Исследование реологических свойств сыпучих формовочных смесей при виброуплотнении
Представлена методика реологических исследований сыпучих формовочных смесей. Приведена методика реологічних досліджень сипких формувальних сумішей. Metodis of rheological reserches of loose (friable) forming sands are present....
Saved in:
| Published in: | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104328 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Исследование реологических свойств сыпучих формовочных смесей при виброуплотнении / В.П. Авдокушин, В.П. Самарай // Металл и литье Украины. — 2009. — № 9. — С. 9-14. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-104328 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Авдокушин, В.П. Самарай, В.П. 2016-07-07T18:20:25Z 2016-07-07T18:20:25Z 2009 Исследование реологических свойств сыпучих формовочных смесей при виброуплотнении / В.П. Авдокушин, В.П. Самарай // Металл и литье Украины. — 2009. — № 9. — С. 9-14. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104328 621.74 Представлена методика реологических исследований сыпучих формовочных смесей. Приведена методика реологічних досліджень сипких формувальних сумішей. Metodis of rheological reserches of loose (friable) forming sands are present. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Исследование реологических свойств сыпучих формовочных смесей при виброуплотнении Дослідження реологічних властивостей сипких формувальних сумішей при віброущільненні The resech of rheological propertis of loose (friable) forming sands by the compaction with the help of the vibration Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Исследование реологических свойств сыпучих формовочных смесей при виброуплотнении |
| spellingShingle |
Исследование реологических свойств сыпучих формовочных смесей при виброуплотнении Авдокушин, В.П. Самарай, В.П. |
| title_short |
Исследование реологических свойств сыпучих формовочных смесей при виброуплотнении |
| title_full |
Исследование реологических свойств сыпучих формовочных смесей при виброуплотнении |
| title_fullStr |
Исследование реологических свойств сыпучих формовочных смесей при виброуплотнении |
| title_full_unstemmed |
Исследование реологических свойств сыпучих формовочных смесей при виброуплотнении |
| title_sort |
исследование реологических свойств сыпучих формовочных смесей при виброуплотнении |
| author |
Авдокушин, В.П. Самарай, В.П. |
| author_facet |
Авдокушин, В.П. Самарай, В.П. |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Металл и литье Украины |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Дослідження реологічних властивостей сипких формувальних сумішей при віброущільненні The resech of rheological propertis of loose (friable) forming sands by the compaction with the help of the vibration |
| description |
Представлена методика реологических исследований сыпучих формовочных смесей.
Приведена методика реологічних досліджень сипких формувальних сумішей.
Metodis of rheological reserches of loose (friable) forming sands are present.
|
| issn |
2077-1304 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104328 |
| citation_txt |
Исследование реологических свойств сыпучих формовочных смесей при виброуплотнении / В.П. Авдокушин, В.П. Самарай // Металл и литье Украины. — 2009. — № 9. — С. 9-14. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT avdokušinvp issledovaniereologičeskihsvoistvsypučihformovočnyhsmeseiprivibrouplotnenii AT samaraivp issledovaniereologičeskihsvoistvsypučihformovočnyhsmeseiprivibrouplotnenii AT avdokušinvp doslídžennâreologíčnihvlastivosteisipkihformuvalʹnihsumíšeiprivíbrouŝílʹnenní AT samaraivp doslídžennâreologíčnihvlastivosteisipkihformuvalʹnihsumíšeiprivíbrouŝílʹnenní AT avdokušinvp theresechofrheologicalpropertisofloosefriableformingsandsbythecompactionwiththehelpofthevibration AT samaraivp theresechofrheologicalpropertisofloosefriableformingsandsbythecompactionwiththehelpofthevibration |
| first_indexed |
2025-11-25T12:06:55Z |
| last_indexed |
2025-11-25T12:06:55Z |
| _version_ |
1850514411772444672 |
| fulltext |
МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9, 2009 9
Прямое экспериментальное определение рео-
логических параметров [1-6] сыпучих формовоч-
ных смесей, например, холодно-твердеющих
смесей (ХТС) или песков вызывает значительные
затруднения, состоящие в том, что в процессе ис-
пытаний происходит одновременное уплотнение
смеси. С целью создания стабильных условий
(постоянной плотности) при измерении реоло-
гических свойств вибрируемых дисперсных ма-
териалов с помощью приборов, основанных на
сдвиговых деформациях, обычно прибегают к их
предварительному уплотнению [1, 2 ] до постоян-
ной плотности. Однако в этом случае решить по-
ставленную в работе задачу, состоящую в опреде-
лении эффективных значений реологических па-
раметров при вибрировании смесей с различной
плотностью, невозможно.
