Сборник научных трудов ДонНТУ - 2012. Серия: металлургия
  Публикация №15

Исследование процесса прессования порошковых смесей на вибросиловой установке с двумя источниками вертикально направленных колебаний

Д.В. САВЕЛОВ (канд.техн.наук, доц.)
Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского, г. Кременчуг

УДК 621.762.4

Проведены теоретические исследования динамической системы «пуансон – порошковая смесь – вибростол», в которой порошковая смесь представлена в виде системы с распределёнными параметрами. Полученные теоретические зависимости позволяют установить закон движения пуансона и вибростола, определить их основные параметры и рациональные режимы вибрационного действия на порошковую смесь.

Ключевые слова: динамическая система, пуансон, вибростол, порошковая смесь, вибрационное воздействие.

Постановка задачи

При осуществлении технологического процесса прессования порошковой смеси на вибросиловой установке с двумя источниками вертикально направленных колебаний на характер колебаний пуансона и вибростола существенное влияние оказывают физико-механические характеристики уплотняемой порошковой смеси. Правильный учёт сил сопротивления, действующих со стороны порошковой смеси, определяет точность установления закона движения пуансона и вибростола, выбор их конструктивных параметров и режимов вибрационного воздействия, эффективность процесса прессования.Возможности теоретического анализа и точность получаемых результатов в значительной степени будут зависеть от принятой расчётной модели порошковой смеси. Ранее в работах [1-4] были предложены реологические модели, которые хотя и использовались для решения аналогичных задач, однако дают представление о поведении материала под нагрузкой лишь в первом приближении. Более точное описание процесса даёт реологическая модель среды, представленная в работе [5]. Однако применение этой модели делает невозможным использование метода решения, основанного на элементарных функциях. В настоящей работе для теоретического определения закона движения и амплитуды колебаний пуансона и вибростола, необходимых для прессования порошковой смеси, а также для изучения действия сил сопротивления со стороны порошковой смеси на пуансон и вибростол при их вертикальных колебаниях применён метод решения в комплексных функциях, что позволило получить решения, вполне приемлемые для практического использования.

Формулировка целей статьи

Целью настоящих исследований является установление характера взаимодействия пуансона и вибростола вибросиловой установки, совершающих направленные колебания в вертикальном направлении с порошковой смесью, определение их законов движения, конструктивных параметров и режимов вибрационного воздействия при осуществлении технологического процесса прессования.

Основная часть

Вибросиловая установка с двумя источниками вертикально направленных колебаний для формования изделий из порошков смесей (рис. 1), содержит станину 1 с вертикальными направляющими 2, соединенными в верхней части поперечиной 3, механизм вертикальных перемещений 4, кинематически связанный с размещенной на вертикальных направляющих 2 во втулках скольжения 5 реактивной плитой 6, к которой на упругих амортизаторах 7, установленных по дифференциальной схеме, подвешена виброплита 8 с формующим пуансоном 9, с расположенным на ней возбудителем 10 вертикально направленных колебаний и под которой соосно с ней размещена съемная пресс-форма 11 с порошковой смесью, установленный соосно с формующим пуансоном 9 с помощью упругих опор 12 на станине 1 вибростол 13 с размещенным в нижней его части возбудителем 14 вертикально направленных колебаний[6].

Вибровозбудитель 10 вертикально направленных колебаний, расположенный на виброплите 8, выполнен в виде смещенных на одинаковое расстояние от центра тяжести виброплиты 8 двух возбудителей 15 и 16 круговых колебаний, дебалансы которых имеют синхронное вращение и вращающиеся в противоположных направлениях.

Общий вид вибросиловой установки с двумя источниками вертикально направленных колебаний

Рисунок 1 – Общий вид вибросиловой установки с двумя источниками вертикально направленных колебаний.

Вибровозбудитель 14 вертикально направленных колебаний, расположенный под вибростолом 13, выполнен в виде смещенных на одинаковое расстояние от центра тяжести вибростола 13 двух возбудителей 17 и 18 круговых колебания, дебалансы которого имеют синхронное вращение и вращающиеся в противоположных направлениях.Механизм вертикальных перемещений 4 выполнен в виде двухплечевого рычага 19 относительно шарнира тяги 20, при этом один конец рычага 19 шарнирно соединенный с рамой 21, а второй конец рычага 19 соединен шарнирно со штоком гидроцилиндра 22, причем отношение длины первого конца рычага 19 к длине второго конца рычага 19 равняется.

