Жилин Сергей Геннадьевич, Богданова Нина Анатольевна, Комаров Олег Николаевич Расчетное и экспериментальное определение параметров процесса формирования пористой прессовки из порошкового воскообразного материала // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. 2022. № 3(53). С. 27-38. DOI: https://doi.org/10.37972/chgpu.2022.53.3.004. EDN: WBJJDC.

Автор(ы)

Жилин Сергей Геннадьевич — Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН

Богданова Нина Анатольевна — Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН

Комаров Олег Николаевич — Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН

Название статьи

Расчетное и экспериментальное определение параметров процесса формирования пористой прессовки из порошкового воскообразного материала

Название (англ.): Calculation and experimental determination of the parameters of the process of forming a porous compact from a powdered waxy material

Индекс(ы) УДК

621.74.045:53.09

DOI

10.37972/chgpu.2022.53.3.004

EDN

WBJJDC

Ключевые слова

прессование; порошок технического парафина; пористость; деформация; остаточные напряжения; время релаксации; размерно-геометрическая точность; упругий отклик; двухпараметрическая зависимость Кольрауша; литье по выплавляемым моделям

Аннотация

Актуальной проблемой современного машиностроения является получение литья высокой размерной точности и неограниченной геометрии, обеспечиваемых за счет новых технологических процессов, позволяющих реализовать принципы ресурсо- и энергоэффективности. Высокий коэффициент использования материалов в таких процессах обеспечивается, в том числе, точностью получаемых изделий, благодаря чему снижается объем механической обработки литья. Одним из вариантов технологического решения отмеченной проблемы является применение процесса прессования однокомпонентных порошков воскообразных материалов при формировании точных пористых удаляемых моделей, поверхность которых не имеет тепловых усадочных дефектов. Соответствие обозначенным выше принципам эффективности данному процессу обеспечивает возможность комплексной реализации проблем литья, характерных для большей части технологических этапов. Малоизученным аспектом процесса уплотнения порошков модельных материалов является напряженно-деформированное состояние формирующихся прессовок, определяющее необходимость поиска вариантов устранения упругого отклика материала. В работе представлены результаты экспериментальных исследований влияния состава уплотняемого материала на величину остаточных напряжений, предназначенные для корректного расчета геометрии пресс-форм при их проектировании.

Финансирование

Работа выполнена в рамках государственного задания ХФИЦ ДВО РАН.

Даты

Поступила: 20.09.2022; Принята: 20.12.2022; Опубликована: 30.12.2022

Страницы

27-38

Полная версия статьи

Скачать PDF

QR-код EDN

1. Получение отливок повышенной размерной точности по комбинированным литейным моделям из алюмотермитных и воскообразных смесей / С. Г. Жилин, О. Н. Комаров, А. А. Соснин [и др.] // Заготовительные производства в машиностроении. 2016. № 11. С. 6–11.
2. Kumar V., Mitra S. Development in investment casting // Journal of Critical Reviews. 2020. no. 7(10). P. 892-897.
3. Sapchenko I., Zhilin S., Evstigneev A. Investigation into the process of removing porous patterns from shell molds // Litejnoe Proizvodstvo. 2002. no. 7. P. 21–22.
4. Morsiya C., Pandya S. Recent Advancements in Hybrid Investment Casting Process // Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2022. P. 817–831.
5. Shah M., Patel D., Pande S. Additive manufacturing integrated Casting // Materials Today: Proceedings. 2016. no. 62(P13). P. 7199-7203.  DOI: 10.1016/j.matpr.2022.03.413 EDN: MWCOIT
6. Mukhtarkhanov M., Shehab E., Ali M. H. Process Parameter Optimization for 3D Printed Investment Casting Wax Pattern and Its Post-Processing Technique // Applied Sciences (Switzerland). 2022. no. 12(14). p. 6847.  DOI: 10.3390/app12146847 EDN: OOZFLI
7. Способ изготовления выплавляемых моделей / С.Г. Жилин, О.Н. Комаров, А.А. Соснин [и др.] // Патент РФ № 2632051, Заявл. 13.05.2016; Опубл. 02.10.2017, Бюл. №288.
8. Decrease in the elastic response in compacting a paraffin-stearin powder composition / S. Zhilin, N. Bogdanova, O. Komarov et al. // Russian Metallurgy (Metally). 2021. no. № 4. P. 459-463.  DOI: 10.1134/S0036029521040376 EDN: GBVPGJ
9. Жилин С.Г., Комаров О.Н., Соснин А.А. Моделирование процессов обработки материалов давлением на основе оценки напряженно-деформированного состояния прессовок из полимерных модельных композиций с использованием метода конечных элементов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2017. № Т. 19. № 2. С. 48-66.  DOI: 10.15593/2224-9877/2017.2.04 EDN: YTOHGJ
10. Modelling of Powder die compaction / P. Brewin, O. Coube, P. Doremus et al. Springer: London, 2008.
11. Bogdanova N., Zhilin S., Komarov O. Influence of the packing and compaction parameters of spherical waxy elements on the stress-strain state of the compact // Procedia Structural Integrity. 2021. no. 40(C). P. 70-74.  DOI: 10.1016/j.prostr.2022.04.008 EDN: AGJUUF
12. Прибытков Г.А., Коржова В.В., Коростелева Е.Н. Прочностные свойства и особенности разрушения композитов систем Al–Cr и Al–Cr–Si, полученных горячим уплотнением порошковых смесей // Деформация и разрушение материалов. 2013. № 8. С. 13–20.
13. Majer M., Fries J., Machac J. Review of aluminum chips recycling // International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM. 2019. no. 19 (4.1). P. 771-778.  DOI: 10.5593/sgem2019/1.2/S06.097 EDN: SRCFXK
14. Direct recycling of aluminium chips into composite reinforced with in situ alumina enrichment / W. Abdullah, M. M. Sukri, L. M. Amri et al. // Materials Science Forum. 2020. no. 975 MSF. P. 165-170.  DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.975.165 EDN: LCRPJM
15. Литье по выплавляемым моделям / под ред. В.А. Озерова. Машиностроение: М., 1994.
16. Жилин С.Г., Н. А. Богданова О.Н. Комаров. Влияние гранулометрического состава и скорости выдавливания воскообразной композиции на геометрию длинномерной прессовки при мундштучном экструдировании // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И.Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. 2018. № 4 (38). С. 54-64. EDN: YZAXXF
17. Finite element modeling of the stress-strain state of waxy compacts / A. Sosnin, N. Bogdanova, S.G.Zhilin et al. // AIP Conference Proceedings. Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures, MRDMS 2019 - Proceedings of the 13th International Conference on Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures. 2019. p. 030017.
18. [18] Цеменко В.Н., Фук Д.В., Ганин С.В. Определение реологических характеристик и моделирование процесса экструзии порошковых и пористых материалов. Часть 1. Порошковое тело // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2016. № 2 (243). С. 124-133.  DOI: 10.5862/JEST.243.13 EDN: WFAIYP
19. Либенсон Г.А., Лопатин В.Ю., Комарницкий Г.В. Процессы порошковой металлургии. Т. 2. Формование и спекание. Москва: МИСИС, 2002. 320 с.
20. Bagliuk G., Kyryliuk S. Numerical Analysis of the Die Forging of Porous Blanks in a Die with the Implementation of Active Friction Forces // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2021. no. 62(1). P. 119-124.  DOI: 10.3103/S1067821221010028 EDN: NHIHZZ

