.

Розвиток теорії деформації дискретних тіл і розробка технологічного процесу пресування свинцевих волокон: Автореф. дис… канд. техн. наук / В.В. Пука

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 2557
Скачать документ

ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ
ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ПУКАЛОВ ВІКТОР ВІКТОРОВИЧ

УДК 621.775.8

РОЗВИТОК ТЕОРІЇ ДЕФОРМАЦІЇ ДИСКРЕТНИХ ТІЛ
І РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ПРЕСУВАННЯ
СВИНЦЕВИХ ВОЛОКОН

Спеціальність: 05.03.05 – Процеси та машини обробки тиском

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Донецьк – 1999
Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Кіровоградському державному технічному університеті Міністерства освіти України.

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор Шепельський Микола Васильович, Кіровоградський державний технічний університет, професор кафедри “Обробка металів тиском та ливарне виробництво”

Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор Соколов Лев Миколайович, Донбаська державна машинобудівна академія, професор кафедрі “Машини та технології ОМТ” (м. Краматорськ);
кандидат технічних наук, доцент Кашаєв Валерій Михайлович, Донецький державний технічний університет, доцент кафедри “Обробка металів тиском”
(м. Донецьк).

Провідна установа
Запорізький державний технічний університет, кафедри “Машини та технології ОМТ”, Міністерство освіти України (м. Запоріжжя).

Захист відбудеться 20 травня 1999 р. о 1200 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.052.01 у Донецькому державному технічному університеті (340000, м. Донецьк, вул. Артема, 58).
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донецького державного технічного університету (340000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, ІІ уч. корпус).
Автореферат розісланий “16 ” квітня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої
вченої ради Д 11.052.01, д.т.н., проф. ____________________________С.М. Саф’янц

