС, разработаны рациональный комплекс и уровень их свойств для различных методов уплотнения, обеспечивающие надежность технологии и качество отливок. Последовательность исследования:

1. Сравнительный анализ влияния свойств смесей и способов их уплотнения на качество форм и отливок;

2. Изучение распределения наиболее важных свойств смесей, применяемых при различных методах уплотнения (ППр, Seiatsu - процесс, ИНД); выявление их экстремальных значений и размаха варьирования, влияния на другие важные характеристики смеси и качество отливок в целом.

3. Определение главных направлений стабилизации свойств.

На основании проведенных исследований и экспериментов подтверждено, что на показатели качества литейной формы в значительной степени влияют реологические характеристики смеси. Поэтому для повышения стабильности и надежности процесса уплотнения формы найдены новые закономерности, связывающие в единый комплекс реологические свойства смесей, параметры оснастки, рабочее давление и оптимальные режимы уплотнения.

Для определения реологических упруго-вязких характеристик использовался прибор одноосного нагружения с записью перемещения и напряжения. Исследовалась низкопрочная смесь с влажностью от 3,0 до 4,0 %.

Полученные диаграммы обрабатывались по специальной методике, определялся модуль упругости Кя, коэффициенты вязкого сопротивления К1 и упругого восстановления Кс .

С использованием экспериментальных данных построены теоретические зависимости этих коэффициентов от плотности смеси 5, площади S0 и высоты столба смеси Я0, которые имеют вид:

Кт (5) = 0,6 ■ SoJk~8 , [Нс/м]; Kc(S) = Kh(S)So/H0,[H/m]-, (2.1)

Для оперативного контроля реологических свойств смесей предложен прибор автоматический роторного типа, который позволяет в условиях промышленного производства определять начальную плотность смеси (So), модуль упругости (#„) ФС и автоматически выдавать информацию для регулирования параметров процессов смесеприготовления и режимов формообразования.

В следующих главах рассмотрены четыре метода изготовления сложных ребристых отливок, установлены их общие черты и особенности применения.

Все они имеют общность, а именно:

- уплотнение формы;

- песчаная смесь;

- единая цель и высокие возможности: получение сложных ребристых отливок с высокой степенью надежности;

Каждый способ имеет область рационального применения или свою нишу в зависимости от сложности и массы отливок, серийности производства:

ППр - для массового производства ребристых отливок массой от 30 до 90 кг, с разъемом формы перпендикулярно направлению ребер;

ИНД-для отливок широкой номенклатуры, не имеющих горизонтальных плоскостей, смежных с узкими карманами, в т.ч. отливок небольшой высоты (менее 100 мм), с любым разъемом формы.

"У 11В - для отливок массой до 250 кг с любым разъемом формы и с высотой полуформы более 200 мм.

ХТС - для особо сложных отливок широкой номенклатуры по геометрии и по массе.

Третья глава посвящена теоретическому обоснованию физической модели уплотнения форм методом последовательного прессования и развитию этого метода, экспериментальному и промышленному исследованию технологии изготовления отливок типа станин ЭД с высокой степенью надежности процессов.

Теоретические и экспериментальные исследования, опыт промышленного применения показали, что ППр является одним из перспективных и надежных методов уплотнения песчано-глинистых форм для характерных ребристых отливок. Особенностью его является применение сил внешнего трения для уплотнения смеси в узких промежутках между элементами оснастки.

Способ реализован впервые на отечественной АФЛ мод. ЗЛ 22914 в опоках 900*700x350/350 мм. Несмотря на попытки ряда конструктивно-технологических усовершенствований, брак форм и отливок достигал 30-40 %.

В последнее десятилетие под руководством автора проведены экспериментальные и теоретические исследования по разработке на научной основе технических и технологических решений по совершенствованию этого метода.

На основании глубокого анализа установлены основные причины возникновения характерных дефектов форм (недостаточная плотность тонких элементов в средней части и их разрыв, несовпадение поверхностей модели и протяжной плиты, смещение полуформ и др.) и отливок (просечки и заливы между ребрами, пригар, перекос, нестабильная длина и др.). Исследовалось влияние взаимного перемещения элементов оснастки, физико-механических и реологических свойств смеси, силовых и конструктивно-технологических параметров, внешнего трения и др. на качество форм и отливок, надежность процесса 1111р.

Установлено, что определяющим фактором (по вине формы) возникновения основных дефектов по просечкам (заливам) и пригару является неравномерная по высоте формы (и недостаточная в средней части) плотность выступающих сложных элементов, приводящая к их разрыву при вытяжке модели вследствие неравномерного действия сил внешнего трения. Главной причиной неравномерной плотности являются большие значения напряжений в смеси со стороны прессовой и протяжной плит по сравнению со средней зоной вследствие действия сил внутреннего и внешнего трения.

Предложено более эффективно использовать силы внешнего трения для доуплотнения формы в средней части моделью, движущейся в противоположном направлении протяжной плите при одновременном сжатии протяжной и прессовой плитами. Этот эффект объясняется тем, что силы внешнего трения смеси на границе с моделью способствуют ее перемещению моделью и уплотнению, а не мешают ему.

Дифференциальное уравнение движения для процесса ППр в общем виде представляется выражением:

-М Х = Ё +¥ + +¥см- (3 1)

см теш 8 а " г упр 1 вяз >

где: Мсм - масса смеси; ¥а1еш - сила, развиваемая силовым приводом;

- сила тяжести; - силы нормального давления, действующие на протяжной и прессовой плитах, на боковой поверхности опоки и модели;

щ - силы внешнего трения на протяжной и прессовой плитах, на торцевой и боковой поверхности модели;

- сила упругого восстановления смеси;

- сила вязкого сопротивления смеси;

Исследование процесса ППр и расчет по предложенной методике проводились теоретически с применением экспериментальных данных в режиме последовательного уплотнения смеси и изготовления форм на каждой из семи позиций - от засыпки смеси до протяжки модели - на действующем

зиций - от засыпки смеси до протяжки модели - на действующем формовочном автомате мод. 1137. Весь уплотняемый объем смеси разбивается по зонам, имеющим характерные особенности уплотнения и их значимость.

Напряжения, действующие в смеси, определялись по известным в реологии зависимостям в допредельном и в запредельном периодах деформирования.

В неравенствах (3.2+3.5) принято, что в силу низких скоростей прессования и сил тяжести смеси, массовые силы М^Х и ¥„ равны нулю.

Для решения задачи приняты граничные условия для исходного положения при * = 0 и во время уплотнения, включающие скорости движения плит и модели, условия действия сил на границах уплотняемой области на каждой позиции, учитывающие усилия прессования и коэффициенты трения и бокового давления.

Весь процесс уплотнения ППр осуществляется по позициям:

Поз.1. Засыпка смеси:

Исходя из задания по известным уравнениям определяется размер опоки и ее объем, высота наполнительной рамки и ее объем, объем моделей, начальный объем и масса смеси с учетом заданной плотности по зонам.

Поз. 2. Предварительное прессование:

По результатам экспериментов задается средняя плотность смеси в межреберных пространствах (МП) и в опоке. Исходя из закона сохранения массы находится деформация (перемещение) и по известным уравнениям реологии и свойств смеси - напряжение, а затем перемещение и плотность смеси.

Поз. 3. Выдвижение модели вверх (внедрение в смесь) на определенную высоту. Экспериментально и расчетным путем установлено, что рациональной является величина внедрения А = (0,30+0,35)Нмод, где: Нмод - высота модели. При последующем движении модели и протяжной плиты обеспечивается и увеличение плотности смеси в МП минимум на 30 %.

Чтобы не произошло снижение плотности смеси в МП при внедрении модели ставится условие из неравенства сил:

р»ы> < + + р^гчш. (3.2)

где: 7,"°* - сила внешнего трения (сдвига) на боковую поверхность модели; - сила сдвигового сцепления столба смеси, находящегося в МП;

7"" - сила тяжести смеси, находящейся в МП;

ряорч мп _ сила н0рмальн0г0 давления на торцевой поверхности МП;

В работе представлена подробная расшифровка значений сил (формулы), входящих в уравнение (3.2).

Поз. 4. Движение протяжной плиты со скоростью ц= 0,008-0,015 м/с (получено экспериментально).

Расчетным путем установлено и экспериментально подтверждено, что рациональной является величина перемещения протяжной плиты А,=

(0,54—0,58) А, обеспечивающей стабильную длину отливок при колебаниях влажности смеси. При этом со стороны протяжной плиты происходит уплотнение смеси в межреберных пространствах и по всему контуру модели, а также со стороны прессовой плиты по всему объему опоки. В этом случае уплотнение смеси будет определяться неравенством:

рщхт + рпрв. > рс*+рсм.^ (3.3)

где: левая часть неравенства - силы сжатия со стороны протяжной F^"" и прессовой FJlp" плит, а правая часть - силы сдвига F™ и сжатия смеси.

Поз. 5. Движение модели вниз (со смесью, находящейся между ребрами) на величину Аг = А - Ai со скоростью v2 =(0,85+ 0,9)0, (получено экспериментально) при движении протяжной плиты.

Основное условие уплотнения моделью состоит в том, что силы внешнего трения должны превышать прочность смеси на сдвиг в наиболее опасном месте - в основании МП:

рмЫ> + ртор МБ > рамМП + . (34)

где: F"™1 - сила внешнего трения (сдвига) на боковую поверхность модели; реммп ^ реммп _ силы сжатия и сдвига смеси в МП;

При выполнении этого условия в период перемещения модели навстречу протяжной плите смесь, находящаяся между ребрами, перемещается моделью и уплотняется одновременно с объемным уплотнением смеси по всей опоке, тем самым увеличивается сила внешнего трения в МП, повышая плотность тонких элементов.

Экспериментально получено и подтверждено на практике, что рациональная величина перемещения модели находится в пределах (•0,42+0,46)А.

Поз. 6. Допрессовка профильной плитой.

Допрессовка при р = 7,0—7,2 МП а обеспечивает плотность смеси в МП с S2 = 1481 кг/м3 до заданной S, = 1510 кг/м3.

Поз. 7. Протяжка моделей.

Для исключения разрыва тонких элементов формы при вытяжке модели должно соблюдаться условие неравенства сил:

рмы> к рс»ш + + рс^. (3.5)

где: F- сила внешнего трения о стенки модели;

рем мп . сида СдВИГ0В0Г0 сцепления смеси на границе МП; ре«т _ сила ОТрЫва тонких элементов от верхнего слоя смеси (по верхнему торцу МП);

F^ - сила нормального сжатия смеси в МП (средняя часть); Разработанная методика расчета подтверждена в действующем производстве и позволяет определить рациональные параметры процесса ППр для широкой номенклатуры сложных отливок типа станин ЭД.

Экспериментально определялось распределение плотности в МП по высоте полуформы при движении модели вниз при одновременном уплотнении протяжной и прессовой плитами при изготовлении станины ЭД в.о.в 160 мм при различной величине хода модели А ¡/А (рис. 1 .а)

При А2 = 0,45А достигается технологически необходимое значение плотности смеси в МП 5 = 1,51 г!смг (кривая 4).

Рис. 1. а - распределение плотности смеси в МП в зависимости от величины хода модели А2:1 - Аз = 0, 2 -А2 = 0,2А ,3 • А? = 0,35А, 4-А2 = 0,45А; б - схема последовательного достижения необходимой плотности;

Движение модели со смесью при одновременном двустороннем прессовании позволяет снизить усилие допрессовки до 1,0^1,2 МПа, устранить переуплотнения смеси в верхней части и отрыва, уменьшить величину перекосов и снизить энергоемкость уплотнения.

Таким образом, теоретически и экспериментально подтверждено получение форм высокого качества по схеме последовательного достижения необходимой плотности многочисленных тонких элементов формы (рис. 1.6).

Наиболее важным критерием оценки результата совершенствования этого способа являются высокая надежность процесса уплотнения формы и протяжки модели. Брак форм на АФЛ ППр с 32 % сократился до 5 %, а брак отливок с 23 % цо 4,5 Уо\ обеспечивается необходимая размерная и весовая точность, чистота поверхности отливок.

Четвертая глава посвящена развитию теоретических основ и экспериментальным исследованиям пневмоимпульсных процессов уплотнения ФС.

Предложена методика экспериментальных исследований, оборудование, приборы и измерительная аппаратура.

Экспериментальные исследования проводились в двух направлениях:

а) уточнение физической модели импульсного уплотнения;

б) определение оптимальных конструктивно-технологических параметров процесса, оборудования и оснастки;

Подтверждено, что процесс импульсного уплотнения зависит как от газодинамических свойств импульсной головки формовочной машины (ФМ), так и от реологических свойств ФС и имеет двухстадийный характер: упруго-вязкий и упруго-вязкопластический.

Исходя из анализа результатов экспериментальных исследований была принята реологическая модель Кельвина.

При открытии импульсного клапана выходящая из ресивера со сверхзвуковой скоростью волна давления сжатого воздуха производит удар по верхнему слою смеси, находящейся в опоке. В результате соударения в верхнем слое возникают напряжения и предварительная плотность (структурная) <5 = 1250^1350^/^', препятствующая фильтрации воздуха в смесь, в т.ч. за счет увеличивающейся турбулентности потока.

Ударное воздействие сопровождается распространением звуковой волны по смеси и изменением её структуры. В этот период разрушаются её когезион-ные связи, резко снижается вязкость. За счёт находящегося внутрипорового и фильтрующегося воздуха смесь приобретает псевдожидкое состояние, обладая практически только упругостью.

При резком снижении действия динамической составляющей воздушного потока и увеличении статического давления воздуха начинается разгон верхних слоев смеси до скорости и„ =25 + 30 м/с и прессование нижележащих слоев до резкого торможения («гидроудара») при встрече с модельной оснасткой. Показано, что в период торможения твердые частицы смеси находятся в соприкосновении по всей высоте уплотняемого столба и на плиту действуют практически мгновенно всей массой. Поэтому возникают громадные ускорения и силы инерции смеси, приводящие к высоким напряжениям и упругопластическим деформациям (уплотнению) смеси.

Уже на первом этапе при ударном воздействии воздушного потока смесь подвергается упругим колебаниям - чем меньше длительность импульса, тем выше частота вынужденных колебаний и тем ярче проявляется эффективность импульсного уплотнения при одном и том же давлении воздуха в ресивере.

При разработке математической модели уплотнения ФС импульсной нагрузкой предложено взять за основу известное дифференциальное уравнение движения упруго-вязких сжимаемых сред, при этом принято во внимание изменение реологических свойств смеси от плотности, с учетом внешней импульсной нагрузки, изменяющейся синусоидально как по времени, так и по величине амплитуды.

Сила статического напора: = 5оАр;

Сила динамической составляющей напора воздушного потока:

(4.1)

где: р- текущее значение давления воздуха над смесью; 5'й- площадь опоки; у - плотность воздуха;

Сила, вызывающая затухание: Кт ■ у ;

Восстанавливающая сила: Кс-у; где: у — амплитуда колебания;

Имеет место равенство Кс = С = М0 ■ ; где: С—коэффициент жесткости;

а>0 - частота собственных колебаний среды;

Теоретические зависимости Кс(3) и Кт(8), полученные с использованием экспериментальных данных, показаны в гл. 2.