В. П. Авдокушин, В. П. Самарай Национальный технический университет Украины «КПИ», Киев
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИх СВОйСТВ СЫПУЧИх
ФОРмОВОЧНЫх СмЕСЕй ПРИ ВИбРОУПЛОТНЕНИИ
УДК 621.74
Представлена методика реологических исследований сыпучих формовочных смесей.
Ключевые слова: качество литья, дефекты отливок, формовочные смеси, процессы перетекания,
реологические модели, реологические свойства, экспертные системы, прогнозирование, диагности-
ка, уплотнение стержней, вибрация
Поэтому в работе была использована мето-
дика, основанная на математической обработке
данных о динамике уплотнения ХТС при различ-
ных режимах вибрирования.
На рис. 1 представлены кривые, показыва-
ющие изменение высоты пробы смеси (содержа-
ние смолы БС 1,2 %) в гильзе высотой 100 мм под
действием различных виброускорений и с разной
достигаемой плотностью.
На этих кривых можно достаточно четко вы-
делить три фазы уплотнения [7-10]. Первая фаза
характеризуется быстрым уменьшением высоты
образца с практически постоянной скоростью,
которая может быть определена по углу накло-
на начального прямолинейного участка кривой
осадки. Вторая фаза – замедленное уплотнение,
что обусловлено существенным возрастанием
15. Фрактальная модель роста зерен при затвердевании сплавов / Ю. Н. Таран, А. И. Михалев,
В. Е. Хрычиков, А. И. Деревянко // Современные проблемы металлургии. — 2001. — Т. 3. — С. 414-421.
16. Федер Е. Фракталы: Пер. с англ. — М.: Мир, 1991. — 260 с.
17. Смирнов Б. М. Физика фрактальных кластеров. — М.: Наука, 1991. — 134 с.
18. Соценко О. В. Исследование ранних стадий формирования графита в ЧШГ // Эвтектика. — Запоро-
жье, 2003. — С. 180-182.
19. Соценко О. В. Оценка компактности включений графита в высокопрочном чугуне // Литейн. пр-во.
— 1982. — № 6. — С. 5-7.
20. Смирнов Б. М. Фрактальные кластеры // Успехи физических наук. — 1986. — Т. 149, вып. 2. – С. 177– 217.
21. Witten T. A., Sander L. M. Diffusion-limited aggregation as a kinetical critical phenomena // Phys. Rev.
Lett. — 1981. — V. 47, №19. — Р. 1400-1403.
СОцЕНКО О. В. Комп'ютерна DLA-модель формування кулястого графіту у висо-
коміцному чавуні
Розглянута можливість застосування методів фрактальної геометрії до опису морфології включень ку-
лястого графіту в чавуні. Показано, що глобулярні графітні включення є фрактальними структурами.
Представлена фрактальна модель формування глобулярних включень графіту в чавуні по механізму
дифузійно обмеженої агрегації. Показана тотожність структури включень графіту і моделей DLA.