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Згідно даних Міністерства статистики України щодобово до навколишнього середовища з промислових підприємств викидається біля 22 тис. м3 забруднених стоків. Жорсткі екологічні вимоги, з одного боку, і складність фільтрації забруднених розчинів, з іншого привела до того, що на підприємствах стали встановлювати басейни-відстойники та ємкості-накопичувачі, котрі в цілому не розв’язують проблему: загальна кількість опадів, які щороку накопичуються в очисних спорудах України, становить 77 тис. тон при вологості 98% (15 тис. тон у перерахунку на суху речовину). Особливу складність становить очищення агресивних розчинів.
У теперішній час в якості фільтруючих елементів для очищення від суспензій та механічних домішок у кислотно-лужних середовищах використовують перхлорвінілову тканину, тканину з бусофіду, поліетиленові диски, кварцовий пісок, фільтрувальні керамічні патрони, тонкошарові фторопластові фільтруючі матеріали, металокераміку.
Ткані фільтри та пористі поліетиленові матеріали хоча й забезпечують високий рівень фільтрації, але мають загальні недоліки – неоднорідна відносна величина пор, низька механічна міцність та неможливість регенерації. Більш переважними являються металокерамічні фільтри. Однак в силу специфіки ущільнення вихідного матеріалу (порошку), фільтруючі елементи з пористістю понад 40% отримати практично неможливо (низька механічна міцність). До того ж цим матеріалам притаманні тупикові пори.
Більш ефективними є металоволокнисті фільтри. Вигнута система капілярів, хаотичні переплетіння та механічне зчеплення волокон, рівномірний опір наскрізному потоку та можливість отримання пористості до 95% і, тим самим, високої робочої площі, визначають перевагу їх відносно інших фільтруючих матеріалів.
Найбільш перспективними для фільтрації агресивних середовищ є свинцеві волокнуваті фільтри. Однак через складність отримання свинцевих волокон методом ежекції з розплаву відомості про застосування таких фільтрів практично відсутні. В цілому можна зробити висновок, що стримуючим фактором розширення об’ємів та областей застосування свинцевих металоволокнистих пористих виробів є висока вартість вихідного матеріалу – волокна, що спричинено високою енергоємністю, дорожнечею апаратури та обладнання, недосконалістю технології та незадовільною екологічністю процесу їхнього виробництва.
Задача розробки та дослідження дешевого й ефективного способу отримання свинцевих волокон для роботи в агресивних середовищах методом пресування литих гранул, який немає аналогів у світовій практиці, є актуальною.
Зв’язок роботи з науковими програмами. Роботу виконано згідно Постанови Кабінету Міністрів № 429 від 22.06.94 р. “Про реалізацію пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки” (напрямок 6: “Нові речовини та матеріали”, розділ 1: “Створення нових металевих, композиційних, керамічних матеріалів”), координаційного плану міжвузівських науково-дослідних робіт “Нові конструкційні матеріали та високоефективні технології їх виробництва” (розділ “Одержання нових пористих матеріалів з наперед заданими властивостями”) та науково-дослідної роботи “Дослідження та освоєння технологічних процесів отримання свинцевих волокон пресуванням литих гранул” (№ ДР 0196U010417; Інв. № 0296U000967) Кіровоградського державного технічного університету.
Мета роботи. Теоретичне узагальнення реологічних особливостей на контакті та в об’ємі дискретних часток при деформації їх та з урахуванням технологічної спадкоємності, розробка принципово нового технологічного процесу та обладнання для отримання свинцевих волокон методом пресування литих гранул і запровадження у виробництво свинцевих волокнуватих фільтроелементів для очищення агресивних розчинів.
Наукова новизна.
– На основі вивчення контактної теорії взаємодії часток з використанням статистичних та імовірнісних уяв скоректовано механізм і розроблено фізичну модель ущільнення сипучого середовища й показано, що пластична деформація, яка концентрується в точках контакту і в об’ємі часток, викликає під дією спрямованості поля напружень на заключній стадії пресування послідовний і неперервний акт переходу вісесиметричної форми часток в нерівновісну.
– Феноменологічним шляхом отримано рівняння, що визначає вихідну відносну щільність, при котрій ущільнення здійснюється переважно за рахунок прослизування часток, і рівняння, що описує механізм ущільнення за рахунок пластичної деформації конгломерату часток. Відкоректовано інтервал відносної густини  затухання структурної компоненти деформації ([0,63;0,69]), фіксації контактів ( [0,86;0,94]) й початок витоку волокон ( [0,96;0,98]).
– Аналітичним шляхом отримано рівняння ущільнення сипучого металевого середовища до моменту його витоку в порожнину робочого отвору матриці, що дозволяє кількісно оцінити співвідношення між структурною та пластичною компонентами деформації.
– Аналітичним шляхом виведено рівняння неоднорідності деформації гранул в процесі їхнього пресування, що дозволяє визначити геометрію волокон у різних шарах прутка при заданих режимах пресування і розмірах гранул. Показано, що в центральних зонах випресування (rx 0,4), тим інтенсивніше відбувається його подовження, і чим вищий ступінь деформації, тим більш проявляється цей ефект.
– Для розрахунку силового обладнання й оснастки аналітично отримано рівняння пресування волокон, яке враховує енерговитрати як в процесі ущільнення гранул, так і в їхній об’ємній пластичній деформації при трансформації волокна.
– Розроблено методику вивчення деформаційного механізму взаємодії часток шляхом осаджування їх у замкненому об’ємі різної форми і методику дослідження механізму деформації вісесиметричної частки у довговісну шляхом аналізу деформації зсуву.
Практична цінність та реалізація результатів роботи.
Розроблено установку для вібраційного лиття гранул вісесиметричної форми у широкому діапазоні розмірів (на рівні патентної чистоти), спеціалізоване оснащення для пресування з гранул волокон, технологію виготовлення фільтруючих елементів з свинцевих волокон. З використанням розроблених обладнання і технології виготовлені фільтруючі волокнисті свинцеві фільтроелементи, стендові випробування котрих показали, що вони відповідають вимогам ГОСТ 17108 – 86. За рахунок запровадження технології виробництва фільтроелементів з свинцевих волокон для очищення електролітів на ЗАТ “Автоштамп” (м. Олександрія) отримано економічний ефект 8750 гривень (при використанні 60 м3 очищеного електроліту). Розроблено технічне завдання на проектування дослідно-промислового устаткування для неперервного процесу отримання свинцевих волокон з литих гранул. Прогнозований економічний ефект від реалізації результатів роботи у промисловість України при очищенні агресивних розчинів – 3,2 млн. гривень. Окремі результати використані у Кіровоградському державному технічному університеті при підготовці курсу “Теорія та процеси обробки металів тиском”.
Особистий внесок здобувача. На основі огляду літератури автором було виконано теоретичне обгрунтування та здійснено постановку задачі дослідження. Ним виконано планування експериментів та проведено їх на установках, які були розроблені особисто здобувачем. Він запровадив у практику свинцеві волокнисті фільтроелементи для фільтрації агресивних середовищ і розробив технічне завдання на проектування дослідно-промислової установки для безперервного процесу пресування свинцевих волокон з литих гранул.
Апробація роботи. Матеріали дисертації висвітлено у доповідях на Міжнародних науково-технічних конференціях “Ресурсо- и энергосберегающие технологии в промышленности”(Одеса, 1996) та “Прогрессивные технологии обработки материалов” (Мінськ, 1998), науково-технічних конференціях Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування (з грудня 1998 р. Кіровоградський державний технічний університет), 1995 – 1998 рр.
В цілому роботу обговорено й схвалено на об’єднаному науковому семінарі механіко-технологічного факультету цього навчального закладу у 1998 р.
Публікації. За темою дисертації опубліковано вісім статей і дві доповіді (у тезах), отримано два патенти.
Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку літератури і шести додатків, текстовий матеріал викладено на 130 стор., таблиць – 8, рисунків – 59, літературних джерел – 102 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність проведених досліджень, викладено мету і завдання роботи та шляхи їхнього виконання, наукову новизну, практичну цінність роботи, основні положення, які винесено на захист, інформацію про апробацію та публікації основних результатів роботи.
У першому розділі дано огляд шляхів підвищення ефективності очищення агресивних промислових розчинів і показано, що металоволокнові свинцеві пористі матеріали являються більш перспективними, ніж застосовувані з цією метою інші фільтруючі матеріали. В той самий час існуючий спосіб отримання свинцевих волокон методом ежекції розплаву складний за технічним виконанням, енергомісткий, важкокерований та дорогий, що різко обмежує галузі застосування та обсяги виробництва свинцевих волокнових фільтроелементів.
Представлено аналіз впливу зовнішніх сил тертя на нерівномірність опору деформуванню компактних металів і зроблено висновок про позитивний вплив нерівномірності деформації для отримання волокон з литих гранул в процесі пресування.
Значний внесок у розвиток теорії і технології компактування сипучого металевого середовища зроблено вченими: М.Ю. Бальшиним, Г.М. Ждановичем, Г.Я. Гуном, М.С. Ковальченком, М.Б. Штерном, В.Е. Перельманом, О.В. Романом, В.В. Скороходом, Л.М. Соколовим, В.Л. Колмогоровим, Я.Ю. Бейгельзимером , В.З. Спусканюком, А.М. Лаптевим та іншими. В цілому на рівні деформації структурних елементів вони узагальнили механізм ущільнення дискретного становища. В той самий час системні дослідження, які спрямовані на вивчення умов пресування металевих волокон, реологічних особливостей в осередку деформації та їхнього впливу на керованість процесу практично відсутні.
Виходячи з цього, для досягнення поставленої мети сформульовані такі задачі:
а) з урахуванням впливу преформаційного періоду підготовки гранул як фактора зародження спадкоємності властивостей вивчити деформаційні умови пресування гранул в розділені волокна, для чого:
– на рівні патентної чистоти розробити установку для вібраційного диспергування розплаву та оптимізувати режими лиття гранул;
– на основі математичної моделі з застосуванням контактної теорії взаємодії часток розробити основи механіки отримання металевих волокон з використанням статистичних та імовірнісних уяв;
– на рівні сучасних вимог виконати аналіз явищ, які протікають на контактній поверхні та в об’ємі гранул, які деформують;
– на основі феноменологічного дослідження отримати рівняння ущільнення сипучого середовища з урахуванням структурної та пластичної компонент деформації;
– аналітичним шляхом отримати рівняння об’ємної деформації при пресуванні волокон;
– аналітичним шляхом отримати рівняння неоднорідності деформації гранул у процесі їхнього пресування, що дозволяє визначити геометрію волокон за перетином випресовки;
– розробити математичну модель і визначити оптимальні режими отримання волокон заданих типорозмірів;
– експериментально виявити вплив основних деформаційних параметрів і розмірного спектра гранул на усталеність процесу отримання волокон;
б) на основі систематизованих досліджень встановити вплив гранулометричного складу і режимів пресування на енергосилові параметри процесу з метою розрахунку обладнання та вибору устаткування;
в) спираючись на оптимізовані режими отримання волокон, провести проектно-конструкторські роботи та запровадити у виробництво свинцеві пористі фільтроелементи для роботи в агресивних середовищах.
У другому розділі подано методики й установки для дослідження процесів диспергування розплавів та пресування волокон з литих гранул.
В якості матеріалу для дослідження використано вторинний свинець марки ССу2 ГОСТ 1292 – 81. Лиття гранул здійснювалося на вібраційному устаткуванні (Патент №17942).
Показано, що частки рівновісної чи близької до неї форми характеризуються високими значеннями об’ємної маси, високою текучістю, що дуже важливо для забезпечення стійкого формування осередку деформації та, тим самим, стабільного формування розмірного спектра гранул.
На основі експериментальних даних розроблено математичну модель розподілу гранулометричного складу. За показник формоутворення взято відношення крайніх розмірів часток – коефіцієнт формоутворення Кф = а/в. Як визначаючи параметри формоутворення гранул брали: коефіцієнт динамічної в’язкості охолоджуючої рідини  (воду та водний розчин у різних пропорціях з  від 101·10–5 до 42700·10–5 Па·с при температурі 35°С); амплітуду коливань диспергатора А (від 0 до 6 мм); частоту коливань диспергатора 1 (від 0 до 4 Гц); діаметр отвору каналів диспергатора d (від 1 до 3 мм). Показано, що найбільший вплив на коефіцієнт формоутворення Кф здійснює коефіцієнт динамічної в’язкості , а потім – амплітуди А. В результаті оптимізації математичної моделі отримано оптимальний режим лиття гранул:  = 0,424 Па·с, А = 3,7 мм, 1 = 2,35 Гц, d = 3 мм з максимальним Кф = 0,65.
Розподіл гранулометричного складу показує, що при диспергуванні розплаву крізь канали диспергатора діаметром 3 мм, вихід годного гранул фракцій от (+2) – (–3) мм до (+ 5) – (–6) мм, складає от 82 до 87 %.
Пресування волокон з гранул здійснювали на установці, змонтованій на пресі ПГ – 452 зусиллям 0,6 МН, схему якої показано на рисунку 1. Деформаційні режими дослідження: коефіцієнт витяжки  – від 21 до 81, робочий кут матриці з – від 45 до 75°.