Кт{8& + Кс(3)ау = 50 • [Ар + + ?»); (4.2)

а/ ш 2 си

где: М0 - масса уплотняемого объема смеси; а> - угловая частота колебаний вынуждающей силы; <р - фазовый угол;

Для двумерной модели в уравнении (4.2) координатная ось у заменяется соответственно на два компонента вектора перемещений.

Для описания напряженно-деформированного состояния смеси при импульсном процессе уплотнения, имеющего место не только при впуске сжатого воздуха, но и после закрытия импульсного клапана, в работе приведены также уравнения связи деформаций от напряжений (всего 12 уравнений для двумерной модели). В систему уравнений входят известные уравнения упруго-вязких деформаций и напряжений при сжатии и сдвиге, не превышающих (<пр) и превышающих предел пластичности (>пр), уравнения связи компонентов вектора перемещений и тензора деформации, уравнения неразрывности, а также уравнения модели рабочего процесса импульсной установки.

Полное моделирование импульсного процесса уплотнения ФС в данной работе ограничивается только созданием физической и математической моделей импульсного уплотнения.

Решение дифференциального уравнения (4.2), приводит к определению резонансной частоты¿а^, при со= <я0=арг]:

^ = (4.3)

где: о,, - частота собственных колебаний смеси;

С использованием резонансной модели получена зависимость управления оптимальным режимом ¡1р1& от упругих и вязких свойств уплотняемой смеси и ее массы. В предыдущих известных работах других авторов вязкость смеси не учитывалась, что является существенным недостатком.

Известно, что процесс уплотнения будет максимально эффективным, если в колебательной системе длительность нарастания давления воздействующей воздушной волны до своего максимального значения будет равна одной четвертой периода собственных колебаний смеси, т.е.:

^ = Г = 2*/*-, Т = 2л\—-<^±)2; (4.4)

Л Т/4 Кг

Решением уравнений (4.3) и (4.4) определяется оптимальное значение градиента давления.

В работе проведены экспериментальные исследования рабочего процесса и процесса уплотнения на основе полупромышленной установки и предложенного на уровне патента высокоэффективного импульсного клапана, время открытия которого достигает 0,0015 с (тпт), а длительность импульса 2^3 мс. При этом: скорость движения верхнего слоя достигает 25+30 м/с; длительность процесса уплотнения 17+25 мс, давление смеси на модельную плиту до 1,6 МП а при градиенте давления 800-900 МПа/с. Эти данные во многом характеризуют физическую модель импульсного уплотнения.

Выявлены рациональные конструктивно-технологические параметры и новые результаты, в частности, объем ресивера равен 1,5+2 объема опоки, ИНД можно качественно уплотнить формы и малой высоты (50+100 мм), элементы оснастки должны иметь жесткий контакт.

Установлены закономерности изменения напряжений и деформаций по времени и по высоте формы при различных режимах уплотнения, в т.ч. при уплотнении форм для сложных ребристых отливок. Импульсной формовкой можно получать качественные формы для отливок станин ЭД при начальном давлении в ресивере 0,4 МПа. При этом выявлены рациональные соотношения высоты модели (Нмод) к ширине пространства между моделью и опокой (В). В частности, при высоте модели Нмод = 200 мм, расстояние (В) должно быть не менее 60 мм, т.е. Нмод/В<3,3.

Установлены рациональные зависимости геометрии оребрения отливки (И/Ъ). Например, при шаге оребрения Ъ = 20 мм отношение М> должно быть не более 0,9, т.е. высота ребер Ь < 18 мм. Длина межреберного пространства на плотность тонких элементов формы влияния практически не оказывает.

В работе изложено физическое представление о процессе уплотнения литейных форм потоком сжатого воздуха (УПВ), предложена физическая и математическая модели процесса уплотнения.

Для получения качественных форм с применением единых низкопрочных смесей (осж = 0,07-^0,09 МПа) проведены теоретические и экспериментальные исследования процесса уплотнения и отработана технология реального производства.

Установлено, что важным фактором процесса является показатель степени уплотнения смеси в МП в зависимости от расположения вент и их рационального количества. Получены экспериментальные зависимости плотности

смеси в МП от их геометрических параметров (И, Ъ, М>), а также допустимые значения ширины МП в зависимости от массы отливки и площади вент.

Изучено влияние скорости, давления и сил межфазного трения при фильтрационном процессе.

В случае нестационарной фильтрации и значительных перепадов давления в уравнениях фильтрации применяются различные коэффициенты газопроницаемости: при низких скоростях - К у- вязкостный, а при высоких - к -инерционный. Для их определения используется уравнение фильтрации, определяющее изменение давления воздуха по толщине слоя:

= //-1Л/К„+П>22/К,; (4.5)

ау

где: ц - коэффициент вязкого трения при ламинарном потоке;

Для скорости движения потока о, и силы межфазного трения ^ при турбулентном режиме, используя зависимость (4.5), получено: !к р1 -р2 рг - рг

2 Уг, 2Р,-Но" 2 Р,

где: 5- площадь поверхностного слоя, через которую входит воздух;

Р, и Рг - давление воздуха на входе и выходе;

У1 - текущее значение плотности воздуха;

Предложена математическая модель уплотнения смеси потоком воздуха, учитывающая силы межфазного трения и свойства смеси (Кт и кс), имеющая вид:

% = (4.6)

"У кг Но

Первый и второй члены уравнения (4.6) характеризуют потери давления на межфазное трение и сопротивление турбулентных потоков; третий - напряжения в смеси от сил инерции и тяжести; четвертый - силы вязкого сопротивления; пятый - изменение напряжений от сил упругости смеси; шестой - силы трения смеси о стенки опоки и модели, отнесенные ко всему слою.

Для обеспечения надежности протяжки модели и улучшения качества отпечатка на ладе полуформы предложена и защищена патентом конструкция устройства, позволяющая работать с протяжной плитой.

На основании проведенных исследований разработан метод расчета и выбора основных конструктивно-технологических параметров импульсных установок и установок УПВ с допрессовкой.

Пятая глава посвящена исследованиям и обобщению технологии изготовления высококачественных сложно-профильных отливок с высокой степенью оребрения в формах из ХТС.

В табл. 1 показаны основные конструктивные параметры характерных ребристых отливок, характеризующие степень сложности их изготовления.

Таблица 1

Характерные параметры станин ЭД с внутренним диаметром от 460 до 860 мм

Внутр. диам. Масса Длина мм кг мм Толщ, стенки мм Параметры оребрения

Колич. ребер, ед Высота ребра, мм Шаг оребрен., мм Радиус вершины, мм

460 205 600 12 68 42 23 2,25

520 270 700 15 68 47 25,8 2,25

600 480 990 18 56 48 28 2,5

600 590 1180 26 64 52 26,5 2,5

860 1900 1610 23 78 70 32,5 3,5

Материал отливок - серый чугун и ВЧШГ, точность - не ниже 7-го класса по ГОСТ 26645 - 85, шероховатость поверхности Rz < 80, заданный уровень суммарного брака форм и отливок - не более 2,0 %.

Анализ параметров показывает, что при изготовлении подобных отливок необходимо решать 3 главные проблемы:

1. Обеспечить необходимое уплотнение смеси в узких карманах оснастки и стойкость многочисленных (до 78 шт.) тонких элементов формы при заливке.

2. Обеспечить получение тонких и высоких ребер с требуемой чистотой поверхности (Rz < 80), что связано как с качеством формы, так и с режимами заливки.

3. Обеспечить высокую надежность технологии. Например, при изготовлении отливки с 78-ю ребрами с уровнем суммарного брака форм и отливок не более 2,0%, каждый тонкий элемент формы (МБ) или ребро отливки должны быть дефектными не более одного раза из 15600 форм и отливок.

При решении поставленной задачи за основу взяты результаты работ автора, развивающие направление совершенствования конструкции облегченных отливок и их изготовления в многосекторные формы с вертикальным разъемом, но с применением ХТС.

Применялся новый подход к изучению и анализу влияния множества конструктивно-технологических факторов на качество форм и отливок со сложной ребристой поверхностью, изложенный на с. 11.

Результаты экспериментальных исследований показали принципиальную возможность изготовления сложно-профильных ребристых отливок по a-set -процессу на основе отечественных материалов: - смолы литейной "Карбэктис-3" с отвердителем АМС (ацетат многоатомных спиртов). Установлено, что применение ряда других смол (например, БС - 40) невозможно для изготовления подобных отливок.

Установлены принципиальные отличительные особенности технологии их изготовления по сравнению со сложными формами (отливками), не имеющими многочисленных тонких ребер и МП. Основной особенностью является несравнимо большее влияние состава и свойств смесей, физико-механических параметров форм и режимов заливки металла на качество отливок.

В результате исследований установлен и обобщен комплекс закономерностей при изготовлении форм и отливок и влияние различных факторов на решение указанных выше 3-х главных проблем. Установлены основополагающие концептуальные принципы, которые должны соблюдаться при разработке технологии литейной формы из ХТС для сложных ребристых отливок.

При решении первой проблемы показана определяющая роль плотности тонких элементов формы в механизме происходящих процессов и образовании дефектов форм и отливок. Установлено, что их плотность должна быть строго определенной и находиться в пределах 1480-1530 кг/м3 (рис. 5.1). Отклонения в меньшую сторону приводят к образованию механического пригара на поверхности отливок, увеличению ее шероховатости, а превышение плотности - к просечкам или разрушению при заливке вследствие термических напряжении и нарушения газового режима.

Установлены необходимые условия обеспечения рациональной плотности тонких элементов формы, в частности, свойств смеси и режимов уплотнения. Показано, что необходимая плотность достигается строго определенными параметрами вибропрессования, например, статическое давление Рст = 0,008-4), 01 МПа, время Гв = 5-7 с.

Закономерности их влияния показаны графически экспериментальными кривыми. В частности, при незначительном увеличении давления вибропрессования Рст происходит переуплотнение тонких элементов формы и отслоение вследствие касательных напряжений в основании (сдвиг слоев).

Предложено дифференциальное уравнение виброуплотнения с одновременным прессованием, в котором задействованы реологические параметры смеси - коэффициент вязкого сопротивления К,, коэффициент упругого восстановления Кс:

М° Кт1й + Кс = С°8Й*" Р~'' (5Л) где: Рст -давление прессования;

" возмущающая сила, действующая на смесь, находится по известным уравнениям расчета вибромашин;

Расчетным путем определены параметры оптимального режима виброуп-лотяения, который в колебательных системах происходит при резонансном режиме (4.3).

По прочностным (<тв, осж) и др. характеристикам (уплотняемость, вязкость) определена для заданной смеси длительность инкубационного периода (1,0 мин), в течение которого практически не происходит отверждение смеси, и она не теряет технологических свойств (живучесть), установлены его роль и важность. Соответственно, установлено и время, в течение которого следует уплотнять смесь (оно не должно превышать длительности инкубационного периода). Построены зависимости, характеризующие динамику изменения технологических свойств смеси.

Определена строгая последовательность выполнения операций изготовления формы и построены графики их влияния на образование дефектов, в частности: показано, что рациональное время отверждения испытуемой смеси до извлечения оснастки находится в пределах (teud =15+17 мин).

При решении второй главной проблемы, связанной со стойкостью формы при заливке и получением тонких и высоких ребер с требуемой чистотой поверхности (Rz < 80), установлен и обобщен комплекс закономерностей влияния физико-механических свойств формы и режимов заливки на качество отливок и надежность технологии.

Показано влияние содержания пыли и мелкой фракции песка на образование характерных дефектов: недоливов ребер из-за газового противодавления, просечек и металлизированного пригара, установлены их предельно - допустимые значения и механизм влияния. Например, частиц пыли (до 0,063 мм) должно быть < 1,1 %, а общее количество мелкой фракции (до 0,1 мм) -< 5,0+6,0 %.

Механизм их влияния:

1. Попадание в зазоры между основными песчинками, что приводит к увеличению напряжений при термическом расширении смеси, образованию трещин и отрыву тонких элементов формы, браку отливок по просечкам и заливам.

2. Снижение газопроницаемости смеси и увеличение газового давления в форме с соответствующими массовыми последствиями по браку.

3. Увеличение активной поверхности песка и неравномерности толщины (в т.ч. отсутствие) слоя смолы, что приводит к резкому снижению прочности формы и увеличению брака.

Получены рациональные значения содержания в смеси смолы и отверди-теля (2,0 % и 0,6 %) и показаны последствия при их отклонении.

Показано влияние содержания влаги в смеси на образование дефектов форм и отливок и его предельное значение (< 0,35 %).

Исследовано влияние толщины формы на ее прочность и газовый режим, установлены рациональные значения в зависимости от массы отливок.

Установлено влияние газового режима формы на качество отливок. Определены и обобщены рациональные значения частоты, глубины и расположения вентиляционных каналов, обеспечивающие необходимую прочность формы, минимальное газовое давление, отсутствие спаев и недоливов на ребрах.

Показано, что причиной трещин и разрушений тонких частей формы при заливке являются термические расширения смеси и взрывное давление газов.

Разработано быстросохнущее противопригарное покрытие, обладающее необходимыми технологическими и функциональными свойствами, учитывающими особенности форм и отливок. В качестве наполнителей применены несколько компонентов (основной из них - компонент техногенного происхождения), каждый из которых имеет свое определенное назначение (повышение огнеупорности, снижение вязкости и т.д.).

Определены рациональные значения свойств покрытия, в т.ч.: вязкости (г\кр = 22-26 с) и плотности (ук - 1,37-1,43 г/см3), глубины проникновения (кпр < 0,8 мм) и толщины слоя (Ипокр= 0,4-0,6 мм), метода нанесения (полив) и длительности сушки (и > 60 мин.), их влияние на образование дефектов. Показано, что эти параметры и факторы имеют важнейшее и определяющее значение в обеспечении качества поверхности отливок и стойкости тонких элементов формы. Кроме того, они существенно влияют на образование недоливов и спаев на ребрах отливок.

Установлено, что высокая шероховатость поверхности отливки и брак по межреберным заливам и металлизированному пригару при инжекционном и безвоздушном распылении является следствием большой проникающей способности краски под действием давления воздушно-смесевого факела и практически сквозной «продувки» тонких элементов формы.

Предложены конструктивно - технологические решения сборки и фиксации элементов безопочной формы с помощью клиновой системы, отличающейся тем, что она может быть применена для форм любой геометрии и обеспечивает надежную и удобную для исполнения фиксацию многосекторной формы.

Для снижения теплового, статического и динамического воздействия жидкого металла, а также давления газов при заливке формы, исследованы различные типы литниково - питающих систем, установлено и графически показано их влияние на стойкость форм и качество отливок.

Доказано, что для особо сложных ребристых отливок наиболее целесообразно применение дождевой литниковой системы при установленных рациональных режимах заливки (скорость, температура) с эффективным удалением газов, что обеспечивает необходимый газовый режим и отсутствие спаев и недоливов на вершинах ребер, качество поверхности.

Установлена вероятность возникновения различных видов дефектов по зонам отливки. В частности, вероятность недоливов ребер из-за нарушения газового режима больше для верхней части отливки, трещины и разрушения

сложных элементов формы более характерны для нижней части, и т.д. Это следует учитывать при разработке технологии.