SoTSeNko o. Computer DLA-model of the formation of spheroidal graphite in high-
strength cast-iron
Possibility of application of methods of fractal geometry to description of morphology of including of spherical
graphite in cast-iron is considered. It is shown that the spherical graphite including are fractal structures. The
fractal model of forming of the spherical including of graphite in cast-iron on the mechanism of diffusive limited
aggregation is represented. The identity of structure of including of graphite and the DLA.
10 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9, 2009
сил внутреннего трения смеси вследствие повы-
шения ее плотности. Третья фаза – стабилизация
плотности (прекращение осадки образца), при ко-
торой достигается равновесие между уплотняю-
щим воздействием и силами внутреннего трения
смеси.
В соответствии с рассмотренной выше дина-
микой процесса уплотнения нарас-
тание плотности в смеси начинает-
ся с нижних слоев, испытывающих
наибольшее давление столба сме-
си. Если пренебречь влиянием за-
тухания вибрационных колебаний
по высоте образца вследствие его
небольшой высоты, то изменение
эффективного давления по высоте
столба смеси можно считать основ-
ным фактором, обуславливающим
замедление изменения высоты об-
разца смеси во второй фазе.
Исходя из динамики послойного
уплотнения смеси, можно считать,
что в первой фазе уплотнение осу-
ществляется, главным образом, за
счет нижней части образца, в кото-
рой протекает практически стацио-
нарный процесс деформации при
некоторых постоянных значениях
реологических параметров. Основ-
ными реологическими параметра-
ми при этом являются эффективная
вязкость и предельное напряжение
сдвига [10-26], так как именно они
проявляются при необратимых
вязко-пластических деформациях.
Модуль упругости в этом смысле
определяет характер распростра-
нения вибрационных колебаний по
мере удаления от источника вибра-
ции [22, 23].
При изучении процессов виб-
роуплотнения бетонных смесей,
которые по своим реологическим
свойствам относятся к тому же
классу материалов, что и формовочные смеси,
установлено, что время уплотнения смеси Т ли-
нейно связано с ее вязкостью η:
η = λ T, (1)
где λ – постоянная для данного опыта.
Время уплотнения до достижения некоторой
заданной плотности может служить косвенной
оценкой эффективной вязкости смеси. При этом
очевидно, что для снижения ошибок оценок вязко-
сти целесообразно исходить из анализа процесса
уплотнения, соответствующего первой фазе из-
менения высоты образцов, а текущие значения
плотности определять по нижней части пробы.
Поэтому в экспериментах для определения сред-
ней плотности использовали нижнюю часть пробы
высотой 50 мм, то есть равной половине исходной
высоты.
На рис. 2, 3 приведены зависимости, получен-
ные путем обработки кривых осадки (рис. 1) и харак-
теризующие функциональную связь между виброу-
скорениями, эффективным значением плотности и
временем уплотнения (эффективной вязкостью).
Как следует из полученных данных (рис. 2), измене-
Рис. 1. Осадка смеси от времени виброуплотнения
Рис. 2. Зависимости между виброускорениями, плотностью и вре
менем уплотнения
МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9, 2009 11
функцией. По мере возрастания виброу-
скорения время уплотнения резко снижа-
ется и стремится к некоторому постоянно-
му значению, соответствующему условиям
вибрирования, когда вязкость снижается
до минимального постоянного значения
(пластическая вязкость дисперсной систе-
мы с полностью разрушенной структурой).
Аналогичный вид кривых «η-α» и «Т-α» под-
тверждает правильность сделанных пред-
положений.
Для решения поставленной в работе за-
дачи нужно установить функциональную
связь эффективной вязкости, плотности
вибрируемой смеси и виброускорения. По-
этому кривые рис. 2 необходимо рассма-
тривать одновременно с зависимостями
эффективной плотности от виброускорения
при постоянном времени вибрирования, ко-
торые представлены на рис. 3. Как видно из
рис. 3, функциональная связь между виброу-
скорениями и эффективной плотностью на
рассматриваемом этапе уплотнения носит
нелинейный характер, причем нелинейность
сильно проявляется при малых времени
уплотнения и виброускорении, а затем зави-
симость переходит в линейную.
