Исследование виброуплотнения сыпучего наполнителя литейной формы
Проведены исследования влияния вибрационной обработки чистого и загрязненного продуктами термодеструкции пенополистирола сыпучего кварцевого песка на время его уплотнения. Экспериментально показано увеличение угла естественного откоса по мере осаждения налета на кварцевом песке. Получены графические...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Процессы литья |
|---|---|
| Datum: | 2010 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49767 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Исследование виброуплотнения сыпучего наполнителя литейной формы / О.А. Яковышин, И.О. Шинский, Б.И. Кишко // Процессы литья. — 2010. — № 2. — С. 51-56. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860008940438290432 |
|---|---|
| author | Яковышин, О.А. Шинский, И.О. Кишко, Б.И. |
| author_facet | Яковышин, О.А. Шинский, И.О. Кишко, Б.И. |
| citation_txt | Исследование виброуплотнения сыпучего наполнителя литейной формы / О.А. Яковышин, И.О. Шинский, Б.И. Кишко // Процессы литья. — 2010. — № 2. — С. 51-56. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Процессы литья |
| description | Проведены исследования влияния вибрационной обработки чистого и загрязненного продуктами термодеструкции пенополистирола сыпучего кварцевого песка на время его уплотнения. Экспериментально показано увеличение угла естественного откоса по мере осаждения налета на кварцевом песке. Получены графические материалы и аналитические зависимости для прогнозирования величины выдаваемого датчиком сигнала в контролируемой точке формы.
Проведено дослідження впливу вібраційної обробки чистого та забрудненого продуктами термодеструкції пінополістиролу сипучого кварцового піску на час його ущільнення. Експериментально показано збільшення кута природного скосу по мірі випадання осаду на кварцовому піску. Отримано графічні матеріали та аналітичні залежності для прогнозування величини генерованого датчиком сигналу в контрольованій точці форми.
Research of influencing of vibration treatment of clean and muddy by products thermal-destruction of polystyrene quartz sand in a time of his compression are conducted. The increase of corner of natural slope as far as besieging of raid on quartz sand is experimentally shown. Graphic materials and analytical dependences for prognostication of size of given out by a sensor signal in the controlled point of form are got.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:41:06Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80) 51
Новые методы и прогрессивные технологии литья
УДК 621.74.045
О. А. Яковышин, И. О. Шинский, Б. И. Кишко
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРОУПЛОТНЕНИЯ
СЫПУЧЕГО НАПОЛНИТЕЛЯ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ*
Проведены исследования влияния вибрационной обработки чистого и загрязненного
продуктами термодеструкции пенополистирола сыпучего кварцевого песка на время его
уплотнения. Экспериментально показано увеличение угла естественного откоса по мере
осаждения налета на кварцевом песке. Получены графические материалы и аналитические
зависимости для прогнозирования величины выдаваемого датчиком сигнала в контроли-
руемой точке формы.
Ключевые слова: литье по газифицируемым моделям, сыпучий наполнитель формы, ви-
броуплотнение.
Проведено дослідження впливу вібраційної обробки чистого та забрудненого продуктами
термодеструкції пінополістиролу сипучого кварцового піску на час його ущільнення. Ек-
спериментально показано збільшення кута природного скосу по мірі випадання осаду на
кварцовому піску. Отримано графічні матеріали та аналітичні залежності для прогнозування
величини генерованого датчиком сигналу в контрольованій точці форми.
Ключові слова: лиття за моделями, що газифікуються, сипучий наповнювач форми,
віброущільнення.
Research of influencing of vibration treatment of clean and muddy by products thermal-destruction
of polystyrene quartz sand in a time of his compression are conducted. The increase of corner of
natural slope as far as besieging of raid on quartz sand is experimentally shown. Graphic materi-
als and analytical dependences for prognostication of size of given out by a sensor signal in the
controlled point of form are got.
Keywords: lost-foam casting, granular filler of mold, vibration compaction.