Установлены и показаны графически зависимости рациональных и предельных соотношений параметров формы, геометрии оребрения и массы отливок станин, их влияния на уровень брака.

Полученная рациональная прочность (жесткость) формы, а также максимально эффективная литниковая система и освоенный способ получения ВЧШГ «JIC - процессом», позволили отливать станины высокой герметичности для шахт и рудников из высокопрочного чугуна без применения прибылей.

Для максимально эффективной и экономичной очистки выделяемых газов разработан метод термокаталитического обезвреживания газов (защищен A.C.), обеспечивающий вторичное использование тепла газов, отходящих от залитой литейной формы, и высокоэффективную очистку.

Разработанные решения позволили практически исключить тяжелые операции обрубки отливок. Финишная обработка состоит только из незначительной дробеметной (или пескоструйной) очистки, отделения литниковой системы и зачистки не сложных линий разъема. Все операции легко механизируются.

Общий брак форм и отливок не превышает 2,0%. В отечественной практике такой уровень технологии освоен впервые. Себестоимость станин более чем на 30 % ниже по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы.

Особую значимость имеют такие экономические и социально - политические аспекты результатов, как возможность изготовления сложных отливок с применением только отечественных материалов и оборудования и, соответственно, перспективы освоения новых высокоэффективных конкурентоспособных изделий.

Шестая глава посвящена практическому использованию результатов исследований, позволивших обеспечить выпуск высококачественных отливок и конкурентоспособных электрических машин.

Свыше 40 % выпускаемых изделий с успехом поставляются в развитые страны мира - Германию, Францию, Италию, Грецию, Испанию, Финляндию, Австралию и многие другие.

1. Впервые в Российской практике освоено производство конкурентоспособных отливок станин ЭД в многосекторные безопочные формы из ХТС на отечественном оборудовании и с высокой надежностью процесса, в т.ч. особо сложных отливок с многоконтурной системой охлаждения и из ВЧШГ повышенной герметичности без применения прибылей.

Себестоимость получаемых отливок снижена более чем на 30 % по сравнению с литьем в формы из ПГС, а трудоемкость тяжелых операций очистки и обрубки - в десятки раз - все они легко механизируются.

Потери от брака форм и отливок не превышают 2,0 %. Кроме того, за счет повышения размерной точности отливок уменьшены, а в ряде случаев исключены затраты на механическую обработку отливок.

Улучшены технические параметры изделий до требований международных стандартов и до уровня показателей передовых мировых фирм.

Объем поставляемых двигателей большой мощности (св. 100 кВт) только за первые 1,5 года (после освоения технологии изготовления станин в ХТС) составил около 5,5 тыс шт (более 90 % - в дальнее зарубежье). При этом прибыль, полученная от реализации ЭД, составила св. 55 млн. руб.

2. Внедрение процесса ППр движущейся моделью в сочетании с уплотнением прессовой и протяжной плитами обеспечило_стабильную работу АФЛ, снижение брака форм с 32 % до 5,0 % , а брака отливок с 23 % до 4,5 % при увеличении эффективности оребрения. Повысилась размерная и весовая точность, чистота поверхности отливок.

Экономический эффект от внедрения новых решений по процессу и линии ППр составляет около 1,2 млн руб/год.

3. Решена задача качественного уплотнения форм потоком воздуха (с до-прессовкой) с применением единой ФС с прочностью асж = 0,07+0,09 МПа.

4. На базе предложенного и защищенного патентами высокоскоростного конического клапана разработаны и сданы в эксплуатацию на ОАО "ELDIN" две импульсные формовочные машины мод. 1939 с опоками до 590*600*300 мм.

5. Отработаны в производстве комплекс и уровень свойств, а также состав смесей для изготовления сложно-профильных отливок с применением метода ППр, ИНД, Seiatsu - процесса и др. Потери от брака только за 2003-2004 годы снижены на 15,0 %.

6. На основании проведенных исследований и рекомендаций автора разработана рабочая конструкторская документация на:

- формовочный блок для изготовления станин облегченной конструкции в.о.в. 132-200 мм, который позволяет одновременно уплотнять и собирать без-опочную форму с вертикальным разъемом;

- прибор роторного типа для оперативного контроля реологических-свойств смесей;

7. Внедряется в производство изобретение "Способ термохимического обезвреживания" вентвыбросов на участке ХТС, позволяющее, кроме очистки, использовать тепло залитого в форму металла.

8. Разработаны методики, номограммы и учебные пособия выбора метода и рациональных конструктивно-технологических параметров процессов производства высококачественных отливок со сложной ребристой поверхностью.

Основные результаты и выводы

Диссертационная работа представляет собой комплекс теоретических и экспериментальных исследований, научно обоснованных технических и технологических решений в области изготовления сложно-профильных ребристых отливок и внедрения их в производство. Основные результаты работы сводятся к следующему:

1. На основании анализа и обобщения конструктивно-технологических особенностей отливок со сложной ребристой поверхностью сформулирована и практически подтверждена концепция выбора способов формообразования и параметров литейной формы, позволяющая получать высококачественные отливки со сложным профилем и сложной ребристой поверхностью с заданной надежностью и экономичностью процесса.

2. Усовершенствованы методы формообразования из ПГС и ХТС с применением предложенных на уровне изобретений новых устройств и оснастки, позволяющих одновременно уплотнять и собирать все элементы опочных или безопочных форм, значительно повышая надежность технологии производства отливок с горизонтально - вертикальным оребрением и сниженной массой.

Разработанная принципиально новая конструктивно-технологическая схема управления моделью с вертикальным разъемом и разделительной плитой обеспечивает вытяжку моделей с теневыми участками и возможность точной сборки формы.

3. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены особенности и область рационального применения различных методов изготовления форм и отливок в зависимости от геометрии оребрения, массы и серийности производства: ППр, ИНД, УПВ, с применением ХТС.

4. Установлены и обобщены принципиальные отличительные особенности и повышенные требования к параметрам процессов, которые должны учитываться при разработке технологии изготовления отливок со сложной ребристой поверхностью, в т.ч.: рациональная плотность тонких элементов формы, минимальная газотворная способность смеси и минимальная глубина проникновения в форму противопригарного покрытия (газотворного); высокая газопроницаемость и достаточная вентиляция формы; минимальное термическое и механическое воздействие жидкого металла на тонкие элементы формы;

5. Сформулировано и применено направление методологии экспериментальных исследований системы «оснастка - форма - отливка», основанное на применении оснастки с изменяющимся оребрением, диаграмм сравнительного анализа главных факторов и параметров процессов и причинно-следственных диаграмм, позволяющее многократно сократить количество экспериментов, повысить их надежность и достоверность.

6. С применением нового подхода к изучению и анализу влияния конструктивно-технологических факторов на качество форм и отливок и, исходя из

требуемой надежности процесса, определены и подтверждены в процессе промышленного производства параметры форм для отливок со сложной ребристой поверхностью, в т.ч. плотности и размеров наиболее опасных участков формы, выполнение которых обеспечивает качественное заполнение смесью и уплотнение, вытяжку модели, сборку и заливку.

7. Уточнены требования и уровень необходимых физико-механических и реологических свойств низкопрочных ФС и их компонентный состав, обеспечивающие получение качественных форм и их стойкость при заливке.

Экспериментально определены упруго-вязкие коэффициенты, зависящие от плотности и входящие в предложенные уравнения уплотнения. Предложены аналитические зависимости, удовлетворительно описывающие экспериментальные кривые этих коэффициентов.

8. Уточнены закономерности положительного влияния внешнего трения смеси в узких пространствах оснастки при ППр (эффект доуплотнения обратным движением модели) и возможности получения сложных отливок с высокой степенью надежности.

Расчетно-экспериментальным методом получены и практикой подтверждены влияние и рациональные значения параметров движения оснастки и свойств смеси. На основании новых закономерностей разработана методика расчета параметров ППр, позволяющая поэтапно определить режимы процессов и плотность элементов формы.

Новые конструктивно-технологические решения позволили практически исключить характерные для ППр дефекты форм и отливок, многократно повысить надежность процесса, размерную точность и чистоту поверхности отливок.

9. Развиты представления о механизме импульсного уплотнения ПГС и уточнена физическая модель, в которой показана важнейшая роль положительного влияния динамической составляющей воздушного потока:

- мгновенное уплотнение верхнего элементарного слоя смеси и создание турбулентности потока, препятствующих фильтрации воздуха в смесь;

- изменение реологических свойств и структуры ФС за счет создания и прохождения звуковой волны;

- переход динамической составляющей в статическую в момент потери вязкости смесью, способствующей снижению энергозатрат на уплотнение и мгновенному увеличению сил инерции, напряжений и плотности смеси;

10. Уточнена математическая модель уплотнения ФС ИНД: в общую систему введено уравнение движения волнового колебательного процесса, учитывающее динамическую составляющую воздушного потока, и уравнение напряженно - деформированного состояния о(е) с коэффициентами вязкости и упругости. Коэффициенты вязкого сопротивления и упругого восстановления, входящие в уравнение движения, получены из экспериментов от плотности смеси и габаритов оснастки.

11. Получены новые результаты экспериментальных исследований влияния конструктивно-технологических параметров оборудования и оснастки на процесс импульсного уплотнения:

- для предложенной конструкции импульсного клапана (A.C.) и давлении в ресивере 0,55^0, б МПа скорость подъёма давления над смесью достигает 285 МПа/с при времени открытия клапана 2-3 мс и практически не зависит от начальной плотности и высоты столба смеси; скорость движения свободной поверхности смеси достигает 25+30 м/с, давление на модельную плиту достигает ст = 1,85 МПа при градиенте до 900 МПа/с, низким воздушным импульсом можно качественно уплотнить и формы малой высоты (около 50 мм);

- установлены закономерности изменения напряжений и деформаций по времени и по высоте формы при различных режимах уплотнения, в т.ч. при уплотнении форм для сложных ребристых отливок. При этом определены рациональные параметры оснастки, геометрии оребрения и режимов уплотнения, позволяющие уточнить механизм и возможности уплотнения форм ИНД, области рационального применения;

12. Получено и подтверждено экспериментально основное уравнение уплотнения ФС воздушным потоком, отличающееся тем, что оно учитывает как силы межфазного трения стационарного потока, так и силы динамической составляющей турбулентных потоков.

13. Получены новые результаты экспериментальных исследований влияния конструктивно-технологических параметров оборудования и оснастки на процесс уплотнения форм потоком воздуха, позволяющие уточнить механизм и возможности процесса, расширить области рационального применения:

- показано, что установка вент в зазорах между ребрами существенно повышает коэффициент, характеризующий отношение высоты МП к его ширине и расширяет границы применения процесса УПВ для изготовления геометрически сложных отливок и снижения в них уклонов. Но по контуру моделей и опоки увеличение площади вент допустимо только до определенного предела. Установлены рациональные границы площади вент и их расположения в технологической оснастке в зависимости от ее сложности.

- получены зависимости, показывающие изменение давления воздуха как в различных горизонтальных слоях уплотняемой формы, так и изменение давления по высоте опоки, что имеет важнейшее значение для обеспечения равномерной плотности сложных элементов формы по высоте и качества отливок;

14. Установлен и обобщен комплекс закономерностей, обуславливающих возникновение характерных для ХТС дефектов - трещин и разрушений форм, просечек и металлизированного пригара. Установлены условия, которые должны соблюдаться при разработке технологии литейной формы из ХТС для сложно-профильных ребристых отливок.

Объяснена и подтверждена экспериментально определяющая роль в обеспечении надежности процесса и чистоты поверхности отливок плотности

сложных элементов формы; вязкости, плотности, проникающей способности ППП; вентиляции формы и режимов заливки. Установлены их рациональные значения и метод достижения.

Установлены рациональные и предельно-допустимые параметры состава и свойств ХТС, их комплексное влияние на физико-механические свойства формы и качество отливок.

На основе предложенной теоретической зависимости параметров виброуплотнения установлены рациональные режимы уплотнения ХТС по оснастке с глубокими и узкими пространствами.

Предложены и внедрены новые конструктивно - технологические решения изготовления отливок в формы из ХТС, обеспечивающие высокую надежность внедренной технологии, высокое качество и низкую себестоимость отливок, в т.ч.: фиксация элементов безопочной формы, способ подвода металла и вентиляции формы, состав покрытия формы и способ его нанесения, применение ВЧШГ без применения прибылей, термокаталитическое обезвреживание газов.

Таким образом, использование теоретических положений и результатов экспериментальных исследований позволили разработать и внедрить новые технические и технологические решения, поднять на качественно новый уровень производство отливок со сложной ребристой поверхностью, обеспечить выпуск высококачественных, конкурентоспособных изделий, соответствующих лучшим мировым образцам.

Положительные результаты исследований и реального производства являются решением чрезвычайно важной проблемы создания и освоения производства нового высокоэффективного энергосберегающего оборудования.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Каменский В.В. Уплотнение форм для станин электродвигателей методом последовательного прессования // Литейное производство.-2004-№ 6 -С. 23-26.

2. Каменский В.В., Матвеенко И.В., Спиридонов С.Н. Уплотнение литейных форм потоком сжатого воздуха // Заготовительные производства в машиностроении. - Машиностроение, 2004.- № 9.- С. 3-8.

3. Каменский В.В. Изготовление станин электродвигателей в безопочных многосекторных формах из холоднотвердеющих смесей // Известия ВУЗов. М. - МИСИС. - 2004 - № 11. - С. 54-56.

4. Каменский В.В., Матвеенко И.В. Вибропрессование форм из холоднотвердеющих смесей для ребристых отливок станин электродвигателей // Литейное производство.-2005-№ 2 - С. 18-19.

5. Каменский В.В., Матвеенко И.В. Методика расчета параметров последовательного прессования и их анализ // Заготовительные производства в машиностроении. - Машиностроение, 2005-№ 5 - С. 20-26.

6. Матвеенко И.В., Каменский В.В. Воздушно-импульсные формовочные машины // Машиностроение. Энциклопедия. Т. IV-4. Машины и оборудование литейного производства. Гл. 2.3. 2005 - С. 626 - 639.

7. Каменский В.В., Матвеенко И.В., Спиридонов С.Н. Газодинамические, физико-механические и фильтрационные процессы при пневмоимпульсном уплотнении формовочной смеси // Материалы 6 Съезда литейщиков России. Т. 1. -Екатеринбург: Изд-во УГТУ-УПИ, 2003.

8. Каменский В.В. Перспективы и возможности изготовления корпусов электродвигателей // Материалы 6 Съезда литейщиков России. Т.1. - Екатеринбург: Изд-во УГТУ-УПИ, 2003 .С. 54 - 60.

9. Каменский В.В., Матвеенко И.В. Газодинамические, физико-механические и фильтрационные процессы при пневмоимпульсном уплотнении формовочной смеси // Литейщик России. 2003 - № 6 - С. 21-25.

10. Каменский В.В. О проблемах изготовления форм для станин электродвигателей Н Литейщик России. 2002 - № 5 - С. 20-22.

11. Беляков А.И., Петров Л.А., Каменский В.В. и др. Технология получения ЧШГ «ЛС-процессом» // Литейное производство.-1998-№ 11-С.20 - 2t.

