Вінницький НАЦІОНАЛЬНИЙ технічний університет

СОМОВ ДМИТРО ОЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 621.768: 621. 923.7

Вібраційний модуль на оболонках високого тиску для пресування порошкових матеріалів

Спеціальність 05.03.05 – “Процеси та машини обробки тиском”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Вінниця – 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Луцькому державному технічному університеті (ЛДТУ) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, професор Рудь Віктор Дмитрович, докторант Інституту проблем матеріалознавства НАН України ім. І. М. Францевича, м. Київ

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Рябічева Людмила Олександрівна, Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля, м. Луганськ, завідувач кафедри “ Прикладне матеріалознавство”

кандидат технічних наук, доцент Обертюх Роман Романович,
Вінницький національний технічний університет, доцент кафедри металорізальних верстатів та обладнання автоматизованих виробництв

Провідна установа:

Донецький національний технічний університет, Міністерство освіти і науки України, м. Донецьк

Захист відбудеться “08” ____04_____2004 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 05.052.03 у Вінницькому національному технічному університеті ( 21021 м. Вінниця, Хмельницьке шосе, , ГУК, ауд. 210).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Вінницького національного технічного університету (21021 м. Вінниця, Хмельницьке шосе, ).

Автореферат розісланий “26____02___2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Дерібо О. В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Зниження металоємкості конструкцій з одночасним забезпеченням заданого ресурсу і надійності є важливими для проектування нових машин та споруд. В сучасних умовах промисловість повинна орієнтуватись на прискорене створення техніки, розробленої на основі найновіших відкриттів та винаходів, на удосконалення технологічних процесів, максимально економлячи вихідну сировину, матеріали, електроенергію, паливо. Ці заходи дають високий економічний ефект i забезпечують охорону навколишнього середовища.

Серед чисельних факторів, які підвищують ефективність технологічних процесів i машин, є цілеспрямоване використання вібрацій. Вібраційна техніка і технологія з кожним роком розширюють галузь свого застосування і займають все міцніші позиції в різних галузях промисловості, будівництва, транспорту та сільського господарства України.

Однією з перспективних галузей промисловості, де застосовується вібраційна техніка і технологія, є порошкова металургія. Значення порошкової металургії в сучасному промисловому комплексі велике, тому що технологічні прийоми та методи порошкової металургії в деяких випадках – єдино можливі для створення нових матеріалів із заданими властивостями. Цими методами отримують найбільш тверді, стійкі проти механічного зносу, жароміцні, жаростійкі, хімічно стійкі матеріали, а також матеріали з пористістю, що регулюється. Вібраційні технології знайшли широке використання при пресуванні та формуванні заготовок деталей з порошків різного призначення в умовах багатосерійного та масового виробництва. Інтенсивному застосуванню вібротехнологій при формуванні виробів з порошків в умовах серійного та дрібносерійного виробництва перешкоджає відсутність відповідного обладнання. Враховуючи вище означене, роботи, спрямовані на створення та вдосконалення вібраційної техніки для формування порошків в умовах серійного виробництва є актуальними.

Зв’язок роботи з науковими програмами організації. Робота є складовою частиною науково-дослідної роботи, яка виконувалась на замовлення Державного Комітету України з питань науки і технології в ЛДТУ. Номер державної реєстрації 05.55.05/004Б-92 “Розробка технологій холодного і гарячого ущільнення конструкцій та виробів з порошкових матеріалів ”, а також є закінченим фрагментом досліджень, які виконувались ЛДТУ за програмою INTAS-96-2343 на тему “Основи і експериментальне дослідження формування, спікання і ущільнення в сучасних порошкових технологіях”.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка та дослідження вібраційного модуля на оболонках високого тиску для вібраційного пресування порошкових матеріалів, який дозволяє отримувати якісні заготовки складних та габаритних виробів, а також створення наукової та експериментально обґрунтованої методики розрахунку параметрів вібраційних модулів.

Для досягнення даної мети необхідно вирішити такі основні задачі:

- обґрунтувати вибір конструктивних схем гідравлічних вібраторів для ущільнення порошкових матеріалів, які дозволять реалізувати просторові коливання прес-форми;

- розробити на базі знайдених рішень конструктивну схему вібраційного модуля на оболонках високого тиску для пресування порошкових матеріалів;

- теоретично і експериментально оцінити несучу здатність стандартних оболонок високого тиску в якості виконавчих органів гідравлічного вібратора;

- розробити математичну модель вібраційного модуля на оболонках високого тиску для дослідження його динаміки;

- дослідити частотні характеристики вібраційного модуля на оболонках високого тиску при різних режимах роботи;

- розробити експериментальне і дослідно-виробничне обладнання, систему управління і контролю основних параметрів процесу із застосуванням комп’ютерних технологій;

- експериментально та теоретично оцінити вплив форми та параметрів коливань на процес ущільнення порошкових матеріалів;

- розробити інженерну методику проектування вібраційних модулів на підтиснених оболонках високого тиску.

