1.3.1 Эксплуатационная стойкость поршневой пары
Эксплуатационной стойкости – специальное свойство элементов и материалов выполнять свои функции и сохранять свои параметры в пределах установленных норм.
Анализ литературы по ЛПД показал практически полное отсутствие работ по количественной и качественной оценок эксплуатационной стойкости поршневой пары и влиянию ее на качество отливок.
Проблемы эксплуатационной стойкости поршневой пары.
К силовым условиям работы поршневой пары следует отнести: деформации тепловые и механические, температурные напряжения, механические напряжения, возникающие при движение пресс-поршня по камере прессования, которые служат основной причиной их разрушения [11].
По данным предприятия ОАО «Арзамасский приборостроительный завод им. П.И. Пландина» в результате действия сил трения ускорится износ элементов узла прессования. На рабочих поверхностях появятся задиры, располагающиеся в осевом направлении, и постепенно зазор начнет увеличиваться. Когда зазор достигнет величины, достаточной для проникновения в него жидкого металла, прессующий поршень снова начнет заклинивать, и изношенные элементы узла прессования необходимо будет менять. Следует отметить, что, с появлением первых надиров процесс износа резко ускорится, чему будет способствовать увеличивающаяся шероховатость трущихся поверхностей.
1.3.2 Основные методы повышения эксплуатационной стойкости поршневой пары
Причиной потерь в сопряжении прессующего поршня с камерой прессования является трение, появляющееся вследствие увеличения силы трения и появления заклинивания, то очевидно, что для снижения этих потерь необходимо создать такие условия работы прессующего узла, чтобы заклинивание не образовывался.
Совершенствование конструкции поршневой пары необходимо проводить по направлениям снижение потерь усилия прессования. Одним из технических приемов, направленных на уменьшение силы трения возникающего в прессующем узле является охлаждение прессующего поршня. Следующим техническим приемом для снижения потерь на трение в прессующем узле широко используются смазки, позволяющие заменить контактное трение перемещающихся элементов трением внутри смазки. При этом удается значительно снизить силы трения [13].
Таким образом, работы, направленные на снижение потерь усилия в узле прессования являются экономически целесообразными, поскольку ожидается снижение себестоимости отливок за счет снижения брака, повышения стойкости элементов узла прессования, повышения производительности труда и использования менее мощных, а, следовательно, более дешевых машин [14].
Информационно-аналитическая проработка данной проблемы показала:
Применение мартенсито-стареющих сталей для изготовления вкладышей пресс-поршня.
В США и ФРГ внедряются в производство мартенсито-стареющие стали, которые по их данным обладают стойкостью в несколько раз более высокой, чем стойкость пресс-поршня, изготовленных из сталей ЗХ2В8Ф и др.
Это мероприятие также подлежит тщательной проверке и при положительных результатах внедрению в производство.
Применение смазок для повышения стойкости пресс-поршня.
Смазки могут служить эффективным средством для повышения стойкости пресс-поршня, но смазок, удовлетворяющих всем требованиям предъявляемых к ним, мало разработано [1].
Совершенствование конструкции пресс-поршня.
Пресс-поршни (плунжеры) COPROMEC это новое инновационное решение, предлагаемое ООО «Политег-Мет» для машин литья под высоким давлением с холодной камерой прессования используемых для производства отливок из алюминиевых и магниевых сплавов. Основой данного решения является использование энергии жидкого сплава для обеспечения максимального контакта компрессионного кольца с поверхностью камеры прессования.
Рисунок 1.16 – Плунжеры COPROMEC,
предлагаемые ООО «Политег-Мет»
Система состоит из стального наконечника плунжера, одного или двух уплотнительных колец монтируемых на наконечник, и непосредственно самого штока плунжера. Наконечник плунжера изготовлен из специальной стали, и предназначен для работы в температурных и физико-химических условиях камеры прессования машин для литья под высоким давлением.
Уплотнительные кольца изготовлены из специальной бронзы. Они постоянно должны находиться в контакте с поверхностью камеры прессования для предотвращения проникновения расплава за кольца. Между первым кольцом и наконечником плунжера имеется специальная выемка, попадая в которую расплавленный металл как бы распирает первое уплотнительное кольцо и создаёт постоянное прилегания поверхности кольца к поверхности камеры прессования.
Шток плунжера изготовлен из высококачественной термообработаной стали и центруется в наконечнике при помощи резьбы [15].
Плунжера завода Duro Metall.
Завод Duro Metall, Германия изготавливает плунжера (поршни) из сплавов марок Elmedur HA (CuCoNiBe) и Elmedur NCS (CuNiSiCr) на машины для литья под давлением алюминия.
Пресс-поршни из медного сплава Elmedur HA наглядно показывает преимущества поршней для литья из бронзовых сплавов в сравнении с плунжерами из чугуна и стали. Преимущества плунжеров (поршней) Duro Metall: Превосходное качество литья благодаря хорошему скольжению; Отсутствует истирание и заедание между плунжером (поршнем) и стаканом; Увеличенный срок службы стакана, за счет того, что износу подвержен в основном только плунжер; Снижение затрат и времени на замену плунжера, на ремонт и техобслуживание за счет высоких качественных показателей работы плунжера; Низкая вероятность образования «гриба»; Высокий уровень изоляции, Elmedur HA и Elmedur NCS обладают высокими скользящими свойствами; Нет необходимости осуществлять азотировании стакана; Возможность повторного использования отработанного плунжера после шлифовки или чистового точения [16].
Плунжера ООО «Новые Бериллиевые Технологии»
Плунжеры/пуансоны из бронзы МНБ 2,0-0,4 (БрНБТ) выдерживают большое количество циклов работы (запрессовок), за счет высокой твердости (НВ > 210), стойкости сплава к знакопеременным нагрузкам, высокой температуре разупрочнения, хорошей теплопроводности. В результате приходится реже перетачивать и менять плунжеры, повышается качество литья, меньше изнашивается оборудование [17].
Пресс-поршни компании Allper (Швейцария)
Кольцо-поршень состоит из стального кольца поршня со шлицем, поршень изготавливается из твёрдого медного сплава высокой теплопроводности имеющий держатель поршня с байонетным затвором.
Преимущества:
9-ти кратное повышение срока службы в сравнении с обычной поршневой системой;
Снижение складского запаса;
Улучшение качества отливок, благодаря лучшему уплотнению между поршнем и литейной камерой.
Рисунок 1.17 – Пресс-поршни
компании Allper