12. Беляков А.И., Петров Л.А., Каменский В.В., Ахунов Т.А.. Получение чугуна с шаровидным графитом «ЛС - процессом» // Литейное производство,-1997-№5-С.20 -21.

13. Матвеенко И.В., Бельчук B.C., Каменский В.В.. Реологическая концепция и требования к АСУТП смесеприготовления и формообразования // Литейное производство, 1990, № 10, С.13 - 15.

14. Ровин С.Л., Нелюб И.А., Каменский В.В. Изготовление литейной оснастки из полимерных материалов //Литейное производство.-2004-№ 12-С.7- 8.

15. Ровин С.Л., Нелюб И.А., Каменский В.В. // Изготовление литейной оснастки из пластполимерных материалов // Литье и металлургия. Беларусь.-Февраль 2003-С. 52-54.

16. Матвеенко И.В., Каменский В.В.. Изготовление безопочных форм воздушным импульсом // Промышленность отопительного оборудования. Экспресс - обзор, вып. 6, серия 10 - М.: ВНИИЭСМ, 1991г. С.13 -23.

17. Островерхое В.Ю., Каменский В.В., Молев В.Н. Литейная постоянная модель // Положительное решение на выдачу авторского свидетельства СССР № 4859999/02 от 25.06.1991г.

18. A.C. № 1832589. Устройство для изготовления литейных форм объемным прессованием // В.В. Каменский, А.И. Попов, В.И. Киселев, И.В. Матвеен-ко и др. // Регистр. 13.10.1992г.

19. Патент № 1822360. Формовочная машина // В.В. Каменский, В.Н. Мо-лев, В.Ф. Нефедов // Регистр. 12.10.1992г.

20. A.C. № 1764776. Импульсная головка / М.Ф. Уткин, И.В. Матвеенко и В.В. Каменский. //Регистр. 01.06.1992г.

21. Островерхов В.Ю., Каменский В.В., Молев В.Н. Литейная постоянная модель. Положительное решение на выдачу авторского свидетельства СССР № 4866261/02 от 28.08.1991г.

22. Патент № 2000870. Импульсная головка. / И.В. Матвеенко, В.В. Каменский //Регистр. 15.10.1993.

23. A.C. № 1251421. Оснастка для изготовления литейных форм объемным прессованием // Л.Н. Макаров, И.М. Чебурахин, В.В. Каменский и др. // Регистр. 02.01.1984.

24. Алов В.А., Вдовин К.Н., Каменский В.В. и др. Обоснование и разработка автоматических линий для изготовления отливок в четырехсекторных песчано - глинистых формах// Прогрессивные технологии производства литых заготовок: Тез. докл. научн.-техн. конфер. - Челябинск, 1988г. с. 30 - 31.

25. Каменский В.В., Матвеенко И.В. Теоретические основы и практика получения сложно-профильных заготовок типа станины ЭД. Материалы Международной конференции, посвященной юбилею МАМИ. Март 2005.

26. Матвеенко И.В., Каменский В.В.. Изготовление безопочных форм воздушным импульсом // Промышленность отопительного оборудования. Экспресс-обзор, вып. 6, серия 10-М.: ВНИИЭСМ, 1991. С.13-23.

27. Каменский В.В. Воздушно-импульсная формовка низкого давления: возможности и перспективы. Тезисы доклада Всероссийской научно-практической конференции "Литейное производство сегодня и завтра". ГТУ,-г.Санкт-Петербург,- июнь 2001.

28. Способ термохимического обезвреживания. Каменский В.В, Ровин Л.Е., Матвеенко И.В., Ровин С.Л. Заявка на изобретение. 05.10.04.

29. Способ термохимического обезвреживания. Ровин Л.Е., Каменский В.В, Матвеенко И.В., Ровин С.Л. Заявка на изобретение № А2004 08 72 от 17.09.2004. РБ. Положительное решение от 30.12.2004.

30. A.C. № 13938. Корпус электрической машины. / Ахунов Т.А., Тихонов Н.Т., Макаров Л.Н., Каменский В.В., Стародумов В.В. // Регистр. 10.06.2000г.

31. Патент РФ № 4204 на полезную модель "Корпус электрической машины" / Ахунов Т.А., Макаров Л.Н., Каменский В.В., // приоритет 31.05.04.

32. Корпус асинхронных машин серии RA (А). Ахунов Т.А., Макаров Л.Н., Каменский В.В., Попов В.И., Петров Ю.Н. Заявка на изобретение № 2004116103, приоритет 26.05.04.

Рос НАЦИОНАЛЬНАЯ ВИМИО ГЕКА C-nwepej^r j « » ш * wJ

33. Кожемякин С.П., Каменский В.В., Вдовин К.Н., Миляев А.Ф. Разработка автоматизированных технологий изготовления отливок в песчано - глинистых формах. // Повышение эффективности производства черных металлов путем совершенствования существующих и разработки принципиально новых технологических процессов и реагентов. / 50-я научно-техн. конфер. Магнитогорск. 1988.

34. Чебурахин И.М., Алов В.А., Кожемякин С.П., Каменский В.В. Технические возможности изготовления полых цилиндрических тонкостенных отливок с алюмоалитированной поверхностью в кокилях с расплавляемой облицовкой. // Повышение эффективности литейного производства. Материалы семинара. Ленинград. ЛДНТП. 1988. С.15 - 17.

35. Илюхин В.Д., Чуносов А.Э., Сухарев А.Б., Каменский В.В. Получение форм для ребристых отливок методом газо-импульсной формовки // Литейное производство в автомобилестроении: Межвузовский сборник научных трудов. Москва, 1989. С.32-37.

36. Кожемякин С.П., Вдовин К.Н., Каменский В.В. Автоматическая карусельная линия изготовления безопочных четырехсекторных песчаных форм. //51-я научно-техн. конфер. Магнитогорск. 1989.

37. Каменский В.В., Матвеенко И.В., Жданов В.В. и др. Пути повышения качества песчаных форм для отливок электродвигателей. // Пути повышения качества и экономичности литейных процессов: Тезисы докл. на республ.. на-учн.-техн. конф. Укр. полит, ин-т - Одесса, 1990. С.67- 68.

38. Кожемякин С.П., Вдовин К.Н., Каменский В.В., Вдовин Р.Н. Разработка автоматической линии для изготовления отливок в безопочной четырех-секторной песчано-глинистой форме. // Состояние технического уровня и тенденции развития литейного производства в Красноярском крае: тез. докл. краевой научно-техн. конфер. Красноярск. 1990. С.69 - 70.

39. Каменский В.В., Матвеенко И.В., Жданов В.В. и др. Разработка процесса изготовления форм отливок станин электродвигателей с применением импульсных методов. // Разработка технологических процессов литья, проектирования оснастки и анализ качества отливок с использованием ЭВМ: Тез. докл. зональн. научн.-техн. конф. - Рыбинск, 1990. с. 24.

40. Каменский В.В., Матвеенко И.В., Жданов В.В., Алов В.А.. Применение импульсных методов уплотнения смеси для изготовления форм сложных отливок. // Новые формы хозяйствования в литейном производстве: научно-техн. семинар главных металлургов и нач. цехов. Ленинград. 1990.

41. Каменский В.В. Улучшение качества изготовления форм для отливок станин электродвигателей. И ВНТО Машиностроителей. Ярославль. 1990.

42. Матвеенко И.В., Каменский В.В. Концепция создания АСУ-ТП формообразования. // Охрана труда и прогрессивные технологические процессы в литейном производстве порошковой металлургии в машиностроении: тез. докл.

научно-техн. конфер. Чебоксары. 1990. С.139-140.

' «'' '

• vi, -tu !

1 .« *».' & f

43. Матвеенко И.В., Чуносов А.Э., Бельчук B.C., Каменский В.В. Автоматизированная система управления процессами смесеприготовления и формообразования песчано-глинистых смесей. // Современные направления повышения качества литых заготовок при литье в песчаные формы: Материалы научно-технического семинара. Москва. 19-20 апреля 1990.

44. Каменский В.В. Изготовление форм для отливок станин электродвигателей облегченной конструкции с применением динамических методов уплотнения // Материалы совещания секции Минэлектротехприбора СССР " Технология литейного производства".- Ярославль.- май.-1990.

45. Кожемякин С.П., Вдовин К.Н., Каменский В.В., Алов В.А. Разработка оборудования и технологического процесса изготовления четырехсекторных песчано-глинистых форм. // Новые высокопроизводительные технологические процессы, высококачественные сплавы и оборудование в литейном производстве: Материалы НПК. г. Минск. 23-25 октября. 1990.

46. Каменский В.В., Матвеенко И.В., Жданов В.В., Овчинников В.В. Перспективы применения импульсных методов для уплотнения форм отливок станин электродвигателей. // Современные литейные материалы и технология получения отливок: Материалы НТК. - Ленинград, 1991. С.78 - 80.

47. Каменский В.В. Возможности воздушного импульса низкого давления.- Сборник трудов.- МГМУ. г. Магнитогорск,- 2000.

48. Каменский В.В. Прогрессивная технология изготовления корпусных деталей электродвигателей. Материалы НТК.- РГАТА. - Рыбинск - декабрь 2002.

И1 58 57

РНБ Русский фонд

2006-4 14365

Каменский Виктор Васильевич

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук.

«Теоретические основы разработки технологии получения высококачественных отливок со сложной ребристой поверхностью»

Подписано в печать 01 09 2005 г Заказ № 256 31 Тираж 100 экз Мини Типография, св-во серия 76 № 000726884 от 30 марта 2005 г 150040, г Ярославль, ул. Республиканская, 36

Перечень условных обозначений

Введение

Глава 1. Развитие и состояние научно — технической проблемы производства и улучшения качества сложно-профильных ребристых отливок

1.1. Анализ проблемы формообразования в производстве сложно-профильных чугунных отливок

1.2. Анализ развития научных основ формообразования с применением импульсных методов

Выводы по главе 1, цель работы и задачи исследований

Глава 2. Обоснование общих закономерностей и особенностей технологии изготовления отливок со сложной ребристой поверхностью, методологии исследований.

2.1. Анализ и обобщение конструктивно-технологических особенностей ребристых отливок, совершенствование методов формообразования

2.2. Установление общих закономерностей и особенностей параметров форм для отливок со сложной ребристой поверхностью с применением предложенной методологии исследований

2.3. Производственно - экспериментальное исследование и обобщение особенностей физико - механических свойств и состава формовочных смесей

2.3.1. Экспериментальное исследование и применение реологических свойств песчано-глинистых смесей при решении задач данного исследования

Выводы по главе

Глава 3. Развитие теоретических основ и совершенствование метода последовательного прессования для изготовления сложно-профильных ребристых отливок

3.1. Анализ развития и состояния научно-технической проблемы совершенствования метода последовательного прессования

3.2. Развитие представлений о физической модели процесса уплотнения форм методом ППр и экспериментальные исследования закономерностей

3.3. Развитие теоретических основ процесса и разработка методики расчета параметров ППр

Основные результаты по главе

Глава 4. Развитие теоретических основ пневмоимпульсных процессов уплотнения формовочных смесей и разработка конструктивно - технологических решений их применения

4.1. Теоретические и технологические основы моделирования процесса воздушно-импульсного уплотнения формовочной смеси

4.1.1. Развитие научных представлений о физической модели воздушно-импульсного уплотнения формовочной смеси

4.1.2. Реологическая модель формовочной смеси и ее математический вид

4.1.3. Теоретические основы совершенствования математической модели импульсного уплотнения формовочной смеси

4.1.4. Математическая модель рабочего процесса воздушно-импульсной установки

4.1.5. Управление режимом импульсного уплотнения и выбор конструктивно-технологических параметров импульсных машин

4.1.6. Экспериментальные исследования закономерностей и влияния конструктивно-технологических параметров процесса импульсного уплотнения

4.1.6.1. Оборудование экспериментального стенда. Оснастка, смесь, измерительная система

4.1.6.2. Исследование закономерностей процесса импульсного уплотнения и влияния конструктивно-технологических параметров

Выводы по главе 4.

4.2. Развитие теоретических основ процесса уплотнения литейных форм потоком сжатого воздуха и разработка конструктивно - технологических решений его применения

4.2.1. Состояние и развитие физических представлений о процессе уплотнения форм потоком сжатого воздуха

4.2.2. Теоретические исследования фильтрационных процессов и уточнение основного уравнения уплотнения смеси потоком воздуха

4.2.3. Экспериментальные исследования закономерностей и влияния конструктивно-технологических параметров процесса УПВ

4.2.3.1. Исследование закономерностей влияния вент на процесс УПВ и особенностей уплотнения форм для сложно-профильных ребристых отливок

4.2.3.2. Экспериментальное определение конструктивных параметров установок УПВ

4.2.4. Разработка методики расчета и выбора основных конструктивно-технологических параметров установок уплотнения фильтрацией сжатого воздуха с допрессовкой

Выводы по главе 4.

Глава 5. Исследование закономерностей процессов и разработка технологии изготовления сложно-профильных ребристых отливок в формы из холоднотвердеющих смесей

5.1. Состояние и развитие научно-технической проблемы

5.2. Оборудование, приборы, оснастка, материалы, методология и методика экспериментальных исследований

5.3. Исследование закономерностей процессов и разработка технологических решений получения высококачественных отливок

5.3.1. Проведение предварительных экспериментов и анализ результатов

5.3.2. Исследование закономерностей влияния физико-механических свойств компонентов смеси на качество форм и отливок

5.3.3. Исследование влияния плотности форм на качество отливок и обеспечение ее рациональных значений

5.3.4. Управление газовым режимом формы и исследование его влияния на качество отливок

5.3.5. Исследование закономерностей и механизма влияния свойств противопригарных покрытий и способов их нанесения на качество отливок

5.3.6. Исследование влияния типа литниково - питающих систем и режимов заливки на стойкость форм и качество отливок

5.4. Изготовление сложно-профильных ребристых отливок со специальными служебными свойствами

5.5. Развитие теоретических основ процесса вибропрессования форм из ХТС для сложных ребристых отливок

5.6. Охрана труда и решение экологических проблем 278 Основные результаты и выводы по главе

Глава 6. Практическое использование результатов исследований

Необходимость кардинального повышения уровня развития машиностроения ставит ответственные задачи по освоению новых ресурсосберегающих конструкций и технологий, соответствующих мировому уровню. Важнейшей задачей является создание современных экономичных технологий производства высокоэффективного оборудования, эксплуатация которого позволяет значительно снизить потребление электрической, тепловой и др. видов энергии.

К такому оборудованию относятся различные виды электрических машин, компрессоров и теплообменников, применяемых практически во всех областях человеческой деятельности и потребляющих основную часть вырабатываемой энергии. Надежность и экономичность их работы неизбежно влияет на общее состояние энергосистем, экономики и в целом на жизнеспособность народного хозяйства.

Этим определяется потребительский спрос к данному виду продукции, а также постоянное требование рынка к повышению ее технических и функциональных возможностей, что в условиях высокой конкуренции обеспечивается постоянным совершенствованием конструкции и технологии производства.

