Расширение возможностей очистки литья электроразрядом
Предложены пути повышения качества очистки точного литья. Приведены данные, подтверждающие повышение эффективности электроразрядной очистки точного литья в активных разрядных средах, обеспечивающих разупрочнение стержневых и формовочных смесей повышенной прочности. Предложен метод комплексной обрабо...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49889 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Расширение возможностей очистки литья электроразрядом / Т.Д. Денисюк // Металл и литье Украины. — 2010. — № 5. — С. 10-13. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49889 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Денисюк, Т.Д. 2013-09-29T17:14:09Z 2013-09-29T17:14:09Z 2010 Расширение возможностей очистки литья электроразрядом / Т.Д. Денисюк // Металл и литье Украины. — 2010. — № 5. — С. 10-13. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49889 621.747.54:537.528 Предложены пути повышения качества очистки точного литья. Приведены данные, подтверждающие повышение эффективности электроразрядной очистки точного литья в активных разрядных средах, обеспечивающих разупрочнение стержневых и формовочных смесей повышенной прочности. Предложен метод комплексной обработки. Запропоновано шляхи підвищення якості очищення точного лиття. Наведені дані підтверджують підвищення ефективності електророзрядного очищення точного лиття в активних розрядних середовищах, що забезпечують знезміцнення стрижневих і формувальних сумішей підвищеної міцності. Запропоновано метод комплексної обробки. The ways of improving of refinement quality of precision molding are proposed. The data, supporting the increase of effectiveness of electric-discharge refinement of precision molding in active discharge media providing the softening of core sand and sand mixtures of improved strength are cited, and the method of complex treatment is proposed. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Расширение возможностей очистки литья электроразрядом Розширення можливостей очищення литва електророзрядом Empowering clear casting electric discharge Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Расширение возможностей очистки литья электроразрядом |
| spellingShingle |
Расширение возможностей очистки литья электроразрядом Денисюк, Т.Д. |
| title_short |
Расширение возможностей очистки литья электроразрядом |
| title_full |
Расширение возможностей очистки литья электроразрядом |
| title_fullStr |
Расширение возможностей очистки литья электроразрядом |
| title_full_unstemmed |
Расширение возможностей очистки литья электроразрядом |
| title_sort |
расширение возможностей очистки литья электроразрядом |
| author |
Денисюк, Т.Д. |
| author_facet |
Денисюк, Т.Д. |
| publishDate |
2010 |
| language |
Russian |
| container_title |
Металл и литье Украины |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Розширення можливостей очищення литва електророзрядом Empowering clear casting electric discharge |
| description |
Предложены пути повышения качества очистки точного литья. Приведены данные, подтверждающие повышение эффективности электроразрядной очистки точного литья в активных разрядных средах, обеспечивающих разупрочнение стержневых и формовочных смесей повышенной прочности. Предложен метод комплексной обработки.
Запропоновано шляхи підвищення якості очищення точного лиття. Наведені дані підтверджують підвищення ефективності електророзрядного очищення точного лиття в активних розрядних середовищах, що забезпечують знезміцнення стрижневих і формувальних сумішей підвищеної міцності. Запропоновано метод комплексної обробки.
The ways of improving of refinement quality of precision molding are proposed. The data, supporting the increase of effectiveness of electric-discharge refinement of precision molding in active discharge media providing the softening of core sand and sand mixtures of improved strength are cited, and the method of complex treatment is proposed.
|
| issn |
2077-1304 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49889 |
| citation_txt |
Расширение возможностей очистки литья электроразрядом / Т.Д. Денисюк // Металл и литье Украины. — 2010. — № 5. — С. 10-13. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT denisûktd rasširenievozmožnosteiočistkilitʹâélektrorazrâdom AT denisûktd rozširennâmožlivosteiočiŝennâlitvaelektrorozrâdom AT denisûktd empoweringclearcastingelectricdischarge |
| first_indexed |
2025-11-25T17:19:47Z |
| last_indexed |
2025-11-25T17:19:47Z |
| _version_ |
1850518733954482176 |
| fulltext |
10 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 ’2010
УДК 621.747.54:537.528
Т. Д. Денисюк
Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины, Николаев
Расширение возможностей очистки литья электроразрядом
Предложены пути повышения качества очистки точного литья. Приведены данные, подтверждающие
повышение эффективности электроразрядной очистки точного литья в активных разрядных средах,
обеспечивающих разупрочнение стержневых и формовочных смесей повышенной прочности. Предложен
метод комплексной обработки.
