Фізико-механічні засади складних схем обробки тиском та вібраційних процесів в технологіях формування порошкових виробів

П'ятий розділ присвячено дослідженню методу віброформування металевих порошків. Аналіз існуючих методів ущільнення порошків з використанням вібраційного поля показав, що найбільш ефективною може бути схема з вібруючою матрицею, коливання якої здійснюється у декількох площинах одночасно.

Розроблено конструкцію універсального гідравлічного вібромодуля з об'ємним способом збудження коливань і робочим органом (вібростолом) на підтиснених трубчастих оболонках. Конструкція встановленої на вібростіл матриці та схема під'єднання підтиснених оболонок забезпечує можливість реалізації як осьових, так і спіральнозворотних коливань. Джерелом пульсуючого потоку служить модернізований шестерінчастий насос. Залежно від виконання, привідний блок може забезпечувати ступінчасте або безступінчасте регулювання частоти. Амплітуда коливань регулюється за рахунок підтиснення оболонок або за рахунок зміни об'єму рідини, що подається в оболонки. Межі регулювання частоти від 20 до 150 Гц, амплітуди від 0,1 до 1,5 мм.

Запропоновано методику проведення дослідження впливу основних параметрів і форм коливань на процес ущільнення і механічні характеристики пористих матеріалів. В основу методики покладена оригінальна схема вимірювання і реєстрації параметрів процесу віброформування, яка базується на використанні 12-розрядного аналого-цифрового перетворювача (плата АDC-1280) та ПЕОМ. Вимірювання, реєстрація та обробка отриманих результатів відбувається в режимі реального часу через оригінальний прикладний пакет ADC, написаний з використанням мови програмування Delphi.

Результати досліджень показують, що пориста структура, яка утворюється при пресуванні, визначається процесами схоплювання, які мають місце на контактних поверхнях часток. Віброформування, і особливо по схемі зі спірально-зворотною формою коливань матриці, дозволяє забезпечити протікання процесів “холодного зварювання” і утворення дифузійних містків зв'язку між частками за рахунок активізації зсувних деформацій в об'ємі матеріалу.

Розглянуто процеси, які відбуваються між двома спряженими поверхнями при їх взаємному русі. Показано, що коливання матриці крім прямого зниження сили бічного тертя за рахунок заміни коефіцієнта тертя спокою на коефіцієнт тертя руху, значно покращує процес притирання таких поверхонь, а це призводить до додаткового зниження коефіцієнта тертя між ними.

Вплив частоти вимушених коливань матриці запропоновано враховувати через залежність коефіцієнта тертя від швидкості взаємного ковзання спряжених поверхонь. При цьому можливим є створення умов резонансного зниження сили тертя.

Експериментальні результати підтверджують висунуті припущення. Використання вібрацій у всіх випадках дозволило зменшити пористість і підвищити однорідність розподілу густини по об'єму заготовок в порівнянні з однобічним статичним пресуванням. Для досліджених мате-ріалів використання вібропрасування дозволило підвищити густину пре-совок порівняно з статичним методом в середньому на 15-20 %.

Використання вібронавантаження впливає на граничні властивості і значно підвищується міцність пористого матеріалу. Порівняно із статичним формуванням межа міцності зразків, отриманих вібропресуванням, підвищилась для порошку ПМС-1 на 41...125 %, для ПЛ-80 на 42... 129 % і для ПЖР-3.315 на 67...218 %. При цьому, характер зміни міцності брикетів залежно від умов та методу формування добре корелюється з залежностями для пористості матеріалу. У всіх випадках ведення обертальної складової у форму руху коливань матриці дозволило підвищити міцність зразків найбільшою мірою. Очевидно, найбільш вірогідним для пояснення цього явища є те, що однією з найважливіших умов підвищення механічних характеристик матеріалів є активація металевих зв'язків на контактних поверхнях часток. На мікрорівні цього можна досягти різними способами, але найбільш ефективним є дія на структуру глибокою пластичною деформацією, яка відповідає заживленню мікро- і субмікропор по границях часток. При цьому відбувається зміна форми пор і утворення вторинних пор, більш стійких до деформації. З їх утворенням процес ущільнення уповільнюється. Інтенсифікувати заліковування пор можливо за рахунок використання деформацій зсуву, що і відбувається при спірально-зворотних коливаннях.