При создании новых изделий должны учитываться требования внешнего и внутреннего рынков, а также тенденции развития мирового машиностроения:

- получение высоких энергетических характеристик при снижении массы, повышении компактности и надежности в эксплуатации;

- повышение технологичности, высокой степени унификации конструкции, снижение трудоёмкости и достижение минимальных цен;

- снижение сроков освоения новых конструкций и технологий;

- увеличение конкурентоспособности за счет решения вопросов технической эстетики;

- создание таких структур осваиваемых изделий и технологий изготовления, которые позволяют в кратчайшие сроки осуществлять их дальнейшее усовершенствование с учетом возрастающих требований национальных и международных стандартов, потребителей и рынка.

Совершенство этого оборудования во многом определяется конструкцией и качеством ребристой поверхности литых корпусных деталей, обеспечивающих необходимую жесткость при минимальной массе, эффективную передачу тепла и необходимый товарный вид.

Литые заготовки, максимально приближенные по размерам, конфигурации, качеству поверхности и массе к готовым изделиям, позволяют не только уменьшить затраты на механическую обработку, но и повысить важнейшие показатели качества машин, конкурентоспособность, снизить их стоимость. Но возможности совершенствования конструкций таких отливок зависят от уровня развития литейных технологий.

Выполнение разносторонних жестких требований к отливкам со сложной ребристой поверхностью в условиях конкуренции стало острой проблемой всех заводов России, занятых производством продукции, имеющей такие отливки.

Как при производстве отливок большинства других изделий, так и при изготовлении чугунных сложно-профильных ребристых отливок, процесс литья в разовые песчаные формы остается преобладающим. Но наиболее распространенный в России процесс изготовления форм на формовочных машинах с традиционным методом уплотнения смеси (встряхивание с до-прессовкой) перестал отвечать современным требованиям по производительности и качеству получаемых отливок. Другие способы получения форм и отливок оказались недоступны по экономическим или неприемлемы по техническим причинам (пескодувно-прессовое и вибро - прессовое уплотнение песчано-глинистых форм, литье в облицованный кокиль и др.).

Многообразие разносторонних жестких требований к подобным специфическим отливкам породило и многообразие попыток исследователей создать надежную технологию их изготовления в условиях мелкосерийного, серийного и массового производства. Несмотря на их существенный вклад, проблемы изготовления станин ЭД далеки от своего решения.

Анализ работ показывает, что они не всегда имеют глубокий комплексный подход к конкретной проблеме изготовления сложной ребристой отливки, учитывающий особенности конструкции отливок, серийность производства и степень надежности технологии.

Отсутствие единого научного подхода и обобщающих комплексных исследований процессов изготовления сложных ребристых отливок не позволяли максимально использовать для этой цели возможности высокоэффективных методов уплотнения песчаных форм: последовательного прессования (ППр), уплотнения потоком воздуха (УПВ), воздушным импульсом низкого давления (ИНД), формовки с применением холоднотвердеющих смесей (ХТС) и других методов.

Недостаточно изучены основные параметры литейной формы, обеспечивающие получение качественной отливки с высокой степенью надежности технологии, особенности уплотнения литейных форм для сложных ребристых отливок и взаимосвязь параметров процесса уплотнения, геометрии оснастки и свойств смеси.

Установление общих закономерностей и развитие представлений о механизме уплотнения форм современными методами, обобщение результатов и систематизация характера особенностей изготовления высококачественных, конкурентоспособных специфических отливок с высокой степенью надежности процесса представляют несомненный научный и практический интерес.

Решение проблемы имеет важнейшее значение для народного хозяйства и обороноспособности страны, вносит значительный вклад в ускорение научно - технического прогресса как в области технологии литейного производства, литейного машиностроения, так и в области электромашиностроения, энергетики и других отраслей промышленности.

Целью работы является создание и внедрение надежных и эффективных технологических процессов получения высококачественных отливок со сложной ребристой поверхностью.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- установление особенностей влияния геометрических параметров и физико-механических свойств форм на точность сложно-профильных ребристых отливок, чистоту их поверхности и надежность процесса;

- установление экспериментальных и теоретических зависимостей процесса последовательного прессования (ППр), разработка новых технических и технологических решений и теоретически обоснованной методики, позволяющих последовательно и с высокой степенью надежности достигать необходимую позонную плотность форм и высокое качество отливок;

- установление основных теоретических и экспериментальных закономерностей процессов ИНД и УПВ, влияния конструктивно - технологических параметров оборудования, оснастки, свойств смесей и режима уплотнения на качество уплотнения сложных элементов формы;

- исследование закономерностей, разработка и внедрение технологического процесса изготовления особо сложных отливок широкой номенклатуры в формы из ХТС, в т.ч. в многосекторные безопочные формы;

Основными объектами исследований являются:

- отливки станин ЭД, являющиеся в классификации литья характерными типопредставителями наиболее сложных тонкостенных отливок, имеющих многочисленные тонкие ребра с узкими межреберными пространствами (МП), а также ряд других сложно-профильных ребристых отливок;

- характерные песчаные формы с многочисленными (до 78 шт.) тонкими и высокими выступающими элементами, трудно уплотняемыми и наиболее подверженными разрушению при изготовлении формы и заливке;

- оборудование для изготовления форм ППр, ИНД, УПВ, из ХТС;

Предмет исследований: - параметры оснастки, качество форм и отливок, свойства формовочных смесей (ПГС и ХТС), параметры оборудования и режимы уплотнения форм, технологии и процессы изготовления форм и отливок.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Сформулирована и практически подтверждена концепция выбора способов формообразования и параметров литейной формы, позволяющая получать высококачественные отливки со сложным профилем и сложной ребристой поверхностью, заданную надежность и экономичность процесса. Усовершенствованы методы формообразования на основе предложенных решений (А.С.).

2. Уточнены закономерности положительного влияния внешнего трения смеси в узких пространствах оснастки при ППр (эффект доуплотнения обратным движением модели) и возможности получения сложных отливок с высокой степенью надежности.

Расчетно-экспериментальным методом получены и практикой подтверждены влияние и рациональные значения параметров движения оснастки и свойств смеси. На основании новых закономерностей разработана методика расчёта процесса ППр, позволяющая поэтапно определить режим нагруже-ния и плотность элементов формы.

3. Развиты представления о механизме импульсного уплотнения ПГС и уточнена физическая модель, в которой показана важнейшая роль положительного влияния динамической составляющей воздушного потока:

- мгновенное уплотнение верхнего элементарного слоя смеси и создание турбулентности потока, препятствующих фильтрации воздуха в смесь;

- изменение реологических свойств и структуры ФС за счет создания и прохождения звуковой волны;

- переход динамической составляющей в статическую в момент потери вязкости смесью, способствующей снижению энергозатрат на уплотнение и мгновенному увеличению сил инерции, напряжений и плотности смеси;

Экспериментально получены параметры импульсного уплотнения смеси при сетевом давлении сжатого воздуха, подтверждающие решающую роль градиента давления на возможности импульсной формовки. В частности, при градиенте давления dp/dt = 285 МПа/с напряжения в смеси достигают асж = 1,5+1,6 МПа, а минимальная высота уплотняемого столба смеси - около 50 мм.

Получены новые экспериментальные закономерности влияния режимов импульсного уплотнения, параметров оснастки и свойств ФС на уплотнение сложных элементов формы.

Уточнена математическая модель уплотнения ФС: в общую систему введено уравнение движения волнового колебательного процесса, учитывающее динамическую составляющую воздушного потока, и уравнение напряженно — деформированного состояния а(е) с коэффициентами вязкости и упругости. Коэффициенты вязкого сопротивления и упругого восстановления, входящие в уравнение движения, получены из экспериментов от плотности смеси и габаритов оснастки.

4. Получено и подтверждено экспериментально основное уравнение уплотнения ФС воздушным потоком, отличающееся тем, что оно учитывает как силы межфазного трения стационарного потока, так и силы динамической составляющей турбулентных потоков.

Экспериментально установлены новые закономерности влияния площади вент и их расположения в зависимости от сложности модели.

5. Установлен и обобщен комплекс закономерностей при изготовлении сложных ребристых отливок в формах из ХТС. Теоретически и экспериментально установлена и практикой подтверждена определяющая роль в механизме происходящих процессов и образовании дефектов отливок: плотности тонких элементов формы, свойств смеси, состава и метода нанесения противопригарного покрытия, параметров вентиляционных систем, типа литнико-во-питающих систем и режимов заливки.

Экспериментально установлены рациональные параметры процессов, обеспечивающие получение высококачественных отливок с заданной надежностью технологии. Для определения режимов уплотнения ХТС по оснастке с глубокими и узкими пространствами применена предложенная и подтвержденная практикой теоретическая зависимость параметров виброуплотнения.

6. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены особенности и область рационального применения различных методов изготовления форм и отливок в зависимости от геометрии оребрения, массы и серийности производства.

На защиту выносятся:

- результаты исследований закономерностей, уточняющие параметры форм для производства высококачественных отливок со сложной ребристой поверхностью, и новые способы формообразования;

- разработанные конструктивно-технологические решения и методика, позволяющие усовершенствовать метод ППр, получать необходимую плотность форм и высококачественные отливки с заданной надежностью технологии;

- результаты экспериментальных исследований и технология изготовления особо сложных отливок в многосекторные безопочные формы из ХТС;

- уточнение математической модели уплотнения ФС ИНД, учитывающее уравнение движения колебательного процесса смеси с коэффициентами вязкого сопротивления и упругого восстановления, зависящими от плотности смеси и габаритов оснастки;

- основное уравнение уплотнения ФС воздушным потоком, учитывающее упруго-вязкие свойства уплотняемой смеси и силы межфазного трения;

- результаты экспериментально - теоретических исследований процесса уплотнения форм импульсными методами в зависимости от режимов уплотнения, свойств смеси и параметров оснастки со сложной ребристой поверхностью;

Практическая значимость результатов работы.

1. Установлен, обобщен и систематизирован характер особенностей технологии изготовления высококачественных сложно-профильных отливок с заданной степенью надежности процесса. Разработаны рекомендации выбора рациональных методов изготовления форм и отливок в зависимости от геометрии оребрения, массы и серийности производства.

Разработаны методики, графические зависимости и номограммы, позволяющие определять рациональные конструктивно - технологические параметры процессов получения сложно-профильных отливок широкой номенклатуры, обеспечивающие высокое качество изделий и значительное снижение энергопотребления.

2. Предложено направление методологии экспериментальных и опытно - промышленных исследований системы «оснастка - форма - отливка», основанное на применении оснастки с изменяющимся оребрением, диаграмм сравнительного анализа главных факторов и параметров процессов и причинно-следственных диаграмм, позволяющее многократно сократить количество экспериментов, повысить их надежность и достоверность.

3. Созданы условия для производства высокоэффективного конкурентоспособного оборудования, позволяющего значительно снизить потребление энергии.

Реализация теоретических и практических результатов работы.

Основными практическими результатами являются разработанный и внедренный в производство комплекс технологий изготовления высококачественных сложно-профильных ребристых отливок, соответствующих лучшим мировым образцам, а именно:

- внедрены усовершенствованные конструкции отливок с горизонтально - вертикальным и особо сложным оребрением для производства электрических машин улучшенных характеристик;

- разработан, оптимизирован и внедрен состав смесей и покрытий для конкретных способов изготовления отливок;

- усовершенствованы и внедрены технология и оборудование для получения высококачественных форм методом последовательного прессования;

- разработана техническая документация на воздушно-импульсный клапан (на уровне патента), позволяющий получить мощный импульс со временем нагружения 0,002+0,003с. На его базе разработаны и внедрены формовочные машины для изготовления отливок в производстве ЭД;

- решена задача качественного уплотнения форм потоком воздуха с допрессовкой по сложно-профильным моделям с применением единой формовочной смеси с прочностью на сжатие 0,07+0,09 МПа\

- на основе изобретений разработаны принципиально новые конструктивно - технологические схемы изготовления и сборки безопочных форм из ПГС и ХТС для отливок облегченной конструкции. В разработанном формовочном блоке применено защищенное А.С. устройство управления моделью с вертикальным разъемом и разделительной плитой;

- разработаны и внедрены в производство конструкторско - технологические решения изготовления в многосекторные формы из ХТС особо сложных и крупных сложно-профильных ребристых отливок, не уступающих по качеству лучшим мировым образцам;

Практические достижения отмечены бронзовой медалью ВДНХ СССР (1979 г.), золотой медалью ВВЦ РФ (1998 г.).

ОАО «ELDIN» удостоен Почетного Диплома лучшего Российского экспортера 2004 года в номинации "Лучший экспортер отрасли - машиностроение (энергетическое оборудование)". В значительной степени это стало возможным благодаря новым практическим результатам получения высококачественных отливок.

Разработанные конструкторско-технологические решения и рекомендации используются и могут быть использованы предприятиями как в электромашиностроении и энергетике, так и во многих других отраслях промышленности (ОАО «ВЭМЗ» г. Владимир, ОАО «Сибэлектромотор» г. Томск, АМО ЗиЛ, ОАО «Полимермаш» г. Тамбов, НПО «Карбохим» и др.).

Личный вклад автора.

Работа является результатом многолетних исследований автора, проведенных на ОАО «ELDIN» и «МГИУ».

В представленной работе обобщены результаты теоретических, экспериментальных, расчётных, опытно-конструкторских работ, выполненных автором самостоятельно, а также под его научно-техническим руководством сотрудниками ОГМет, ОГК и ЭМО Ярославского электромашиностроительного завода ОАО «ELDIN», и кафедрой «Литейное производство» Московского государственного индустриального университета «МГИУ».

При этом автору принадлежат: постановка проблемы в целом и задач НИР и ОКР; разработка основных идей и направлений проведения НИР и ОКР по модернизации действующих и созданию новых технологий; непосредственное руководство и личное участие в выполнении всех исследовательских работ, принятии решений по результатам НИР и ОКР, внедрении новых и модернизированных технологий в действующее производство.

Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на: VI съезде литейщиков России (2003г.); научно-технических конференциях в городах: Москве (1990, 2005 г.г.), Рыбинске (1990, 2002 г.г.), Ленинграде (1988, 1990, 1991 г.г.), Чебоксарах (1990 г.), Магнитогорске (1988, 1989 г.г.), Челябинске (1988 г.), Одессе (1990 г.), Красноярске (1990 г.), Санкт-Петербурге (2001 г.).

Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 48 работ, получено 7 авторских свидетельств на изобретение и полезную модель и патентов, 3 положительных решения на изобретение, находятся на рассмотрении 5 заявлений на изобретения и полезные модели.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 210 наименований, содержит 331 страницу машинописного текста, включая 132 рисунка, 12 таблиц, и приложения.

Основные результаты и выводы

Диссертационная работа представляет собой комплекс теоретических и экспериментальных исследований, научно обоснованных технических и технологических решений в области изготовления сложно-профильных ребристых отливок и внедрения их в производство. Основные результаты работы сводятся к следующему:

1. На основании анализа и обобщения конструктивно-технологических особенностей отливок со сложной ребристой поверхностью сформулирована и практически подтверждена концепция выбора способов формообразования и параметров литейной формы, позволяющих получать высококачественные отливки со сложным профилем и сложной ребристой поверхностью с максимальным приближением по размерам, конфигурации, чистоте поверхности и массе к готовой детали при заданной надежности и экономичности процесса.

