close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY3453

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 3453
(13)
C1
6
(51) B 22F 3/06
(12)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ
ПОРОШКА
(21) Номер заявки: 960466
(22) 1996.09.09
(46) 2000.09.30
(71) Заявитель: Белорусская
государственная
политехническая академия (BY)
(72) Авторы: Чумак Г.А., Исаевич Л.А., Степашко
М.В. (BY)
(73) Патентообладатель: Белорусская
государственная политехническая академия (BY)
(57)
Устройство для центробежного формования изделий из порошка, преимущественно проволоки, включающее разъемную обойму с загрузочной камерой, расположенную между эквидистантными поверхностями
обоймы и сообщающуюся с загрузочной камерой трубчатую форму, механизм прижима частей обоймы друг
к другу, вибратор и привод вращения обоймы, отличающееся тем, что поверхности обоймы, между которыми расположена форма, выполнены коническими, а форма выполнена в виде длинномерной оболочки,
изогнутой по конической винтовой линии, определяемой выражениями:
fu
ρ = ρ0e
1− f 2 ctg 2 α
,
fu
z = ρ0e
1− f 2 ctg 2 α
ctgα ,
где ρ - текущий радиус оси изогнутой длинномерной трубчатой оболочки;
ρ0 - начальный радиус оси изогнутой длинномерной трубчатой оболочки (радиус загрузочной камеры);
α - угол конуса конических поверхностей обоймы;
f - эффективный коэффициент внешнего трения порошка о внутреннюю поверхность оболочки;
u - угол поворота радиуса;
z - координата по оси Z.
BY 3453 C1
(56)
1. SU 515568 A, 1976.
Фиг. 1
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к устройствам для формования
металлических порошков центробежным способом.
BY 3453 C1
Известно устройство для центробежного формования изделий из порошка, включающее разъемную
обойму с загрузочной камерой, расположенную между эквидистантными поверхностями обоймы и сообщающуюся с загрузочной камерой трубчатую форму, механизм прижима частей обоймы друг к другу, вибратор и привод вращения обоймы [1]. Форма установлена в обойме в пазе в плоскости его вращения под углом к радиусу обоймы.
Однако данное устройство не позволяет заполнить равномерно по длине порошком длинномерное изделие. Это обусловлено неравномерностью распределения давления в порошке, находящемся внутри обоймы,
вызванного действием центробежных сил. Так как величина центробежной силы пропорциональна радиусу
диска, то в различных зонах формы, заполненной порошком, создаются различные давления. Поэтому плотность засыпки порошка по длине формы будет неодинаковой. Меньше будет у конца формы, ближе расположенного к центру диска, и больше - у конца, расположенного на периферии диска. Кроме того, устройство
не позволяет заполнить форму большой длины.
Задача изобретения - повышение качества изделий из порошка, преимущественно проволоки, за счет более равномерного распределения плотности порошка по длине и расширение технологических возможностей устройства за счет более компактной укладки длинномерной трубчатой формы перед заполнением ее
порошком.
Указанная задача решается с помощью того, что в известном устройстве, включающем разъемную обойму с загрузочной камерой, расположенную между эквидистантными поверхностями обоймы и сообщающуюся с загрузочной камерой трубчатую форму, механизм прижима частей обоймы друг к другу, вибратор
и привод вращения обоймы, поверхности обоймы, между которыми расположена форма, выполнены коническими, а форма выполнена в виде длинномерной оболочки, изогнутой по конической винтовой линии, определяемой выражениями:
fu
1− f 2 ctg 2 α
ρ = ρ0e
,
fu
z = ρ0e
1− f 2 ctg 2 α
ctgα ,
где ρ - текущий радиус оси изогнутой длинномерной трубчатой оболочки;
ρ0 - начальный радиус оси изогнутой длинномерной трубчатой оболочки (радиус загрузочной камеры);
α - угол конуса конических поверхностей обоймы;
f - эффективный коэффициент внешнего трения порошка о внутреннюю поверхность оболочки;
u - угол поворота радиуса;
z - координата по оси Z.
Определим профиль пространственной кривой для укладки длинномерной трубчатой оболочки при условии равномерного распределения продольных напряжений в порошке, вызванного действием центробежных сил, а следовательно, плотности засыпки порошка по длине оболочки.
Условие постоянства (отсутствия) продольных напряжений в порошке по длине оболочки выразится условием равновесия сил, действующих на элементарный объем порошка длиной ds, выделенный в точке А
(фиг. 1). Проецируя силы, действующие на элементарный объем, на касательную ВС к оси произвольно изогнутой трубчатой оболочки в точке А, получим:
Fц⋅cos β=Fmp, (1)
где Fц - центробежная сила, действующая на выделенный элементарный объем порошка;
β - угол между направлением радиуса и касательной к оси пространственно изогнутой оболочки в точке
А;
Fmp - сила внешнего трения порошка о внутреннюю поверхность оболочки, вызванная действием центробежных сил и вибрации.