Ключевые слова: электроразрядная очистка литья, поверхностно-активные вещества, рабочая активная среда,
поверхностное натяжение
П
ереход машиностроительного производства на
новые экономические и технологические прин-
ципы предусматривает значительный рост про-
изводства отливок, полученных с использовани-
ем специальных способов литья, которые позволяют
существенно сократить непроизводственные поте-
ри материала и топливно-энергетических ресурсов,
улучшить качество продукции и уменьшить загрязне-
ние окружающей среды. Современные условия рабо-
ты литейных предприятий, сжатые сроки выполнения
заказов и повышенный уровень требований, предъяв-
ляемых к качеству литья, в значительной степени
определяются свойствами применяемых формовоч-
ных и стержневых материалов и смесей на их осно-
ве. Чтобы увеличить размерную точность отливки, чи-
стоту поверхности для изготовления литейных форм
и стержней применяются новые материалы с более
высокими прочностными характеристиками, так как
на качество литья большое влияние оказывает по-
верхностная прочность смеси, поскольку динамиче-
ское воздействие струи металла воспринимается, в
первую очередь, поверхностными слоями формы.
Хорошие результаты по очистке крупного и сред-
него литья от песчано-глинистых форм достигаются
при применении электроразрядного метода очист-
ки [1]. Но этот метод недостаточно освоен при очист-
ке литья сложной конфигурации (с закрытыми стерж-
нями и стержнями малых объемов) от высокопрочных
формовочных материалов. Технологические режимы
подобных операций не учитывают локальную жест-
кость обрабатываемых материалов с переменными
характеристиками, что не обеспечивает эффективной
очистки зон деталей с элементами жесткости и приво-
дит к повреждению тонкостенных участков изделий.
Для разрушения и удаления стрежней и остат-
ков высокопрочных формовочных смесей применя-
ются вибрационные и химико-термические средства
очистки с использованием специальных размягча-
ющих растворов и расплавов, кипящих растворов
щелочей, кислот и солей [2]. Кроме высокой энерго-
емкости эти способы являются вредными производ-
ствами, загрязняют окружающую среду, отрицатель-
но сказываются на чистоте поверхностного пласта
отливок, являются причиной образования микротре-
щин в местах максимального сосредоточения внут-
ренних напряжений.
Цель настоящей работы – повышение эффек-
тивности электроразрядного способа очистки точ-
ного литья за счет использования дополнительных
факторов, способствующих разупрочнению форм и
стержней в процессе их элекроразрядного разруше-
ния, исключающих вредные воздействия электрораз-
ряда за счет снижения критических нагрузок на мате-
риал отливок.
Результаты ранее проведенных исследований под-
твердили, что электроразрядный способ является
Вниманию авторов!
С 2009 г. в соответствии с требованиями ВАКа все статьи, поступающие в редакции
научных журналов, должны обязательно проходить рецензирование, иметь ключевые
слова, аннотации, фамилию, имя, отчество авторов и название статьи – на
русском, украинском и английском языках.
Объем статьи – не более 10 стр., рисунков – не более 5.
Статьи в редакции должны поступать на бумажном и электронном носителях.
Для текстовых материалов желательно использовать формат doc. Для графических
материалов – формат jpeg. Графические материалы необходимо сохранять в
отдельных файлах. Фотографии, рисунки, графики и чертежи должны быть черно-
белыми, четкими и контрастными.
11МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 ’2010
эффективным при очистке точного литья и удовлет-
воряет всем требованиям техники безопасности и
экологической безопасности.
Эмпирически установлена зависимость крити-
ческих энергий электроразрядной очистки (ЭРО) от
толщины стенок литья из стальных, чугунных и алю-
миниевых сплавов (рис. 1) [3].
Плотность энергии разряда на единицу площади
может быть выражена следующим уравнением:
где Е – энергия разряда, кДж; r – радиус эффектив-
ного действия разряда, м; l – разрядный промежу-
ток или высота расширяющегося цилиндра на уров-
не радиуса расширения, м.
С другой стороны, действия энергии разряда
должны быть не меньше прочности формовочных и
стержневых смесей [4]
E ≥ σсж V , (2)
где σсж – предел прочности на сжатие формовоч-
ных и стержневых смесей; V – объем разрушения от
одного разряда.