Это позволило уменьшить припуски на механообработку, резко повысить производительность металлообрабатывающего оборудования, конкурентоспособность изделий, снизить их стоимость.

Указанные требования реализованы в одном из важнейших направлений - создание электрических машин нового поколения, соответствующих или превосходящих лучшие мировые образцы.

2. Усовершенствованы методы формообразования из ПГС и ХТС с применением предложенных на уровне изобретений новых устройств и оснастки, позволяющих одновременно уплотнять и собирать все элементы опоч-ных или безопочных форм, значительно повышая надежность технологии производства отливок с горизонтально - вертикальным оребрением и сниженной массой.

Разработанная принципиально новая конструктивно-технологическая схема управления моделью с вертикальным разъемом и разделительной плитой обеспечивает вытяжку моделей с теневыми участками и возможность точной сборки формы.

3. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены особенности и область рационального применения различных методов изготовления форм и отливок в зависимости от геометрии оребрения, массы и серийности производства: ППр, ИНД, УПВ, с применением ХТС.

4. Установлены и обобщены принципиальные отличительные особенности и повышенные требования к параметрам процессов, которые должны учитываться при разработке технологии изготовления отливок со сложной ребристой поверхностью, в т.ч.: рациональная плотность тонких элементов формы, минимальная газотворная способность смеси и минимальная глубина проникновения в форму противопригарного покрытия (газотворного); высокая газопроницаемость и достаточная вентиляция формы; минимальное термическое и механическое воздействие жидкого металла на тонкие элементы формы;

5. Сформулировано и применено направление методологии экспериментальных исследований системы «оснастка - форма - отливка», основанное на применении оснастки с изменяющимся оребрением, диаграмм сравнительного анализа главных факторов и параметров процессов и причинно-следственных диаграмм, позволяющее многократно сократить количество экспериментов, повысить их надежность и достоверность.

6. С применением нового подхода к изучению и анализу влияния конструктивно-технологических факторов на качество форм и отливок и, исходя из требуемой надежности процесса, определены и подтверждены в процессе промышленного производства параметры форм для отливок со сложной ребристой поверхностью, в т.ч. плотности и размеров наиболее опасных участков формы, выполнение которых обеспечивает качественное заполнение смесью и уплотнение, вытяжку модели, сборку и заливку.

7. Уточнены требования и уровень необходимых физико-механических и реологических свойств низкопрочных ФС и их компонентный состав, обеспечивающие получение качественных форм и их стойкость при заливке.

Экспериментально определены упруго-вязкие коэффициенты, зависящие от плотности и входящие в предложенные уравнения уплотнения. Предложены аналитические зависимости, удовлетворительно описывающие экспериментальные кривые этих коэффициентов.

8. Уточнены закономерности положительного влияния внешнего трения смеси в узких пространствах оснастки при ППр (эффект доуплотнения обратным движением модели) и возможности получения сложных отливок с высокой степенью надежности.

Расчетно-экспериментальным методом получены и практикой подтверждены влияние и рациональные значения параметров движения оснастки и свойств смеси. На основании новых закономерностей разработана методика расчета параметров ППр, позволяющая поэтапно определить режимы процессов и плотность элементов формы.

Новые конструктивно-технологические решения позволили исключить характерные для ППр дефекты форм и отливок, многократно повысить надежность процесса, размерную точность и чистоту поверхности отливок.

9. Развиты представления о механизме импульсного уплотнения ПГС и уточнена физическая модель, в которой показана важнейшая роль положительного влияния динамической составляющей воздушного потока:

- мгновенное уплотнение верхнего элементарного слоя смеси и создание турбулентности потока, препятствующих фильтрации воздуха в смесь;

- изменение реологических свойств и структуры ФС за счет создания и прохождения звуковой волны;

- переход динамической составляющей в статическую в момент потери вязкости смесью, способствующей снижению энергозатрат на уплотнение и мгновенному увеличению сил инерции, напряжений и плотности смеси;

- показано, что дальнейшее развитие импульсной формовки должно идти по пути снижения длительности импульса за счёт повышения быстродействия привода и увеличения проходного сечения клапана, рационального использования отработанного воздуха.

10. Уточнена математическая модель уплотнения ФС ИНД: в общую систему введено уравнение движения волнового колебательного процесса, учитывающее динамическую составляющую воздушного потока, и уравнение напряженно - деформированного состояния с(е) с коэффициентами вязкости и упругости. Коэффициенты вязкого сопротивления и упругого восстановления, входящие в уравнение движения, получены из экспериментов от плотности смеси и габаритов оснастки.

11. Получены новые результаты экспериментальных исследований влияния конструктивно-технологических параметров оборудования и оснастки на процесс импульсного уплотнения:

- для предложенной конструкции конусного импульсного клапана (А.С.) и давлении в ресивере 0,55+0,6 МПа скорость подъёма давления над смесью достигает 285 МПа/с при времени открытия клапана 2+3 мс и не зависит от начальной плотности и высоты столба смеси; скорость движения свободной поверхности смеси достигает 25+30 м/с, давление на модельную плиту достигает а = 1,85 МПа при градиенте до 900 МПа/с; низким воздушным импульсом можно качественно уплотнить и формы малой высоты (около 50 мм);

- установлены закономерности изменения напряжений и деформаций по времени и по высоте формы при различных режимах уплотнения, в т.ч. при уплотнении форм для сложных ребристых отливок. При этом определены рациональные параметры оснастки, геометрии оребрения и режимов уплотнения, позволяющие уточнить механизм и возможности уплотнения форм ИНД, области рационального применения;

12. Получено и подтверждено экспериментально основное уравнение уплотнения ФС воздушным потоком, отличающееся тем, что оно учитывает как силы межфазного трения стационарного потока, так и силы динамической составляющей турбулентных потоков.

13. Получены новые результаты экспериментальных исследований влияния конструктивно-технологических параметров оборудования и оснастки на процесс уплотнения форм потоком воздуха, позволяющие уточнить механизм и возможности процесса, расширить области рационального применения:

- показано, что установка вент в зазорах между ребрами существенно повышает коэффициент, характеризующий отношение высоты МП к его ширине и расширяет границы применения процесса УПВ для изготовления геометрически сложных отливок и снижения в них уклонов. Но по контуру моделей и опоки увеличение площади вент допустимо только до определенного предела. Установлены рациональные границы площади вент и их расположения в технологической оснастке в зависимости от ее сложности.

- получены зависимости, показывающие изменение давления воздуха как в различных горизонтальных слоях уплотняемой формы, так и изменение давления по высоте опоки, что имеет важнейшее значение для обеспечения равномерной плотности сложных элементов формы по высоте и качества отливок;

- установлены закономерности, факторы и причины подрыва тонких элементов формы при протяжке модели, отсутствия четкого отпечатка по контуру оребрения на ладе полуформы.

С целью повышения надежности технологии разработано и защищено патентом конструкторско-технологическое решение по применению протяжной плиты.

14. Впервые в Российской практике разработаны и внедрены научно-обоснованные технические и технологические решения производства высококачественных конкурентоспособных отливок со сложной ребристой поверхностью в формы из отечественных холоднотвердеющих смесей, в т.ч. в многосекторные безопочные формы.

15. Установлен и обобщен комплекс закономерностей, обуславливающих возникновение характерных для ХТС дефектов - трещин и разрушений форм, просечек и металлизированного пригара. Установлены основные условия, которые должны соблюдаться при разработке технологии литейной формы из ХТС для сложно-профильных ребристых отливок.

Объяснена и подтверждена экспериментально определяющая роль в обеспечении надежности процесса и чистоты поверхности отливок плотности сложных элементов формы; вязкости, плотности, проникающей способности ППП; вентиляции форм и режимов заливки. Установлены их рациональные значения и метод достижения.

Установлены рациональные и предельно-допустимые параметры состава и свойств ХТС, их комплексное влияние на физико-механические свойства форм и качество отливок.

На основе предложенной теоретической зависимости параметров виброуплотнения установлены рациональные режимы уплотнения ХТС по оснастке с глубокими и узкими пространствами.

Предложены и внедрены новые конструктивно - технологические решения, обеспечивающие высокую надежность внедренной технологии, высокое качество и низкую себестоимость отливок, в т.ч.: фиксация элементов безопочной формы, способ подвода металла и вентиляции формы, состав покрытия формы и способ его нанесения, применение ВЧШГ без применения прибылей, термокаталитическое обезвреживание газов.

Таким образом, использование теоретических положений и результатов экспериментальных исследований позволили разработать и внедрить новые технические и технологические решения, поднять на качественно новый уровень производство отливок со сложной ребристой поверхностью, обеспечить выпуск высококачественных, конкурентоспособных изделий, соответствующих лучшим мировым образцам по всем основным характеристикам. '

Положительные результаты исследований и реального производства являются решением чрезвычайно важной проблемы создания и освоения производства нового высокоэффективного энергосберегающего оборудования.

310

1. Гуляев Б.Б. Литейные процессы. М.-Л.: Машгиз. 1960. С. 416

2. Попов В.И., Ахунов Т.А., Макаров Л.Н. Современные асинхронные электрические машины: новая Российская серия RA. // М.- Изд-во "Знак".-1999.- 256 с.

3. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник. Кравчик А.Э., Шлаф М.М., Афонин В.И. и др. // -М. Энергоиздат. 1982. С. 16.

4. Радин В. И. Рождение серии // Наука и жизнь. 1979. № 4. С. 38-44.

5. Кудряков Е.А., Киселев В.Н. Четырехсекторные кокили и прессфор-мы для литья станин электродвигателей.// Электротехническая промышленность. 1981. вып. 2. С. 6-7.

6. Черных В. Как развязать гордиев узел. Наука и техника, 1974, № 9. С. 9-10.

7. Асинхронные двигатели общего назначения // Под ред. В.М. Петрова и А.Э. Кравчика. М. 1980. 488 с.

8. Алимов Е.В., Иоффе М.А., Корнюшкин О.А. Выбор способов формообразования чугунных отливок деталей асинхронных электродвигателей. // Технология электротехнического производства. 1979. № 6. С. 5-9.

9. Алимов Е.В., Гуляев Б.Б., Корнюшкин О.А. и др. Изготовление форм ребристых отливок станин электродвигателей пескодувно-прессовым методом. // Литейное производство. 1976. № 8. С. 27-28.

10. Алимов Е.В., Корнюшкин О.А., Гуляев Б.Б. и др. Выбор оптимального способа формовки ребристых станин электродвигателей. // Литейное производство. 1979. № 1. С. 18-20.

11. Рабинович Б.В., Дьяконов Ю.К., Койлер С.Н. и др. Формовка чугунных станин электродвигателей последовательным прессованием. // М.: Технология электротехнического производства. 1979. Вып. 9 (124).

12. Рабинович Б.В., Дьяконов Ю.К., Пепенко В.Д., Койлер С.Н. Дифференцированное последовательное двустороннее прессование форм моделью, протяжной и прессовой плитами. // Литейное производство. 1982. № 4. С. 16-18.

13. А.с. № 515570 СССР, МКИ В22С11/02, МКИ В22С15/08. Трехпози-ционная машина для изготовления форм./ Г.М. Гольдринг, С.Н. Койлер, В.Ф. Лосев, В.Д. Пепенко, Е.И. Платов, Б.В. Рабинович, Ю.В. Саханович. 1976. БИ. № 20.

14. А.с. № 265380 СССР, МКИ В22С15/02. Способ изготовления литейных форм прессованием./ Рабинович Б.В., Резинских Ф.Ф. 1970. БИ. № 10.

15. А.с. № 602079 СССР дополнительное к а.с. № 265380, МКИ В22С15/02. Способ изготовления форм прессованием/ С.Н. Койлер, Б.В. Рабинович, Ю.К. Дьяконов, М.М. Проворов. Заявлено 25.11.75: Непубликуе-мое.

16. Рабинович Б.В. Последовательное прессование. // Литейное производство. 1974. № 4. С. 4-7.

17. Последовательное прессование форм отливок станин электродвигателей./ Жданов В.В., Марченко Т.А., Хохлов В.М., Дьяконов Ю.К. // Опыт совершенствования процессов формовки. Л.: ЛДНТП. 1980. С. 55-59.

18. Повышение качества и точности отливок станин электродвигателей./ Жданов В.В., Марченко Т.А., Назаров Б.Н., Неверова Т.Н.// Точность отливок и эффективность литейного производства. Л.: ЛДНТП. 1981. С. 4448.

19. А.с. 864661 СССР. МКИ В22С15/02. Машина для изготовления литейных форм.- В.Ф. Данилевский, В.Д. Пепенко, М.Г. Серебро- Заявлено 14.06.79.- Регистр. 14.05.81.

20. Нисневич М.С., Алимов Е.В., Иоффе М.А. Эффективность автоматизации технологических процессов изготовления отливок. Электротехничеекая промышленность. Серийная технология электротехнического производства. Москва. 1983. Вып. 9 (172). С. 1-2.

21. Алимов Е.В., Иоффе М.А., Гладышевский Г.И. и др. Технологические особенности изготовления форм для отливок станин и щитов электродвигателей пескодувно-прессовым методом.// Технология электротехнического производства. 1982. № 4. С. 4-6.

22. Иоффе М.А., Корнюшкин О.А., Алимов Е.В. и др. Исследование точности отливок методами математической статистики.// Технология электротехнического производства. 1983. № 7. С. 1-2.

23. Лавров В.М., Сойфер В.М., Баскаева Ф.К. Новые технологические процессы формообразования отливок станин асинхронных двигателей за рубежом. //М., Технология электротехнического производства. 1980. № 1 (128). С. 5-6.

24. Кантор П.И. Современное состояние и перспективы развития литья в оболочковые формы. // Технология и оборудование литейного производства. М. 1978. №48. С. 7-16.

25. Бейзер Г.Н., Дунер Е.И., Гайдуков А.А. Детали электродвигателей, изготовленные в кокилях. // Литейное производство. 1981.- № 9.- С. 36 37.

26. Гайдуков А.А. Новый высокомеханизированный литейный цех.// Механизация и автоматизация литейных работ на предприятиях Министерства электротехнической промышленности СССР. М.: Информэлектро. 1973. С. 27-30.

27. Алимов Е.В., Гуляев Б.Б, Корнюшкин О.А. Выбор рациональных способов формообразования сложных чугунных отливок в условиях массового производства.// Снижение материалоёмкости при изготовлении литых заготовок. Л.: ЛДНТП. 1974. С. 8-9.

28. Алимов Е.В, Смирнов Ю.В., Гуляев Б.Б, Корнюшкин О.А. Оптимизация способов формообразования отливок в условиях массового производства.// Прогрессивные методы изготовления литейных форм и стержней. Л.: ЛДНТП. 1975. С. 17-20.

29. Алимов Е.В., Иоффе М.А., Прихожий В.Д., Корнюшкин О.А. Анализ влияния технологических факторов на точность отливок массового производства.// Точность отливок и эффективность литейного производства. Л.: ЛДНТП. 1981. С. 30-34.

30. Аксенов П.Н. К вопросу о выборе давления прессования.// Литейное производство. 1966. № 12. С. 19-20.

31. Zvetkoff Z. Du Herstellung kastenloser Iiebformenn aus land -ton-Ieneisehen durch Hochdruchpressen.// Iiesseneitechnich. 1965. 2. № 4.