Об’єкт дослідження – машини для пресування порошкових матеріалів.

Предмет дослідження – вібраційний модуль на оболонках високого тиску для пресування порошкових матеріалів.

Методи досліджень. Задачі дослідження вирішувались за допомогою розрахунково-аналітичного методу та методу комп’ютерного моделювання з використанням пакетів “МАСС 05”, “МАСС 07” та “mbty”. Вібраційне пресування при складному навантаженні проводились на оригінальних експериментальних і дослідних установках, які розроблені в ЛДТУ. Контроль параметрів при вібраційному пресуванні проводився за допомогою автоматизованого вимірювального комплексу.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше висунуті або удосконалені такі положення:

1. Вперше, на основі аналізу конструктивних рішень відомих вібраційних гідравлічних пресів для формування заготовок з порошкових матеріалів, запропоновано для реалізації складного пресового навантаження використовувати в якості робочого стола преса змінний вібраційний модуль на оболонках високого тиску.

2. Вперше теоретично та експериментально визначені співвідношення параметрів жорсткості оболонок високого тиску, що є складовими частинами вібраційного модуля, та запропоновані аналітичні залежності розрахунку пружних елементів.

3. Вперше розроблена, теоретично та експериментально досліджена математична модель вібраційного модуля на оболонках високого тиску, на основі якої складене нелінійне диференціальне рівняння руху робочого органу. Визначені основні режими роботи модуля в стаціонарному режимі зарезонансної зони.

4. Вперше експериментально за допомогою нового автоматичного вимірювального комплексу визначено вплив просторових (осьових та крутильних) коливань робочого органу вібраційного модуля на фізико-механічні параметри порошкової заготовки в процесі її вібраційного пресування.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені конструктивні схеми вібраційних модулів, які складаються з насоса змінної подачі, гідравлічного акумулятора, механізму накопичення енергії, гідравлічного мотору, гідравлічного пульсатора, виконавчого механізму на оболонках високого тиску. Розроблена методика проектування вібраційних модулів на підтиснених оболонках високого тиску та впроваджено експериментальний зразок вібраційного модуля з об’ємним способом збудження коливань для промислового пресу моделі ПС-125. Розроблено автоматизований вимірювальний комплекс на базі ПОЕМ для контролю параметрів процесу вібраційного ущільнення, який працює в режимі реального часу з датчиками різних типів і конструкцій. Дане обладнання використовувалось в ТзОВ “Сатурн-Альфа” при пресуванні феритних втулок водолічильників для ВАТ “Електротермомерія” (м. Луцьк). Методика розрахунку робочих і конструктивних параметрів вібромодулів та технологічний процес виготовлення втулок стартерів впроваджена на ВАТ “Луцький підшипниковий завод” в складі „SKF” (м. Луцьк).

Особистий внесок здобувача. Основні результати, положення, рекомендації та висновки дисертаційної роботи отримані автором самостійно. Постановка задач і аналіз результатів виконано спільно з науковим керівником. У роботі [1] автором досліджено жорсткість пружних зв’язків виконавчого механізму на підтиснених оболонках високого тиску, визначено жорсткість “гідравлічної пружини”; у роботі [5] автором досліджено гідравлічний вібратор з ударно-пружними зв’язками; у роботі [6] автор розробив програму для реєстрації параметрів при вібраційному пресування порошкових матеріалів; у роботі [7] автором проведений загальний аналіз структурної схеми; у роботі [8] автору належить розробка схеми підключення датчиків до вібраційного модуля.

Апробація результатів дисертації. Основні матеріали дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на міжнародній конференції “Новейшие процессы и материалы в порошковой металлургии” в м. Київ в 1997 р.; на науковому міжнародному семінарі “Реологічні моделі та процеси деформування пористих і композиційних матеріалів” в м. Луцьк в 1997 р.; на науковій конференції “Застосування теорії пластичності в сучасних технологіях обробки тиском” в 2001 р. в м. Вінниця; на науково-технічній конференції “Сучасні проблеми інженерної механіки” в 2001 р., в м. Кременчук; на науково – технічних конференціях Луцького державного технічного університету в 1995 – 2003 р.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 9 друкованих робіт, в тому числі 5 статей у фахових журналах і збірниках наукових праць, а також тези та матеріали доповідей на науково-технічних конференціях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел з 129 найменувань та додатків. Основна частина викладена на 148 сторінках машинописного тексту і містить 66 ілюстрацій та 8 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність проблеми, її наукова новизна, практична цінність, висвітлений зв’язок із науковими напрямками та викладені положення, які виносяться на захист. Поставлені задачі на дослідження.

Перший розділ присвячений літературному огляду, в якому приведений аналіз відомих способів формування виробів з порошкових матеріалів, встановлено вплив факторів, які визначають характер розподілу густини та фізико-механічні характеристики пресовок, розглянуто способи передачі енергії вібрації порошку, що ущільнюється та схеми вібраційного та віброударного пресування.

Виготовлення деталей різноманітних розмірів і форм з необхідними властивостями (особливо високощільних та міцних) із різних порошкових матеріалів можливо, коли є достатньо рівномірний, ненапружений розподіл частинок в виробі з заданою щільністю. Чисельними дослідженнями доведено, що на однорідність розподілення всіх фізико-механічних показників пористих та структурно-неоднорідних матеріалів впливає схема прикладення зусиль до заготовки в процесі її пресування (формування). В значній мірі однорідність розподілу властивостей залежить від величини дотичних напружень та деформацій зсуву. Широко відомі в цьому напрямку роботи В. М. Сегала, Б. А. Друянова, О. В. Степаненко, Л. О. Рябічевої, В. А. Огородникова, І. О. Сивака та ін.

Перспективним з точки зору підвищення якості складних за формою і великогабаритних виробів є спосіб вібраційного пресування, про що свідчать роботи І. Г. Шаталової, В. В. Іващенко, В. М. Яма, П. Ф. Овчиннікова та ін. Застосування пресування з використанням вібрації, яка діє у декількох напрямах в одній площині, суттєво поліпшує всі характеристики пресовок. Про це свідчать результати теоретичних та експериментальних досліджень І. Б. Матвеєва, Р. Д. Ісковича-Лотоцького, Р. Р. Обертюха та інших учених. Роботами Р. Д. Ісковича-Лотоцького, Ю. А. Бочарова, В. Д. Рудя доведено, що перспективним є пресування з використанням вібрацій, які мають просторовий характер. Відзначено вагомий внесок в теоретично-експериментальне обґрунтування можливостей створення різноманітних машин з виконавчими механізмами на підтиснених оболонках високого тиску таких вчених, як П. Я. Крауіньша, В. Ф. Горбунова, В. Д. Рудя, В. О. Кузьміна та інших дослідників.

Відзначено, що незважаючи на позитивний вплив просторових коливань на процес ущільнення порошкових матеріалів, дослідження в цьому напрямку не чисельні. Практично відсутні роботи з розробки та дослідження машин з виконавчими механізмами на підтиснених оболонках високого тиску для пресування порошкових матеріалів.

На підставі проведеного аналізу відомих робіт обґрунтована та викладена мета роботи та завдання щодо її реалізації.

Другий розділ присвячений вибору і обґрунтуванню раціональної схеми вібраційного модуля на підтиснених оболонках. Проведено аналіз властивостей напірних рукавів високого тиску при їх радіальній деформації, досліджено пружні властивості та несуча здатність підтиснених рукавів. Побудована графічна залежність згину несучого каркасу рукава під дією зовнішньої сили G та внутрішнього тиску Р. Розроблена методика, виготовлено устаткування та проведені досліди по визначенню основних характеристик пружних елементів.

На рис. 1. наведені експериментальні та розрахункові дані, які визначають рівень приведеної жорсткості від діаметру оболонки. Конструктивні схеми виконавчих механізмів зведені до однієї розрахункової системи, яка приведена на рис. 2. У початковому положенні верхні та нижні оболонки підтиснені по довжині L на величину X0, в них забезпечується постійний тиск Р0. Приклавши до рухомого органу виконавчого механізму зовнішню силу G, останній зміститься на величину X. Несуча площа верхнього рукава FВ збільшується від F0 на величину FВ, тобто FВ0 + FВ. Несуча площа нижніх рукавів FН зменшиться на величину FН, тобто FН = F0 – FН. Тиск відповідно в верхніх рукавах збільшиться з Р0 на РВ, РВ = Р0 + РВ, а в нижніх зменшиться на РН, РН = Р0 – РВ.

Рівняння рівноваги сил буде мати вигляд:

(1)

Після перетворення отримаємо:

(2)

Звідки сумарна жорсткість: . (3)

Для перевірки приведених аналітичних залежностей проведені дослідження жорсткості виконавчого механізму по п’яти схемах, коли тиск в оболонках Р0=0, Р00, Р=Рсер та тиск в системі підтримується постійним. За результатам дослідів побудована графічна залежність сумарної жорсткості верхніх і нижніх оболонок (рис.3). Проведені досліди показали, що конструктивна особливість оболонок високого тиску, а саме, можливість витримувати великий внутрішній тиск, мала згінна жорсткість в радіальному напрямку, висока довговічність дозволяє їх використання в якості пружних елементів гідравлічних вібраційних виконавчих механізмів; застосування оболонок високого тиску, як пружних оболонок досягається за рахунок попереднього підтиснення до еліптичного стану, причому величина підтиснення має бути в межах пружної деформації рукава в радіальному напрямку.

Для дослідження впливу різних факторів на процес вібраційного пресування порошкових матеріалів з використанням в якості виконавчих механізмів пружних оболонок розроблений та виготовлений експериментальний вібраційний модуль, гідрокінематична схема якого представлена на рис. 4. В приводному блоці І, рух електродвигуна змінного струму 3 через муфту 4 передається до гідравлічного насосу 6. Конструкція гідронасосу дозволяє регулювати в широких межах об’ємну подачу робочої рідини. За допомогою жорсткого трубопроводу гідронасос з’єднаний з гідравлічним мотором 7 виконавчого модуля ІІ. Діапазон регулювання може складати від 5 до 130 Гц. Гідромотор через перехідний вал 10, на якому встановлений маховик 11 з регулюючим моментом інерції, приводить в рух пульсатор 12. Далі змінний потік робочого середовища по жорстких трубопроводах подається на виконавчий механізм ІІІ. При включенні пульсатора імпульс тиску рідини подається в пару 17 підтиснених оболонок. Ці підтиснені ділянки приймають округлу форму, а оболонки 18 ще більш стискаються. В результаті рухома частина 19 стола піднімається разом з обоймою і матрицею. Одночасно рухаються важелі 20, які перетворюють поступальний рух в обертальний. Різні комбінації осьових та крутильних коливань дає змогу реалізувати складні просторові коливання. Змінюючи величину підтиснення оболонок можна змінювати амплітуду коливань та несучу здатність робочого органу. У випадку використання багатоканального пульсатора, наприклад, плунжерного насоса, можливе підключення до гідросистеми оболонок 18. При цьому тиск в оболонки 17 та 18 повинен подаватися в протифазі. Така система дозволяє отримати більш жорстку характеристику коливань робочого органу.

Запропонований вібраційний модуль має просту і надійну конструкцію, дозволяє реалізувати повне регулювання та контроль параметрів; має високий коефіцієнт корисної дії завдяки використанню об’ємного способу збудження коливань, можливість включення гідравлічної системи модуля в будь-яку стандартну гідросистему.

В третьому розділі проведено теоретичне дослідження вібраційного модуля на оболонках високого тиску. По розрахунковій схемі вібратора (рис. 5) складаємо його математичну модель. При побудові математичної моделі застосовуємо статичні характеристики елементів, які входять в систему.

Для виводу лінеарізованого рівняння руху гідравлічного вібратора приймемо наступні припущення: жорсткість основних пружних зв’язків С0 постійна, та не залежить від переміщення Х2; сухе тертя в виконавчому механізмі дуже мале, тому його можна не враховувати; хвильові процеси в гідравлічних магістралях не впливають на динаміку системи через їх малоу довжину; модуль пружності рідини та робочих порожнин величина постійна, яка не залежить від тиску і температури; температура рідини за час динамічного процесу не змінюється; втрати рідини в трубопроводах, робочих порожнинах та генераторі коливань дуже малі і тому їх можна не враховувати; коефіцієнт в’язкості величина постійна.

Враховуючи рівняння балансу сил , (4)

яке після перетворення приймає вигляд , (5)

де рушійна сила; –позиційна сила (сила пружної протидії); – приведена сила в’язкого тертя, та рівняння витрат отримаємо лінійну математичну модель руху гідравлічного вібратора (6).

Диференціальне рівняння вимушених коливань системи при наявності відновлюваної сили та в’язкого тертя має вигляд, (7)

де ,.

При нульових початкових умовах , загальне рішення диференційного рівняння (8), де: . Для випадку гармонійного збурення стаціонарна частина буде, (9) де , а є коефіцієнтом динамічності.

Зсув фаз характеризує відставання фази переміщення Х2 від фази збурюючої сили. При резонансі . Коефіцієнт передачі (відношення амплітудної сили, що передається основі, до амплітуди збурюючої сили) . Структурна схема руху робочого органу приведена на рис. 6. Перетворюючи структурну схему можна отримати передаточні функції та частотні характеристики для будь-яких проміжних змінних, зокрема: для об’єму W деформації робочих порожнин:

(10)

для перепаду тиску Р в робочих порожнинах:

(11)

або . (12)

Для ЛАЧХ та ЛФЧХ отримаємо:

(13)

. (14)

Співпадання ЛАЧХ та змінної частини ЛФЧХ для об’єму деформації W та тиску Р має місце лише в тому випадку, коли ланка є підсилювачем.

На рис. 7 приведені експериментальні АЧХ та ФЧХ амплітуди коливань виконавчого органу та перепадів тиску в робочих порожнинах для різних значень вхідного сигналу Х1, який характеризує амплітуду пульсуючого об’єму. Також на цьому рисунку приведені частотні характеристики, для одного із значень Х1, з використанням отриманих статичних характеристик жорсткості та площі. Порівняння розрахункових та експериментальних характеристик ЛАЧХ та ЛФЧХ дає якісне та кількісне співпадання, особливо для малих значень Х1.

Аналіз частотних характеристик показує, що даний вібраційний модуль має два резонанси. Перший резонанс на частоті , по амплітуді АХ та перепаду тисків АР. Він характеризує максимальне значення АХ та АР. Другий резонанс на частоті , характеризує зменшення на цій частоті амплітуди перепаду тиску АР. В деяких випадках режими роботи виконавчого механізму на частоті виявляється переважним, тому що виходячи з умови довговічності пружних елементів їх довговічність в значній мірі залежить від амплітуди пульсації. Експериментальне вивчення резонансних режимів виявило відмінності його динамічних характеристик від лінійної математичної моделі. Так зі збільшенням вхідного сигналу Х1 резонансні частоти та зменшуються, а по розрахунку має бути незмінною (рис. 6). Тому для уточнення

математичної моделі потрібно враховувати нелінійності, які в першому наближенні не враховувались. Доповнимо лінійну математичну модель нелінійними ланками (рис. 8) які характеризують жорсткість основних пружних зв’язків С0 та жорсткість гідравлічної пружини СР. Нелінійна жорсткість С0 характеризується додатковою жорсткістю . З рис. 8. випливає очевидний вплив ланки СР на динамічні характеристики руху робочого органу, яка може по внутрішньому зв’язку змінити співвідношення фаз між входом Х1 і виходом Х2.

В четвертому розділі проведено експериментальне дослідження процесів пресування металевих порошків з застосуванням просторових коливань прес-форми. Для проведення досліджень використані три схеми пресування:

- статичне одностороннє пресування;

- статичне одностороннє пресування по схемі вібруючої матриці з осьовими коливаннями;

- статичне одностороннє вібраційне пресування по схемі вібруючої матриці з осьовими та крутильними коливаннями.

На основі приведених схем пресування розроблені п’ятнадцять конкретних умов пресування. Пресування проводились при тисках від 200 до 600 МПа. Частоти та амплітуди коливань варіювались в таких межах:  ... 150 Гц; А = 0,5 ... 2мм. В процесі формування зразків проводився контроль таких параметрів: статичний тиск в гідравлічній системі преса, тиск в системі вібраційного модуля; амплітуда, частота і віброприскорення коливань матриці. Контроль всіх вище означених параметрів здійснювався за допомогою нового автоматизованого вимірювального комплексу на базі АЦП мод. ADC 1280. Контроль параметрів можливий при одночасній роботі 16 датчиків в режимі реального часу. Отримання результатів можливо, як у графічному вигляді, так і в чисельному.

