1.4 Ключевые характеристики работы

Проблема: недостаточная эксплуатационная стойкость поршневой пары машин литья под давлением (МЛПД) на фоне высокой потребности в выпуске качественной продукции.

Объект исследования: технологический процесс литья под давлением на МЛПД с холодной горизонтальной камерой.

Предмет исследования: эксплуатационная стойкость поршневой пары МЛПД с холодной горизонтальной камерой.

Цель исследования: повышение эксплуатационной стойкости поршневой пары МЛПД.

Задачи исследования:

1. информационно-аналитический обзор имеющегося опыта решения проблемы;

2. теоретическая оценка условий эксплуатации поршневой пары МЛПД;

3. разработка модернизированной конструкции пресс-поршня;

4. разработка и промышленное внедрение новой технологии изготовления пресс-поршней в условиях собственного производства предприятия, а именно, для выпуска алюминиевого литья методом ЛПД;

5. оценка ожидаемого экономического эффекта от внедрения разработки.

Гипотеза: применение новой технической схемы позволит повысит эксплуатационную стойкость поршневой пары МЛПД не менее, чем на 50%.

2 Исследовательская часть

2.1 Условия эксплуатации поршневой пары: тепловой, механический и триботехнический аспекты

Ввиду очевидной сложности условий эксплуатации деталей поршневой пары МЛПД, целесообразно рассматривать ее работу в трех аспектах: тепловом, механическом и триботехническом.

Тепловой режим литья включает: температуру подогрева и охлаждения поршневой пары перед началом и в процессе работы, температуру жидкого металла, поступающего в рабочую полость, а также возникающие при каждом литейном цикле температуру контакта и температурный перепад. Анализируя полученные результаты, рассматриваемые в тепловом аспекте, какому подвергаются температурному воздействию прессующий узел со стороны заливаемого сплава.

Механический аспект рассматривает механику движения прессующего узла и происходящих при этом взаимодействиях между камерой прессования и пресс-поршнем.

Триботехнический аспект описывает контактное взаимодействие камеры прессования и пресс-поршня при их относительном перемещении. Рассматривая область триботехнического аспекта является процессы трения, изнашивания и смятия.

В этой связи, по нашему мнению, эксплуатационную стойкость поршневой пары определяют свойства материала деталей поршневой пары в зоне контакта, проявляющиеся в условиях знакопеременных силовых и термических нагрузок.

2.1.1 Тепловой аспект

В процессе работы поршневая пара подвергаются температурному воздействию со стороны заливаемого сплава. Весь цикл прессования можно условно разделить на несколько этапов, различающихся условиями теплообмена.

На первом этапе расплав заливается в камеру прессования при температуре заливки. Теплообмен на этом этапе между металлом и поршневой пары прессования происходит через поверхность контакта и излучением через зеркало металла.

На втором этапе происходит перекрытие заливочного окна камеры прессования. Прессующий поршень движется с небольшой скоростью. Происходит повышение уровня металла при постоянном его объеме. Изменяются площади контакта с элементами узла прессования и площадь зеркала металла. Теплообмен осуществляется теми же путями, что и на первом этапе.

На третьем этапе прессующий поршень движется. Происходит подъем уровня металла до момента, когда металл заполнит всё поперечное сечение камеры прессования. Теплообмен осуществляется так же, как и в двух предыдущих случаях. Объем металла в камере прессования постоянный.

На четвертом этапе происходит заполнение полости формы. Теплообмен осуществляется через поверхность контакта. Поскольку свободная поверхность металла отсутствует, то отсутствует и теплообмен излучением.

На пятом этапе прессующий поршень осуществляет подпрессовку, вытесняя часть жидкого металла в полость формы. Теплообмен осуществляется через поверхность контакта, так же как и на четвертом этапе.

Для оценки характера распределения температур в элементах узла прессования и сопрягаемых с ними деталей можно расчет тепла, которое передается лучеиспусканием. Тепло передаваемое лучеиспускание, физический, способ передачи тепла, по которому тепло передается непосредственно нагретого тела к окружающий среде [18].

Расчет количество тепла, которое передается лучеиспусканием отведенного наружной поверхностью прессующей пары, за счет теплообмена, можно приближенно оценить по формуле:

, (2.1)

где α – коэффициент лучеиспускания;

T_c – температура окружающей среды, °С;

T_ф – температура поршневой пары, °С;

F – общая площадь, см²;

t – продолжительность, с [19].