Рисунок 1 – Схема установки для отримання волокон

Методики спеціальних деформаційних та металографічних досліджень занесені до відповідних підрозділів.
У третьому розділі аналітично встановлено й експериментально підтверджено, що отримання довговісних ниток (волокон) з рівновісних часток (гранул) у процесі пресування становить собою акт неперервних і послідовних змін у насипній масі часток. На першій стадії ущільнення превалює структурна компонента деформації, коли йде прослизання часток із тим, щоб зайняти стійке положення у загальній насипній масі. Друга стадія ущільнення характеризується загасанням структурної компоненти та розвитком контактної пластичної деформації на поверхні часток. Обидві ці стадії вже відомі і підтверджують характер ущільнення порошків. І, нарешті, на завершуючій третій стадії ущільнення контактна деформація переходить в об’ємну пластичну, яка виражається подовженням рівновісних часток у напрямку додаткових зсувних деформацій. Ці стадії умовні і в цілому характеризують процес пресування волокон.
На основі вивчення контактної взаємодії часток із використанням статистичних і ймовірносних уяв розроблено фізичну модель ущільнення сипучого середовища і показано, що концентрована в точках контакту і в об’ємі часток пластична деформація викликає під дією направленості поля напруг послідовний і неперервний акт переходу вісесиметричної форми часток у нерівновісну. Аналітично знайдено та експериментально підтверджено залежність відносної щільності  від відносної контактної площини f на стадії ущільнення:

(1)

де 0 – вихідна відносна щільність.
Отримано рівняння збільшення відносної щільності за рахунок структурної компоненти: ст =  – 0 – 0,5 ·  · (2 – 20) і пластичної компоненти деформації: пл = 0,5· · (2 – 20).
Для експериментальної перевірки аналітичних висновків використовувались гранули фракцій (+2) – (–3) мм, (+3) – (–4) мм, (+4) – (–5) мм і (+5) – (–6) мм, що відповідає похідній відносної щільності  від 0,52 до 0,55.
Результати експерименту показали, що початок другої стадії настає для цих фракцій при  = 0,63; 0,65; 0,68; 0,69 відповідно. Це підтвердило аналітичні висновки про те, що розвиток контактних пластичних деформацій відбувається при значеннях  в інтервалі від 0,60 до 0,69. Експериментально підтверджено, що стадія переважно пластичної деформації часток залежить від фракційного складу гранул і становить  = 0,86; 0,90; 0,91; 0,94 відповідно. Знайдений експериментально інтервал  (від 0,86 до 0,94) дещо відрізняється від теоретичного (від 0,80 до 0,92), оскільки на практиці Кф дорівнює 0,65 замість одиниці, яка прийнята в теоретичних розрахунках. Початок витікання гранул з робочого отвору матриці незначно залежить від їхнього фракційного складу і відбувається при Кф від 0,96 до 0,98.
На основі розгляду процесу отримання волокон як еволюції переходу насипної маси гранул у щільний конгломерат часток ( = 0,96…0,98) показано, що в подальшому контактна пластична деформація переходить у глибину й охоплює весь об’єм. Нерівномірна схема напруг об’ємного стиску викликає інтенсивні зсувні деформації, орієнтовані в напрямку прикладення активної сили (зовнішнє навантаження). В міру наближення часток до осередка пластичної зони пресування схема всебічного нерівномірного стиску перероджується у схему двобічного (поперечного) стиску часток і поздовжнього їхнього розтягу (рисунок 2). З урахуванням нерівномірності деформації рівняння для визначення ступеня деформації зсуву  по кільцевому перетину випресовки rx i в залежності від коефіцієнта витяжки  має вигляд:

(2)

де 1 = 1 – 0,75rx2.
Беручи, що коефіцієнт оновлення поверхні, і з урахуванням відхилу гранул від сферичності (Кф), маємо

(3)

де  – коефіцієнт, що враховує вплив міжчасткового тертя на нерівномірність деформації.

Рисунок 2 – До розрахунку компоненти деформації при пресуванні гранул (ІІІ – стадія отримання волокна)
Тоді середній приведений діаметр поперечного перетину волокна

(4)

Рівняння (2) і (4) дозволяють визначити довжину волокон та поперечний перетин їх в об’ємі випресовки в різних його ділянках при заданому діаметрі гранул і в певних деформаційних режимах.
У четвертому розділі проведено експериментальне дослідження режимів отримання свинцевих волокон і вивчення енергосилових умов процесу.
На першому етапі виконано оптимізацію режимів пресування волокон за допомогою моделювання процесу. У ролі факторів, що визначають процес, на основі апріорної інформації було відібрано: коефіцієнт витяжки ; кут заходу матриці з , град.; середній діаметр гранул dгр, мм. Параметри змінювались у таких проміжках:  – від 21 до 81; з – від 45 до 75°; dгр – 3,5 до 5,5 мм.
Аналіз математичної моделі показав, що найбільший вплив на довжину волокон l здійснює коефіцієнт витяжки . Вплив двох інших параметрів незначний.
При розгляді впливу діаметра гранул dгр, відзначено, що з їхнім збільшенням зростання довжини волокон незначне. В цьому випадку зменшується коефіцієнт поновлення поверхні Коп (Коп = l/dгр) за рахунок збільшення площі поперечного перетину волокна.
При оптимізації цільової функції, якою є довжина волокон l, був отриманий оптимальний режим обробки:  = 81; з = 60,75°; dгр = 4,55 мм, при яких l = 199,9 мм. Експериментальна перевірка підтвердила оптимальні умови пресування – середня довжина волокон уздовж перетину випресовки становила l = 228.9 мм (похибка не перевищує 15%).
Загальною особливістю пресування в жорстких матрицях є неоднаковий напружений стан у різних ділянках випресовки – зсувні деформації зменшуються від периферії до центру. Величину пошарової деформації зсуву знаходили за коефіцієнтом відновлення поверхні деформованих гранул Коп, яку визначають з умов, що вихідна поверхня частки розтягається під дією зсувних деформацій в еліпс, при чому в напрямку головної деформації його вісь збільшується в  разів, а в поперечному зменшується в 1/2. Тоді Коп = 1/2. Так як то

(5)

