UMO-2014/15/B/ST8/00206

Projekt badawczy z zakresu badań podstawowych – OPUS

Tytuł:
„Badania modelowe strumienia piaskowo-powietrznego prowadzące do doskonalenia teoretycznych podstaw symulacji procesu wstrzeliwania rdzeni odlewniczych”.
Title:
„Model investigation of sand-air stream flow as a way of improvement of theoretical background of foundry core shooting process simulation”.

Okres realizacji: 2015.07.07– 2018.12.06
Time of duration: 2015.07.07– 2018.12.06

Słowa kluczowe: przepływ, proces dmuchowy, strumień piaskowo-powietrzny, rdzeń, strzelarka, masa rdzeniowa.
Key words: fluid flow, blowing process, sand-air stream, core, core shooter, core sand.

Kierownik projektu: dr hab. inż. Rafał Dańko, prof. nadzw. AGH

Dynamiczny rozwój przemysłu motoryzacyjnego i budowy maszyn, obserwowany w kontekście strategii "Przemysł 4.0", stwarza duże zapotrzebowanie na masową produkcję odlewów o wysokiej jakości. W tradycyjnej technologii form piaskowych, dominującej w skali globalnej, małe i średnie rdzenie o dowolnym stopniu skomplikowania oraz rdzenie stanowiące elementy zestawów rdzeniowych (ang. core package) wykonywane są metodami dmuchowymi obejmującymi procesy nadmuchiwania i wstrzeliwania masy do rdzennic. Perspektywa wpisania się do strategii "Odlewnictwo 4.0", stawia przed odlewnictwem konieczność rozwoju ważnego składnika procesu technologicznego, którym jest wytwarzanie rdzeni. Rozwój w tym zakresie wymaga harmonijnego połączenia poszukiwań nie tylko nowych tworzyw rdzeniowych, lecz także doskonalenia samej koncepcji procesu dmuchowego i dążenia do istotnego postępu w budowie maszyn dmuchowych z szerokim wykorzystaniem narzędzi informatycznych. Podstawą doskonalenia strony technologicznej procesu dmuchowego, będącego przedmiotem projektu, jest wykorzystanie obecnie dostępnych możliwości badawczych związanych z modelowaniem i symulacją komputerową, do poznania mechanizmu zjawisk związanych z przepływem strumienia piaskowo-powietrznego w procesach dmuchowych oraz poznanie wpływu właściwości stosowanych mas rdzeniowych na charakter tego przepływu z komory nabojowej do rdzennicy i finalnego procesu zagęszczania masy.

 Celem realizowanego projektu była synteza stanu badań procesu oraz wypełnienie luki w zakresie badania szeregu zjawisk związanych z przepływem dwufazowego strumienia piaskowo-powietrznego w procesach dmuchowych, z wykorzystaniem badań własnych tego procesu oraz w oparciu  o wcześniejsze prace dostępne w literaturze. Badania te zostały rozszerzone o analizę szeregu zjawisk zachodzących podczas ewakuacji masy z komory nabojowej,  wypełniania rdzennicy masą rdzeniową i zagęszczania rdzenia.  Do tego celu wykorzystano badania modelowe, symulację komputerową oraz doświadczalną weryfikację wyników uzyskanych dla mas rdzeniowych o różnej charakterystyce reologicznej i technologicznej. Dla potrzeb praktycznych konieczne było opracowanie metody pozwalającej na pełną ocenę mas rdzeniowych pod kątem ich zdolności do wypełniania skomplikowanych rdzennic. Wykorzystanie tych danych w programach symulacyjnych umożliwia lepsze odwzorowanie rzeczywistego przebiegu określonych faz procesu dmuchowego przez jego obraz wirtualny. Uwzględnienie  czynników konstrukcyjnych urządzeń w zaproponowanym programie obliczeń procesu dmuchowego, co w tej chwili nie jest,  lub w ograniczonym tylko stopniu brane pod uwagę, w sposób bardzo istotny wpływa na wyniki procesu dmuchowego i możliwości optymalizacji wybranych zespołów konstrukcyjnych strzelarek. Własne metody badania procesu dmuchowego otwierają możliwości opracowania zweryfikowanych podstaw teoretycznych dla jego realizacji, doskonalenia konstrukcji maszyn i tworzenia nowych koncepcji technologicznych procesu.