Технологической особенностью производства изделий способом литья по гази-
фицируемым моделям (ЛГМ) является возможность формовки полимерной моде-
ли в сыпучем несвязанном наполнителе. В таком случае статическое равновесие
формы, а, следовательно, и качество поверхности получаемой отливки, в первую
очередь, зависит от степени уплотнения формы перед заливкой. В производствен-
ной практике в качестве сыпучего наполнителя преимущественно используют сухой
кварцевый песок. Учитывая, что модель плотностью 20-30 кг/м3 из пенополистирола
(как одного из широк о применяемых в настоящее время материалов при произ-
водстве отливок ЛГМ-способом) выдерживает нагрузку 0,06-0,1 МПа при создании
1 % (обычно предельной для данного способа) деформации модели [1], наиболее
распространенным способом уплотнения формы с ГМ в настоящее время является
динамическое уплотнение, то есть уплотнение с применением вибрации. Вопросу
виброуплотнения сыпучего наполнителя формы в условиях ЛГМ посвящено значи-
тельное количество работ [2-10]. Цель представленных исследований состояла в
изучении влияния продуктов термодеструкции, накапливающихся на поверхности
песчинок кварцевого песка, на необходимую продолжительность вибрационного
воздействия. Для прогнозирования степени уплотнения сыпучего наполнителя на
этапе формовки в работе также были установлены изменения величины его верти-
кального воздействия в зависимости от высоты столба песка.
*Работа выполнена под руководством О. И. Шинского
52 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80)
Новые методы и прогрессивные технологии литья
Поскольку сухой кварцевый песок является дисперсным материалом, он харак-
теризуется таким важным параметром, как угол естественного откоса, представ-
ляющего собой наибольшую возможную величину угла, образованного свободной
поверхностью сыпучего наполнителя в состоянии равновесия с горизонтальной
плоскостью. Таким образом, угол естественного откоса определяется внутренним
трением зерен относительно друг друга, а следовательно, в значительной степени
влияет на уплотняемость сыпучего материала (заметим, что гранулометрический
состав, форму зерен, а также удельную массу песка в нашем случае принимаем
постоянными). Методика проведения исследований по определению угла есте-
ственного откоса состояла в следующем. Сухой кварцевый песок (в одной серии
опытов – чистый, в другой, – с налетом продуктов термодеструкции модели после
каждого из 20 циклов заливки) предварительно загружали в цилиндрическую емкость
с основанием диаметром 75 мм и высотой 80 мм (рис.1). В нижнем основании было
выполнено отверстие диаметром 20 мм. Верхняя часть цилиндра после виброуплот-
нения и доведения уровня песка до одного уровня с верхним горизонтом емкости
закрывалась крышкой. Затем емкость аккуратно со скоростью 1 мм/с поднимали
вверх, создавая условия для беспрепятственного высыпания песка на жесткое го-
ризонтальное основание. В результате на поверхности основания формировался
конус. Далее производили замеры высоты образовавшегося конуса и диаметра его
основания, после чего рассчитывали угол естественного откоса по формуле
a
h
tg
d
2
= ,
(1)
где α − угол естественного откоса сыпучего наполнителя формы, о; h − высота конуса
сыпучего наполнителя, м; d − диаметр конуса сыпучего наполнителя, м.
Установлено, что угол естественного откоса чистого песка равнялся 30,9о , а за-
грязненного продуктами термодеструкции модели достигал значения 31,7о. При
этом необходимо отметить, что при исследовании песков после каждого цикла за-
ливки отмечалось постепенное увеличение угла естественного откоса. К 11-у циклу
заливки значение угла достигало указанной величины 31,7 о, после чего оставалось
практически неизменным. Стабилизацию величины угла естественного откоса, по
всей вероятности, можно объяснить тем обстоятельством, что механические воз-
действия на песок при виброуплотнении создают своего рода эффект абразивного
износа налета продуктов термодеструкции на поверхностях песчинок. К тому же
термическое влияние при заливке формы приводит к некоторому растрескиванию
зерен. Оба эти фактора способствуют увеличению мелкой пылевидной фракции,
которая уносится с каждым повторным циклом регенерации песка. Сравнивая ве-
личины углов естественного откоса чистого и загрязненного песков, можно предпо-
Рис. 1. Методика исследования величины угла ес-
тественного откоса сыпучего наполнителя формы:
1 – сухой кварцевый песок; 2 – емкость; 3 – крышка;
4 –жесткое горизонтальное основание
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80) 53
Новые методы и прогрессивные технологии литья
ложить, что осаждающиеся на поверхности песчинок продукты разложения модели
будут способствовать снижению виброуплотняемости наполнителя формы.