Для виявлення залежності зміни коефіцієнта Коп і відповідно довжини волокна l = Коп·dгр від деформаційних умов, а також для підтвердження обгрунтованості взятих параметрів при складанні рівняння об’ємної деформації пресування гранул отримані випресовки з різними ступенями деформації ( – 21; 51; 81) розбирали та систематизували за довжиною волокон. Результати експериментального дослідження (рисунок 3) показали, що в міру збільшення відносного радіуса кільцевого перетину шару прутка rx коефіцієнт поновлення поверхні волокон Коп зростає. До того ж із зростанням коефіцієнта витяжки , коефіцієнт Коп по всьому перетину прутка збільшується, причому зі збільшенням rx значення Коп зростає більш інтенсивно, ніж при менших ступенях деформації. Порівняння експериментальних даних та теоретичних, отриманих з рівняння (5), свідчать про їхню достатньо велику збіжність (похибка не перевищувала 12%). То ж рівняння (5) дозволяє керувати процесом отримання свинцевих волокон заданих розмірів.
Для збільшення Коп у центральних шарах прутка встановлювався розсікач у центральній зоні осередку деформації, що призвело до вирівнювання зсувних деформацій по перетину прутка (Патент N°22770).
Під час експериментального дослідження енергосилових умов пресування гранул виходили з положення, що отримання волокон – це неперервний та послідовний акт ущільнення гранул, який переростає в пластичне витікання деформованих часток через формоутворюючий інструмент (рисунок 4).
З цієї причини розглянуто енергетичні умови пресування у два етапи:
а) перший (несталий) режим пресування характеризує ущільнення гранул до моменту витоку в робочу порожнину матриці, характеризується залежністю, перетвореною в P = f (Н), де Н – хід прес-штемпеля на стадії ущільнення гранул з 0 до  витоку:

(6)

де Sм – площа поперечного перетину матриці;
s – опір пластичному зсуву;
Hз – висота засипки гранул з 0;
б) другий (усталений) режим витоку скомпактованих гранул з утворенням волокон, характеризується залежністю

(7)

де Н – поточний хід прес-штемпеля на відстані від початку витоку конгломерату гранул (= 0,96…0,98) до закінчення процесу.

1) –  = 21(); 2) –  = 51(); 3) –  = 81().
– – – експериментальні;
–––– розрахункові дані
Рисунок 3 – Зміна коефіцієнта поновлення поверхні Коп по перетину прутків, отриманих із різним ступенем деформації при dгр = 4,5 мм і з = 60°

Спільний розв’язок рівнянь (6) і (7) дозволяє визначити енерговитрати процесу пресування волокон, що необхідно для розрахунку інструмента й вибору обладнання.
Результати експерименту довели, що найбільший вплив на зусилля пресування чинить величина деформації; вплив кута матриці незначний. Зусилля пресування практично не залежить від розмірів гранул у даному діапазоні варіювання (від 3,5 до 5,5 мм). У час як у процесі їхнього ущільнення енергозатрати тим вищі, чим дрібніші гранули.

1 – інтервал відносної щільності вільнонасипаних гранул;
2 – інтервал загасання структурної компоненти деформації (закінчення першої стадії);
3 – інтервал фіксації контактів;
4 – інтервал максимальної відносної щільності (закінчення другої стадії і початок витікання волокон)
Рисунок 4 – Схема отримання свинцевих волокон при пресуванні гранул

У п’ятому розділі здійснених досліджень розроблено технічне завдання на проектування дослідно-промислової установки для безперервного процесу пресування свинцевих волокон з литих гранул.
Взято таку технологічну послідовність: приготування і вібраційне диспергування розплаву, миття, сушка і ситовий розсів гранул за фракціями, пресування волокон, затарення.
У ролі шихти використано вторинний свинець марки ССу2. Піч для розплавки металу забезпечує температуру розплаву від 400 до 420°С. Гранулятор необхідної продуктивності виконується на базі установки для лиття гранул, розробленої в даній роботі.
Привід диспергатора: частота коливань 1 від 2 до 2,5 Гц; амплітуда коливань стакана А від 3,5 до 4 мм; жорсткий удар в кінці кожного напівперіоду коливань. Використовується охолоджуюча рідина органічного походження на основі водного розтину рідкого мила з в’язкістю від 0,425 до 0,435 Па·с при температурі 35 °С. Миття гранул здійснюється у дві стадії: під час центрифугування та під час кінцевого промивання на конвейєрі. Сушка гранул виконується у барабанній печі, що обертається. У ролі класифікатора гранул використано грохот двохдечний з сітками №4 і №5 (ГОСТ 3584 – 73). У ролі обладнання для пресування – горизонтальний гідравлічний прес стандартного типу.
Технологічні параметри пресування: коефіцієнт витяжки – від 80 до 85; кут заходу матриці – 60°; висота робочого пояска матриці hп = 2,5 мм. Допускається використовувати багатоканальну матрицю. Силові умови процесу пресування та розрахунок пресувального інструменту здійснюються згідно із запропонованою в роботі методикою.
Для випробувань було виготовлено фільтроелементи методом осаджування в гліцерині. При випробуваннях фільтроелементів визначали характеристики структурних параметрів, гідро- та повітропроникності й механічних властивостей. Для визначення характеру розподілу пор та їхніх розмірів пористі зразки просочувались сплавом Вуда, виконували шарові шліфи, фотографували та обчислювали досліджувані зрізи.
Спеціальні випробування проводились згідно з ГОСТ 25277 – 82 на лабораторних фільтрувальних установках, стендові випробування – за ГОСТ 2.601 – 65, вимірювання параметрів – за ГОСТ 17108 – 86. На першому етапі використовували чисті електроліти для хромування і для нікелювання при температурі від 40 до 60 °С. В процесі випробувань вводили забруднювачі певної дисперсії.
Перевірка стійкості фільтроелемента при максимальному перепаді тиску (0,5 МПа) визначалася за ГОСТ 26070 – 84.
Результати випробувань фільтроелементів із свинцевих волокон пористістю від 25 до 70% такі:
– коефіцієнт проникності, м3 10 – 12 – 10 – 9
– максимальний розмір пор, мкм до 1000
– середній розмір пор, мкм 10 – 500
– питома поверхня, м2/г 0,01 – 100
– розподілення локальної проникності
(коефіцієнт варіації) 0 – 0,5
– капілярний потенціал, м2/c2 10
– межа міцності при поперечному згині, МПа 20 – 50.
Визначено, що при пористості понад 25% тупикової та закритої пористості в них практично немає. Розмір пор великою мірою залежить від щільності фільтроелементів. Результати розрахунку звивистості пор  та експериментальна перевірка показали, що при пористості від 0,25 до 0,70 величина  від 1 до 1,5. Регенерацію фільтроелементів проводили зворотним продуванням повітря з тиском на 0,5 МПа більшим від тиску фільтрації. Тривалість зворотної продувки не перевищувала 2 – 3 секунди, витрата повітря – 30 – 50 м3/кг. Інтервал між продувами складав від 5 до 6 хвилин.
Результати регенерації показали, що після трьох-чотирьох продувок проникність фільтроелемента набуває вихідного значення.
За результатами випробувань можна дійти висновку, що свинцеві волокнуваті фільтроелементи мають низку переваг у порівнянні з металокерамічними (порошковими) фільтрами. Вони більш проникні, стійкі до корозії, мають високу пружність, допускають легку регенерацію. Високий коефіцієнт проникності при мінімальних розмірах пор сприяє збільшенню терміну служби фільтрів, зменшенню їхньої габаритної маси, дає можливість отримувати якісний фільтрат.
За результатами досліджень і здійсненими випробуваннями виготовлено свинцеві фільтроелементи для очистки відпрацьованих електролітів і запроваджено в ЗАТ “Автоштамп” (м. Олександрія).