Відомо, що при формуванні порошкових матеріалів велике значення має історія навантаження. У проведених дослідженнях історія навантаження визначалася послідовністю та комбінацією прикладення статичного навантаження і віброколивань.

Аналіз міцності зразків, отриманих при різних історіях навантаження підтвердив, що на їх механічні характеристики, крім густини, помітно впливає структура одержаного матеріалу. Формування по найбільш ефективній з розглянутих схем навантаження, дозволило підвищити міцність зразків на 180-230 % порівняно зі зразками, які отримані статичним однобічним пресуванням.

У шостому розділі викладено основні аспекти практичного використання результатів дослідження, подано вдосконалені технологічні процеси утилізації відходів підшипникового виробництва та виконана оцінка властивостей отриманих заготовок на основі методу скінчених елементів (МСЕ).

Відпрацювання технології утилізації відходів підшипникового виробництва проводили на прикладі шліфувальних шламів Луцького підшипникового заводу (ЛПЗ). У технологічному процесі механічної обробки деталей підшипників на ЛПЗ використовують два види шліфування: після токарної обробки деталей (партія 1) і після шліфування загартованих деталей (партія 2). Досліджувалися дві схеми утилізації шліфувальних шламів. При першій технологічній схемі (збір шламу, центрифугування, сушка, термообробка, подрібнення спеків, сепарація, відновлювальний відпал, просіювання), що відповідає загальноприйнятій, фізико-механічні та технологічні властивості отриманих порошків сталі ШХ15 не відповідають вимогам стандартів. Крім того, властивості порошків, що отримані після “сирої” шліфовки (партія 1) і після шліфовки загартованих деталей, різні. Концентрація деяких компонентів (наприклад, кремнію, марганцю) у порошках не задовольняє вимоги стандарту. Найбільше відхилення характерно для порошків першої партії. Це пояснюється його більшою здатністю до окислення.

Важливими технологічними характеристиками металевих порошків є насипна густина і кут природного нахилу . Для порошків першої партії = 0,58 г/см³ і = 47^о20^?, для порошків другої партії - = 1,42 г/см³ і = 41^о. Для порівняння, порошок заліза ПЖ-3М має = 2,6 г/см³ і = 27^о.

Основною причиною низьких технологічних характеристик порошків, що отримані з шліфувальних шламів, є нерегулярна форма часток.

З метою надання часткам більш регулярної форми запропонована друга схема переробки шламів, а саме - додаткове обкочування часток порошку у кульовому млині з послідуючим відпалом для зняття набутих при обкочуванні внутрішніх напружень та наклепу.

При обкочуванні крім закруглення форми і згладжування поверхні часток відбувається їх подрібнення. Аналітичне представлення кінетики подрібнення порошку сталі ШХ15 проводили за рівнянням професора К.А. Разумова:

,(14)

де R - кількість великої неподрібненої фракції в матеріалі у момент часу t; Т - тривалість подрібнення; k - відносна швидкість подрібнення, що залежить від умов подрібнення; m - відносна подрібнюваність залишку, що змінюється від одиниці в початковий момент подрібнення до деякої величини Р наприкінці подрібнення.

Для всіх досліджених порошків теоретичні й експериментальні результати дають задовільну якісну і кількісну відповідність. Встановлено, що збільшувати час обкочування - подрібнення більше 8-10 годин недоцільно, тому що інтенсивність процесу знижується. Характерно, що початковий етап подрібнення залежить від технології отримання порошку та вихідних умов обкочування.