1. Zhilin S.G., Komarov O.N., Sosnin A.A., et al. Obtaining castings of increased dimensional accuracy using combined casting patterns made of aluminothermic and wax-like mixtures. Zagotovitel'nye Proizvodstva v Mashinostroenii, 2016, no. 11, pp. 6–11. (In Russian).
2. Kumar V., Mitra S. Development in investment casting. Journal of Critical Reviews, 2020, no. 7(10), pp. 892–897.
3. Sapchenko I., Zhilin S., Evstigneev A. Investigation into the process of removing porous patterns from shell molds. Liteinoe Proizvodstvo, 2002, no. 7, pp. 21–22.
4. Morsiya C., Pandya S. Recent advancements in hybrid investment casting process. Lecture Notes in Mechanical Engineering, 2022, pp. 817–831.
5. Shah M., Patel D., Pande S. Additive manufacturing integrated casting. Materials Today: Proceedings, 2016, no. 62(P13), pp. 7199–7203. DOI: 10.1016/j.matpr.2022.03.413. EDN: MWCOIT.
6. Mukhtarkhanov M., Shehab E., Ali M.H. Process parameter optimization for 3D printed investment casting wax pattern and its post-processing technique. Applied Sciences, 2022, no. 12(14), article 6847. DOI: 10.3390/app12146847. EDN: OOZFLI.
7. Zhilin S.G., Komarov O.N., Sosnin A.A., et al. Method for manufacturing investment patterns. Russian Federation Patent No. 2632051, application filed May 13, 2016, published October 2, 2017, bulletin no. 288. (In Russian).
8. Zhilin S., Bogdanova N., Komarov O., et al. Decrease in the elastic response in compacting a paraffin-stearin powder composition. Russian Metallurgy (Metally), 2021, no. 4, pp. 459–463. DOI: 10.1134/S0036029521040376. EDN: GBVPGJ.
9. Zhilin S.G., Komarov O.N., Sosnin A.A. Modeling of material forming processes based on assessment of the stress-strain state of compacts made of polymer pattern compositions using the finite element method. PNRPU Mechanics Bulletin. Mechanical Engineering, Materials Science, 2017, vol. 19, no. 2, pp. 48–66. DOI: 10.15593/2224-9877/2017.2.04. EDN: YTOHGJ. (In Russian).
10. Brewin P., Coube O., Doremus P., et al. Modelling of Powder Die Compaction. London, Springer, 2008.
11. Bogdanova N., Zhilin S., Komarov O. Influence of the packing and compaction parameters of spherical waxy elements on the stress-strain state of the compact. Procedia Structural Integrity, 2021, no. 40(C), pp. 70–74. DOI: 10.1016/j.prostr.2022.04.008. EDN: AGJUUF.
12. Pribytkov G.A., Korzhova V.V., Korosteleva E.N. Strength properties and fracture features of Al–Cr and Al–Cr–Si composites obtained by hot compaction of powder mixtures. Deformatsiya i Razrushenie Materialov, 2013, no. 8, pp. 13–20. (In Russian).
13. Majer M., Fries J., Machac J. Review of aluminum chips recycling. International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM, 2019, no. 19(4.1), pp. 771–778. DOI: 10.5593/sgem2019/1.2/S06.097. EDN: SRCFXK.
14. Abdullah W., Sukri M.M., Amri L.M., et al. Direct recycling of aluminium chips into composite reinforced with in situ alumina enrichment. Materials Science Forum, 2020, no. 975, pp. 165–170. DOI: 10.4028/[www.scientific.net/MSF.975.165](http://www.scientific.net/MSF.975.165). EDN: LCRPJM.
15. Ozerov V.A. (ed.). Investment Casting. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1994. (In Russian).
16. Zhilin S.G., Bogdanova N.A., Komarov O.N. Influence of granulometric composition and extrusion rate of a wax-like composition on the geometry of a long compact during die extrusion. Vestn. Chuvash. Gos. Ped. Univ. im. I. Ya. Yakovleva. Ser.: Mekh. Pred. Sost., 2018, no. 4(38), pp. 54–64. EDN: YZAXXF. (In Russian).
17. Sosnin A., Bogdanova N., Zhilin S.G., et al. Finite element modeling of the stress-strain state of waxy compacts. AIP Conference Proceedings. Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures, MRDMS 2019: Proceedings of the 13th International Conference on Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures, 2019, article 030017.
18. Tsemenko V.N., Fuk D.V., Ganin S.V. Determination of rheological characteristics and modeling of the extrusion process of powder and porous materials. Part 1: Powder body. Nauchno-Tekhnicheskie Vedomosti Sankt-Peterburgskogo Gosudarstvennogo Politekhnicheskogo Universiteta, 2016, no. 2(243), pp. 124–133. DOI: 10.5862/JEST.243.13. EDN: WFAIYP. (In Russian).
19. Libenson G.A., Lopatin V.Yu., Komarnitskii G.V. Powder Metallurgy Processes. Vol. 2: Forming and Sintering. Moscow, MISIS Publ., 2002. 320 p. (In Russian).
20. Bagliuk G., Kyryliuk S. Numerical analysis of the die forging of porous blanks in a die with the implementation of active friction forces. Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 2021, no. 62(1), pp. 119–124. DOI: 10.3103/S1067821221010028. EDN: NHIHZZ.

Авторские права и лицензия

© 2022 Автор(ы). Статья публикуется в открытом доступе на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» 4.0 Всемирная (CC BY 4.0), которая разрешает использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего указания авторства. Авторские права на статью сохраняются за авторами.