Для решения задачи о совместном влия-
нии эффективной плотности и виброуско-
рения на эффективную вязкость составлена
табл. 1, в которую занесены данные, соот-
ветствующие кривым рис. 2 и 3.
Влияние эффективной плотности вибрируе-
мой смеси и виброускорения можно оценить, ис-
ходя из следующих соображений. Если эффек-
тивная вязкость смеси оказывает влияние на ско-
ние времени, за которое высота образца изменя-
ется на постоянную величину от виброускорений
имеет вид, характерный для известных зависимо-
стей эффективной вязкости η от виброускорений
α и наиболее часто описываемых показательной
Рис. 3. Зависимость плотности от виброускорения при посто-
янном времени уплотнения
Виброускорение,
м/с2
Длительность
вибрирования, с
Эффективная
плотность, г/см3
Изменение
высоты (∆H), мм
0,4
1,40
1,95
4,46
1,180
1,210
1,277
2,5
5,0
10,0
0,8
0,8
1,2
2,6
1,19
1,22
1,29
2,5
5,0
10,0
0,9
0,6
1,0
2,2
3,6
1,250
1,280
1,355
1,390
2,5
5,0
10,0
12,5
1,1
0,40
0,65
1,20
1,60
1,33
1,37
1,44
1,48
2,5
5,0
10,0
12,5
1,4
0,24
0,41
0,57
0,60
1,36
1,40
1,48
1,52
2,5
5,0
10,0
12,5
Таблица 1
Функциональная зависимость между виброускорениями, эффективной
плотностью и временем уплотнения
12 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9, 2009
Θ = k τ
макс
= k ρ (g + α) / (2 π R) (9)
или для принятых размеров оснастки
Θ = k ρ (g + α) / (2 π 2,5) = k ρ (g + α) / 15,7. (10)
Расчетные значения величины Θ/к и Θ приве-
дены в табл. 2 и на графиках рис. 4 и 5.
Коэффициент k определяется из сопоставле-
ния данных рис. 4 и 5 по результатам динамиче-
ских и статических испытаний (когда α = 0). В этом
случае имеем
Θ(ρ) = k ρ g /15,7 (11)
рость уплотнения, то для тела Бингама
описывается уравнениями (2) или (3).
Деформация, вызываемая сжима-
ющими нормальными напряжениями
σ
1
, в общем случае и для модели Бинга-
ма, без учета модуля упругости опреде-
ляется по уравнениям
σ
1
= J
эф
+ η
эф
V'
или
e = σ
1
/ F(J
эф
, η
эф
, e
эф
) = (σ
1
- J
эф
) t /η
эф
, (2)
где V' – скорость деформации; e – относительная
деформация; t – время, F(J
эф
, η
эф
, e
эф
) – реологи-
ческая модель формовочной смеси; J
эф
, η
эф
, e
эф
–
эффективные значения предельного напряжения
сдвига (предела текучести), вязкости и модуля
упругости формовочной смеси.
Для касательного напряжения в дифференци-
альной форме
τ
макс
= Θ + η dv/dt. (3)
При прекращении деформации, то есть когда
dv/dt = 0, действующее напряжение уравновеши-
вается только предельным напряжением сдвига
τ = Θ. (4)
Оценить действующее напряжение по-
сле окончания осадки смеси можно сле-
дующим путем. Действующее напряжение
определяется по формуле
τ = ρ H (g + α ω2 sin ωt) / S, (5)
где ω – угловая частота вибрации, ρ –
плотность смеси; α – виброускорение;
g – ускорение свободного падения; H –
высота слоя смеси.
