16+
Регистрация
РУСENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/149/11561.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 09 (149) май 2010 года

ДНК в металле и другое каркасно-ячеистое литье

Производство для энергетикиВладимир ДОРОШЕНКО

Технология литья по газифицируемым моделям (ЛГМ, или Lost Foam Casting Process), используя размещение отливки или блока отливок в пространстве песка контейнерной песчаной формы, дает основание поставить вопрос: какие пространственные конструкции литейщик может получать в объеме песка?

В противовес распространенной традиционной задаче «как разместить отливку в плоскости литейной формы?», когда литейщик следует за конструктором, сегодня литейщик с помощью технологии ЛГМ может изготовить литые изделия, копируя природу в том, как она распространяет свои твердотелые конструкции в объеме газообразной или жидкой среды. Эта статья продолжает освещать проблематику разработки литых каркасно-ячеистых изделий и поиска путей оптимизации их конфигураций путем заимствования «технических решений» у природы, поскольку природой «уже решены вопросы» покорения пространства конструкциями с чрезвычайно высоким уровнем ресурсосбережения.



Спектр конфигураций

Переход к проектированию литых металлоизделий в объеме песка формы значительно расширяет спектр их конфигураций и, в частности, открывает новое направление литья сотовых, объемно-ячеистых, скелетно-решетчатых конструкций, материалов и блоков отливок, расширяя известные свойства традиционно применяемых не только литых, но и получаемых с их привлечением армированных и композиционных изделий. Отливки такого вида имеют потенциал для применения как облегченные несущие, армирующие, изолирующие, ограждающие, демпфирующие удары конструкции, способные находиться в среде, пропуская (полностью или частично) через себя поток вещества или энергии, применимы для отделения отходов при очистке газов, жидкостей, а также для глушителей шума, взрыво- и пламепреградителей, теплообменных, адсорбционных, акустических устройств, элементов источников тока, катализаторов, кристаллизаторов, электродов (в том числе заземления) и как костяк для композиционных материалов.

Создавая конструкции одноразовых моделей для получения пространственных отливок, среди отобранных эволюцией конструкций живой природы заметно нередкое использование спиральных элементов с наличием таких закономерностей, как повторяемость и комбинаторность (фрактальность) форм природы. Известно использование указанных свойств в новых архитектурных строениях, в которых одним из конструктивных стилеобразующих элементов служит спиральная конструкция модели ДНК, предложенная Уотсоном – Криком и относящаяся к «морфологическим стандартам структур различных систем природы». В ряду рукотворных примеров заимствования этой конструкции есть автомобильный музей Mercedes-Benz (построенный в Штутгарте, Германия, проект UN Studio van Berkel & Bos). В нем экспонаты расположены на двух спиралевидных пандусах, имитирующих цепь ДНК: они вьются, пересекая друг друга, сквозь восемь уровней здания. Архитекторы называют это здание «ДНК в бетоне».

Каркасное строительство показало, что спиральный каркас сетчатой оболочки здания значительно легче традиционного из прямых прутьев, его трудно сломать, поскольку он подобен пространственной пружине и отвечает на деформирующие нагрузки обратимым восстановлением формы. Закономерности формообразования ДНК как конструктивного стилеобразующего элемента на микроуровне, отобранного эволюцией и несущего разнообразие форм и функций органических существ, целесообразно копировать в металле для получения пространственных каркасных конструкций, арматуры композиционных материалов и армированных отливок. При конструировании литейной модели полный виток двойной спирали с шагом l можно рассматривать как ячейку. Ячеистые материалы удобно собирать при изготовлении пенополистироловой модели из повторяющихся элементов. Эти материалы обычно в несколько раз легче компактных материалов. В настоящее время появилась информация об обнаружении трехспиральной ДНК, такой вариант учтен в нижеописанной конструкции модели.

Повторяющиеся детали для конкретной модели могут быть одного вида, или между деталями могут прокладываться столбчатые прокладки, чередуемые с элементами с перекладинами. Элементы могут быть собраны склейкой, пайкой встык, при этом могут применяться шаблоны, частично охватывающие снаружи стык столбиков, элементы могут иметь соединение «штырь-паз» или др.



Ассортимент стилей

Если по каким‑либо причинам надо изменить для отливок созданный эволюцией «стандартный» прообраз кнструкции ДНК, то имеется возможность выполнять перекладины и в виде многолучевых распорок, много-угольных пластин или перегородок по периметру многоугольника. Перегородки спиралей можно располагать под произвольным углом к оси спирали и с произвольным отношением l/d. Число спиральных остовов может соответствовать количеству лучей распорок или углов многоугольников при произвольном количестве перекладин на полный виток.

Элементы модели могут быть выполнены из различных материалов для удаляемых одноразовых литейных моделей, а модельные конструкции могут состоять из элементов с размерами от нескольких до сотен миллиметров. Простая конструкция элементов дает возможность получения их на пластавтоматах, что упростит конструирование каркасных ячеистых материалов и деталей, которые обычно называют материалами будущего.

Заложенная в конструкции модели возможность закручивания в спираль или сборки в спираль упрощает литье новых облегченных, механически и эстетически совершенных спиралевидных конструкций. Одноразовые литейные модели, по конструкции подобные единой для всех клеточных организмов базовой матрице-прототипу, взятой из биофизики наномира в виде конструкции ДНК, расширяют возможности литья и номенклатуру литых каркасно-ячеистых конструкций для использования в технических и декоративных целях.

Энергетически выгодную, обладающую высокой прочностью практически во всех направлениях конструкцию атомной решетки алмаза используют в строительстве.