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1 Розроблено принципово новий, такий що не має аналогів у світовій практиці, технологічний процес отримання свинцевих волокон методом пресування литих гранул для використання їх в якості пористих фільтруючих елементів.
2 В результаті виконаних досліджень розв’язано наукову задачу отримання волокон з програмуванням їхніх властивостей при комплексному огляді сукупного впливу вихідного стану гранул та режимів пресування. Запропоновані в роботі методи й технологічні режими преформаційного періоду підготовки гранул дозволили знизити бар’єрну дію “успадкованих” топографічних дефектів і отримати необхідний для послідуючого циклу пресування розмірний спектр та їхню оптимальну форму.
2 На основі відкоректованого механізму переходу сипучої маси в ущільнений стан з урахуванням особливостей послідуючого витікання часток у робочу порожнину матриці теоретично й експериментально показано, що при пресуванні литих гранул сильно розвинуте інтергранулярне тертя й характер його розподілу в осередку деформації, інтенсивні зсувні деформації та розвиток вторинної інтергранулярної структури – фактори, що визначають підвищену нерівномірність опору пластичної деформації, але водночас позитивно впливають на волокнувату будову випресовки й тим самим – на можливість отримання відокремлених між собою волокон.
4 Розроблені методи дослідження дискретного середовища в його динаміці, основані на аналізі контактної взаємодії часток, принципів статистичної механіки та реологічних проявів на контакті та в об’ємі часток, які деформуються, з огляду на величину опору деформації як на функцію густини середовища, дозволили встановити основні закономірності пресування волокон і виявити головні критерії (ступінь деформації, геометрія матриці, розмір гранул), які характеризують стійкий процес отримання їх.
5 З урахуванням нерівномірності деформації при пресуванні аналітичним шляхом отримано рівняння для визначення ступеня деформації зсуву по кільцевому перетину випресовки, яке дозволяє визначити довжину волокна та його перетин в об’ємі випресовки на різних його ділянках при заданому діаметрі гранул і у певних деформаційних режимах.
6 Розроблено математичну модель пресування гранул і на її основі оптимізовано режими отримання волокон заданої дискретності. Експериментально встановлено, що з підвищенням ступеня деформації та збільшенням робочого кута матриці, довжина волокон збільшується. Вплив діаметра гранул на зміну довжини волокон менш значний. Оптимальними деформаційними умовами являються: коефіцієнт витяжки  = 81, кут заходу матриці з = 60° при діаметрі dгр = 4,5 мм.
7 Виходячи з положення про те, що отримання свинцевих волокон є неперервним і послідовним актом ущільнення гранул, яке переростає у пластичний виток деформованих часток через формоутворюючий інструмент, аналітичним шляхом отримано та експериментально підтверджено рівняння пресування волокон, яке дозволяє розраховувати енерговитрати та обгрунтовано вибирати силове устаткування та проектувати обладнання.
8 Викладені у роботі результати досліджень основних закономірностей теорії та практики екструдування волокон з литих гранул і випливаючи з них методи розрахунку технологічних та енергосилових параметрів захищено двома патентами та апробовані при розробці фільтруючих елементів з свинцевих волокон, стендові випробування котрих показали, що вони відповідають вимогам ГОСТ 17108 – 86.
9 Економічний ефект від запровадження технології виробництва фільтроелементів з свинцевих волокон на заміну коштовних і малотривких фільтроелементів з бусофіду для очищення електролітів у ЗАО “Автоштамп” (м. Олександрія) склав 8750 гривень (при очищенні та запуску в технологічний оборот 60 м3 забрудненого електроліту ).
10 За результатами досліджень розроблено технічне завдання на проектування дослідно-промислової установки для неперервного процесу отримання свинцевих волокон з литих гранул. Очікуваний економічний ефект від реалізації результатів роботи у промисловість України при очищенні агресивних розчинів складає 3,2 млн. гривень.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО В РОБОТАХ:
1. Шепельський М.В., Пукалов В.В. Аналітичне виведення рівнянь нерівномірності деформації при пресуванні дискретних тіл //Розробка і технологія виробництва сільськогосподарських машин. – К.: ІСДО. – 1994. – С. 154 – 158. (Здобувач аналітичним шляхом вивів рівняння нерівномірності деформації гранул в процесі їхнього пресування).
2. Шепельський М.В., Свяцький В.В., Пукалов В.В. Реологічні особливості поверхні поділу часток, які деформуються //Проблеми розробки, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки. – Кіровоград: КІСМ. – 1995. – С. 4 – 7. (Здобувач експериментально підтвердив аналітичні висновки і зробив пошукові дослідження з розділу волокон).
3. Шепельський М.В., Пукалов В.П., Пукалов В.В. Перспективний процес отримання металевих волокон для композицiйних матерiалiв //Проблеми розробки, виробництва та експлуатацiї сiльськогосподарськоi технiки. – Кiровоград: КIСМ. – 1995. – С. 7 – 10. (Здобувач спроектував і виготовив пристрій для отримання волокон, встановив основні закономірності, що описують цей процес).
4. Шепельський М.В., Пукалов В.В., Свяцький В.В. Пристрiй для вiбрацiйного лиття гранул //Підвищення технічного рівня сільськогосподарського виробництва. – Кiровоград: КIСМ. – 1996. – С. 128 – 133. (Здобувач спроектував, виготовив та провів випробування пристрою для вібраційного лиття гранул).
5. Шепельський М.В., Свяцький В.В., Пукалов В.В., Пукалов В.П. Реологічні особливості на поверхні адгезійно сумісних металів при пружній деформації системи //Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування. – Кіровоград: КІСМ. – 1998. – Вип. 2. – С. 134 – 140. (Здобувач розрахував постійні інтегрування в рівнянні пружного зміщення системи “метал волокон – вторинна структура”, брав участь у формулюванні висновків).
6. Шепельський М.В., Свяцький В.В., Пукалов В.В., Пукалов В.П. Умова пластичної течії металу волокон при зсувних деформаціях //Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. – Кіровоград: КІСМ. – 1998.– Вип. 26 – 28. (Здобувач встановив граничні умови та визначив постійні інтегрування при рішенні задачі пластичної течії металу волокон в оболонці вторинної структури, брав участь у формулюванні висновків).
7. Шепельский Н.В., Пукалов В.В., Свяцкий В.В., Пукалов В.П. Оптимизация режимов литья гранул //Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування. – Кіровоград: КІСМ. – 1998.– Вип. 4. – С. 201 – 205. (Здобувач розробив математичну модель лиття гранул і підтвердив її експериментально).
8. Шепельский Н.В., Пукалов В.В., Свяцкий В.В., Пукалов В.П. Энергосиловые условия прессования волокон //Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування. – Кіровоград: КІСМ. – 1998.– Вип.4. – С. 206 – 210. (Здобувач розробив математичну модель енергосилових умов пресування волокон і здійснив необхідні для цього теоретичні і експериментальні дослідження).
9. Шепельский Н.В., Свяцкий В.В., Пукалов В.В. Прогрессивный способ получения металлических волокон из литых гранул //Материалы Междунар. научн.-техн. конференции “Ресурсо- и энергосберегающие технологии в промышленности”. – К.: Общество “Знание” Украины.– 1996.– С. 29. (Здобувач запропонував умову розподілу волокон та виконав експериментальне підтвердження аналітичних висновків).
10. Пат. 17942 Україна, МКВ 6 В 22 9/08. Пристрiй для отримання металевих гранул /М.В. Шепельський, В.П. Пукалов, В.В. Пукалов, В.В. Свяцький (Україна) – № 96104104; Заявл. 29.10.96; Опубл. 03.06.97. Промислова власність (К.). – 1997. – № 5. (Здобувач запропонував, спроектував, виготовив і виконав випробування нового пристрою для вібраційного лиття гранул).
11. Патент N°22770 Украiни МПК 6 В22F 3/20. Пристрiй для одержання металевих волокон /М.В. Шепельський, В.П. Пукалов, В.В. Пукалов, В.В. Свяцький – N°96051780; Заявл. 06.05.96; Опубл. 30.10.98. Промислова власність (К.). – 1998. – № 4. – С. 2.57. (Здобувач запропонував, спроектував і здійснив випробування пристрою для отримання металевих волокон методом пресування литих гранул).