Fmp=f Fц sin β. (2)
Подставляя выражение (2) в уравнение (1), после преобразований получим зависимость вида:
f=ctg β. (3)
Данное условие является свойством конической (цилиндроконической) винтовой линии, определяемой
уравнениями в декартовой системе координат:
x=aekucos u, (4)
y=aekusin u, (5)
z=beku , (6)
где k=±sinα⋅ctg m, (7)
b=a⋅ctg α, (8)
u - произвольное постоянное;
α - угол конуса;
m - угол между касательной к конической винтовой линии и образующей конуса;
2
BY 3453 C1
u - угол, который образует с плоскостью XOZ вертикальная плоскость (проходящая через ось OZ), содержащая некоторую образующую конуса (угол поворота радиуса).
Определим угол β между радиусом О, А, проходящим через ось OZ и перпендикулярным ей, и текущую
точку А, расположенную на конической винтовой линии, определяемой уравнениями (4)……...(8).
Симметричное уравнение радиуса O, А имеет вид:
x
y
z − ae ku ctgα
=
=
. (9)
O
ae ku cos u ae ku sin u
Уравнение касательной ВС к оси изогнутой трубчатой оболочки имеет вид:
x − ae ku cos u
y − ae ku sin u
z − ae ku ctgα
. (10)
=
=
ae ku (k ⋅ cos u − sin u ) ae ku (k ⋅ sin u + cos u ) ae ku ⋅ k ⋅ ctgα
Угол β между радиусом О, А и касательной ВС определяется выражением:
cos β =
a 2 e 2 ku ( k ⋅ cos2 u − sin u ⋅ cos u) + a 2 e 2 ku ( k ⋅ sin 2 u + sin u ⋅ cos u)
a 2 e 2 ku cos 2 u + a 2 e 2 ku sin 2 u ⋅ a 2 e 2 ku ( k cos u − sin u) 2 + a 2 e 2 ku ( k sin u + cos u) 2 + a 2 e 2 ku k 2 ctg 2 α
. (11)
После преобразований получим уравнение:
cos β=sin α⋅cos m, (12)
из которого видно, что угол β, а следовательно, и его функции, в том числе ctg β, являются постоянными величинами, не зависящими от угла u.
Используя уравнения (3), (7) и (1), получим:
k=
f
1 − f 2 ctg 2 α
. (13)
Подставляя выражение (13) в уравнение (4)...(6), получим:
fu
x = a⋅e
1− f 2 ctg 2 α
⋅ cos u , (14)
fu
y =a⋅e
1− f 2 ctg 2 α
z = a ⋅e
1− f 2 ctg 2 α
⋅ sin u , (15)
fu
⋅ ctgα , (16)
или в цилиндрической системе координат с учетом того, что α=ρ0 , получим:
fu
ρ = ρ0e
1− f 2 ctg 2 α
,
(17)
fu
z = ρ0 e
1− f 2 ctg 2 α
⋅ ctgα . (18)
Уравнения (17) и (18) позволяют определить профиль шаблона - коническую винтовую линию по заданному эффективному коэффициенту внешнего трения порошка по внутренней поверхности трубчатой оболочки. При расположении трубчатой оболочки по конической винтовой линии центробежные силы используются для транспортирования уплотненного порошка по длинномерной трубчатой оболочке, при этом
обеспечивается равномерность засыпки порошка по длине, так как обеспечивается постоянство (отсутствие)
продольных напряжений в порошке по длине.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема сил, действующих на выделенный элементарный объем порошка; на фиг. 2 показана схема устройства в процессе заполнения длинномерной
трубчатой оболочки порошком, разрез.
Устройство состоит из нижней части 1 разъемной обоймы, выполненной в виде усеченного конуса, верхней части 2 разъемной обоймы с внутренней конической поверхностью, охватывающей нижнюю часть 1,
вибратора 3 и привода вращения 4 обоймы. Конические поверхности частей 1 и 2 разъемной обоймы покрыты упругоэластичным слоем 5. Между коническими поверхностями частей 1 и 2 обоймы расположена длинномерная трубчатая оболочка 6. Нижняя часть 1 обоймы снабжена загрузочной камерой 7 и закреплена посредством оси 8 на платформе 9, установленной на вибраторе 3. Перемещение верхней части разъемной
обоймы в вертикальном направлении осуществляют пневмоцилиндры 10. В рабочем положении при заполнении оболочки порошком верхняя часть 2 обоймы прижата к его нижней части пневмоцилиндрами 10, передающими усилие на верхнюю часть 2 обоймы через упорный подшипник 11. Вращение от нижней части 1
обоймы к его верхней части передается штифтами 12.