Значение энергии, выделенной в канале разряда
за время τ, определяется следующим образом [5]:
где R – радиус канала разряда, м; ρ – плотность раз-
рядной среды, кг/м3; γ – эффективный показатель
адиабаты (равен 1,26); L – индуктивность устрой-
ства, мкГн; C – емкость разрядного контура, мкФ.
Следовательно,
или
3
2
1
0
4
8
12
0 5 10 15 20 25
d, мм
Е, кДж
2
1
0
20
40
60
80
100
0 100 200 300
t, c
%
300
417
120
219
0
100
200
300
400
500
1 2
Время
обработк
и, С
Энергоз
атраты,
Вт·ч
Зависимость допустимых значений энер-
гии разрядов от толщины стенок литых за-
готовок: отливка Al (1), отливка Сч 28-48 (2), отливка
Ст45 (3)
Рис. 1.
12
8
4
0
5 10 15 20 25
3
2
1
Е
, к
Д
ж
d, мм
, (1)
22 2 2 ( )
Е E Е
S rl r r l r
= =
+ +π π π
, (4)
2
2 ( ) 2( )
Е ErЕ r
r l r l
= =
+ +
π
πτ
где kп – коэффициент пропорциональности (равен
0,8-0,9).
Решение уравнения (5) дает оценку объема раз-
рушения формовочных и стержневых смесей при из-
вестных параметрах электроразрядного оборудования.
Полученные результаты энергии, необходимой
для разрушения прочных форм и стержней, сравни-
ваем с допустимыми значениями (рис. 1). Недоста-
ющая энергия компенсируется разупрочнением ма-
териалов форм и стержней путем комплексной элек-
троразрядной очистки и активных разрядных сред.
В качестве разрядной среды использован раствор
поверхностно-активных веществ (ПАВ), примене-
ние которого обусловлено свойствами адсорбции на
границах раздела фаз и способностью понижать по-
верхностное натяжение [6]. Этот процесс основан на
диспергирующем действии ПАВ. Основное свойство
ПАВ, определяющее эффективность его действия
как диспергатора, является способность смачивать
твердую поверхность. Главным экспериментальным
показателем этой характеристики является поверх-
ностное натяжение, с понижением облегчается дис-
пергируемость гетерогенных систем. Оценкой дис-
пергирующего действия ПАВ должно служить сни-
жение поверхностного натяжения
∆σ = σ0 - σА, (6)
где σ0 и σА– поверхностные натяжения без ПАВ и с
ПАВ, эрг/см2.
При некоторой концентрации достигается пре-
дел растворимости ∆ср и поверхностное натяжение
больше не понижается. Максимальный эффект, ко-
торый может быть достигнут, определяется соотно-
шением ∆σ/∆ср.
Уравнение, связывающее адсорбцию вещества
и вызываемое ею изменение поверхностного на-
тяжения σ с содержанием вещества внутри лю-
бой из двух граничных фаз, было впервые полу-
чено Гиббсом
где с1 и с3 – содержание вещества в поверхностном
слое и внутри фазы, из которой происходит адсорб-
ция, моль-1; Г = δ(с3 – с1) / 103 – адсорбция вещества
(избыток массы растворенного вещества на 1 · 10-4 м2
поверхностного слоя), М · моль · л; R – газовая посто-
янная; T – температура, ºС; сp – концентрация ПАВ
в растворе, %; δ – толщина слоя, 10-2 мм.
Это и есть критерий оценки диспергирующего дей-
ствия ПАВ. Соотношение ∆σ / ∆ср характеризует за-
висимость изменения поверхностного натяжения от
изменения концентрации ПАВ в водном растворе.
При хрупком разрушении связь прочности Р с по-
верхностной энергией Епов описывается уравнением
Гриффитса
, (7)1H 3
3
1 р
( ) Г
10
RT c cd RT
dc c с
−−
= =
×
δσ
, (8)пов. е ЕР
h
=
, (3)
( )
4
21
R lЕ
LC
=
γ −
πρ
π
, (5)
( ) ( )
4
п сж22 1
R l k п V
LC r l
πρ
= σ
γ − π +
12 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 ’2010
где е – модуль упругости твердого тела; h – харак-
терный размер существующих в твердом теле или
возникающих при предварительном пластическом
деформировании дефектов – зародышевых трещин
разрушения.