АНОТАЦІЯ

Пукалов В.В. Розвиток теорії деформації дискретних тіл і розробка технологічного процесу пресування свинцевих волокон. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.03.05 – Процеси та машини обробки тиском. – Донецький державний технічний університет, Донецьк, 1999.
Дисертацію присвячено рішенню задачі отримання свинцевих волокон пресуванням литих гранул з метою використання їх для виробництва пористих фільтруючих елементів при очистці агресивних середовищ.
Рішення наукової проблеми отримання волокон з програмуванням якостей кінцевого продукту виконано при комплексному розгляді сукупного впливу вихідного стану литих гранул і режимів пресування.
Розглянуто механізм формоутворення гранул у процесі вібраційного диспергування розплаву. Розроблено методи дослідження дискретного середовища в його динаміці, основані на анализі контактної взаємодії часток, принципів статистичної механіки та реологічних проявів. Аналітичним шляхом отримано рівняння нерівномірності деформації при пресуванні гранул, яке дозволило керувати процесом отримання волокон заданих розмірів. Теоретичні висновки підтверджено експериментом.
Розроблено технологію виготовлення фільтруючих елементів із свинцевих волокон і проведено випробування їх при очистці забруднених електролітів. Показано, що волокнисті фільтри за технологічними та есплуаційними якостями кращі від застосовуваних зараз фільтрів з металокераміки та бусофіду.
Ключові слова: гранула, волокно, пресування, контактні умови, фільтр, деформування.