Изготавливать одноразовые литейные модели из полимерных материалов в виде таких надувных трубчатых пространственных конструкций будет слишком дорого из‑за высокой трудоемкости герметичного склеивания этих труб в систему с единой полостью, а также весьма затруднительно поддерживать газовое давление в трубах при засыпке их формовочным песком с последующим уплотнением. Поэтому для изготовления ячеистых моделей решили задействовать такие новые материалы, как воздушно-пузырчатая синтетическая пленка (ВПСП). В отличие от пенопласта, который не гнется, изготовленные из нее плоские решетки можно изгибать под требуемым углом.

Эта пленка служит прекрасным наполнителем, создавая объем модели. Из нее нетрудно изготовить плоские решетки с шестигранными отверстиями путем выполнения надрезов по выкройке или картонному шаблону и скручивания пленки в рулоны для выполнения перегородок таких решеток с шестигранными ячейками как в решетке алмаза. Затем путем изгибания этих решеток в месте стыка перегородок сшивали их в пространственную стопочную конструкцию литейной модели перемычками из пенопласта. Применяли ВПСП российского производства по ТУ2245-006‑18425183-2001 из пищевого полиэтилена и производства Украины – по ТУ У 25.2-30920106-001-2003 из пленки толщиной по основе от 45 до 300 мкм в зависимости от требуемой прочности. Большая номенклатура пленок включает двух- и трехслойные ВПСП из полиэтилена высокого давления для применения в диапазоне от -60 до +80°С. ВПСП с диаметром пузырька 10 мм имеет общую толщину 4 мм, с диаметром пузырька 30 мм – 10 мм. Также в продаже имеется пленка с размерами пузырька (диаметр х высота, мм) 6х3,2; 10х3,2… 4,8; 25х8… 10. Номенклатура отечественных производителей как ВПСП, так и установок для ее производства с каждым годом растет, цена по отношению к другим полимерам имеет тенденцию к снижению.



Жесткость и прочность

Для крупногабаритных решеток для увеличения жесткости рулонных перегородок и повышения их прочности на изгиб применили другие нетрадиционные для моделей углеводородные материалы – тонкостенные полипропиленовые трубки, располагая их в виде каркаса внутри и/или снаружи рулонной перегородки. Внутреннее расположение трубок облегчило скручивание рулонов ВПСП, повысило их толщину и прочность на изгиб, применяли трубки диаметром 3… 8 толщиной 0,1 мм, которые массово выпускаются и применяются в качестве соломок для питья напитков. Также пригодны для каркаса трубки и других диаметров, которые с продольным разрезом достаточно просто надеть поверх рулонных перегородок, упругости трубок достаточно, чтобы полностью сомкнуться по линии разреза, образуя гладкую цилиндрическую поверхность. Полипропилен – продукт полимеризации пропилена С3Н6, термопластичный углеводородный полимер, в последнее время в промышленности теснит такие углеводороды, как полистирол и другие пластики, обладая более высокой механической прочностью и упругостью, меньшей токсичностью. Сочетание в конструкциях литейных моделей полезных свойств указанных широко производимых легковесных материалов упрощало их изготовление.

Описанные варианты моделей позволят получать ячеистые отливки методом ЛГМ. Эти примеры являются лишь частными случаями ответа на поставленный в начале статьи вопрос о возможных конфигурациях пространственных отливок, получаемых в объеме сухого песка. Ячеистые литые изделия пока являются редкостью, однако такие конструкции отливок уже сегодня все чаще появляются на рынке затребованной металлопродукции.

Предложенными в статье литейными моделями мы пытаемся копировать природу в нашем поиске границ возможных конфигураций пространственных металлоотливок. Литье как одно из древнейших ремесел (а отливки отечественных мастеров еще со времен Киевской Руси поражали своей искусностью) в этом опережает другие виды обработки металлов, шаг за шагом раскрывая свои возможности технологического воплощения науки. А замечательные чаще всего ажурные ячеисто-каркасные конструкции природы неизбежно будут перенесены технологами в новые металлоизделия с необходимыми преобразованиями под решение наших технических задач.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста,авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 09 (149) май 2010 года:

  • Кавказские сети нуждаются в модернизации
    Кавказские сети нуждаются в модернизации

    Главная проблема распределительных сетей Северокавказского федерального округа – высокий уровень изношенности: 69 процентов сетевого комплекса нуждается в модернизации. ...

  • Подводный ядерный взрыв остановит течь нефти в Мексиканском заливе
    Подводный ядерный взрыв остановит течь нефти в Мексиканском заливе

    Заглушить нефтяную течь в Мексиканском заливе подводным атомным взрывом предлагают эксперты по промышленной безопасности России, чтобы остановить разлив нефти, вылившийся уже в катастрофу мирового масштаба. ...

  • 2006 год: число зверя, пять тысяч рублей и новая монополия
    2006 год: число зверя, пять тысяч рублей и новая монополия

    Годом с двойным совпадением цифр в датах стал 2006‑й. Первое совпадение чисел обнаружилось ночью 4 мая в комбинации времени и даты – 1:02:03 4.05.2006. Второе было 6 июня, сочетание цифр (6/6/06) представлено в виде числа зверя (666) из христианской мифологии, что вызвало серию публикаций в прессе по всему миру. В целом 2006 год оказался богат разными событиями: от серьезных достижений до трагических происшествий. В реформируемой...

  • Атомщики и нефтегаз сохранили рынок
    Атомщики и нефтегаз сохранили рынок

    Российский рынок электротехнической продукции сохранил свои позиции благодаря предприятиям нефтегаза, кровно заинтересованным в наращивании материальной базы даже в сложные для бизнеса времена. ...

  • «Газпром» углубится в сланцы
    «Газпром» углубится в сланцы

    «Газпром» готов пополнить число газовых концернов мира, заинтересованных в добыче сланцевого газа. ...