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.
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].
В ходе эксплуатации на рабочих поверхностях деталей поршневой пары появляются задиры, располагающиеся в осевом направлении, и постепенно зазор начинает увеличиваться. Когда зазор достигает величины, достаточной для проникновения в него жидкого металла, прессующий поршень начинает заклинивать, и изношенные элементы узла прессования необходимо будет менять. Следует отметить, что с появлением первых надиров процесс износа резко ускорится, чему способствует 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.
В этой связи необходимо проводить работы по направлениям, связанным со снижением 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 применяемым на практике, можно считать использование смазок, позволяющих заменить контактное трение перемещающихся элементов трением внутри смазки. При этом удается значительно снизить силы трения [13].
Смазки могут служить эффективным средством для повышения стойкости пресс-поршня, но смазок, удовлетворяющих всем требованиям предъявляемых к ним:: высокая термоустойчивость и высокие связующие свойства, мало разработано [1].
Перспективным направлением повышения эксплуатационной стойкости поршневой пары можно считать рациональный выбор материала ее деталей или покрытий, работающих в контактной зоне.
Так, например, информационно-аналитическая проработка данной проблемы показала, что в США и ФРГ в качестве материала пресс-поршней активно внедряются в производство мартенсито-стареющие стали марок: 316LN (ASTM A527) и X2 CrNiMoN 17-13-3 (DIN 17200), которые обладают стойкостью в несколько раз более высокой по сравнению со сталью ЗХ2В8Ф и др.
Интересное и заслуживающее внимания решение предлагается ООО «Политег-Мет» для машин литья под высоким давлением с холодной камерой прессования используемых для производства отливок из алюминиевых и магниевых сплавов. Речь идет о пресс-поршнях (плунжеры) COPROMEC (рисунок 1.16) [15].
Основная идея данного решения - 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].
Свой вариант решений предлагает компании Allper (Швейцария) (рисунок 1.17) [16].
Рисунок 1.17 – Пресс-поршни
компании Allper
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.
Другой вариант решения предлагает фирма Duro Metall, Германия [16].
На заводе этой фирмы изготавливается плунжера (поршни) из сплавов марок Elmedur HA (CuCoNiBe) и Elmedur NCS (CuNiSiCr), предназначенные для машин литья под давлением алюминия.
Пресс-поршни из медного сплава Elmedur HA наглядно демонстрируют преимущества поршней для литья из бронзовых сплавов в сравнении с плунжерами из чугуна и стали.
Преимущества плунжеров (пресс-поршней) Duro Metall: превосходное качество литья благодаря хорошему скольжению. Отсутствует истирание и заедание между плунжером (поршнем) и стаканом. Имеет место увеличенный срок службы стакана (камеры прессования) за счет того, что износу подвержен, в основном, только плунжер. Достигаются снижение затрат и времени на замену плунжера, на ремонт и техобслуживание за счет высоких качественных показателей его работы плунжера, а также низкая вероятность образования «гриба» и высокий уровень изоляции. Все это происходит потому, что Elmedur HA и Elmedur NCS обладают высокими триботехническими свойствами. В этой связи нет необходимости осуществлять азотирование стакана. Кроме того, имеется возможность повторного использования отработанного плунжера после шлифовки или чистового точения [16].
Среди отечественных разработок можно назвать плунжеры ООО «Новые Бериллиевые Технологии» из бронзы МНБ 2,0-0,4 (БрНБТ), которые 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].
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].