1.2.2 Особенности эксплуатации млпд
МЛПД работают в условиях повторяющихся высоких динамических нагрузках:
Усилия прессования достигают 618 кН;
Усилия запирания от 920 до 4400 кН;
Ход пресс-поршня длится в среднем 5 сек;
Потребляемая мощность 12 – 22 кВт.
МЛПД испытываю температурные напряжения (нагрев-охлаждение), гидравлические ударов жидкости во время запрессовки, напряжения возникающие в результате знакопеременных нагрузках все эти факторы ускоряющих износ поршневой пары и отдельных узлов машин, так же из-за высокого коэффициента трения возникающего в поршневой паре возникает закаливание и образование зазора между ними, что приводит к снижению давления прессования и браку отливок.
1.3. Проблема эксплуатационной стойкости поршневой пары машины лпд и опыт ее решения
1.3.1 Эксплуатационная стойкость поршневой пары
Под эксплуатационной стойкостью поршневой пары в широком смысле следует понимать изменение чистоты рабочей полости и соответственно чистоты поверхности получаемых отливок.
Эксплуатационная стойкость рабочей полости поршневой пары по сравнению с обычным износом является более сложное, так как трение здесь происходит при соприкосновении их с жидким металлом при больших скоростях, гидродинамических ударах и при высоком конечном давлении. Изменение чистоты поверхности отливок зависит от числа циклов и зависит от вида материалов поршневой пары.
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 [2].
По данным предприятия ОАО «Арзамасский приборостроительный завод им. П.И. Пландина» в ходе эксплуатации поршневой пары часто наблюдаются существенные потери усилия прессования в узле вплоть до заклинивания пресс-поршня в камере, а также повышенный износ деталей поршневой пары.
1.3.2 Основные методы повышения эксплуатационной стойкости поршневой пары
Наиболее эффективными и более доступными для внедрения на каждом предприятии, являются следующие мероприятия.
Отпуск для снятия остаточных температурных напряжений во вкладьшах пресс-форм и в других деталях, соприкасающихся с жидким металлом. Это доступное и эффективное мероприятие необходимо внедрить на все предприятиях, занимающихся литьем под давлением.
Автоматическое регулирование температуры пресс-форм. Применение автоматического регулирования подогрева и охлаждения пресс-форм может повысить стойкость в несколько раз. Применение охлаждения, которое снимает перегрев пресс-поршня, также иногда приводит к некоторому повышению стойкости. Если же охлаждение при каждой запрессовке снижает температуру вкладышей до температуры 20° С, то это наоборот, приводит к резкому снижению стойкости пресс-форм. Чтобы этого не получалось необходимо производить автоматическое регулирование температуры. Это эффективное мероприятие также доступно для каждого предприятия. Очевидно, что наиболее доступным является подогрев электрическими нагревателями в сочетании с водой. Выбор нагревателей индукционного или электрического сопротивления решается в зависимости от конструкции пресс-поршня.
Предохранение рабочей полости пресс-форм от преждевременного разрушения различными покрытиями.
Эффективным и доступным мероприятием предохранения рабочей полости пресс-поршня от преждевременного разрушения, т. е. от окисления, налипания алюминия и окиси цинка, а также от появления трещин вследствие острых концентратов напряжений и других дефектов, является фосфатирование. Оно может применяться при изготовлении отливок из всех сплавов в пресс-формах из любых сталей. Более целесообразно применять обычное фосфатирование с толщиной слоя 5 – 14 мкм. По мере износа старое покрытие должно быть удалено, а новое фосфатное нанесено.
Электролитическое хромирование является также эффективным и доступным для каждого предприятия. Целесообразно применять износостойкое покрытие молочного или малонапряженного хрома. Толщина однослойного покрытия должна составлять 15 – 40 мкм. После нанесения электролитического хрома целесообразно производить отпуск для снятия остаточных температурных напряжений. Электролитическое хромирование уменьшает склонность алюминия к привариванию и повышает стойкость пресс-форм при изготовлении отливок из всех сплавов. К отрицательным свойствам хромирования следует отнести плохую смачиваемость маслами и смазками, а в некоторых случаях и низкую его пластичность.
Некоторые заводы в качестве защитного покрытия применяют диффузионное хромирование. Его преимущество перед электролитическим хромированием еще не выяснено.
Азотирование или сульфоцианирование целесообразно применять при литье алюминиевых сплавов, где на рабочую полость пресс-форм происходит интенсивное налипание и вкладыши выходят из строя по износу. Толщина наносимого слоя должна быть менее 0,1 мм, а лучшие результаты получаются при толщине слоя от 0,04 до 0,08 мм.
Применение оптимальных технологических параметров процесса.
Наряду с применением основных мероприятий, указанных выше, необходимо, чтобы температура заливки, скорость впуска, удельное давление и др. были минимально допустимыми.
Применение низкотемпературной механической обработки (НТМО) заготовок из хромомолибденованадиевых и хромовольфрамованадиевых сталей.
Применение НТМО приводит к повышению прочности и пластичности сталей типа 4Х5МФС при нормальных и повышенных температурах, а это приводит к повышению стойкости пресс-форм. Это мероприятие требует тщательной проверки и при положительных результатах внесения в план заводов-поставщиков заготовок.
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].
Известен опыт предприятий и фирм-разработчиков по повышению эксплуатационной стойкости поршневой пары.
Информация с предприятий и от фирм-разработчиков, занимающихся вопросами изготовления, ремонта и восстановления поршневых пар для машин ЛПД данной проблемы показала:
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 10 – Плунжеры COPROMEC
предлагаемое 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 [5].
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 [6].
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 [4].
Пресс-поршни Allper система кольцо-поршень состоит из следующих компонентов: стальное кольцо поршня со шлицем, поршень из твёрдого медного сплава высокой теплопроводности, 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.