Автореферат (1094949), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

где и – сопротивления пластической деформации меди и гранул;

и – показатели пористости .

Исходя из общей зависимости плотности от составляющих и при их соответствующей концентрации и или получены зависимости для плотности составляющих компонентов при заданной плотности заготовки и изделия:

или . (12)

Дальнейшая отработка композиции проводится в зависимости от тех нормативных требований, которые определяют эксплуатационный режим изделия. При задании запланированного уровня прочности изделия в виде цилиндрического полуфабриката, диаметром и высотой сначала определяется среднее относительное давление для получения полуфабриката ( ):

. (13)

По сопротивлению пластической деформации + определяется абсолютная прочность полуфабриката . Аналогичные исследования проведены для других процессов получения полуфабрикатов в виде цилиндров с полостями, ступенчатых изделий, трубчатых изделий. Эти исследования позволили определить оптимальное соотношение концентраций для установления заданной прочности.

При постановке задачи достижения требуемой твердости по Бринеллю были установлены модели, связывающие твердость и прочность для каждого компонента на примере высадки цилиндрической головки:

и . (14)

Затем по композиционной модели осуществляется установление общей твердости и ее сравнение с необходимым нормативом.

Завершающей операцией является проверка изделий на отсутствие несплошностей.

К большинству медно-гранульных композиций предъявляются требования по получению заданной электропроводности, равной не менее 85% электропроводности меди. Проведенные вариационные исследования позволили установить общую модель для оптимизации данной зависимости и отработать нужную концентрацию по критериальному уравнению:

. (15)

Для изделий, работающих при повышенных температурах, была экспериментально определена среднестатистическая модель распределения температуры по сечению изделия из данного композита и получены аналитические зависимости радиальных , тангенциальных и осевых напряжений для медно-гранульных композиционных изделий. При модуле упругости изделия , коэффициенте Пуассона , коэффициенте температурного расширения установлены контрольные радиальные и тангенциальные напряжения: ; ; ; ; ; .

Проверка по эквивалентным напряжениям установила для наших материалов существенный запас прочности по сравнению с допустимыми значениями.

Таким образом, выявленные экспериментальные и теоретические зависимости, подкрепленные технологическими режимами получения данных изделий, позволяют оптимизировать задачи изготовления изделий с заданным уровнем физико-механических свойств.

Далее изучались композиты на основе медных гранул с повышенным содержанием и порошка железа. Экспериментальные исследования установили сопротивление пластической деформации порошка железа , показатель пористости , сопротивление пластической деформации гранул 880 МПа и их показатель пористости . При этих данных получена критериальная модель композита:

и . (16)

Отработка составов проводилась на ряде деталей. Так, для процесса компактирования брикета, размером H_брхBхl (16,5х68х625), определялось среднее давление

,

которое сравнивалось с давлением компактирования . Исследования показали, что при концентрации железного порошка ≤ 0,6 среднее давление составляет не менее 0,5-0,6 сопротивления деформации железного порошка.

В качестве простых моделей для исследования давлений использовался прямоугольный брикет, размером H_брхBхl. Для отношений ширины к высоте готового изделия используется известная зависимость, по которой вычисляется относительное среднее давление:

– при трех зонах

и – при двух зонах, когда ,

где .

На этом этапе производится расчет прочности сначала полуфабриката, а затем изделия с различной концентрацией компонентов. Вновь используется расчетно-экспериментальная методика отработки технологического маршрута и термической обработки для достижения заданного уровня твердости. Работа композитов данной группы, как правило, проходит при повышенных температурах, поэтому разрабатываются новые зависимости для расчета относительных плотностей гранул и порошка железа. С этими результатами и новыми контактными условиями исследуются силовые и деформационные параметры обработки давлением материала при формообразующих процессах. Как показали наши исследования, при горячих процессах обработки основное правило композитного построения характеристик не изменяется, однако существенно отличаются количественные параметры.