Исследования особенностей уплотнения сыпучего наполнителя формы прово-
дили по следующей методике. В металлический контейнер высотой 328 мм и раз-
мерами 148×117 мм для каждого конкретного эксперимента у стенки контейнера
и в его центре на уровнях до верхнего горизонта контейнера 110, 192 и 275 мм
устанавливали датчик измерения усилия (рис. 2). В качестве датчика был исполь-
зован тензодатчик для прецизионного
измерения величины приложенного
усилия в диапазоне 0-1,5 кг. Типономи-
нал датчика FSG15N1A – производитель
фирма HONEYWELL. Непосредственно
перед экспериментальными работами
была проведена тарировка датчика с
помощью набора лабораторных гирь,
результаты которой представлены на
рис. 3. Напряжение питания датчика
составляло 9,44 В. Датчик фиксирова-
ли на специально изготовленной плате,
которую крепили к кронштейну. После
установки защищенного датчика (защита была применена с целью недопущения
попадания песчинок между подвижными частями устройства) в контейнер, разме-
щенный на вибростоле, подводили питание к тензоизмерительному устройству и
осуществляли его связь с измерительной аппаратурой. Затем в полость контейнера
засыпали кварцевый песок (в одной серии опытов чистый, в другой – загрязненный
продуктами термодеструкции пенополистироловой модели) с таким расчетом, чтобы
он полностью заполнил контейнер с его верхним уровнем. После этого контейнер
подвергали виброобработке и периодически (через каждые 2 с) фиксировали зна-
чение выходного сигнала датчика. Для виброобработки использовали установку
конструкции ФТИМС НАН Украины. Электромеханический вибратор состоял из
двух виброблоков и рабочей площадки. Виброблок представлял собой систему из
двух тяговых электромагнитов с втягивающимися якорями без магнитопроводов
и являлся электромагнитным однотактовым вибровозбутителем, работающем в
околорезонансном режиме. Якори электромагнитов были жестко соединены с ви-
броплощадкой, а обмотки электромагнитов − с корпусом вибрационной установки.
Между виброплощадкой и корпусом находилась система цилиндрических пружин,
Рис. 2. Схема расположения тензодатчиков для исследования ви-
броуплотнения сыпучего наполнителя формы: а – вид сбоку; б – вид
сверху: 1– датчик; 2 – контейнер; 3 – сыпучий наполнитель формы
а б
Рис. 3. Результаты тарировки датчика при
Uпит = 9,44 В
54 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80)
Новые методы и прогрессивные технологии литья
работающих на растяжение-сжатие. магнитное поле при прохождении импульса
тока по обмоткам электромагнитов виброблока образовывало силу взаимного при-
тяжения сердечника и якоря, вызывающую их сближение и деформацию пружин.
Обратный ход осуществлялся за счет потенциальной энергии пружин, запасенной
при их прямом ходе. Тяговая сила виброблоков зависела от амплитуды тока в обмотках
электромагнитов. Ток регулировался ступенями при помощи регулятора напряжения
типа РН1-63, частота вибрации составляла 50±1 Гц. После 60 с виброуплотнения
контейнер досыпали песком до верхнего уровня и вновь в течение 60 с производили
виброобработку, периодически определяя величину выходного сигнала датчика.
Значения измерений вносили в таблицу для последующего анализа. Кроме того,
после обоих циклов виброуплотнения производили замеры расстояния от верхнего
уровня песка до верха контейнера (рис. 4).
В результате проведенной серии экспериментов были получены данные, которые
на основе анализа тарировочных данных (рис. 3) были пересчитаны в значения масс
mпi песка, действующих на датчик в каждом конкретном случае
і
і
U
m
сигн( )
п
- 21
= ,
0, 243
(2)
где Uсигн (i) – значение выходного сигнала датчика в i-й точке измерения, мВ.
Цель расчетной части работы заключалась в последовательном определении
Номер
точки
измерения
hi, м
Uсигн , мВ
Zi , м
mп , кг
τ, с
чистый /
загрязненный
1 0,110 29 0,109 0,033 16/20
2 0,192 41 0,183 0,082 18/22
3 0,275 61 0,267 0,165 16/22
4 0,110 30 0,109 0,037 16/20
5 0,192 42 0,181 0,086 18/22
6 0,275 67 0,266 0,189 18/22
Величины выходного сигнала датчика
Рис. 4. Внешний вид экспериментального комплекса
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80) 55
Новые методы и прогрессивные технологии литья
величин, зная которые можно было бы прогнозировать степень виброуплотняемости
формы. Для этого произвели расчет площади Sд рабочей поверхности датчика
p×S R2
д = ,
(3)
где Rд
– радиус диска рабочей поверхности датчика, м.