Максимальных значений напряже-
ние достигает при sin ωt = 1, поэтому
τ
макс
= ρ H (g + α) / S. (6)
Поверхность сдвига при уплотнении
пробы смеси в цилиндрической гильзе
составит
S = 2 π R H. (7)
Тогда τ
макс
= ρ H (g + α) / 2 π R H =
= ρ (g + α) / (2 π R). (8)
Учитывая, что это напряжение уравно-
вешивается предельным напряжением
сдвига, а также вводя поправочный коэф-
фициент k получим
Виброускорение
(α), м/с2 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Приведенная
плотность (ρ), г/см3 1,3 1,35 1,45 1,63 1,72
Расчетное значение
предельного напря-
жения сдвига (Θ/к),
Па
819,8 859,9 932,8 1058,9 1128,4
Таблица 2
Расчетные значения величины Θ/к в зависисмости от
виброускорения и плотности смеси с 1,2 % бС-40
Рис. 4. Зависимость предельного напряжения сдвига от плотно-
сти смеси при различном содержании связующего БС-40
МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9, 2009 13
и тогда
k = 15,7 Θ (ρ) / ρ g . (12)
Значение Θ (ρ) получаем непосредственно
из измерений реологических свойств смесей
с различной плотностью или рассчитываем по
зависимостям, полученным в (10) при помощи
данных табл. 2.
Выводы
Представленная методика позволяет прово-
дить реологические исследования сыпучих фор-
мовочных смесей и наполнителей (например,
песка), применяемых для виброуплотнения при
литье по газифицируемым моделям (ЛГМ), при
1. Авдокушин В. П., Сургучев Е. А., Клец Ю. К. Прибор для определе-
ния реологических свойств формовочных смесей // Литейн. пр-во.
— 1988. — № 5. — С.15-16.
2. Авдокушин В. П., Сургучев Е. А., Самарай В. П. Прибор для опре-
деления реологических свойств формовочных смесей // Там же. —
2001. — № 4. — С. 33-34.
3. Матвеенко И. В., Иванов Е. И., Резчиков Н. И. Реологические испытания формовочных смесей
// Там же. — 1977. — № 12. — С. 11-12.
4. Матвеенко И. В., Илюхин В. Д., Иванов Е. И. Экспериментальное исследование реологических за-
кономерностей формовочной смеси при изотропном сжатии // Там же. — 1979. — № 1. — С. 15-16.
5. Матвеенко И. В., Бельчук В. С. Реологические основы испытаний формовочных смесей и импульсно-
го уплотнения. — М.: МАСИ, 1991. — 87 с.
6. Вербицкий В. И., Горбачев К. А., Конышев А. В. Реологические исследования формовочной смеси
// Там же. — 2004. — № 6. — С. 8-12.
7. Болдин А. Н. О динамике формовочных процессов при встряхивании // Литейн. пр-во. — 2003. —
№ 10. — С. 37.
8. Болдин А. Н. Закономерности динамического уплотнения // Там же. — 1997. — № 3. — С. 23.
9. Иванов В. В., Иваненко В. Ф., Дмитриев Э. А. Поведение формовочной смеси во время ее уплот-
нения встряхиванием // Там же. — 2000. — № 3. — С. 34-35.
Рис. 5. Зависимость предельного напряжения сдвига от плот-
ности для динамических испытаний при различном содержании
связующего БС-40. Расчетные значения величины Θ/k и Θ при-
ведены в табл. 2 и на графиках рис. 4 и 5
вакуум-пленочной формовке (ВПФ), при литье по
выплавляемым моделям (ЛВМ), при изготовлении
отливок стоматологических протезов (методами
ЛВМ и «по огнеупорным моделям»). Полученные
таким способом реологические свойства необхо-
димы для оценки технологических свойств формо-
вочных смесей, для использования в программах
моделирования их уплотнения при изготовлении
форм и стержней, что, в свою очередь, позволяет
методами экспертных систем своевременно про-
гнозировать и диагностировать вероятность по-
явления различных дефектов отливок, связанных
с качеством и степенью уплотнения форм.