В заключении главы приводятся исследования, направленные на повышение эксплуатационных параметров изделий из композиционных материалов. Приводится методика поверочных исследований: на сплошность композиционных материалов, безобрывность элементов конструкции, градиенты температурного поля по сечениям изделий и распределение термических и остаточных напряжений. Как показали данные исследования, термические и остаточные напряжения при соответствующем подборе концентрации компонентов не превышают допустимые величины. Таким образом, исследования на стадии проектирования позволяют отработать фазовый состав композита, оптимизировать технологический процесс в соответствии с требуемыми нормами для получения изделия с высокими эксплуатационными свойствами.

В седьмой главе дан анализ инженерных и экономических аспектов реализации в промышленности результатов исследований, изложенных в предыдущих главах.

Эффективность технологии получения заготовок путем изготовления композиций «металлы – оксиды – ФФС», формования указанных композиций, их термической обработки и спекания обеспечивается за счет снижения затрат по сравнению с получением заготовок другими методами. Сравнение показывает, что преимущество разработанной технологии заключается в уменьшении стоимости сырья на 20 – 30 % за счет замены части дорогих металлических порошков их оксидами, а при использовании распыленного водой железного порошка-сырца возможно снижение стоимости МИМ-фидстоков в 2,5 – 3,5 раза. Кроме того, за счет увеличения скорости удаления связующего снижаются в несколько раз затраты на эту операцию.

Кроме указанных выше преимуществ, применение композиций «металлы – оксиды – ФФС» в совокупности с использованием прямого компрессионного прессования позволяет получать заготовки с большой площадью прессования на обычных прессах для прессования изделий из пластмасс. Так, на стандартном прессе усилием 100 тонн можно сформовать заготовки площадью 250 – 300 см² и соответственно применять многоместную оснастку. Высокая прочность прессовок, полученных с использованием термореактивных смол, позволяет спекать их в печах толкательного типа, производительность которых значительно выше производительности камерных печей. В связи с этим автором предложена конструкция толкательной печи с муфелем из карбида кремния, обеспечивающая рабочую температуру . Печь спроектирована, изготовлена и внедрена в производство в ООО «Наномет» (г. Йошкар-Ола).

Результаты отработки технологии и ее освоения для производства изделий различного назначения, испытаний этих изделий на промышленных предприятиях (ООО «Наномет», ОАО «Завод им. Г. И. Петровского» и др.) и их промышленной поставки позволяют рекомендовать широкое применение композиций «металлы – оксиды – ФФС» для производства металлоизделий с различными габаритами, формой и заданными механическими, триботехническими, теплофизическими и электрическими характеристиками как с целью ресурсосбережения, так и с целью создания более эффективных конструктивных решений в продукции машиностроения и других отраслей.

Инженерные и экономические предпосылки практического применения композиций Cu – CuO – Al – C, полученных реакционным размолом, определяются высокой жаропрочностью и износостойкостью получаемых из них материалов при приемлемой стоимости этих материалов по сравнению с аналогами. К таким областям относятся инструмент для сварки, детали кристаллизаторов, направляющие втулки и седла клапанов двигателей, электрические контакты и др. С 2000 по 2008 гг. в рамках маркетинговых исследований ООО «Завод «Диском» (г. Йошкар-Ола), ООО ИНТЦ «Диском» (г. Чебоксары), ООО «Завод «Купол» проведены широкие промышленные испытания материалов на отечественных автомобильных заводах (ОАО «ГАЗ», ОАО «УАЗ», ОАО «ВАЗ», в атомной промышленности (ЗИО г. Подольск), предприятиях стройиндустрии, в металлургической промышленности (ОАО «Северсталь») и других предприятиях, давшие положительный результат.

На ООО «Завод «Купол» создано и функционирует опытно-промышленное производство гранул и поковок, прутков и профилей мощностью 100 тонн/год. Продукция поставляется на десятки предприятий России и за рубеж.

Характеристики

Список файлов диссертации