Затем определяли расстояние Zi от верхнего горизонта наполнителя до точки
измерения после второго цикла виброуплотнения
Zi = hi − δ, (4)
где hi – расстояние от верха контейнера до i-й точки измерения, м; δ – расстояние
от верха контейнера до верхнего горизонта наполнителя, м.
Далее определяли “эталонную” массу mэi наполнителя. Под “эталонной” под-
разумевали массу столба (обычно – это цилиндр с основанием, равным площади
рабочей поверхности датчика, установленного в і-й точке) наполнителя, воздей-
ствующего на датчик после второго цикла виброуплотнения
mэi = Vi ⋅ ρэ , (5)
где Vi – объем столба наполнителя, воздействующего на датчик, размещенный в
i-й точке измерения, м3; ρэ – плотность наполнителя после второго цикла виброу-
плотнения, кг/м3.
Нужно отметить, что по результатам опытов плотность наполнителя при свободной
засыпке была на уровне 1530 кг/м3, после второго цикла вибрации – 1700 кг/м3. При
этом уменьшение объема сыпучего наполнителя в контейнере составляло16 %. Время
τ, в течение которого достигалась плотность 1700 кг/м3 для чистого и загрязненного
песков, внесли в таблицу, из которой видно, что τ остается практически неизменным
в рамках каждого из двух наполнителей независимо от высоты размещения точки
измерения. В то же время длительность виброуплотнения загрязненного песка
превышала длительность виброуплотнения чистого песка на 4-6 с.
На следующем этапе расчета был установлен диаметр di “мостика” наполнителя
формы реально, по нашему предположению, воздействующего на рабочую поверх-
ность датчика. “Мостики” образуются в результате заклинивания песчинок между
собой и вследствие наличия у песка сил внутреннего трения
( )p d r
і
і
і
m
d
h
п
э
= 2 .
-
(6)
Обращает на себя внимание тот факт,
что значения диаметров “мостиков” в
центральных точках измерения незна-
чительно превосходят величины диаме-
тров “мостиков” у стенки контейнера на
соответствующих уровнях, что, вероят-
но, можно объяснить силой трения мате-
риала формы о стенку контейнера.
На основе вычисленных значений
была построена графическая зависи-
мость di = f(Zi) (рис. 5), которую матема-
тически можно представить следующим
образом:
Рис. 5. Зависимость величины диаметра пес-
чаного “мостика” от глубины измерения
56 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 2 (80)
Новые методы и прогрессивные технологии литья
di = 0,25 ⋅ Zi +11,6. (7)
Анализ полученной информации позволил установить следующее соотношение:
і
і і
S
m m
S
м
п э
д
= ,
(8)
где Sмi - площадь “мостика”, воздействующего на i-й уровень, м2.
Выводы
В результате проведенных исследований было установлено, что время виброу-
плотнения загрязненного песка превышает длительность виброуплотнения чистого
песка, оставаясь практически неизменным для каждого из двух видов песка по
всей исследуемой высоте. На основании полученных графических материалов и
аналитических зависимостей предоставляется возможность спрогнозировать вели-
чину выдаваемого датчиком сигнала в интересующей исследователя точке формы.
Сравнивая реальное значение сигнала со значением, которое отвечает уплотненной
форме, можно корректировать режимы и продолжительность вибрации.
1. Литье по газифицируемым моделям / Под ред. Ю. А. Степанова. – М.: Машиностроение,
1976. − 224 с.
2. Семенов В. И. Исследование формовки газифицируемых моделей в сыпучих формовоч-
ных смесях // Литье по газифицируемым моделям. – Киев: ИПЛ АН УССР, 1973. – С. 92-96.
3. Шуляк В. С., Рыбаков С. А., Григорян К. А. Производство отливок по газифицируемым
моделям. – М.: МГИУ, 2001. – 330 с.
4. Авдокушин В. П. Выбор оптимальных режимов виброуплотнения форм при литье по гази-
фицируемым моделям // Литейн. пр-во. – 2001. – № 4. – С. 38-40.