32. Цветков Ц. Производство отливок электродвигателей в формах, изготовленных прессованием под высоким давлением.// Машиностроение. 1966. 15. №7 (Болг.)

33. Гуляев Б.Б., Корнюшкин О.А. Уплотнение форм прессованием// Специальные способы литья. Л.: Машиностроение. 1971.

34. Орлов Г.М. Автоматизация и механизация процесса изготовления литейных форм. М.: Машиностроение. 1988. С. 264

35. Орлов Г.М. Выбор метода уплотнения сырых форм.// Литейное производство. 1989. № 9. С. 8-9.

36. Patern-flow motorway. Automatic moulding plant installed at Guseise-nelementen fun Elektromotoren// Giesereitechnich. 1971. 44. УШ. № 4 (без автора).

37. Проспект фирмы PROCENTO METALLURGI. Vsetin spol. s г.о. Чехия. 2000.

38. Шуляк B.C., Бобряков Г.И., Григорян К.А. и др. Литье по газифицируемым моделям. Состояние и перспективы развития. // Литейное производство. 1997. № 10.

39. Кожемякин С.П., Алов В.А., Святкин Б.К. Изготовление тонкостенных чугунных отливок в кокилях с расплавляемой облицовкой.// Литейное производство. 1985. № 4. С. 17-18.

40. Кожемякин С.П., Святкин Б.К. и др. Технология и оборудование для изготовления тонкостенных чугунных отливок в кокилях с расплавляемой облицовкой. Э.И. сб. НИИМАШ. М. 1984. вып. 4. С. 15.

41. Кожемякин С.П., Ольховой JI.C., Алов В.А. и др. Опытно-промышленное опробование технологии получения тонкостенных ребристых чугунных отливок в кокилях с расплавляемой облицовкой. Деп. НИИМАШ. Б.У. ВИНИТИ. 1984. № 4. С. 3. БУ № 333 МШ-Д83.

42. Корнюшкин О.А., Евстафьев И.Н., Фомченко С.И., Гуляев Б.Б. Выбор рациональных режимов уплотнения литейных форм.// Применение вибрации в литейном производстве. JL: ЛДНТП. 1971. С. 3-9.

43. Изготовление отливок корпусов электродвигателей по пенополи-стироловым моделям в магнитных формах.// Механизация и автоматизация литейных работ на предприятиях Министерства электротехнической промышленности СССР. М.: Информэлектро. 1973. С. 76-78.

44. Крещенский П.И., Соколов Е.А., Смородина Э.С., Любарский М.А. Отливки в кокиль станин электродвигателей // Технология изготовления заготовок в машиностроении. М. Машиностроение. 1971.

45. Проспект фирмы HWS. Германия. Бад Лаасфе. 2001.

46. Проспект фирмы POCENTO-METALURGIE spol. s.r.o. Чехия. 2001.

47. Ершов Г.С., Филатов Г.П. Применение легких сплавов для оболочек электродвигателей. Обзорная информация. Серия электрические машины. Вып. 12 (58). 1975. С. 12-14.

48. Ершов Г.С., Филатов Г.П., Касаткин А.А. и др. Алюминиевые сплавы для отливки станин электродвигателей.// Обзорная информация. Серия электрические машины. Вып. 2 (72). 1977. С. 14.

49. Скарбинский М. Конструирование отливок. Пер. с польск. М.-М.: Машгиз. 1981. С. 20-24.

50. Бакулев А.А., Бессчетнов А.П., Гайдуков А.А. и др. Снижение трудоемкости изготовления кокилей.// Литейное производство. 1981. № 9. С. 3637.

51. А.с. 582895 (СССР). Кокиль для получения полых фасонных отливок/ Г.Н. Бейзер, А.А. Гайдуков, Е.И. Дунер и др. Опубл. в Б.И. 1977. № 45.

52. Boenisch D. Besonderheiten der Gasdruckverdichtung von NaBguBsanden Teil 1. Giesserei. 1982. 69. № 21. S. 593-598.

53. Березюк В.Г. Разработка процесса изготовления форм из низкопрочных песчано-глинистых смесей энергией сгорания газов. Дисс.канд.техн.наук. М.//ВТУЗ-ЗИЛ. 1986. С. 211.

54. Boenisch D. Impact Compaction of green sand moulds. // Foundry management and Technology. 1983. III. № 7. P. 54-57.

55. Патент № 640437 A5, Швейцария. 14.11.1979.

56. Патент № 648498, Швейцария.Способ уплотнения формовочных смесей / Х.Танне. Заявл.6.11.80. № 8235/80. Опубл. 29.03.85. МКИ В22С15/22.

57. Патент № 640437, Швейцария. Способ и устройство для уплотнения формовочной смеси/К. Фишер, Р. Штайнеман, X. Таннер. Заявл. 14.11.79.,№ 10150/79, опубл. 13.01.84. МКИ В22С15/00.

58. Патент № 980605, СССР. Способ и устройство для уплотнения смеси/ К. Фишер, Р. ШтейнеманД. Таннер. Заявл. 14.12.79.,№ 2851658/22-02, опубл. 7.12.82 в Б.И., 1982,№ 45, МКИ В22С15/22.

59. Заявка 59-66949, Япония. Установка для импульсной формовки/ М. Макото, У. Нагато, К. Иосихару. Заявл. 10.82, № 57-177129, опубл. 16.04.84. МКИ В22С15/02

60. Илюхин В.Д., Чуносов А.Э., Сухарев А.Б., Каменский В.В. Получение форм для ребристых отливок методом газоимпульсной формовки // Литейное производство и автомобилестроение. Межвузовский сборник научных трудов. Москва. 1989. С. 32-37.

61. Анашенко А.А., Иванов С.В. Механизм уплотнения формочных смесей способом воздушного прессования. //Вестник ХПИ. 1968. № 26/74. С. 53-58.

62. Марченко И.К., Бирюков С.П., Васильковский В.Л и др. Изготовление крупных форм импульсным уплотнением. // Литейное производство. 1989. № 6. С. 23-24.

63. Коротун А.Н., Бирюков С.П., Коротун С.А. Развитие работ по импульсной формовке в НИИ «Литмаш» // Литейное производство. 2001. № 5. С. 35-36.

64. Подуздиков А.Ф., Ковригин О.С. Надежное отечественное оборудование для импульсной формовки. // Литейное производство. 1997. № 7. С. 33-34.

65. Солоха В.Н., Ватков B.C., Тищенко В.Д. Автоматическая линия импульсной формовки // Литейное производство. 1989. № 6. С. 25-26.

66. Шевченко А.И. Опыт эксплуатации установок импульсной формовки // Литейное производство. 1989 № 6. С. 24-25.

67. Савченко А.Г., Коваленко В.И. Определение уровня шума при импульсной формовке и выбивке литейных форм. // литейное производство. 1983. №7. С. 37.

68. Матвеенко И.В., Булгаков С.В. Математическая модель газоимпульсного формообразования. Разработка технологических процессов литья, проектирование оснастки и анализ качества отливок с использованием ЭВМ. Ярославль. ЯРПИ. 1990. С. 13-15.

69. Васильковский Л.Ф., Манакин A.M., Абросимов Н.Н. технология изготовления литейных форм импульсным способом.// Импульсный способ уплотнения литейных форм. М.// НИИИнформтяжмаш. 1970. С. 3-111.

70. Васильковский Л.Ф. Импульсная формовка и перспективы ее внедрения//Литейное производство. 1980 № 3. С. 14-16.

71. Радин И.А. Экспериментальное исследование уплотнения литейных форм ударом потока сжатого воздуха // Изв. вузов. М.// Машиностроение. 1965. №7.

72. Орлов Г.М. Современные процессы уплотнения сырых песчано-глинистых форм.//Литейное производство. 1983. № 4. С. 19-20.

73. Патент № 3202395 (ФРГ). Способ и устройство для пневматического уплотнения формовочной смеси// А. Кабель, Н. Дамм. Заявл.26.01.82. Опубл. 26.08.82. МКИВ22С5/00.

74. А.С. № 908483 (СССР). Способ изготовления литейных форм./ Г.М. Орлов, Б.П. Благонравов, С.Н. Казанцев и др. Заявл. 25.06.80. № 2946348/2202. Опубл. 28.02.82. в Б.И, № 8 В22С15/22.

75. Казанцев С.Н., Бдагонравов Б.П., Козлов С.Н. Исследование действия воздуха при импульсном процессе уплотнения // Литейное производство в автомобилестроении. М. 1982. С. 44-50.

76. Матвеенко И.В., Бельчук B.C. Уплотнение сырых песчано-глинистых смесей импульсом сжатого воздуха // Литейное производство. 1989. №6. С. 22-23.

77. Каменский В.В. Возможности воздушного импульса низкого давления.- Сборник трудов.- МГМУ. г. Магнитогорск.- 2000.

78. Каменский В.В. Воздушно-импульсная формовка низкого давления: возможности и перспективы. Тезисы доклада Всероссийской научнопрактической конференции "Литейное производство сегодня и завтра". ГТУ.~ г. Санкт-Петербург. 26-28 июня 2001.

79. Болдин А.Н. Анализ особенностей изготовления форм с использованием импульсов формовки.//Литейное производство. 1989. №6.

80. Boenisch D., Daeme К. Formstoffe, Formmaschinen und Formstoffpriifung zur Optimierung der Impulsverdichtung Giesserei. 1985. № 10. S. 381-393.

81. Васильковский Л.Ф. Механизм и условия деформации смеси при импульсном способе формообразования.// Литейное производство. 1987. № 3. С. 12-14.

82. Гейдебрехов Г.А. Исследование влияния конструктивно-технологических параметров процесса импульсной формовки на качество литейной формы. Дисс. канд. техн. наук. Краматорск. 1979.

83. Formverdichtung nach dem Luft-Impuls-Venfahren // Giessenerei. 1982. 69. №21. S. 628.

84. Шеклеин H.C. Разработка и выбор оптимальных составов формовочных смесей с применением методов реологии. Дисс. канд. техн. наук. М. //ВТУЗ-ЗИЛ. 1985.

85. Матвеенко И.В., Бельчук B.C. Определение оптимальных параметров импульсной формовки// Литейное производство. 1990. № 8. С. 12.

86. Бельчук B.C. Разработки метода управления процессом уплотнения литейных форм на основе реологии формовочных смесей. Дисс. канд. техн. наук. М. ВТУЗ-ЗИЛ. 1989.

87. Матвеенко И.В. Современные тенденции развития импульсной формовки. Сборник трудов МГИУ. М. 1996. С. 109-115.

88. Матвеенко И.В., Бельчук B.C. Уплотнение сырых песчано-глинистых смесей импульсом сжатого воздуха. //Литейное производство. 1989. №6. С. 22-23.

89. Матвеенко И.В., Шеклеин Н.С., Кузембаев С.Б. Реологическое и математическое моделирование импульсных методов уплотнения. Учебное пособие. М. Завод-ВТУЗ. 1986. С. 97.

90. Шалимова М.А. Компьютерное моделирование высокопрочных процессов уплотнения литейных форм. Дисс. канд. техн. наук. М. МГИУ. 1998.

91. Кузембаев С.Б. Разработка и экспериментальное опробование процесса и установки воздушно-импульсного уплотнения песчано-глинистых форм. Дисс. канд. техн. наук. М. ВТУЗ-ЗИЛ. 1987.

92. Матвеенко И.В., Шалимова М.А. Компьютерное моделирование процессов уплотнения песчаных литейных форм.//Сборник научных трудов МГИУ. 1997. С. 87-90.

93. Волкомич А.А., Маскин А.А., Спицкий В .П., Благонравов Б.П., A.M. Рожков. Импульсное уплотнение формовочной смеси. // Литейное производство. 1998. № 2-3. С. 15-17.

94. Орлов Г.М., Благонравов Б.П. Механизм импульсного уплотнения. // Литейное производство. 1992. № 10. С. 4-5.

95. Орлов Г.М. Математическое моделирование на ЭВМ процесса импульсного уплотнения форм. // Литейное производство. 1985. № 11. С. 6-7.

96. Маскин А.А. Развитие представлений о механизме уплотнения форм и разработке методов моделирования рабочих процессов и технологии получения форм с использованием импульса сжатого воздуха. Дисс. канд. техн. наук. М. МАМИ, 2000.

97. Коротченко А.Ю., Конышев А.В., Вербицкий В. И. Реологическая модель динамического уплотнения формовочной смеси. Литейное производство. 1989. № 8.

98. Коротченко А.Ю. Уточнение математической модели импульсного уплотнения смеси. Литейное производство. 1993. № 3. С. 22 23.

99. А.С. № 13938. Корпус электрической машины. / Ахунов Т.А., Тихонов Н.Т., Макаров Л.Н., Каменский В.В., Стародумов В.В. // Регистр. 10.06.2000г.

100. Патент РФ № 41204 на полезную модель "Корпус электрической машины" / Ахунов Т.А., Тихонов Н.Т., Макаров Л.Н., Каменский В.В. Шиш-менцев В.П., Доронин А.П., // приоритет 02.06.04.

101. Каменский В.В. Изготовление станин электродвигателей в без-опочных многосекторных формах из холоднотвердеющих смесей. /Известия ВУЗов. М. МИСИС. - 2004 - № 11. - С. 54-56.

102. Каменский В.В., Матвеенко И.В. Вибропрессование форм из холоднотвердеющих смесей для ребристых отливок станин электродвигателей./ Литейное производство.-2005- № 2 С. 18-19.

103. Беляков А.И., Петров Л.А., Каменский В.В., Ахунов Т.А. Получение чугуна с шаровидным графитом «ЛС процессом». / Литейное производство.- 1997-№ 5 - С. 20-21.

104. Беляков А.И., Петров Л.А., Каменский В.В. и др. Технология получения ЧТТТГ «ЛС-процессом». / Литейное производство 1998 - № 11-С.20 -21.

105. А.С. № 1251421. Оснастка для изготовления литейных форм объемным прессованием // Л.Н. Макаров, И.М. Чебурахин, В.В. Каменский и др. //Регистр. 02.01.1984г.

106. А.С. № 1832589. Устройство для изготовления литейных форм объемным прессованием // В.В. Каменский, А.И. Попов, В.И. Киселев, И.В. Матвеенко и др. //Регистр. 13.10.1992.

107. Островерхов В.Ю., Каменский В.В., Молев В.Н. Литейная постоянная модель. Положительное решение на выдачу авторского свидетельства СССР № 4859999/02 от 25.06.1991.

108. Островерхов В.Ю., Каменский В.В., Молев В.Н. Литейная постоянная модель. Положительное решение на выдачу авторского свидетельства СССР № 4866261/02 от 28.08.1991.

109. В.В. Каменский. Перспективы и возможности изготовления корпусов электродвигателей. Материалы 6 Съезда литейщиков России.-2003. Екатеринбург.

110. Романов А.Д. Исследование процесса уплотнения формовочной смеси встряхиванием с одновременным прессованием при изготовлении форм для отливок корпусов электродвигателей. Дисс. канд. техн наук. Л. ЛПИ, 1974.