Wyniki realizacji projektu były prezentowane na konferencjach krajowych
i międzynarodowych, w tym miedzy innymi podczas 73 Światowego Kongresu Odlewniczego, który odbył się w Krakowie w roku 2018. Ponadto były przedmiotem publikacji w renomowanych czasopismach, w tym znajdujących się w bazie Web of Science. W wyniku realizacji projektu ukazała się 341 stronicowa monografia w języku polskim. 

 Publikacje

Łucarz M., Dańko R., Dereń M., Skrzyński M.: Investigation of the results of combined reclamation on the particular stages of grain matrix recovery. Arch. Metall. Mater., Vol. 61 (2016), No 4, p. 2151–2158.

Dańko R., Dańko J.: Determination of the Surface and Volume Porosity, on the Basis of the Main Fraction of the Polifractional Matrix of Moulding and Core Sands. Archives of Foundry Engineering, Vol 16 (2016), No 4, p. 191-195.

Dańko R.: Influence of the Matrix Grain Size on the Apparent Density and Bending Strength of Sand Cores. Archives of Foundry Engineering, Vol 17 (2017), No 1, p. 27-30.

Dańko R.: Validation of the Theoretical Model of Determining the Strength of Cores Made by the Blowing Method. Archives of Foundry Engineering, Vol 17 (2017), No 3, p. 27-30.

Dańko R., Jamrozowicz Ł.: Density Distribution and Resin Migration Investigations in Samples of Sand Core Made by Blowing Method. Journal of Casting & Materials Engineering, Vol. 1 No. 3 (2017) 70–73

Dańko R.: Studies of the Influence of the Number and Distribution of Vents on the Production Process of Cores by the Blowing Method. Archives of Metallurgy and Materials, ., Vol. 63 (2017), No 1, p. 105–111.

Dańko R., Dajczer G.: Research on the energy of destruction of bindings of a core and moulding sand based on quartz sand grains. Archives of Foundry Engineering, Vol 18 (2018), No 1, p. 19-22.

Dańko R.: Compaction of cores made by blowing methods – model investigations. Archives of Foundry Engineering, Vol 18 (2018), No 2, p. 191-197.

Dańko R.: Investigations of the Mechanism of the Sand Shooting into the Core Box. Archives of Foundry Engineering, Vol 18 (2018), No 3, p. 113-119.

Dańko R., Szucki M., Skrzyński M.: Experimental and simulation studies of cores making process with blowing methods. The 73 World Foundry Congress "Creative Foundry", Kraków 23-27 września 2018, p. 143-144.

Dańko R.: Procesy dmuchowe i maszyny w technologiach wytwarzania rdzeni odlewniczych. Wydawnictwo Archives of Foundry Engineering, Katowice-Gliwoice 2019, 341 stron.

 Udział w konferencjach

­          73 World Foundry Congress. Kraków, 24-27.09.2018. PREZENTACJA.

­          XVIII Międzynarodowa Konferencja Naukowa "ZAPEWNIENIE JAKOŚCI W ODLEWNICTWIE I SPAWALNICTWIE 2018". Trzebnica, 23-25.05.2018. PREZENTACJA.

­          XVIII KONFERENCJA NAUKOWA Optymalizacja Systemów Produkcyjnych w Odlewniach. Łódź, 11-13.06.2018. PREZENTACJA.

­          XVII KONFERENCJA NAUKOWA Optymalizacja Systemów Produkcyjnych w Odlewniach. Łódź, 19-21.06.2018. PREZENTACJA.

­          58 Międzynarodowa Konferencja Naukowa Krzepnięcie i Krystalizacja Metali. Kielce, Solec Zdrój 6-8.09.2017. PREZENTACJA.

­          57 Międzynarodowa Konferencja Naukowa Krzepnięcie i Krystalizacja Metali. Kielce, Cedzyna 19-21.09.2016. PREZENTACJA.

­          XXIII MIĘDZYNARODOWĄ KONFERENCJĘ ODLEWNIKÓW POLSKICH, CZESKICH I SŁOWACKICH WSPÓŁPRACA 2017. Woźniki, 19-21.04.2017. PREZENTACJA.

­          INTERNATIONAL CONFERENCE OF CASTING AND MATERIALS ENGINEERING ICCME 2017. Kraków, 10.11.2017. POSTER.