к.т.н. Куликов В.Ю.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

управление технологическими свойствами

дисперсных материалов

В природе, технике, в том числе и в производстве новых материалов, часто встречаются дисперсные системы, в которых одно вещество равномерно распределено в виде частиц внутри другого вещества. Это относится, в том числе, к процессу таблетирования при производстве полимеров, изготовлении твердосплавных напаек для режущего инструмента, к шихтовым материалам, брикетам, получаемым в металлургической практике, и некоторым другим смесям, широко используемым в производстве новых и традиционных материалов. Все это в полной мере относится и к формовочным материалам, используемым в литейном производстве.

В настоящее время недостаточно разработаны процессы моделирования формирования прочных дисперсных систем, применительно к прессуемым и нагреваемым смесям.

Известно, что от структуры тела зависят его свойства. Одной из важных задач, стоящих перед наукой и практикой является повышение производительности изготовления изделий из дисперсных материалов за счет модернизации существующего оборудования и внедрения новых технологических процессов.

Построение математических моделей процессов уплотнения для описания напряженно-деформированного состояния проводится в целях выбора рациональных схем и режимов уплотнения, позволяет управлять структурой изделий. Вследствие этого появляется возможность регулирования свойств изделий, таких как плотность, прочность, газопроницаемость, шероховатость. Внедрение инновационных устройств и способов изготовления прессованных изделий позволит повысить производительность, качество изготовляемой продукции, то есть приведет к снижению себестоимости продукции, а, значит, сделает ее конкурентоспособной на рынке товаров.

Управление свойствами дисперсных материалов осуществляется через построение математических моделей и тем самым осуществляется прогнозирование технологических параметров для обеспечения заданных характеристик.

В частности, одним из важных технологических свойств дисперсных смесей является газопроницаемость, то есть их способность пропускать газы. Возникает необходимость определить зависимость газопроницаемости от условий прессования.

При статическом прессовании на дисперсную смесь действует давление прессовой колодки и давление воздуха в слое, определено, что с учетом этого, значение газопроницаемости будет

Г=,

где d – диметр зерна; S – площадь просвета между частицами смеси; η – динамическая вязкость газа; – коэффициент бокового давления; f – коэффициент внешнего трения; – давление прессовой колодки на границе с дисперсной смесью; П – периметр матрицы; F_мат – площадь матрицы, z – текущая координата рассматриваемого слоя смеси по высоте; α – коэффициент потери сжимаемости; k₀ – начальное значение коэффициента прессования; ρ_пр – предельная плотность сплошного тела; m – масса смеси; F – площадь прессовой колодки; H – высота заполнения матрицы; L – расстояние, пройденное поршнем при прессовании.

Деформацию дисперсной песчано-смоляной смеси в зависимости от скорости напряжений и времени, учитывая упругую, вязкую, пластичную составляющие деформации можно определить по следующей зависимости:

ε=·+

+·+

+··t+·.

где ε – полная деформация смеси; Е₀, τ₀ – соответственно модуль упругости и период ползучести в момент времени t=0; Е₁, τ₁ – соответственно модуль упругости и период ползучести в момент времени t=t₁; – скорость напряжения; t – время.

Плотность дисперсной смеси определяется как

ρ=ρ_прe^-α·P,

здесь ρ_пр – предельная плотность сплошного тела; α – коэффициент потери сжимаемости; k₀ – начальное значение коэффициента прессования; Р – давление на смесь.

На кафедре «Машины, технология литейного производства и конструкционные материалы» установлены основные причины, приводящие к образованию дефектов и снижению качества литья, определены пути повышения качества дисперсных смесей и деталей из литья на ряде машиностроительных и литейных металлургических производств. Разработаны и внедряются в производстве новые способы и устройства для повышения качества структуры дисперсных материалов и ориентированные на дальнейшее совершенствование продукции и получение дополнительной прибыли.

Таким образом, определены основные математические зависимости технологических характеристик дисперсной смеси (газопроницаемость, деформация, плотность) в зависимости от условий формообразования. Полученные математические модели можно использовать в производстве новых материалов, в частности полимерных изделий, твердосплавных материалов методами порошковой металлургии и других.