АННОТАЦИЯ

Пукалов В.В. Развитие теории деформации дискретных тел и разработка технологического процесса прессования свинцовых волокон. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05 – Процессы и машины обработки давлением. – Донецкий государственный технический университет, Донецк, 1999.
Диссертация посвящена решению проблемы получения свинцовых волокон прессованием литых гранул с целью их применения для производства пористых фильтрующих элементов для очистки агрессивных сред.
В диссертации приведен обзор трудов, освещающих современные методы получения пористых волокнистых материалов. Показано, что сдерживающим фактором их широкого применения является дороговизна волокон ввиду чрезмерной трудоемкости и энергоемкости их производства. В то же время, учитывая особенности неравномерности деформации при прессовании, возможно получение свинцовых волокон посредством прессования литых гранул. Это открывает перспективы создания дешевых и стойких пористых фильтрующих материалов для работы в агрессивных средах.
Решение научной проблемы получения волокон с программированием свойств конечного продукта выполнено при комплексном рассмотрении совокупного воздействия исходного состояния литых гранул и режимов прессования.
Экспериментальные исследования проводились с использованием оригинальных методик и установок для литья гранул и прессования волокон.
На основании экспериментальных данных предложена математическая модель распределения гранулометрического состава гранул.
Разработаны методы исследования дискретной среды в ее динамике, основанные на анализе контактного взаимодействия частиц, принципов статистической механики и реологических проявлений.
Аналитически и экспериментально подтверждено, что механизм уплотнения представляет собой трехстадийный акт непрерывных и последовательных изменений в насыпной массе частиц (гранул). Как результат исследования контактного взаимодействия частиц разработана физическая модель уплотнения сыпучей среды, представляющая собой зависимость относительной плотности от относительной контактной площади на стадии уплотнения. Дальнейшее ее развитие позволило получить уравнения изменения относительной контактной площади за счет структурной и пластической компонент деформации в процессе уплотнения.
Аналитическим путем получено уравнение неравномерности деформации при прессовании гранул, позволившее управлять процессом получения волокон заданных размеров. Проведенные исследования экспериментально подтвердили теоретические изыскания и посредством математического моделирования позволили на этой основе оптимизировать режимы получения свинцового волокна и разработать техническое задание на проектирование опытно-промышленной установки непрерывного процесса получения свинцовых волокон из литых гранул.
На основе систематизированных исследований установлено влияние гранулометрического состава и режимов прессования на энергосиловые параметры процесса с целью расчета оснастки и выбора оборудования. Предложена математическая модель энергосиловых условий прессования свинцовых волокон из литых гранул.
Проведены испытания фильтрующих элементов из свинцовых волокон для очистки загрязненных электролитов. Показано, что волокнистые фильтры по технологическим и эксплуатационным свойствам превосходят широко используемые в настоящее время фильтры из металлокерамики и бусофида.
Ключевые слова: гранула, волокно, прессование, контактные условия, фильтр, деформирование.
SUMMARY

Pukalov V.V. The Development of the Discrete Bodies’ Deformation Theory and the Elaboration of the Lead Fibres Pressing Technological Process. – Manuscript.
Thesis for a Candidate of technical sciencies degree by speciality 05.03.05 – processes and machines of pressure treatment. – Donetsk State Technical University, 1999.
The dissertation is devoted to the problem of obtaining leaden fibres by pressing cast granules, with the purpose of fibres application for producing porous filtrating units for aggressive medium cleaning.
The solution of scientific problem of fibres extrusion with programming the final product qualities is made with the complex consideration of the total influence of initial granules state end extrusion types.
The mechanism of granules forming during melted metal vibrational dispersing is examined. The methods of examining the discrete medium in its dynamics, based on analysis of particles contact interaction, on principles of statistical mechanics and reological displays are developed. The equation of deformation irregularity during the granules pressing is obtained analytically; it enables to control the process of obtaining the fibres of given size. The theoretical conclusions are confirmed by the experiment.
The technology of producing the filtrating units from the leaden fibres is developed and units testing is made by cleaning the polluted electrolyte. It is shown, that fibrous filters surpass in technological and exploitational characteristics metal and ceramic and busofide ones widely used nowadays.
Key words: granule, fibre, pressing, contacting conditions, filter, deforming.

Êîìï’þòåðíà âåðñòêà ª.Â. Êàìåíùèêîâ
Çäàíî äî íàáîðó 31.03.99. ϳäïèñàíî äî äðóêó 2.04.99. Ôîðìàò 60õ84 1/16. Ïàï³ð ãàçåòíèé. Íàäðóêîâàíî íà ð³çîãðàô³. Óìîâ. äðóê. àðê. 1. Çàì. ¹ 462/99. Òèðàæ 100 ïðèì.

© ÐÂË. ÊÄÒÓ. ì. ʳðîâîãðàä, ïð. Ïðàâäè, 70À, òåë. 597-541, 559-245, 597-551.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020