Розробка конструкції і технології екструзії металополімерних сумішей для виробництва сировини

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.259532

Ключові слова:

живильник, екструдер, комп’ютерне моделювання, тиск, зазор, динаміка обертання

Анотація

Робота присвячена розробці нового обладнання для виробництва металополімерної нитки. 3D-друк металополімерною ниткою є одним з передових напрямків у технології виготовлення металевих деталей складної форми. Запропонована технологія є альтернативою існуючій технології лиття металу під тиском (MIM) і технології друку методом селективного лазерного плавлення. Важливим етапом у даній роботі було проведення обчислювальних експериментів для визначення впливу обертання шнека на показник технологічного тиску і конструкцію основного вузла шнекового екструдера. В результаті проведених досліджень було визначено тиск на металополімерну композицію в залежності від частоти обертання шнека. При частоті обертання 30 об/хв тиск досягав 0,05 Па, максимальний тиск становив 0,18 МПа. Експерименти проводилися в програмі CradelSFlow. Комп’ютерний розрахунок показав коефіцієнт запасу міцності шнека k=1,8 і максимальний прогин 2,8∙10–4 м, що відповідає умові статичної жорсткості. Для визначення правильної величини зазору δ між гребенем шнека та стінками екструдера був проведений аналіз динаміки ротора. В результаті дослідження отримана критична частота обертання екструдера 60 об/хв, при якій може мати місце явище прецесії. Амплітудно-частотні характеристики ydin=7∙10–4 м. За результатами динамічного розрахунку були скориговані розміри шнека, геометрія зменшена на ∆=0,5 мм. Проведені експерименти дозволили перевірити оптимальні параметри технологічного процесу екструзії металополімерної суміші. Отримані дані важливі для вдосконалення і розвитку технології 3D-друку металевих деталей складної геометричної форми

Біографії авторів

Madina Isametova, Satbayev University

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering, Standardization, Certification and Metrology

Bakhyt Absadykov, Satbayev University

Doctor of Technical Sciences, Professor, Correspondent member of National Academy of Science of the Republic of Kazakhstan

Department of Mechanical Engineering, Standardization, Certification and Metrology

Bauyrzhan Bazarbay, Satbayev University

Doctoral Student

Department of Mechanical Engineering, Standardization, Certification and Metrology

Gulbarshyn Smailova, Satbayev University

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Department of Mechanical Engineering, Standardization, Certification and Metrology