В соответствии с соотношением Гриффитса, спра-
ведливым в условиях хрупкого разрушения, отноше-
ние прочностей материала PA и P0, в присутствии и в
отсутствие среды, равно корню квадратному из отно-
шения соответствующих поверхностных энергий
где ЕповА и Епов0 – поверхностные энергии с ПАВ и
без него, МПа.
Сопоставляя соотношение Гриффитса с адсорб-
ционным уравнением Гиббса, можно непосредствен-
но связать адсорбцию с прочностью P
В качестве активной среды использован рас-
твор адипиновой кислоты, относящейся к клас-
су ПАВ-диспергаторов [7]. Показателем активно-
сти среды является величина, характеризующая-
ся отношением поверхностного натяжения среды
к оптимальной концентрации в растворе ПАВ. Мак-
симально возможная активность эксперименталь-
но установлена при 30%-ном водном растворе ади-
пиновой кислоты. Коэффициент поверхностного
натяжения среды установлен по показателю сма-
чиваемости поверхности формовочных смесей, по
сравнению с водой он в 2 раза ниже, то есть равен
примерно 36 эрг/см2. Поскольку молекулы адипино-
вой кислоты (химическая формула (СН2)4(СООН)2)
дефильны, состоят из полярной части (СООН)2 и не-
полярной (СН2)4, механизм разупрочнения формо-
вочных смесей можно характеризовать адсорбцион-
ными явлениями, происходящими на границе поляр-
ных тел – формовочной керамической смеси SiO2 и
раствора с его полярной составляющей.
Молекула адипиновой кислоты полярной частью
ориентируется к поверхностям форм и стержней.
Подвижность молекул адипиновой кислоты пример-
но в 2 раза выше подвижности молекул воды, и они
значительно глубже проникают в микротрещины фор-
мовочных смесей, образовавшихся во время спека-
ния форм и стержней, и стремятся их раздвинуть до
критических размеров. В процессе ЭРО растет тем-
пература активной разрядной среды, и адсорбцион-
ные явления значительно активизируются. Их мак-
симальная активность, как показали эксперимен-
ты, наступает при температуре среды около 60 oС.
Как опытный образец применили отливку из стали
марки Ст45 с толщиной стенок от 6 до 10 мм, полу-
ченную в керамической литейной форме, прочность
на сжатие которой – 12 МПа, объем закрытых и по-
лузакрытых полостей в отливке составляет до 25 %.
Максимальная масса отливки – 25 кг. Для разруше-
ния стержня требуется энергия в разряде порядка
5 кДж, а это возможно для отливок с минимальной
толщиной стенок (см. рис. 1) не меньше 15 мм [5].
ЭРО опытной отливки проводилась разрядами
с энергией 2,5 кДж, недостаток энергии разрушения
восполнялся за счет активности разрядной среды. На
рис. 2 представлена зависимость полноты очистки
опытной отливки от времени ЭРО в активной разряд-
ной среде – 30%-ном водном растворе ПАВ – адипино-
вой кислоты при температуре до 60 oС. Для сравнения
показаны результаты экспериментальной ЭРО анало-
гичной отливки в водной разрядной среде разрядами
с теми же параметрами. Полнота очистки определя-
лась путем взвешивания выбитого стержня в процент-
ном отношении к первоначальной его массе.
Показатель полноты очистки отливки при ЭРО в
активной среде в 2 раза выше, чем при ЭРО в водной
среде и составляет 98 %.
Сравнительный показатель энергозатрат при
электроразрядной и гидромеханической очистках ли-
тья представлен на рис. 3.
Для реализации технологического процесса и тех-
нологических требований разработана установка
«Искра-40», которая предназначена для электрораз-
рядной очистки чугунных и стальных отливок массой
до 20 кг в опытно-экспериментальном производстве.
3
2
1
0
4
8
12
0 5 10 15 20 25
d, мм
Е, кДж
2
1
0
20
40
60
80
100
0 100 200 300
t, c
%
300
417
120
219
0
100
200
300
400
500
1 2
Время
обработк
и, С
Энергоз
атраты,
Вт·ч
100
80
60
40
20
0
100 200 300
t, c
О
чи
ст
ка
о
тл
ив
ки
, %
1
2
Зависимость полноты очистки отливки от вре-
мени ЭРО при тетемпературе разрядной среды до 60 оС:
1 – активная среда, 2 – водная среда
Рис. 2.