Устройство работает следующим образом. В исходном положении нижняя часть 1 разъёмной обоймы и
его верхняя часть 2 разъединены пневмоцилиндрами 10. На коническую поверхность нижней части обоймы
3
BY 3453 C1
устанавливают шаблон, профиль которого определяют расчетным путем по уравнениям (17) и (18), по которому изгибают длинномерную трубчатую оболочку 6 и открытым срезанным под углом концом устанавливают в загрузочной камере 7 устройства. После укладки оболочки 6 пневмоцилиндрами 10 прижимают
верхнюю часть 2 обоймы к нижней, фиксируя положение оболочки, включают привод вращения 4 обоймы
на требуемое число оборотов, а вибратор 3 - на требуемые частоту и амплитуду колебаний. В загрузочную
камеру 7 подают порошок, который под действием центробежных сил и вибрации заполняет срезанный под
углом участок оболочки 6, уплотняется, при этом уменьшается его эффективный коэффициент внешнего
трения. При достижении заданного эффективного коэффициента внешнего трения порошка о внутреннюю
поверхность трубчатой оболочки и соответствующей ему плотности порошок поступает в оболочку и под
действием центробежных сил и вибрации заполняет ее по длине. После заполнения нижнюю 1 и верхнюю 2
части обоймы разъединяют перемещением штоков пневмоцилиндров 10 в крайнее верхнее положение и извлекают сформованное длинномерное изделие.
Пример.
Заполняли медную трубчатую оболочку наружным диаметром 8 мм, толщиной стенки 0,25 мм и длиной
100 м порошком ниобия марки ПНП-1 с размером частиц меньше 40 мкм. Относительная плотность засыпки
порошка составляла 0,5 (плотность утряски). Радиус загрузочной камеры устройства составлял 0,2 м, а угол
конических поверхностей частей обоймы равен 26°. Эффективный коэффициент внешнего трения порошка
ниобия марки ПНП-1 при относительной плотности 0,5 о внутреннюю поверхность оболочки при частоте и
амплитуде колебаний соответственно 800 кол/мин и 1 мм составлял 0,003 (определен авторами экспериментальным путем). Подставляя значение эффективного коэффициента внешнего трения порошка в уравнения
(17) и (18), получим следующие зависимости, определяющие профиль шаблона:
ρ=0,2e0,003u м , (19)
z=0,41e0,003u м . (20)
Длину L трубчатой оболочки, изогнутой по конической винтовой линии, определяем по уравнению:
fu
L = ρ(e
1− f 2 ctg 2 α
− 1)
1+ f 2
, (21)
f
из которого определим угол изгиба оболочки длиной 100 м:
u=
1 − f 2 ctg 2 α
f
ln 1 +
Lf
ρ0 1 + f 2
. (22)
Подставляя в уравнение (22) известные значения, получим:
u=305,424 рад.
Тогда радиус ρk и координата zk большего основания конуса нижней части обоймы равны
ρk=0,2⋅e0,003⋅305,424 м=0,5 м, (23)
zk=0,41⋅e0,003⋅305,424 м=1,025 м, (24)
а высота конуса Hk :
Hk=Zk-Z0=1,025 м-0,41 м=0,615 м . (25)
Площадь укладки длинномерной трубчатой оболочки на конусе равна:
S k = π (ρ k − ρ 0 )
Hk
. (26)
cos α
Подставляя в уравнение (26) известные значения, получим:
Sk=1,5 м2 .
Длинномерную трубчатую оболочку изгибали по шаблону, укладывали в устройство, включали привод
вращения на рабочее число оборотов (700 об/мин) и вибратор на заданные частоту и амплитуду колебаний
соответственно 800 кол/мин и 1 мм и заполняли порошком. Получали сформованное до заданной плотности
изделие высокого качества, причем неравномерность плотности порошка по длине изделия не превышала
1,7 %.
Определим радиус нижней части обоймы известного устройства с радиусом ρ0 загрузочной камеры, равным 0,2 м, исходя из равенства площадей укладки оболочек известного и предлагаемого устройств по выражению:
S k = π( R g2 − ρ 20 ) , (27)
где Rg - радиус нижней части обоймы.
Rg =
Sk
− ρ 20 . (28)
π
После подстановки значений получим:
4
BY 3453 C1
Rg=0,66 м.
Наибольшая длина L трубчатой оболочки, которую можно уложить на нижней части обоймы известного
устройства, равна:
L ≤ R g2 − ρ 02 . (29)
После подстановки значений получим:
L ≤ 0,63 м.
Таким образом, длина трубчатой оболочки, укладываемой по конической винтовой линии, в 158,7 раз
больше длины трубчатой оболочки, укладываемой на нижней части известного устройства. Колебание
плотности порошка по длине трубчатой оболочки, заполненной на известном устройстве, достигало
20...25 %.
Фиг. 2
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
158 Кб
Теги
by3453, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа