Внимание!
Предложения и заявки заказчиков

Размещение рекламных материалов

коммерческая реализация изобретений - ООО 'Адвансед Девелопмент Проджект' смотреть>>>

Требуются разработки по средствам контроля и ограничения по количеству дисковых операций производимых одним пользователемдля хостинг провайдера. смотреть>>>

Требуются разработки по использованию низкопотенциальной энергии смотреть >>>

Отлив каркасных и ячеистых металлических конструкций по газифицируемым моделям


КОПИРУЯ СТРУКТУРЫ ВСЕЛЕННОЙ: ТЕХНОЛОГИИ БУДУЩЕГО РАБОТАЮТ УЖЕ СЕГОДНЯ

Отлив каркасных и ячеистых металлических конструкций по газифицируемым моделям

Каркасные и ячеистые металлические конструкции и материалы можно отливать по газифицируемым моделям, выполняя их по аналогам из живой и неживой природы. Такие изделия относят к материалам будущего, они расширят существующий спектр свойств металлопродукции, поскольку на 50-90% легче компактных материалов, имеют потенциал применения в конструкциях, взаимодействующих с объёмом или потоком вещества или энергии, а также как костяк для армированных и композиционных материалов.


Пенополиуретановая пена со сквозными порами  Рис. 1а. Пенополиуретановая пена со сквозными порами (увеличено), размер ячейки до 2,5 мм

. Образцы литой пены из нержавеющей стали 316L Рис. 1б. Образцы литой пены из нержавеющей стали 316L с размером ячейки 20, 45 и 60 ppi.

Трубчатые теплообменники со стальной пеной  Рис. 1в. Трубчатые теплообменники со стальной пеной (сталь 316L, ячейка шириной 20 ppi).


 Современное машиностроение ориентируется на существенное снижение металлоёмкости и себестоимости продукции за счет использования высокоточных металлозаготовок и новых материалов, в том числе литых. В связи с этим наблюдается динамичное распространение в мировой практике способа литья по газифицируемым моделям (ЛГМ-процесс), удовлетворяющего указанным требованиям и открывающего ряд перспектив для получения отливок из черных и цветных металлов, выпуск которых достигает 1,5 млн. т/год. ЛГМ можно отнести к высоким литейным технологиям, которые ломают стереотипы, что высокие технологии – это обязательно сложные малодоступные производства. Кроме того, ЛГМ повышает культуру производства, исключая применение связующих и отводя газы из формы при ее вакуумировании.
 В институте ФТИМС НАН Украины, на основе изучения тепло- массообменных, газогидродинамических процессов и кристаллизации металла при взаимодействии его с продуктами деструкции модели и вакуумируемой песчаной формой, продолжает совершенствоваться технология ЛГМ, а также создан комплекс базового технологического оборудования для организации литейных цехов производительностью 100 - 5000 т/год.
 Институт спроектировал и запустил ряд цехов в России, поставил и внедрил такое оборудование в Польше и Вьетнаме, из последних объектов – цех на 400 т/месяц в год в Днепропетровске.
Производственный потенциал технологии ЛГМ относительно создания новых материалов и конструкций далеко не исчерпан и весьма значителен, поскольку она позволяет лить не только металлы и сплавы, но и получать композиты и армированные конструкции с повышенными, по сравнению с традиционными сплавами, в несколько раз свойствами, например, триботехническими. Созданные технологии наложения повышенного давления на жидкий металл (как способ совмещения ЛГМ с литьём под давлением) или газового разрежения в литейной форме с пенопластовой моделью, в которую предварительно введены плотно упакованные вставки как армирующие элементы, называемые специалистами армирующей фазой, увеличивают глубину пропитки этой (неметаллической или металлической) фазы матричным сплавом по сравнению с гравитационным литьём в 8 - 10 раз на армированных деталях длиной свыше 1 м.
 Более того, в последние годы ЛГМ открывает такой спектр своих возможностей (и это является основной темой данной статьи), которые расширяют возможности литейного производства. Среди подобных примеров могут быть проведённые в Германии работы по изготовлению стальной пены литьем по выжигаемым моделям в формах со связующим, о чём также указано в ежегодном отчете института (Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Applied Materials Research (IFAM), Dresden) за 2005 г. на сайте www.ifam-dd.fraunhofer.de. (файл откроется в новом окне). На этом сайте показаны фотографии пенополиуретановой пены с открытыми порами размерами до 2,5 мм (рис. 1 а), которая служит выжигаемой моделью для литья стальной пены, а также образцы литой пены из нержавеющей стали 316L с размером ячейки 20, 45 и 60 ppi (рис.1 б.) и трубчатые теплообменники со стальной пеной (сталь 316L) с ячейкой размером 20 ppi (рис. 1 в). В этих работах отмечается, что ячеистые материалы расширяют существующий спектр свойств, так как они на ~50-90% легче компактных материалов, а стальная пена имеет минимальную пористость ~80% и высокую для данного уровня пористости конструкционную прочность и жёсткость. Однако промышленное использование полиуретановой пены в качестве модели с размером пор не выше 2,5 мм, по нашему мнению, ограничивает размеры получаемой металлической пены как ячеистого материала, кроме того, на ней трудно стабильно получать одинаковые функциональные свойства.
 Оценив технические возможности изготовления такой пены и сотовых конструкций в отечественных условиях, разработали ряд новых конструкций моделей для ЛГМ, поскольку процесс ее получения имеет длительные энергоёмкие операции (выжигание модели, прокаливание формы), подобные литью по выплавляемым моделям. Получение полиуретановой пены со стабильными размерами ячеек, толщиной перегородок затруднительно, так же, как пролить тонкие перегородки пены без спекания металла с формировочной смесью со связующим, что может нарушить однородность структуры металлической пены. Во ФТИМС ранее получали образцы медной пены методом нанесения меди на гранулы полистирола с последующим их выжиганием, но производство металлической пены и сотовых материалов литьем предпочтительнее с точки зрения промышленного внедрения.
 Такие материалы имеют потенциал для применения как несущие, армирующие, изолирующие, ограждающие, демпфирующие удары конструкции, способные взаимодействовать с объёмом или потоком вещества или энергии. Они применимы для очистки газов, жидкостей, глушителей шума, датчиков систем давлений, взрыво- и пламяпреградителей, адсорбционных, акустических, отопительных, теплообменных устройств, элементов источников тока, катализаторов, электродов, в системах облегчения конструкций и как костяк для композиционных материалов.
В отличие от указанной технологии, во ФТИМС в настоящее время созданы и патентуются варианты литья металлов с открытой пористостью в вакуумируемые формы из сухого песка без связующего по пенопластовым моделям. Модели выполнены в виде пространственных решёток, в частности, напоминающих изображение кристаллических решёток в кристаллографии (рис. 2). При этом участки между узлами ячеек литейной модели заполнили перемычками (перегородками), а сами узлы стали служить соединениями или скрещиваниями перемычек.
 Для кристаллических решеток по канонам кристаллографии характерна трёхмерная периодичность. Определив структуру одной элементарной ячейки, можно построить всю решётку, например, используя простую геометрическую операцию параллельного переноса.
 Модель участка двумерной «сетки» таких решёток с одним рядом вертикальных перемычек удобно выполнить в прессформе с плоским разъёмом. При этом получаются элементы одной конструкции, из которых путём склеивания в стопке (повторением в решётке) набирают пространственную решётчатую конструкцию.
 Выполнение модели по указанному методу гарантирует получение сквозных одинаковых пор или полостей, минимальные размеры которых ограничены лишь возможностью их заполнения сухим песком на участках ЛГМ. Размеры пор- отверстий получаемого литого материала могут быть до десятков и больше миллиметров, тогда как размеры ячеек решёток кристаллов, используемых как прообразы для пенопластовых моделей, составляют порядка десятых нанометра.
 Для литого ячеистого материала, составленного из указанных плоских решёток, полученных в пресс-формах, целесообразно применить все требования литейной технологии, например, выполнить на модели литейные радиусы, что позволит плавно залить металлом форму и увеличит жёсткость конструкции, а лучшая заполняемость расплавом достигается по перемычкам цилиндрической формы, где минимизирована площадь теплоотдачи. Если размеры ячеек позволяют, то можно ввести в пространство между перегородками пористые непроницаемые для
песка трубопроводы. Подключение этих трубопроводов к вакуум- ному насосу улучшает заполнение формы металлом, стимулируя эффект вакуумного всасывания расплава, который предотвратит недоливы формы и позволит значительно увеличить размер литой конструкции, даже тонкостенной.

Полностью статья с формулами и расчетами в формате pdf доступна зарегистрировавшимся пользователям в галерее профиля автора. 

страница профиля, вкладка "галерея профиля" . для перехода нажмите здесь 
для прочтения полного названия файла в галерее наведите курсор на значек папки с надписью PDF


 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Комментарии