300
417
120
219
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
1 2
Время обработки,
С
Энергозатраты,
Вт·ч
300
417
120
219
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
1 2
Время обработки,
С
Энергозатраты,
Вт·ч
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
1 2
300
417
120
219
Сравнительный показатель энергозатрат: гидро-
механическая очистка (1), ЭРО в активных сре-
дах (2); – время обработки, с, – энергозатраты, Вт ּ ч
300
417
120
219
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
1 2
Время обработки,
С
Энергозатраты,
Вт·ч
300
417
120
219
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
1 2
Время обработки,
С
Энергозатраты,
Вт·ч
300
417
120
219
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
1 2
Время обработки,
С
Энергозатраты,
Вт·ч
300
417
120
219
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
1 2
Время обработки,
С
Энергозатраты,
Вт·ч
Рис. 3.
сd
dP
RTР
РЕ
ln
2Г A
2
0
АобА
⋅
= . (10)
, (9)
0пов
пов
0 Е
Е
Р
Р АА =
13МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 ’2010
1. Ризун А. Р. Исследование и оптимизация технологии электрогидроимпульсной выбивки стержней и очистки отливок:
Дис … канд. техн. наук. – Киев, 1984. – 200 с.
2. Специальные способы литья / Под ред. В. А. Ефимова. – М.: Машиностроение, 1991. – 734 с.
3. Денисюк Т. Д., Ризун А. Р. Электроразрядная очистка точного литья // Электронная обработка материалов. – 2005.
– № 3. – С. 83-85.
4. Пат. 20898 Украины, МПК (2007) В22D29/00. Способ очистки отливок точного литья / Т. Д. Денисюк, А. Р. Ризун,
И. С. Швец, Ю. В. Голень. – Опубл. 15.02.2007, Бюл. № 2.
5. Методика расчета гидродинамических и электрических характеристик канала разряда электрогидравлических устано-
вок / А. Р. Ризун, В. В. Иванов, О. М. Рыбка. – Киев: Наук. думка, 1982. – 28 с.
6. Абрамзон А. А. Поверхностно-активные вещества: свойства и применение. – Л.: Химия, 1981. – 304 с.
7. Денисюк Т. Д., Ризун А. Р. Предпосылки к использованию поверхностно-активных веществ для электроразрядной сре-
ды при разрушении формовочных смесей // Электронная обработка материалов. – 2004. – № 5. – С. 76-79.
Ключові слова електророзрядне очищення литва, поверхнево-активні речовини, робоче активне середо-
вище, поверхневий натяг
Таким образом, применение активных разрядных
сред расширит возможности электроразряной техно-
логии очистки литья, позволит повысить ее эффек-
тивность, исключит вредное воздействие на матери-
ал отливки за счет снижения критических нагрузок.
Выводы
Полученные результаты направлены на создание
новых, более эффективных электроразрядных уста-
новок для очистки литья от высокопрочных форм и
стержней, очистки оборудования от нежелатель-
ных покрытий и загрязнений. Внедрение комплекс-
ных технологий позволит снизить время обработки,
энергозатраты в 2 и более раз, обеспечит высокую
полноту очистки поверхности оборудования, позво-
лит достичь конкурентоспособной стоимости продук-
ции, значительно улучшить санитарно-гигиенические
условия труда и оздоровления экологии. Это акту-
ально для современного машиностроения при вхож-
дении в международную структуру промышленного
производства востребованных наукоемких изделий.
ЛИТЕРАТУРА
Denisyuk Т.
Empowering clear casting electric dischargeSummary
The ways of improving of refinement quality of precision molding are proposed. The data, supporting the increase of effectiveness
of electric-discharge refinement of precision molding in active discharge media providing the softening of core sand and sand
mixtures of improved strength are cited, and the method of complex treatment is proposed.
Keywords
electrical discharge cleaning of casting, surface-active substances, active working environment, the
surface tension
Поступила 02.02.10
Денисюк Т. Д.
Розширення можливостей очищення литва електророзрядом
Запропоновано шляхи підвищення якості очищення точного лиття. Наведені дані підтверджують підвищення
ефективності електророзрядного очищення точного лиття в активних розрядних середовищах, що забезпечують
знезміцнення стрижневих і формувальних сумішей підвищеної міцності. Запропоновано метод комплексної обробки.
Анотація
|