5. Шуляк В. С. Литье по газифицируемым моделям. – М.: НПО “Профессионал”, 2007. – 408 с.
6. Баринов В. И. Роль вибрации в технологии ЛГМ: Тез. докл. // Литье по газифицируемым
моделям. – Санкт-Петербург, 2007. – С. 42-45.
7. Русаков П. В., Шинский О. И. Особенности поличастотной виброформовки сыпучих песков в
контейнерах с моделью, замещаемой расплавом: Тез. докл. // 50 лет в Академии наук
Украины: ИЛП, ИПЛ, ФТИМС – прошлое, настоящее, будущее. – Киев, 2008. – С. 180-182.
8. Русаков П. В. Способ принудительно-миграционного уплотнения форм с несвязанным
наполнителем при синхроимпульсном управлении вибрацией и газовым разрежением:
Тез. докл. // Литье-2008. – Запорожье, 2008. – С. 133-34.
9. Русаков П. В. Построение вибросистем для воспроизведения поличастотных режимов
уплотнения форм с сыпучим наполнителем: Тез. докл. // 50 лет в Академии наук Украины:
ИЛП, ИПЛ, ФТИМС – прошлое, настоящее, будущее. – Киев, 2008. – С. 183-184.
10. Русаков П. В. Способ виброформовки насыпных литейных форм с энергетическим ото-
бражением процесса дилатансии // Металл и литье Украины. – 2009. – № 4-5. – С. 12-17.
Поступила 20.10.2009
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49767 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-5884 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:41:06Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Яковышин, О.А. Шинский, И.О. Кишко, Б.И. 2013-09-27T20:21:40Z 2013-09-27T20:21:40Z 2010 Исследование виброуплотнения сыпучего наполнителя литейной формы / О.А. Яковышин, И.О. Шинский, Б.И. Кишко // Процессы литья. — 2010. — № 2. — С. 51-56. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49767 621.74.045 Проведены исследования влияния вибрационной обработки чистого и загрязненного продуктами термодеструкции пенополистирола сыпучего кварцевого песка на время его уплотнения. Экспериментально показано увеличение угла естественного откоса по мере осаждения налета на кварцевом песке. Получены графические материалы и аналитические зависимости для прогнозирования величины выдаваемого датчиком сигнала в контролируемой точке формы. Проведено дослідження впливу вібраційної обробки чистого та забрудненого продуктами термодеструкції пінополістиролу сипучого кварцового піску на час його ущільнення. Експериментально показано збільшення кута природного скосу по мірі випадання осаду на кварцовому піску. Отримано графічні матеріали та аналітичні залежності для прогнозування величини генерованого датчиком сигналу в контрольованій точці форми. Research of influencing of vibration treatment of clean and muddy by products thermal-destruction of polystyrene quartz sand in a time of his compression are conducted. The increase of corner of natural slope as far as besieging of raid on quartz sand is experimentally shown. Graphic materials and analytical dependences for prognostication of size of given out by a sensor signal in the controlled point of form are got. Работа выполнена под руководством О.И. Шинского. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Процессы литья Новые методы и прогрессивные технологии литья Исследование виброуплотнения сыпучего наполнителя литейной формы Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование виброуплотнения сыпучего наполнителя литейной формы Яковышин, О.А. Шинский, И.О. Кишко, Б.И. Новые методы и прогрессивные технологии литья |
| title | Исследование виброуплотнения сыпучего наполнителя литейной формы |
| title_full | Исследование виброуплотнения сыпучего наполнителя литейной формы |
| title_fullStr | Исследование виброуплотнения сыпучего наполнителя литейной формы |
| title_full_unstemmed | Исследование виброуплотнения сыпучего наполнителя литейной формы |
| title_short | Исследование виброуплотнения сыпучего наполнителя литейной формы |
| title_sort | исследование виброуплотнения сыпучего наполнителя литейной формы |
| topic | Новые методы и прогрессивные технологии литья |
| topic_facet | Новые методы и прогрессивные технологии литья |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49767 |
| work_keys_str_mv | AT âkovyšinoa issledovanievibrouplotneniâsypučegonapolnitelâliteinoiformy AT šinskiiio issledovanievibrouplotneniâsypučegonapolnitelâliteinoiformy AT kiškobi issledovanievibrouplotneniâsypučegonapolnitelâliteinoiformy |