Додаткова обробка порошку приводить до зміни гранулометричного складу, форми і розмірів часток порошку сталі ШХ15. Так, якщо до обкочування фактор форми FF, що характеризує співвідношення радіального розміру частки до її довжини, знаходився у межах 0,15-0,2, то після обкочування FF=0,65-0,75. На поверхні часток зменшується кількість та величина мікронерівностей. У свою чергу, обкочування покращує технологічні характеристики порошків: збільшується насипна густина, текучість, кут природного нахилу. На спосіб отримання металевого порошку з шламових відходів було отримано патент України № 63558А. З урахуванням отриманих результатів розроблено і впроваджено у виробництво технологію виготовлення деталей конструкційного призначення для ВАТ “Електротермометрія”, ВАТ “Луцький автомобільний завод”, ВАТ “Ковельсільмаш”. Оптимізація розподілу густини та контроль форми поверхні виробів забезпечена за рахунок використання методу скінчених елементів.

ВИСНОВКИ

1. Огляд сучасного стану деформаційних технологій порошкової металургії свідчить, що одним з основних факторів, що стримує розрахункову базу та проектування операцій отримання конструкційних виробів складної форми з порошків - є відсутність коректного експериментального обґрунтування поведінки ущільнювальних матеріалів в умовах складних навантажень. Переважна більшість відомих даних не задовольняють вимогу реалізації оптимального розподілу густини та напружено-деформованого стану. Тому їх використання можливе лише для якісної верифікації теоретичних моделей.

2. Для реалізації оптимального навантаження за напруженим станом у різних температурно-силових умовах запропоновано принципово нову ідею комбінування крокової і неперервної зміни шарової та девіаторної компонент напружень на спеціалізованому програмно-модульному комплексі (ЛДТУ). Зокрема, створений комплекс дозволяє випробування трубчастих та суцільних зразків з порошкових, спечених та неспечених матеріалів для модулювання широкого діапазону траєкторій навантаження, що відповідають найбільш поширеним технологіям, які використовуються в порошковій металургії.

3. Розроблені основи загальної методики експериментального дослідження незворотного деформування порошкових та пористих матеріалів, в яких стисливість або розпушливість поєднується із зсувними явищами. Методика дозволяє наочне спостереження із якісним та кількісним контролем ефекту дилатансії.

4. Результати експериментів по програмах пропорційного (радіального) навантаження, які виконані при різних співвідношеннях гідростатичного тиску та інтенсивності дотичних напружень, свідчать, що для досліджених пористих матеріалів гіпотеза єдиної кривої у_і(е_і) не має місця.

5. На відміну від поглядів, які розповсюджені в порошковій металургії про однозначну залежність поточної густини від гідростатичного тиску, встановлено, що така залежність не є інваріантною і суттєво пов'язана з жорсткістю напружено-деформованого стану, яка характеризується співвідношенням першого інваріанта тензора напружень та другого інваріанта девіатора напружень.

6. Визначено форму поверхні навантаження та її еволюцію для різних шляхів деформування, що характеризує пластичну поведінку пористих спечених та незв`язаних порошкових матеріалів; зокрема, встановлено, що для спечених матеріалів на основі міді та заліза експериментальні дані відповідають теорії Мартинової-Штерна та Петросяна; для незв`язаних порошків відповідна поверхня навантаження подібна до тієї, що відповідає концепції Cam - Clаy хоча екстремум поверхні навантаження у площині “гідростатичний тиск-інтенсивність дотичних напружень” може бути суттєво зсунутим в напрямку всебічного стиснення.

7. Експериментально встановлено спроможність використання критерію Писаренка - Лебедєва для оцінки конструкційної міцності спечених і неспечених пористих металів.

8. Вперше розроблені та реалізовані комп'ютерні моделі засипки порошку у пресформи довільної форми, які дозволяють визначити пористість моно- та полідисперсної структури і її топологію залежно від форми часток порошку, моделювати процес пакування часток різноманітного гранулометричного складу з використанням горизонтальних, вертикальних та комбінованих коливань при довільній варіації комбінацій вібраційних параметрів.

9. На підставі моделі сформульовано метод управління та контролю процесом вібраційного пресування. Встановлені оптимальні комбінації коливань різного типу та послідовність їх застосування (історія навантаження), що забезпечують необхідну середню по об`єму густину та прийнятну топологію розподілу порошку.

10. Розроблено методику, обладнання та програмне забезпечення методу вібраційного формування заготовок з використанням вібромодулів з об'ємним способом збудження коливань і робочим органом на підтиснених пружних оболонках для реалізації багатокомпонентного та просторового (спірально-зворотного) вібраційного навантаження.