В якості вихідних параметрів для зразків з металевих порошків досліджувалися: розподіл густини (пористості) по об’єму; сила бічного тиску; міцність зразків та ін.. Був визначений позитивний вплив просторових коливань на всі фізико-механічні характеристики зразків. На рис. 9 показана залежність міцності неспечених зразків для різних умов пресування. З діаграми видно, що просторові коливання матриці підвищують міцність зразків на 100-200% (умова 12) порівняно з одностороннім пресуванням (умова 1). Проведений аналіз показує, що міцність зразків отриманих вібраційним пресуванням підвищилась порівняно з одностороннім статичним пресуванням для ПМС на 40–110%, для феритів на 42–85%, для ПЖР на 65–200%. Аналіз історії навантаження показує, що зміна часу прикладання осьового навантаження та часу коливань прес-форми незначно впливає на зміну структури зразка. Розглянемо результати дослідів, які виконані у відповідності з 12 умовою пресування. В цьому випадку використовувалось вібрування прес-форми після досягнення зусилля пресування заданої величини. Міцність заготовок отриманих таким чином порівняно з одностороннім статичним пресуванням відповідно складає: для ПМС–215%, для феритів–243%, для ПЖР–275%. А у випадку вібрування прес-форми після прикладення статичного тиску знизило зусилля витискання в 4–5 разів порівняно з статичним пресуванням. В процесі формування зразків при вібруванні більш ніж 5 с осьове зусилля зменшується до 50%.

Вібраційне ущільнення порошкових матеріалів дозволяє значно підвищити густину та розподіл пористості по об’єму зразків порівняно з одностороннім статичним пресуванням. Густина при вібраційному формуванні з просторовим рухом прес-форми для порошкових матеріалів, що досліджувались підвищилась на 12 – 22 %.

В п’ятому розділі розроблена методика, порядок розрахунку і проектування вібраційних модулів на підтиснених оболонках високого тиску. Позитивні якості гідравлічного способу збудження коливань та використання виконавчого механізму на оболонках високого тиску, доцільно використовувати при проектуванні вібраційних модулів для пресування порошкових матеріалів, при роботі вібратора в зарезонансному режимі. Коефіцієнт корисної дії в цьому випадку має максимальне значення. Не менш важливим для проектування вібропресового обладнання, є режим роботи вібратора з мінімальним перепадом тиску в робочих порожнинах, що забезпечує підвищену довговічність вібромодулів такого типу.

Загальна методика проектування вібраційних модулів з використанням підтиснених оболонок високого тиску представлена у вигляді блок-схеми на рис. 10.

Приведений порядок розрахунку гідравлічного вібратора дозволяє розраховувати всі необхідні конструктивні параметри вібратора для забезпечення необхідних режимів роботи. Складена блок-схема дозволяє перейти на машинний метод розрахунку.

ВИСНОВКИ

1. Проведено детальний аналіз конструктивних схем гідравлічних вібраторів для ущільнення порошкових матеріалів за критеріями експлуатаційної надійності та енергоощадності. Встановлено, що гідравлічні вібратори на оболонках високого тиску надійні в експлуатації і мають великий коефіцієнт корисної дії.

Сформульовані вимоги до гідравлічних вібраторів на підтиснених оболонках високого тиску для пресування порошкових матеріалів.

2. Розроблена конструктивна схема гідравлічного вібраційного модуля на підтиснених оболонках високого тиску, яка за рахунок різних схем підключення оболонок забезпечує просторові коливання прес-форми.

3. Теоретично та експериментально встановлено, що конструктивні особливості оболонок високого тиску дозволяють їх застосування в якості пружних елементів гідравлічних вібраційних виконавчих механізмів. Несуча здатність пружної оболонки досягається за рахунок попереднього її підтиснення до еліптичного стану.

4. Розроблені фізичні та математичні моделі вібраційного модуля. Визначено, що процес динамічної роботи гідравлічного вібратора на підтиснених оболонках можливо, з достатньою для практики точністю, оцінити лінійною математичною моделлю.

5. За допомогою побудованих частотних характеристик визначена наявність в характеристиках жорсткості гідравлічної пружини петлі “швидкісного гістерезіса ”. Апроксимація “швидкого гістерезіса ” по частоті за допомогою гармонійної лінеаризації дала якісне і кількісне співпадання розрахункових та експериментальних значень (похибка 5,3%).

6. Розроблений дослідно-виробничий зразок гідравлічного вібраційного модуля з безступеневим регулюванням частоти і амплітуди виконавчого механізму на оболонках високого тиску, який дозволяє реалізувати просторові коливання прес-форми.

7. Експериментально встановлено, що одночасне застосування осьових та крутних коливань приводить до покращення фізико-механічних характеристик виробів з порошкових матеріалів: збільшується однорідність розподілу пористості по об’єму заготовки; густина підвищується на 12 – 22%, міцність зростає на 150 – 200% в залежності від механічних та структурних характеристик порошків.

8. Доведено, що процес ущільнення залежить від історії навантаження. Найбільш раціональною схемою є схема при якій після попереднього підтиснення заготовки накладаються складні коливання на протязі 10 – 15 с. Після чого тиск пресування доводиться до заданого рівня.

9. Розроблена методика проектного розрахунку вібраційних модулів на оболонках високого тиску для пресування порошкових матеріалів, яка дозволяє створювати конструкції аналогічних пристроїв з заданими характеристиками.

10. Основні результати і методики впроваджені на ВАТ „ЛПЗ”, яке входить до складу фірми „SKF” та ВАТ “Електротермометрія” і використовуються в навчальних курсах ЛДТУ: “Автоматизовані системи управління експериментом”; “Автоматизований гідро і пневмопривід”; “Маловідходні технології в машинобудуванні”.

Основні положення дисертації викладені в роботах:

1. Сомов Д. О., Рудь В.Д., Кузьмін В. А. Дослідження жорсткості і пружних зв’язків виконавчого механізму об’ємного гідроприводу на підтиснених оболонках // Наукові нотатки (Луцький державний технічний університет). – 1996. – С. 136 – 147.

2. Сомов Д. О. Модуль об’ємної пружності оболонок високого тиску з металевим обплетенням // Наукові нотатки (Луцький державний технічний університет). – 1996. – С. 147 – 160.

3. Сомов Д. А. Экспериментальная установка для вибропрессования // Труды междунар. конф. “Новейшие процессы и материалы в порошковой металлургии”. – Киев. –1997. – С. 156.

4. Сомов Д. А. Экспериментальная установка для вибропрессования // Труды междунар. конф. “Реологічні моделі та процеси деформування пористих і композиційних матеріалів”. – Луцьк. – 1997. – С. 24 – 26.

5. Кузьмін В. О., Рудь В. Д., Сомов Д. О. Динамічні характеристики об’ємного гідравлічного вібратора з ударно – пружною характеристикою // Збірник доповідей міжнар. конф. “Застосування теорії пластичності в сучасних технологіях обробки тиском”. – Вінниця. – 2001. – С. 74 – 76.

6. Сомов Д. О., Рудь В.Д., Ткачук Ю. Я. Автоматизований контроль параметрів при вібраційному формуванні порошкових матеріалів // Наукові нотатки (Луцький державний технічний університет). – 2001. – С. 227 – 233.

7. Сомов Д. О., Кузьмін В. О. Аналіз узагальненої та структурної схеми гідравлічних збуджувачів // Наукові нотатки (Луцький державний технічний університет). – 1995. – С. 7 – 18.

8. Сомов Д. О., Рудь В.Д., Кузьмін В. О. Автоматизований вимірювальний комплекс для контролю процесів вібраційного ущільнення пористих порошкових матеріалів // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. – 2001. – Вип. 2 (11). – С. 243 – 246.

9.Сомов Д. О. Автоматизований вимірювальний комплекс для дослідження ущільнення порошкових матеріалів при вібраційному пресуванні // Тези першого наукового симпозіуму “Сучасні проблеми інженерної механіки”. – Луцьк: ЛДТУ. – 2000. –С. 48.

Анотація

Сомов Д. А. Вібраційний модуль на оболонках високого тиску для пресування порошкових матеріалів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05. 03. 05 – “Процеси та машини обробки тиском”. Вінницький національний технічний університет, Вінниця, 2004.

Захищаються теоретичні і експериментальні дослідження вібраційного модуля на оболонках високого тиску для пресування виробів з порошкових пластичних матеріалів. Розроблена методика проектного розрахунку спеціального вібропресового обладнання та методика проведення експериментальних досліджень. Визначені закономірності впливу параметрів вібрацій на процес ущільнення і механічні характеристики металевих порошків. Розроблений та впроваджений автоматизований вимірювальний комплекс для контролю процесів вібраційного ущільнення. Наведені практичні рекомендації по вибору оптимальних режимів та схем навантаження при статичному односторонньому пресуванні. Експериментально доведено, що застосування просторової форми коливань значно впливає на механічні властивості виробів.

Впроваджена методика проектного і конструктивного розрахунку параметрів вібраційних модулів на оболонках високого тиску.

Ключові слова: вібраційне формування, вібраційний модуль, порошки, щільність, структура, міцність, амплітуда коливань, частота коливань, схема навантаження, гідравлічний привід.