Вибросиловая установка работает таким образом. Вибросиловая установка находится в исходном положении, при котором шток гидроцилиндра 22 полностью выдвинут, а реактивная плита 6 вместе с виброплитой 8 и формующим пуансоном 9 подняты по вертикальным направляющим 2 вверх. После этого на вибростол 13 устанавливают пресс-форму 11, заполненную тщательным образом перемешанной порошковой смесью. После этого происходит одновременное включение вибровозбудителей круговых колебаний 17 и 18 и привода насосной станции (на схеме не показано) механизма вертикальных перемещений 4. После включения вибровозбудители круговых колебаний 17 и 18, имеющих разное направление вращения, на вибростол 13 вместе с пресс-формой 11 действует вибрационное воздействие в виде вертикально направленных колебаний с угловой частотой колебаний 293 рад/с и амплитудой 1,1...1,2 мм. В результате этого вибростол 13 осуществляет колебания в вертикальном направлении и подвергает вибрационному воздействию порошковую смесь, находящуюся в пресс-форме 11. Одновременно с этим насосная станция подает рабочую жидкость в штоковую полость гидроцилиндра 22, в результате чего рычаг 19 механизма вертикальных перемещений 4 перемещает реактивную плиту 6 при помощи тяги 23 по вертикальным направляющим 2 вниз и опускает виброплиту 8 вместе с формующим пуансоном 9 на поверхность порошковой смеси в пресс-форме 11. Плавающая подвеска позволяет формующему пуансону 9 точно опираться на порошковую смесь, которая обеспечивает необходимую ровность поверхности формуемого изделия. В момент контакта формующего пуансона 9 с порошковой смесью включаются вибровозбудители круговых колебаний 15 и 16, под действием которых виброплита 8 вместе с формующим пуансоном 9 осуществляют вертикально направленные колебания с угловой частотой колебаний 293 рад/с и амплитудой 1,5…1,6 мм. В результате такого вибрационного воздействия на порошковую смесь оказывается мощное двухстороннее вибрационное воздействие, под действием которого порошковая смесь переходит в состояние повышенной текучести, в результате чего из неё отдаляется часть воздуха и происходит более компактное укладывание металлических частиц. При этом реактивная плита 6 продолжает двигаться вниз по вертикальным направляющим 2. В момент времени, когда гидропривод вибросиловой установки развивает наибольшее статическое усилие прессования, а на порошковую смесь оказывается статическое давление в 5 МПа, движение реактивной плиты 6 вниз прекращается, а приводы вибровозбудителей 15, 16 и 17, 18 круговых колебания отключаются. Рабочая жидкость подается в поршневую камеру гидроцилиндра 22, в результате чего поршень со штоком перемещаются вверх, перемещая тем самым рычаг 19 механизма вертикальных перемещений 4 вместе с реактивной плитой 6 по вертикальным направляющим 2 вверх. Упругие амортизаторы 7 в подвеске виброплиты 8 разжимаются и виброплита 8 вместе с формующим пуансоном 9, отрываясь от поверхности отформованного изделия, поднимается вверх вместе с реактивной плитой 6, а пресс-форма 11 вместе с отформованным изделием выдвигается из рабочей зоны. После извлечения изделия пресс-форма 11 заполняется порошковой смесью и рабочий цикл повторяется.

Для изучения динамических процессов, происходящих при двустороннем вибрационном уплотнении порошковой смеси изучим поведение динамической системы «пуансон – порошковая смесь – вибростол», в которой последняя представлена в виде системы с распределёнными параметрами (рис. 2). Реологическая модель уплотняемой порошковой смеси представлена на рис. 3.

Решение волнового уравнения колебаний (1) отыскивалось при следующих граничных условиях:

при x=0:

где A и B – постоянные интегрирования (комплексные амплитуды), определяемые из граничных условий (2) и (3).

Вынужденные колебания рассматриваемой динамической системы можно описать комплексной волновой функцией:

где

Подставляя выражения (16) – (19) в выражения (6) и (7) и, проведя преобразования, определим в комплексном виде законы движения рассматриваемой динамической системы в следующем виде:

Выводы и перспективы дальнейших исследований

В результате проведённых исследований полученные теоретические зависимости, которые позволяют достаточно точно учесть физико-механические характеристики уплотняемой порошковой среды и определить рациональные параметры пуансона и вибростола вибросиловой установки с двумя источниками колебаний и режимы вибрационного воздействия, при которых обеспечивается эффективное уплотнение порошковых смесей при формовании габаритных заготовок из металлических порошков. Результаты исследований послужили основой для создания достаточно простой и надежной конструкции вибросиловой установки с двумя источниками вертикально направленных колебаний.

  • 1. Гольдман П.С. Феноменологическая модель напряженного состояния слоя материала при сжатии / П. С. Гольдман, Л. В. Яхкинд // Дробильно-размольное оборудование и технология дезинтеграции : Междувед. сб. науч. тр. –Л.: «Механобр», 1989. – С.78 –85.
  • 2. Рудь В.Д. Фізико-механічні засади складних схем обробки тиском та вібраційних процесів в технологіях формування порошкових виробів : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня докт. техн. наук : спец. 05.16.06 «Порошкова металургія та композиційні матеріали» / В.Д.Рудь. – К., 2005. – 21 с.
  • 3. Гончаревич И.Ф. Реологические методы описания взаимодействия вибромеханизмов с рабочей средой / И.Ф. Гончаревич // Вибротехника: Сб. науч. трудов. – 1973. – № 3(20). – С. 107–114.
  • 4. Овчинников П.Ф. Виброреология / П.Ф. Овчинников. - К.: Наук. думка, 1983. – 272 с.
  • 5. Назаренко І.І. Прикладні задачі теорії вібраційних систем: навч. посібник. / І.І. Назаренко. – К.: ІСДО, 1995. – 256 с.
  • 6. Вібропрес для формування виробів з металевих порошків:патент 69960 Україна, МПК В28В 1/08./ Савєлов Д.В., Драгобецький В.В.; заявник і патентовласник КрНУ імені Михайла Остроградського. – № 200111937; заявл. 11.10.2012; опубл. 25.05.2012, Бюл. №10. – 5 с.
  • 7. Савелов Д.В. Теоретические основы вибрационного формования изделий из металлических порошков / Д.В. Савелов, В.В. Драгобецкий // Вісник Національного технічного університету «ХПІ»: Зб. наук. пр. Тематичний випуск: Нові рішення в сучасних технологіях. – 2011. – № 45. – С. 91–98.
  Публикация №15
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