111. Романов А.Д., Корнюшкин О.А., Гуляев Б.Б. Исследование технологических возможностей различных методов уплотнения форм ребристых цилиндров.// Литейное производство. 1974. № 3. С. 19-21.

112. Алимов Е.В. Разработка методики выбора и исследование способов формовки сложных отливок массового производства. Дисс. канд. техн. наук. Л. ЛПИ. 1977. С. 191.

113. Гуляев Б.Б., Корнюшкин О.А., Кузин А.В. Формовочные процессы. М. Л. 1987. 264 с.

114. Иоффе М.А. Исследование напряженно-деформированного состояния формовочной смеси при изготовлении форм для отливок деталей электродвигателей. Дисс. канд. техн. наук. Л. ЛПИ, 1976.

115. Матвеенко И.В., Булгаков С.В., Ботов А.П. Влияние конструктивно-технологических параметров экономичных газоимпульсных формовочных машин на качество форм. Пути повышения качества и экономичности литейных процессов./Юдесса. ОПИ, 1990. С. 51-52.

116. Зайцев А.В., Лосицкая Т.М., Сапрыкин В.Ю. и др.//Применение хакасского бентонита в литейных цехах КамАЗ Металлургия //Литейное производство.-2003 .-№ 12. С. 11-12.

117. Кожеметьев А.П., Васильев Н.И., Кузьмин Н.Н. и др.//Опыт применения хакасского бентонита в металлургическом производстве ОАО "АВТОВАЗ" // Литейщик России.- 2003 .-№ 5. С. 31-33.

118. Матвеенко И.В. Основы реологии формовочной смеси. Учебное пособие. МГИУ. М. 2003. 78 с.

119. Кухлинг X. Справочник по физике: Перевод с немецкого М.: Мир, 1982, 520 с.

120. А.с. № 846058 СССР, МКИ В22С7/04. Модельная оснастка // Б.В. Рабинович, В.Д. Пепенко, Ю.К. Дьяконов, С.Н. Койлер. Заявлено 14.06.79. опубл. 1981. Бюл. №26.

121. А.с. № 1087246 СССР, МКИ В22С7/00. Модельная оснастка для изготовления литейных полуформ методом последовательного прессования // С.Н. Койлер, Ю.К. Дьяконов, Б.В. Рабинович, Г.С. Товба. Заявлено 07.10.76. опубл. 1983. Бюл. № 15.

122. Рабочая методика исследования оптимальных параметров уплотнения форм, изготовленных методом последовательного прессования // ХФ ВНИИЛИТМАШ, тема 076-77. Харьков.- 1977.

123. А.с. № 1Ю8020 СССР. МКИ В30В15/26. Система управления гидравлическим прессом // В.Д. Истомин, Б.П. Куликов, В.А. Хрестин. Заявлено 21.02.83. опубл. 1984.

124. Матвеенко И.В., Бельчук B.C., Каменский В.В. Реологическая концепция и требования к АСУТП смесеприготовления и формообразования. // Литейное производство. 1990. №10. С. 13-15.

125. Шеклеин Н.С. Разработка и внедрение метода исследования реологических свойств и оптимизация состава формовочной смеси. Дисс. канд. техн. наук. М. ВТУЗ при ЗИЛе. 1985.

126. Формовочные линии фирмы «Генрих Вагнер Синто» сегодня. Литейное производство. 1996, № 1 с 21-25.

127. Волкомич А.А., Маскин А.А., Спицкий В.П., Благонравов Б.П., Рожков A.M. Импульсное уплотнение формовочной смеси. // Литейное производство. 1998. №2. С. 15-17.

128. Лейбензон Л.С. Движение жидкости и газов в пористой среде. М. Гостехиздат, 1974. 244 с.

129. Серебро B.C. Основы теории газовых процессов в литейной форме. М. Машиностроение. 1991. 205 с.

130. Патент № 1822360. Формовочная машина. В.В. Каменский, В.Н. Молев, В.Ф. Нефедов // Регистр. 12.10.1992г.

131. Кожемякин С.П., Вдовин К.Н., Каменский В.В. Автоматическая карусельная линия изготовления безопочных четырехсекторных песчаных форм. //51-я научно-техн. конфер. Магнитогорск. 1989.

132. Матвеенко И.В., Каменский В.В. Изготовление безопочных форм воздушным импульсом // Промышленность отопительного оборудования. Экспресс обзор, вып. 6, серия 10 - М.: ВНИИЭСМ, 1991. С. 13 -23.

133. Проспект ф. PROCENTO METALLURGI spol. s г. о. Czech Republic Vsetin. 2002.

134. Ромашкин В.Н. Трещиностойкость самотвердеющих формовочных смесей // Литейщик России. 2003. - № 2.

135. Кваша Ф.С. Современные методы предотвращения просечек в отливках, изготовляемых с применением холоднотвердеющих песчано смоляных смесей // Литейное производство.- 2003. - № 12.

136. Кваша Ф.С., Туманова Л. П. Современные методы предотвращения просечек в отливках, изготовляемых с применением холоднотвердеющих песчано смоляных смесей // Литейное производство.- 2003. - № 12.

137. Foundriman, Januari. 2001.

138. Пат. 1078666, Великобритания, В22С.

139. Пат. DE 19609539А1, Германия, В 22 С 1/12.

140. Пат. 4735973, США, С 08 К 3/22.

141. Колпаков А.А., Зуев М.А. и др.// Освоение производства отливок блока цилиндров дизельного двигателя на ОАО "ГАЗ "// Литейщик России. -2002. -№3.

142. Ромашкин В.Н.// Трещиноустойчивость самотвердеющих формовочных смесей // Литейное производство.- 2002. № 8.

143. Schroder А. // Gisserei Forschung. - 1979. - № 4.

144. Жуковский С.С., Лясс А. М. Формы и стержни из холоднотвердеющих смесей. Москва.- Машиностроение. 1978.

145. Жуковский С.С., Кузнецов Д.А.,Слепнев Г.М.// Применение а set - процесса при производстве стальных арматурных отливок на Чеховском заводе энергетического машиностроения // Литейщик России. - 2002. - № 4.

146. Жуковский С.С. // Холоднотвердеющие смеси в современных технологиях изготовления стержней и форм // Литейщик России. 2002. - № 3.

147. Ромашкин В.Н. // Особенности формирования прочности сцепления противопригарных покрытий с поверхностью формы в процессе высыхания // Литейщик России. 2003. - № 8.

148. Ромашкин В.Н. // Особенности формирования прочности сцепления противопригарных покрытий с поверхностью формы // Литейщик России. 2003. -№ 7.

149. Чикунов В.М. // Что такое No-bake? // Литейщик России. 2002.3.

150. C-J. Nybergh // AlpHaset процесс и его использовании в России // Литейщик России. 2002.- № 3.

151. Тепляков С.Д.// Анализ процессов изготовления стержней и форм из химически твердеющих смесей // Литейщик России. 2002.- № 4.

152. Тепляков С.Д.// Повышение живучести смесей для Cold-box-amin-процесса // Литейщик России. 2003.- № 10.

153. Болдин А.Н. // Уплотнение формовочной смеси вибрацией // Литейное производство.- 1999. № 2.

154. Болдин А.Н.// Влияние частоты нагружения на деформационные характеристики смеси // Литейное производство.- 1997. № 4.

155. Ровин С.Л., Нелюб И.А., Каменский В.В. Изготовление литейной оснастки из пластполимерных материалов./ Литье и металлургия. Беларусь.-Февраль 2003-С. 52-54.

156. Ровин С.Л., Нелюб И.А., Каменский В.В. Изготовление литейной оснастки из полимерных материалов./ Литейное производство.-2004-№ 12 -С. 7-8.

157. Давыдов Н.И. // Противопригарные покрытия для песчаных стержней и форм // Литейщик России. 2002. - № 4.

158. Скловский М.И., Смоленцева Н.Т., Валисовский И.В., Ромашкин В.Н. // Самовысыхающие противопригарные краски // Литейщик России.2001.-№3.

159. Шебатинов М.П., Абраменко Ю.Е., Бех Н.И. // Высокопрочный чугун в автомобилестроении // М.-Машиностроение.-1988.

160. Чугун // Справочник под ред. А.Д. Шермана, А.А. Жукова // М.-Металлургия. -1991.

161. Гаврилин И.В.//Внутреннее давление и предусадочное расширение в металлах и сплавах вблизи температуры плавления// Литейщик России.2002. № 9.

162. Корпус асинхронных машин серии RA (А). Ахунов Т.А., Макаров Л.Н., Каменский В.В., Попов В.И., Петров Ю.Н. Заявка на изобретение № 2004116103, приоритет 26.05.04.

163. КурепинаВ.В. // Механизм образования звездообразной структуры шаровидного графита // Литейное производство.- 1991. № 2.

164. Овчинников П.Ф. Виброреология. Киев. Наукова думка. 1983. С.178.

165. Руденко И.Ф. Формование изделий поверхностными виброустройствами: М. Стройиздат. 1972. С. 104.

166. Болдин А.Н., Жуковский С.С., Поддубный А.Н. и др.// Экология литейного производства // Брянск.-БГТУ.-2001.

167. Исаев Г.А. // Экологические проблемы применения современных смесей для изготовления форм и сиержней // Литейщик России. 2002. - № 4.

168. Болдин А.Н., Яковлев А.И., Соляков Д.А. // Газовыделение из смесей горячего и холодного отверждения // М.- Спутник.-2001.

169. Способ термохимического обезвреживания. Каменский В.В, Ровин Л.Е., Матвеенко И.В., Ровин С.Л. и др. Заявка на изобретение. 05.10.04.

170. Способ термохимического обезвреживания. Ровин Л.Е., Каменский В.В, Матвеенко И.В., Ровин С.Л. Заявка на изобретение № А2004 08 72 от 17.09.2004. РБ. Положительное решение от 30.12.2004.

171. Таланте Г. (Италия) // Сравнение формовки с использованием сырых песчано-бентонитовых и химически твердеющих смесей // Литейщик России. 2003. -№3.

172. Исикава К. Японские методы управления качеством: Сокр. Пер. с англ. -М.: Экономика, 1988.

173. Нетес В.А. Применение анализа Парето для повышения надежности // Методы менеджмента качества. 2002. - № 11.

174. Каменский В.В., Матвеенко И.В., Спиридонов С.Н. Уплотнение литейных форм потоком сжатого воздуха // Заготовительные производства в машиностроении. Машиностроение, 2004.- № 9.- С. 3-8.

175. Каменский В.В. Уплотнение форм для станин электродвигателей методом последовательного прессования // Литейное производство.-2004-№ 6-С. 23-26.

176. Каменский В.В. О проблемах изготовления форм для станин электродвигателей // Литейщик России. 2002 № 5 - С. 20-22.

177. Каменский В.В. Улучшение качества изготовления форм для отливок станин электродвигателей. // Материалы заседания президиума ВНТО Машиностроителей. Ярославль. Февраль 1990.

178. Каменский В.В., Матвеенко И.В. Методика расчета параметров последовательного прессования и их анализ // Заготовительные производства в машиностроении. Машиностроение, 2005-№ 5 - С. 20-26.

179. Каменский В.В., Матвеенко И.В. Газодинамические, физико-механические и фильтрационные процессы при пневмоимпульсном уплотнении формовочной смеси // Литейщик России. 2003 № 6 - С. 21-25.

180. Матвеенко И.В., Грачев А.В., Исагулов А.З. Управление режимом импульсного уплотнения при изготовлении разовых литейных форм.// Инженерный журнал "Справочник" № 12. 1999.

181. Матвеенко И.В., Каменский В.В. Воздушно-импульсные формовочные машины // Машиностроение. Энциклопедия. Т. IV-4. Машины и оборудование литейного производства. Гл. 2.3. 2005 С. 626 - 639.

182. Патент № 2000870. Импульсная головка. / И.В. Матвеенко, В.В. Каменский В.В. // Регистр.15.10.1993.

183. Илюхин В.Д., Чуносов А.Э., Сухарев А.Б., Каменский В.В. Получение форм для ребристых отливок методом газо-импульсной формовки // Литейное производство в автомобилестроении: Межвузовский сборник научных трудов. Москва, 1989. С. 32 — 37.

184. А.С. № 1764776. Импульсная головка / М.Ф. Уткин, И.В. Матвеенко и В.В. Каменский. // Регистр. 01.06.1992.

185. Каменский В.В., Матвеенко И.В., Спиридонов С.Н. Газодинамические, физико-механические и фильтрационные процессы при пневмоим-пульсном уплотнении формовочной смеси // Материалы 6 Съезда литейщиков России. Т. 1. Екатеринбург: Изд-во УГТУ-УПИ, 2003.

186. Каменский В.В., Матвеенко И.В. Теоретические основы и практика получения сложно-профильных заготовок типа станины ЭД. / Материалы Международной конференции, посвященной юбилею МАМИ. Март 2005.

187. Каменский В.В. Прогрессивная технология изготовления корпусных деталей электродвигателей. / Материалы НТК.- РГАТА. Рыбинск - декабрь 2002.

188. Ахунов Т.А., Макаров JI.H., Попов В.И. //Основные результаты разработки и освоения на ЯЭМЗ новой Российской серии асинхронных машин мощностью до 100 кВт //Электротехника. 1996. № 2. С. 32-34.

189. Ахунов Т.А., Макаров JT.H. // Разработка, создание и освоение производства новой серии асинхронных машин./ Электротехника № 10, 1997.

190. Попов В.И., Ахунов Т.А., Макаров JI.H. // Современные асинхронные электрические машины: Новая Российская серия RA. М.: Изд-во «Знак», 1999, 256 с.

191. Решение секции технологии литейного производства НТС Минэлек-тротехпрома № 2/41 от 10.01.1987. г. Ленинград.2, 3. Технологические условно-допустимые потери от брака литья ОАО «ELDIN» на 2005 год и 2004 год с учетом групп сложности отливок.

192. Гистограммы распределения свойств формовочных смесей.

193. Характерные параметры экспериментов уплотнения форм импульсом низкого давления.

194. Акт от 25.02.2005 г. об использовании результатов докторской диссертационной работы Каменского В.В.

195. Внешний вид отливок станин ЭД мощностью до 500 кВт.

196. Акты № 237 и № 238 от 29.02.2004 г. сдачи в эксплуатацию установок импульсной формовки мод. 1939.

197. Внешний вид формовочной машины мод. 1939.

198. Ю.Решение секции технологии литейного производства НТС Минэлек-тротехпрома № 9/65, 14-18 мая 1990 г.

199. Акт на передачу рабочих чертежей опытно-промышленного образца формовочного блока мод. 23993 от 20.12.1990 г.

200. Акт № 211 сдачи-приемки проекта (рабочих чертежей) формовочного блока для изготовления форм, стержней и их сборки.

201. Письмо НПО ХФ ВНИИЛИТМАШ № 596/08 от 22.11.91г. о внедрении результатов исследований в диссертационной работе1. В.В. Каменского.

202. Акт опытно-промышленного внедрения диссертационной работы Каменского В.В. от 15.06.1991г.

203. Внешний вид электродвигателей мощностью от 0,3 до 500 кВт.

204. Почетный Диплом лучшего Российского экспортера 2004 года в номинации "Лучший экспортер отрасли машиностроение (энергетическое оборудование)".