Аннотация

Сомов Д. А. Вибрационный модуль на оболочках высокого давления для прессования порошковых материалов. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05 – “Процессы и машины обработки давлением”, Винницкий национальный технический университет, Винница, 2004.

Диссертация посвящена вопросам создания новых вибрационных модулей на оболочках высокого давления для прессования порошковых материалов, которые обеспечивают получение изделий с высокой плотностью и равномерным распределением пористости по высоте заготовки.

Целью роботы является разработка и исследование вибрационного модуля на оболочках высокого давления для вибрационного прессования порошковых материалов, который позволяет получать высококачественные заготовки, а также создание научной, экспериментально обоснованной методики расчета параметров вибрационных модулей.

В результате информационных и патентных исследований, аналитического анализа традиционных способов прессования определены рациональные схемы вибрационного уплотнения порошковых материалов. Показано, что основой для создания новых технологий и оборудования является вибрационный модуль на оболочках высокого давления для одностороннего прессования, который позволит в своем развитии удовлетворить требования к производству и качеству деталей. На его основе усовершенствованы существующие способы и оборудование для вибрационного прессования порошковых материалов.

В диссертации представлены теоретические и экспериментальные исследования вибрационного модуля на оболочках высокого давления для прессования изделий из порошковых материалов. Разработана математическая модель движения рабочего органа с учетом нелинейности в упругих связях, которая позволяет определять значения рабочих характеристик на этапе предварительных расчетов. Определены закономерности влияния параметров вибраций на процесс уплотнения и механические характеристики пористых металлических порошков. Разработан и внедрен автоматизированный измерительный комплекс для контроля процессов вибрационного уплотнения на базе платы АЦП мод.ADC 1280, который работает в режиме реального времени с частотой 68000 измерений в секунду. Проведены экспериментальные исследования по изучению уплотняемости порошковых материалов при статическом одностороннем прессовании, распределения плотности по высоте изделия, распределения пористости по объему и показано, что вибрационное прессование с пространственными колебаниями матрицы позволяет получить изделия с равномерным распределением плотности в изделиях, как простой, так и сложной формы. Выполненный анализ экспериментальных исследований подтверждает достоверность результатов теоретических исследований и правомерность принятых допущений. Проведенные эксперименты подтверждают высокую степень эксплуатационной надежности вибрационного модуля. Во время испытаний модуль работал в устойчивом режиме без отказов во время многочисленных запусков.

На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны технологические процессы, оборудование и инструмент для вибрационного прессования порошковых материалов. Разработана экспериментальная и полупроизводственная установка для вибрационного прессования порошковых материалов. В результате работы выявлены и показаны перспективы развития вибрационного прессования и его использования для получения изделий широкого целевого назначения.

Разработана методика расчета рабочих и конструктивных параметров вибропрессового оборудования на оболочках высокого давления, которая позволяет создавать конструкции аналогичных модулей с заданными техническими характеристиками. Полученные с помощью данной методики значения конструктивных параметров целесообразно использовать при проектировании аналогичных модулей на ЭВМ.

Ключевые слова: вибрационное формирование, вибрационный модуль, порошковые материалы, плотность, структура, прочность, амплитуда колебаний, частота колебаний, схема нагружения, гидравлический привод.

The summary

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.03.05 - " Processes and machines of processing by pressure ", Vinnytsia National Technical University. - Manuscript.

In a thesis represented theoretical and experimental researches of the vibration module on envelopes of high pressure for pressing items from plastic of powder materials. The technique of design account special vibropressing of the equipment and technique of realization of experimental researches is developed. The regularities of influence of parameters of vibrations on process of obtruding and mechanical performances of porous metal powders are determined. Is developed and the automated measuring complex for monitoring processes of vibration obtruding is introduced. The practical recommendations are indicated at the choice of optimum modes and circuits of loading for want of unilateral static pressing. Is experimentally proved, that the application of the space form of oscillations considerably influences mechanical properties of items.

The industrial introduction of a technique of account of the workers and design data vibropressing of the equipment on envelopes of high pressure is carried out.

Key word: vibration shaping, vibration module, powder materials, denseness, structure, strength, oscillation frequency, frequency of oscillations, scheme of loading, hydraulic drive.

Підписано до друку 2004 р. Формат 29,742 ј

Наклад 100 прим. Зам. №

Віддруковано в комп’ютерному інформаційно-видавничому центрі

Вінницького національного технічного університету.

м. Вінниця, Хмельницьку шосе, 93. Тел.: 44-01-59