14 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9, 2009
10. Самарай В. П. Моделирование уплотнения литейных форм и прогнозирование дефектов отли-
вок: Дис. … канд. техн. наук. - Киев: КПИ, 2006. — 344 c.
11. Авдокушин В. П., Дорошенко С. П. , Сургучев Е. А., Ахонин С. В. Моделирование реологичеc-
ких свойств формовочных смесей // Литейн. пр-во. — 1986. — № 3. — С. 13-14.
12. Матвеенко И. В. Реологические вязко-упругие характеристики формовочных смесей // Там же.
— 2001. — № 12. — С. 11-13.
13. Шеклеин Н. С. О реологических факторах управления качеством литейной формы // Там же. —
2004. — № 6. — С.13-16.
14. Матвеенко И. В. Реологическая концепция и требования к АСУТП смесеприготовления и формо-
образования // Там же. —1990. — № 10. — С.13-15.
15. Матвеенко И. В., Исагулов А. З. Управление качеством песчано-глинистых форм // Там же. —
1999. — № 5. — С. 21-23.
16. Карпов Ю. И. Напряженно-деформированное состояние формовочных смесей при динамическом на-
гружении // Там же. — 2001. — № 10. — С.11-12.
17. Коротченко А. Ю. Математическая модель для расчета уплотнения сырых песчаных смесей // Там
же. — 2000. — № 8. — С. 10-11.
18. Коротченко А. Ю. К теории уплотнения сырых песчано-глинистых смесей // Там же. — 1995.
— № 11. — С. 26-29.
19. Вербицкий В. И. Построение и исследование динамической модели прессовой формовочной ма-
шины // Литейн. пр-во. — 2000. — № 8. — С. 35-39.
20. Иванов В. В., Дмитриев Э. А., Кабалдин Ю. Г. Математическое моделирование процесса уплот-
нения литейных форм встряхиванием // Там же. — 2000. — № 3. — С. 52-53.
21. Формовочные материалы и смеси / С. П. Дорошенко, В. П. Авдокушин, К. Русин и др. – Киев:
Вища шк., 1990. — 416 с.
22. Комаров Л. Е. Об уплотнении литейных форм прессованием, вибропрессованием и вибрацией
//Литейн. пр-во. — 1957. — № 11. — С.10-15.
23. Горский А. И., Иванов-Эмин Е. Б., Косичкин О. Н., Гавриленко Т. А. Об упругих свойствах
песчано-глинистых смесей при статическом и динамическом нагружении // Там же. — 1968. —
№ 12. — С. 22.
24. Шуляк В. С. Уплотнение формы при литье по газифицируемым моделям // Там же. — 1999. —
№ 5. — С. 30-32.
25. Авдокушин В. П., Дорошенко С. П. , Елтышев В. Н. Применение вибрации в литейном производстве.
– Киев: Общество «Знание», 1979. — 24 с.
26. Матвеенко И. В., Комаров Л. Е., Шеклеин Н. С. Автоматизированное проектирование оптималь-
ных составов формовочной смеси // Литейн. пр-во. — 1986. — № 3. — С. 31-32.
АВДОКуШИН В. П., САМАРАй В. П. Дослідження реологічних властивостей сипких
формувальних сумішей при віброущільненні
Приведена методика реологічних досліджень сипких формувальних сумішей.
AVDokuSHIN V., SAMARAy V. The resech of rheological propertis of loose (friable) forming
sands by the compaction with the help of the vibration
Metodis of rheological reserches of loose (friable) forming sands are present.
В Н И М А Н И Е!
Журнал «Металл и литье Украины» практикует выпуск рекламных номеров
для экспонирования на международных симпозиумах, выставках-ярмарках и т. п.
Стоимость рекламно-информационного спецвыпуска, целиком посвященного
предприятию (фирме)-заказчику, – 7000 грн.
|