Посилання

  1. Michaeli, W., Bielzer, R. (1991). Metal injection molding: Shaping sintered metal parts. Advanced Materials, 3 (5), 260–262. doi: https://doi.org/10.1002/adma.19910030511
  2. Korotchenko, A. Yu., Khilkov, D. E., Tverskoy, M. V., Khilkova, A. A. (2020). Research of 3D Printing Modes of Feedstock for Metal Injection Molding. Materials Science Forum, 992, 461–466. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.992.461
  3. Bazlov, V. A., Mamuladze, T. Z., Kharitonov, K. N., Efimenko, M. V., Golenkov, O. I., Pronskikh, A. A. et. al. (2020). Capabilities injection molding of metal powders (MIM – metal injection molding) the production of medical products. International Journal of Applied and Fundamental Research, 2, 64–68. doi: https://doi.org/10.17513/mjpfi.13011
  4. Ewart, P. (2012). Metal Powder Injection Moulding, Research and Industry. A review and assessment of MIM as a commercial process and the barriers to successful manufacture. Available at: https://www.researchgate.net/publication/267271664_Metal_Powder_Injection_Moulding_Research_and_Industry_A_review_and_assessment_of_MIM_as_a_commercial_process_and_the_barriers_to_successful_manufacture
  5. Parmatech: The MIM industry’s first commercial producer, and still going strong (2010). Powder Injection Moulding International, 4 (2). Available at: https://www.pim-international.com/wp-content/uploads/sites/2/2017/07/PIM-International-June-2010-DP.pdf
  6. Yan, X., Hao, L., Xiong, W., Tang, D. (2017). Research on influencing factors and its optimization of metal powder injection molding without mold via an innovative 3D printing method. RSC Advances, 7 (87), 55232–55239. doi: https://doi.org/10.1039/c7ra11271h
  7. Chepchurov, M. S., Lubimyi, N. S., Chetverikov, B. S., Zubenko, I. N., Odobesko, I. A. (2019). Implementation of Additive printing using thermoset polymer materials and two-component printing mixture. Additive Fabrication Technology, 1 (1), 36–46.
  8. Korotchenko, A. Y., Khilkov, D. E., Tverskoy, M. V., Khilkova, A. A. (2020). Use of additive technologies for metal injection molding. Engineering Solid Mechanics, 8, 143–150. doi: https://doi.org/10.5267/j.esm.2019.10.001
  9. Roshchupkin, S. I., Golovin, V. I., Kolesov, A. G., Tarakhovskiy, A. Y. (2020). Extruder for the production of metal-polymer filament for additive technologies. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 971 (2), 022009. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/971/2/022009
  10. Strano, M., Rane, K., Briatico Vangosa, F., Di Landro, L. (2019). Extrusion of metal powder-polymer mixtures: Melt rheology and process stability. Journal of Materials Processing Technology, 273, 116250. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.116250
  11. Masood, S. H., Song, W. Q. (2004). Development of new metal/polymer materials for rapid tooling using Fused deposition modelling. Materials & Design, 25 (7), 587–594. doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2004.02.009
  12. Fu, T., Haworth, B., Mascia, L. (2016). Analysis of process parameters related to the single-screw extrusion of recycled polypropylene blends by using design of experiments. Journal of Plastic Film & Sheeting, 33 (2), 168–190. doi: https://doi.org/10.1177/8756087916649006
  13. Rauwendaal, C. (2014) Polymer Extrusion. Hanser, 950. doi: https://doi.org/10.3139/9781569905395
  14. Absadykov, B. N., Mashekova, A. S. et. al. (2020). Pat. No. 35634. Continuous pressing device for producing long profiles from powdered materials. No. 2020/0905.1; declareted: 31.12.2020; published: 06.05.2022, Bul. No. 18. Available at: https://gosreestr.kazpatent.kz/Invention/Details?docNumber=335940
  15. Abdel-Ghany, W. E., Ebeid, S. J., Fikry, I. (2015). Effect of Geometry and Rotational Speed on the Axial Pressure Profile of a Single Screw Extrusion. IJISET - International Journal of Innovative Science, Engineering & Technology, 2 (1). Available at: https://www.researchgate.net/publication/308209459_Effect_of_Geometry_and_Rotational_Speed_on_the_Axial_Pressure_Profile_of_a_Single_Screw_Extrusion
  16. Kim, N., Kim, H., Lee, J. (2006). Numerical analysis of internal flow and mixing performance in polymer extruder I: single screw element. Korea-Australia Rheology Journal, 18 (3), 143–151. Available at: https://www.cheric.org/PDF/KARJ/KR18/KR18-3-0143.pdf
  17. Zagoruiko, M. G., Vasilchikov, V. V., Mamakhai, A. K. (2020). Simulation of the Extruder Screw Parameters. Agricultural Machinery and Technologies, 14 (4), 71–77.
  18. Isametova, M., Nussipali, R., Karaivanov, D., Abilkhair, Zh, Isametov, A. (2022). Computational and Experimental Study of the Composite Material for the Centrifugal Pump Impellers Manufacturing. Journal of Applied and Computational Mechanics, 8 (4), 1407–1421. doi: https://doi.org/10.22055/JACM.2022.40366.3574
  19. Ojolo, S. J., Ajiboye, J. S., Orisaleye, J. I. (2015). Plug flow analysis for the design of the compaction region of a tapered screw extruder biomass briquetting machine. Agric Eng Int: CIGR Journal September, 17 (3). Available at: https://www.researchgate.net/publication/283844646_Plug_flow_analysis_for_the_design_of_the_compaction_region_of_a_tapered_screw_extruder_biomass_briquetting_machine
  20. Isametova, M., Absadykov, B., Batyrgaliyev, M., Borovik, I. (2018). Centrifugal pump rotor dynamics study. NEWS of National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, 5 (431), 226–233. doi: https://doi.org/10.32014/2018.2518-170x.29

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-08-31

Як цитувати

Isametova, M., Absadykov, B., Bazarbay, B., & Smailova, G. (2022). Розробка конструкції і технології екструзії металополімерних сумішей для виробництва сировини . Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(1 (118), 23–33. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.259532

Номер

Том 4 № 1 (118) (2022): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Madina Isametova, Bakhyt Absadykov, Bauyrzhan Bazarbay, Gulbarshyn Smailova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.