11. Встановлено, що особливо ефективним є метод вібропресування з просторовою (спірально-зворотною) формою коливань матриці. Порівняно з однобічним статичним пресуванням віброформування дозволило підвищити міцність отриманих зразків на 100-215% залежно від марки порошку та його фізико-механічних властивостей. Визначено для досліджених порошкових матеріалів оптимальні схеми та режими віброформування.

12. Запропоновано універсальні вібромодулі для реалізації вібропресування заготовок з порошкових матеріалів на стандартному пресовому обладнанні. Виконавчі елементи вібромодулів можуть працювати автономно або бути включеними у спільну гідросистему.

13. Розроблена технологія утилізації шліфувальних відходів підшипникового виробництва, яка відрізняється від класичної схеми тим, що металевий порошок сталі ШХ15 після магнітної сепарації підлягає додатковому обкочуванню та відновлюваному відпалюванню. Отримані порошки сталі ШХ15 відповідають вимогам стандартів за гранулометричним складом та технологічними властивостями. Оптимізація розподілу густини та контроль форми поверхні виробу при радіальному пресуванні забезпечені за рахунок використання методу скінченних елементів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Рудь В.Д., Тулашвили Ю.Й. Усыченко С.Ю. Установка высокого давления для исследования свойств материалов при трехосном напряженном состоянии // Физика и техника высоких давлений. - 1993. - Т. 3. - № 3. - С. 155-159.

2. Панфилов Ю.А., Рудь В.Д., Штерн М.Б. Влияние жёсткости схемы нагружения на характер течения пористого материала при двухосных деформациях // Порошковая металлургия. - 1992. - № 7 - С. 14-17.

3. Гуменюк Л.О., Лотиш В.В., Рудь В.Д. Про комп'ютерну модель спікання на прикладі кліткового автомату // Порошковая металлургия. - 1998. - № 7/8. - С. 43-45.

4. Рудь В.Д., Лотиш В.В., Гуменюк Л.О. Про комп'ютерне моделювання пакування часток // Порошковая металлургия. - 2002. - № 5/6. - С. 40-44.

5. Рудь В.Д., Смолянкин О.А, Бодун В.Н. Программно-модульный комплекс для испытаний материалов при сложном нагружении // Порошковая металлургия. - 2004. - № 3/4. - С. 21-25.

6. Рудь В.Д. Використання вібраційних технологій для ущільнення порошкових матеріалів // Вібрації в техніці та технологіях. - 2005. - №2 (44) - С. 22-24.

7. Рудь В.Д., Гальчук Т.Н., Повстяной О.Ю. Использование отходов подшипникового производства в порошковой металлургии // Порошковая металлургия. - 2005. - № 1/2 - С. 106-112.

8. Tkaczuk J., Rud W. Modulowy wibrator na sprezonych powlokach rurowych // Texnologia i automatycacja montazu. - 1995. - № 4(10). - S. 42-44.

9. Мидуков В.З., Рудь В.Д. О состоянии експериментальных исследований пластических деформаций пористих металлов // Реологические модели и процессы деформирования пористых порошковых и композиционных материалов. - К.: Наукова думка, 1985. - С. 61-67.

10. Рудь В.Д., Мартыненко М.Г. Напряженно-деформированое состояние толстостенной трубы из пористого металла // Сб. Исследования по механике деформируемых сред. - Иркутск: ИрПИ/ - 1987. - Вып. 7 - С. 13-19.

11. Тулашвили Ю.Й., Рудь В.Д., Обухов А.В., Мельник И.О. Экспериментальное исследование квазиизостатического метода формования // Сб. "Исследования по механике деформируемых сред". - Иркутск: ИрПИ, 1991. - С. 65-70.

12. Панфилов Ю.А., Рудь В.Д. Двухосная деформация пористых заготовок с начально неоднородным распределением плотности // Физика и механика порошковых материалов: Сб. науч. тр. АН Украины. Ин-т пробл. материаловедения им. И.Н. Францевича. -- К.: 1993. -- С. 90-99.

13. Ткачук Ю.Я., Рудь В.Д., Самольянов І.І. Механізм вібраційного формування порошкових матеріалів. / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. - Луцьк: РВВ ЛПІ. - 1994. - Вип. 1. - С. 10-15.

14. Рудь В.Д., Тулашвілі Ю.Й. Теоретичні посилання до проведення дослідів на розтяг об'ємнозмінних матеріалів під впливом гідростатичного тиску / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. - Луцьк: РВВ ЛПІ. -1995. - Вип. 2. - С. 31-35.

15. Сомов Д.О., Рудь В.Д., Кузьмін В.О. Дослідження жорсткості і пружних зв'язків виконавчого механізму об'ємного гідроприводу на підтиснених оболонках. / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки” - Луцьк: РВВ ЛПІ. - 1996. - Вип. 3. - С. 136-146.

16. Ткачук Ю.Я., Рудь В.Д. Автоматизація розрахунку пористості порошкових матеріалів при формуванні / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. - Луцьк: РВВ ЛПІ. - 1996. - Вип. 3. - С. 167-169.

17. Рудь В.Д. Векторні властивості структурно-неоднорідних пористих матеріалів / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. - Луцьк: РВВ ЛДТУ. - 1999. - Вип. 5. - С. 220-226.

18. Рудь В.Д., Тулашвілі Ю.Й. Дослідження зміцнення і граничної пластичності пористого порошкового матеріалу / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. - Луцьк: РВВ ЛДТУ. - 2000. - Вип. 7. - С. 209-213.

19. Ткачук Ю.Я., Кузьмин В.А., Рудь В.Д. К вибрационному формованию порошковых материалов // Физика и механика порошковых материалов: Сб. науч. тр. / АН Украины. Ин-т пробл. материаловедения им. И.Н. Францевича. -- К.: 1993. -- С. 99-114.

20. Рудь В.Д., Тулашвілі Ю.Й., Бондаренко Р.В. Дослідження впливу технологічних факторів вихідних порошків на ущільнення і міцність пористих матеріалів / Вісник Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут” Машинобудування / Відпов. Ред. М.І. Бобир. - К.: НТУУ ”КПІ”. - 2001. - Вип. 40. - С. 255-260.

21. 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: Наукові праці КДПУ. - Кременчук: КДПУ. - 2001- Вип. 2(11). - С. 243 - 246.

22. Сомов Д.О., Рудь В.Д., Ткачук Ю.Я. Автоматизований контроль параметрів при вібраційному формуванні порошкових матеріалів / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. - Луцьк: РВВ ЛДТУ. - 2001. - Вип. 8. - С. 227-232.

23. Усиченко С.Ю., Заболотний О.В., Рудь В.Д. Деформування пористих осесиметричних заготовок в еластичних оболонках / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. - Луцьк: РВВ ЛДТУ. - 2001. Вип. 8. - С. 249-258.

24. Заболотний О.В., Повстяной О.Ю., Рудь В.Д. Розвиток процесів ізостатичного пресування ущільнювальних порошкових середовищ / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. - Луцьк: РВВ ЛДТУ. - 2001. - Вип. 9. - С. 152-156.

25. Рудь В.Д. Якісний аналіз схем віброформування сипучих матеріалів. / Міжвуз. зб. наук. праць „Наукові нотатки”. - Луцьк: РВВ ЛДТУ. - 2002. Вип. 11. - С. 245-248.

26. Дубинка О.М., Рудь В.Д. Побудова розв'язуючих рівнянь на основі змішаного методу скінченних елементів для осесиметричних задач ущільнення порошків // Вісник Рівненського державного технічного університету, B. 3 (16). - Рівне: BB PДТУ. - 2002. - С. 143-149.

27. Рудь В.Д. Вплив вібрації на фізико-механічні характеристики виробів з металевих порошків / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. - Луцьк: РВВ ЛДТУ. - 2003. - Вип. 13. - С. 296-302.

28. Заболотний О.В., Рудь В.Д., Богінський Л.С. Виготовлення фільтруючих матеріалів із застосуванням сухого радіально-ізостатичного пресування / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. - Луцьк: РВВ ЛДТУ. - 2003. -Вип. 12. - С. 106-123.

29. Сергєєв В.В., Рудь В.Д., Гуменюк Л.О. Дослідження щільності стохастичних упаковок часток при застосуванні вібрацій / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. - Луцьк: РВВ ЛДТУ. - 2004. - Вип. 14. - С. 279-288

30. Рудь В.Д. До визначення поверхні навантаження порошкових матеріалів / Міжвузівський зб. наук. праць „Наукові нотатки”. - Луцьк: РВВ ЛДТУ. - 2004. - Вип. 15. - С. 275-281.

31. Рудь В.Д. Вплив історії навантаження на властивості пористих матеріалів / Збірник наукових праць НУВГПК.- Рівно: РВВ НУВГПК. - 2005 - № 2(30). - С.116-120.

32. Рудь В.Д. Аналіз механізму руйнування пористих матеріалів / Вісник Тернопільського технічного університету ім. І. Пулюя. - Тернопіль: РВВ ТТУ. - 2005.- №2, Т.10.- С. 105-110.

33. Дубинка О.М., Рудь В.Д. Методика представлення впливу контактного тертя у скінченноелементному аналізі задач ущільнення порошків у матриці // Трибофатика Матеріали IV міжнародного симпозіуму. -Тернопіль: Вид-во ТДТУ ім. І. Пулюя. - 2002. - Т.2. - C. 719-723.

34. Рудь В., Єжижанський В., Гальчук Т. Дослідження кінетики подрібнення сталі ШХ15. / Математичні проблеми механіки неоднорідних структур: В 2-х т. - Львів. - 2000. - Т. 2. - С. 356-357.

35. Дубинка О., Рудь В. Застосування теорії текучості і методу скінченних елементів в задачах деформування пористих матеріалів / Математичні проблеми механіки неоднорідних структур: В 2-х т. - Львів. - 2000. - Т. 2. - С. 344-346.

36. Рудь В.Д., Гуменюк Л.О. Комп'ютерний аналіз ущільнення сипучих матеріалів. // Сборник трудов международной научно-технической конференции // Машиностроение и техносфера XXI. - Донецк: ДонНТУ, 2004. т.3 - С. 77-80.

37. Тулашвілі Ю., Рудь В., Бондаренко Р. Вплив технологічних характеристик вихідних порошків на міцність пористих матеріалів / Математичні проблеми механіки неоднорідних структур: В 2-х т. - Львів. - 2000. - Т. 2. - С.358-360.

38. Рудь В.Д., Гальчук Т.Н. К проблеме утилизации отходов машиностроительного производства / Труды третьей Международной конференции “Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий”. - Кацивели. - 2004. - С. 539.

39. Пристрій для пресування порошків: Патент на винахід 34770 А. Україна. МКИ 6 В22 F 3 / 02 / В.Д. Рудь, С.О. Стречен. - № 99073812; Заявл. 06.07.99; Опубл. 15. 03. 2001., Бюл. № 2.- 5 с.

40. Пристрій для вібраційного пресування виробів з металевих порошків: Патент на винахід 18095 А. Україна. МКИ 6 В22 F 3 / 02 / Ю.Я Ткачук, В.О. Кузьмін, В.Д. Рудь, О.О. Сергеев. - № 93007602; Заявл. 30.06.93; Опубл. 31. 06. 97., Бюл. № 15.- 3 с.

41. Пристрій для сухого радіально-ізостатичного пресування порошкових матеріалів на матрицю: Патент на винахід 63675 А. Україна. МКИ 7 В22 F 3 / 04 / В.Д. Рудь, О.О. Заболотний О.В., Повстяной О.Ю. - № 2003054869; Заявл. 28.05.03; Опубл. 15. 01. 04., Бюл. № 1. - 3 с.

42. Пристрій для сухого радіально-ізостатичного пресування порошкових матеріалів: Патент на винахід 63676 А. Україна. МКИ 7 В22 F 3 / 04 / В.Д. Рудь, О.О. Заболотний О.В., Повстяной О.Ю. - № 2003054870; Заявл. 28.05.03; Опубл. 15. 01. 04., Бюл. № 1. - 3 с.

43. Спосіб отримання металевого порошку з шламових відходів підшипникового виробницства: Патент на винахід 63558 А. Україна. МКИ 7 В22 F 3 / 04 / В.Д. Рудь, Т.Н. Гальчук, Повстяной О.Ю. - № 2003054065; Заявл. 06.05.03; Опубл. 15. 01. 04., Бюл. № 1.- 3 с.

44. Фільтр: Патент на корисну модель 4623 U. Україна. МКИ 7 В01D35/02 / В.Д. Рудь, О.Ю. Повстяной., О.В. Забо-лотний - № 20040705210; Заявл. 01.07.04; Опубл. 17. 01. 05., Бюл. № 1. - 3 с.

45. Гуменюк Л.А., Лотыш В.В., Рудь В.Д. Некоторые аспекты использования клеточных автоматов для моделирования уплотнения монодисперсних материалов // Новейшие процессы и материалы в порошковой металлургии: Тез. докл. междун. конф. - Киев, 1997. - С.9.

46. Гуменюк Л.А., Лотыш В.В., Рудь В.Д. К вопросу о регулярности пористой структуры // “Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий”: Тез. докл. междун. конф. - Кацивели. - 2000. - С. 5.

47. Смолянкін О.О., Рудь В.Д. До методики визначення механічних характеристик структурно-неоднорідних матеріалів при складному навантаженні / Застосування теорії пластичності в сучасних технологіях обробки тиском: Тез. докл. міжн. наук.-прак. - Вінниця, 2001. - С. 36.

48. Рудь В.Д., Тулашвили Ю.Й. Дослідження зміцнення і граничної пластичності пористого порошкового матеріалу / Сучасні проблеми інженерної механіки: Тез. докл. міжн. сімп. - Луцьк, 2000. - С. 40.

АНОТАЦІЯ

Рудь В.Д. Фізико-механічні засади складних схем обробки тиском та вібраційних процесів в технологіях формування порошкових виробів - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.16.06 - Порошкова металургія та композиційні матеріали. Інститут проблем матеріалознавства НАН України, м. Київ, 2005 р.

Роботу присвячено вирішенню актуальної науково-технічної проблеми встановлення особливостей незворотного деформування пористих матеріалів при різних видах напруженого стану, оцінці адекватності та межі застосування існуючих гіпотез пластичності пористого середовища, комп'ютерно-імітаційному моделюванню процесів ущільнення порошків та удосконаленню процесів формування виробів на основі оптимізації технології утилізації відходів підшипникового виробництва.

Для реалізації складного навантаження в різних температурно-силових умовах запропоновано принципово нову ідею комбінування крокової і неперервної зміни шарової та девіаторної компонент напружень, що реалізована на спеціалізованому програмно-модульному комплексі, основу якого складає модуль гідростатичного навантаження. Показано, що деформаційні та механічні характеристики порошкових та спечених пористих матеріалів суттєво залежать від історії навантаження.

На основі експериментальних досліджень запропонована нова технологічна схема утилізації відходів підшипникового виробництва та оригінальні технологічні схеми ущільнення порошків з використанням вібраційних коливань просторової форми.

Ключові слова: Напружено-деформований стан, континуальні моделі, порошки, комп'ютерно-імітаційне моделювання, засипки, віброформування, шліфувальний шлам.

АННОТАЦИЯ

Рудь В.Д. Физико-механические основы сложных схем обработки давлением и вибрационных процессов в технологиях формирования порошковых изделий - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.16.06 - Порошковая металлургия и композиционные материалы. Институт проблем материаловедения НАН Украины, г. Киев, 2005 г.

Работа посвящена решению важной научно-прикладной проблемы в отрасли порошковой металлургии - созданию новых и совершенство-ванию существующих технологий получения порошковых изделий с повышенными механическими и функциональными свойствами на основании экспериментального обоснования концепции необратимой деформации порошковых материалов при их сложном нагружении и использованию компьютерно - имитационных моделей для оптимизации процессов уплотнения в условиях осевой нагрузки, радиально-изостатического и вибрационного прессования.

Для реализации сложной нагрузки в разных температурно-силовых условиях предложена принципиально новая идея комбинирования шагового и непрерывного изменения шаровой и девиаторной компонент напряжений, что реализована на специализированном программно-модульном комплексе, основу которого составляет модуль гидростатического нагружения. Разработана оригинальная методика экспериментального исследования деформационных характеристик спеченных и порошковых металлов в условиях пропорционального и сложного нагружения.

Показано, что деформационные и механические характеристики порошковых и спеченных пористых материалов существенно зависят от истории нагружения. Определено, что форма поверхности нагружения для спеченных материалов соответствует теории Мартиновой-Штерна и Петросяна; для несвязанных порошков поверхность нагрузки соответствует концепции Cam - Сlау.

Впервые разработаны и реализованы компьютерные модели засыпки порошка в пресс-формы произвольной формы, которые позволяют определить пористость моно- и полидисперсной структуры и ее топологию в зависимости от формы частиц порошка, моделировать процесс упаковки частиц разнообразного гранулометрического состава с использованием горизонтальных, вертикальных и комбинируемых колебаний при произвольной вариации комбинаций вибрационных параметров. На базе разработанных моделей выполнен обширный численный эксперимент, позволивший оптимизировать технологические параметры вибрационной засыпки порошков в пресс-формы.

С использованием полученных результатов модельного эксперимента, разработано методику, оборудование и программное обеспечение метода вибрационного формования заготовок. В качестве источника возбуждения колебаний использованы вибромодули с объемным способом возбуждения колебаний и рабочим органом на сжатых упругих оболочках. Оригинальная конструкция вибромодулей позволяет реализовать многокомпонентное и пространственное вибронагружение и технологические схемы уплотнения порошков с использованием вибрационных колебаний пространственной формы.

Установлено, что наиболее эффективным есть метод вибропрессования с использованием пространственной формы колебаний (спирально-крутильные). По сравнению с односторонним прессованием, виброформование позволило увеличить прочность неспеченых заготовок более чем на 100-200 % в зависимости от марки порошка и его физико-механических свойств.

Разработана технология утилизации отходов подшипникового производства, которая отличается от классической схемы тем, что металлический порошок стали ШХ15 после магнитной сепарации подвергается дополнительному обкатыванию и измельчению. Полученные порошки стали ШХ15 отвечают требованиям стандартов по гранулометрическому составу и технологическим свойствам. Оптимизация распределения плотности и контроль формы изделий выполнен на базе установленных моделей с использованием метода конечных элементов. Теоретические разработки и экспериментальные результаты внедрены в производство.

Ключевые слова: Напряженно-деформированное состояние, континуальные модели, порошки, комьютерно-имитационное моделирование, засыпки, виброформование, шлифовальный шлам.

ABSTRACT

Rud V.D. Physical and mechanical aspects of powder pressure part forming technology under complex loading schemes and vibration - Manuscript. A dissertation on reception of an academic degree of doctor of technical science on a speciality 05.16.06 - Powder metallurgy and composite materials. Institute of problems of materials science NAS of Ukraine, Kiev, 2005

The work is dedicated to solution of an actual scientific and technical problem of features establishment of irreversible deformation of porous materials at different types of the tense state; to estimation of adequacy and limit of application of existent hypotheses of plasticity of porous environment; computer-imitation modeling of powders compression processes and improvement of products forming processes on the base of bearing production wastes utilization technology optimization.

For the hard loading in different temperature and force conditions realization a principal new idea of combining step and continuous change of stratified and deviator component of tensions. This one is realized on the specialized programmatic-module complex, starting place of which is the module of the hydrostatical loading. It is shown, that deformation and mechanical characteristics of powder and scorched porous materials substantially depend on the loading history.

On the base of experimental researches results proposed a new technological map of bearing production wastes utilization and original technological conditions of powders compression with the vibrations of spatial form applying.

Key Words: Tensely-deformed state, continual models, wastes, powders, computer-imitation design, powder-filings, vibrations.

Размещено на Allbest.ru