2.4 Выбор технологии производства литой заготовки биметаллического пресс-поршня

В данном разделе рассмотрены следующие технологии производства литой заготовки биметаллического пресс-поршня №1 (латунь на сталь) т.к. наглядно показаны преимущества биметаллического пресс-поршня №1 (латунь на сталь) в разделе 2.3.3.

Изготовление биметаллического пресс-поршня №1 (латунь на сталь) заданными параметрами и технологическими свойствами возможно следующими способами:

1. Литьем песчано – глинистую форму;

2. Центробежным литьем;

3. Наплавкой;

4. Напылением;

5. Литьем в кокиль.

Изготовление биметаллического пресс – поршня литьем песчано – глинистую форму.

Имеет следующий ряд преимуществ:

5. Позволяет получать отливки самой разнообразной формы, размеров и массы;

6. Сравнительно простой и экономичный технологический процесс;

7. Есть направленное затвердевание.

Однако этому методу присущ ряд существенных недостатков:

Невысокая точность получаемых отливок;

1. Низкое качество их поверхности, большой грузооборот формовочных материалов;

2. Высокая трудоёмкость изготовления отливок, особенно на операциях обрубки и зачистки.

3. Тяжёлые и условия труда, особенно в землеприготовительном и обрубном отделениях, связанные с загазованностью и запыленностью, а также наличие значительного объёма тяжёлых ручных работ.

Изготовление биметаллического пресс – поршня центробежным литьем.

Центробежное литье по сравнению с литьем в разовые формы отличается следующими преимуществами:

5. Производительность труда при работе на центробежной машине увеличивается в 3 раза;

6. Отпадает потребность в площадях формовки, смесях, связующих материалов, так же оборудования для сушки стержней и формы.

7. Отливки получаемые центробежным литьем отличаются повышенными механическими свойствами литого металла.

Однако центробежное литье имеет и недостатки:

1. Необходимые специальные машины;

2. Формы должны быть повышенной прочности, герметичности и закрыты ограждениями;

3. Необходимо дозирование металла для получения нужного размера; усиливается ликвация компонентов сплавов по плотности [22].

Изготовление биметаллического пресс – поршня наплавкой.

Наплавка – это нанесение слоя металла или сплава на поверхность изделия посредством сварки плавлением.

Наплавку производят при восстановлении изношенных и при изготовлении новых деталей машин и механизмов. Наиболее широко наплавка применяется при ремонтных работах. Восстановлению подлежат корпусные детали различных двигателей внутреннего сгорания, распределительные и коленчатые валы, клапаны, шкивы, маховики, ступицы колес и т.д.

Восстановительная наплавка применяется для получения первоначальных размеров изношенных или поврежденных деталей.

Достоинства процесса заключается в следующем:

1. Наплавка функциональных покрытий служит для получения на поверхности изделий слоя с необходимыми свойствами.

2. Основной металл обеспечивает необходимую конструкционную прочность.

3. Слой наплавленного металла придаёт особые заданные свойства: износостойкость, жаростойкость, жаропрочность, коррозионную стойкость и т.д.

4. Высокую производительность труда. Особенно хорошо это достоинство проявляется в тех случаях, когда производится наплавка на большую площадь поверхности изделия, обладающего достаточно простой формой;

5. Высокое качество работы;

6. Невысокая сложность работы;

7. Высокую безопасность работы.

Наплавка имеет основные недостатки:

1. Наплавленный металл должен быть близок по составу и механическим свойствам основному металлу;

2. Высокая стоимость оборудования;

3. Снижает усталостную прочность металлической детали, причем, показатель снижения прочности металла может в некоторых случаях достигать 40%

4. Большую зону нагрева, из-за чего наплавки не может быть применен в тех случаях, когда требуется наплавка металла на мелкие изделия, особенно, в том случае, если эти изделия обладают достаточно сложной формой;

Изготовление биметаллического пресс – поршня напылением.

Нанесение вещества в дисперсном состоянии на поверхность изделий и полуфабрикатов для сообщения им специальных физико-химических, механических, декоративных свойств или для восстановления дефектной поверхности. Напылённое покрытие удерживается на поверхности в основном силами адгезии. В зависимости от исходного состояния напыляемых материалов и конструкции напыляющих устройств различают следующим методы напыления: газопламенный, электродуговой, порошковый, жидкостный, парофазовый, плазменный, лазерный, автотермоионноэмиссионный. Указанными методами наносят металлы (Ni, Zn, Al, Ag, Cr, Cu, Au, Pt и др.), сплавы (сталь, бронзу и др.), химические соединения (силициды, бориды, карбиды, окислы и др.), неметаллические материалы (пластмассы). Толщина напыляемого слоя зависит от метода и режима напыления и требуемых свойств. Кроме того, напыление получают тонкие эпитаксиальные плёнки, например полупроводниковых материалов.

Достоинства процесса заключается в следующем:

1. Универсальность процессов, позволяющая наносить покрытия разного функционального назначения, а также для восстановления размеров изношенных деталей;

2. Малое термическое воздействие на напыляемую основу (температура ее нагрева не превышает 100 – 150 °С), позволяющее исключить нежелательные для нее структурные превращения, избежать деформаций и изменения размеров изделий;

3. Возможность нанесения покрытий на изделия, изготовленные практически из любого материала;

4. Отсутствие ограничений по размерам напыляемых изделий;

5. Возможность нанесения покрытий на локальные поверхности;

6. Возможность нанесения многослойных покрытий разнородными материалами;

7. Высокая технологичность процесса, в связи с гибкостью регулирования параметров режима;

8. Возможность получения регламентируемой однородной пористости покрытия для использования в условиях работы со смазкой поверхностей скольжения;

9. Положительное влияние на усталостную прочность основы, за счет получения при напылении слоистой структуры покрытия, в отличие от столбчатой, образующейся при осаждении из газовой или паровой фазы, диффузионном насыщении;

10. Нанесение равномерного покрытия с минимальными припусками для последующей механической обработки;

11. Возможность эксплуатации в отдельных случаях напыленных деталей без последующей механической обработки;

12. Возможность использования напыления для формообразования деталей (напыление производят на поверхности формы оправки, которую после окончания процесса удаляют; остается оболочка из напыленного материала);

13. Высокая производительность процесса напыления;

14. Возможность автоматизации процесса.

Напыление имеет основные недостатки:

1. Нестойкость напыленных покрытий к ударным механическим нагрузкам;

2. Анизотропия свойств напыленных покрытий;

3. Низкий коэффициент использования напыленного материала при нанесении покрытий на мелкие детали;

4. Обязательное использование перед процессом напыления активационной обработки (например, абразивно-струйной), что увеличивает длительность и трудоемкость процесса;

5. Выделение аэрозолей напыляемого материала и побочных газов, требует использования мощной вытяжной вентиляции;

6. Повышенный уровень шума, а в случаях, связанных с электрической дугой – ультрафиолетового излучения [23].

Изготовление биметаллического пресс – поршня литьем в кокиль.

Литье в кокиль – это процесс получения отливок свободной (под действием силы тяжести) заливкой расплавленного металла в металлические формы – кокиль.

Достоинства процесса заключается в следующем:

4. Повышается технико – экономические показатели производства отливок благодаря сокращению числа технологических операций и продолжительности технологического цикла, упрощению задачи комплексной механизации и автоматизации производства, сокращается потребление основных и вспомогательных материалов, уменьшению потерь от брака, увеличению съемной продукции с единицы производственной площади и уменьшению качества затрат;

5. Повышается качество отливок вследствие увеличения их плотности, прочности, пластичности, износостойкости, повышения точности и гладкой поверхности, уменьшение припусков и повышения производительности обработки резанием, сокращение потерь от брака;

6. Улучшаются условия труда, снижается отрицательное влияние на окружающую среду благодарю резкому сокращению потребления формовочных и других вспомогательных материалов.

Литье в кокиль имеет и недостатки основные из них:

1. Сложность изготовления и ограниченная стойкость кокиля;

2. Сложность получения тонкостенных, сильно оребренных отливок вследствие ускоренного охлаждения расплава при его заливке и последующем охлаждении;

3. Склонность отливок к образованию трещин и других дефектов из-за неподатливости формы;

4. Необходимость применения сложных песчаных и металлических стержней при изготовлении отливок с поднутрениями [22].

Из выше приведенных способов технологии производства литой заготовки биметаллического пресс – поршня, целесообразно изготовление литьем в кокиль. Обусловлено это тем рядом преимуществ кокильного литья перед другими технологиями изготовления литой заготовки биметаллического пресс – поршня:

1. Принимая во внимание уникальность конструкции, предложенной технической схемы изготовления биметаллических пресс-поршней №1 (латунь на сталь), предусматривающая использование выработавшего свой ресурс стального пресс-поршня в качестве основы, которая устанавливается в кокиль, выполняя функцию литейного стержня, и заливается расплавом латуни ЛМцСКА. Литье в кокиль позволит существенно упростить получение такого биметаллического пресс-поршня.

2. Полученные биметаллические пресс-поршни №1 литьем в кокиль имеют увеличения плотности, прочности, пластичности, износостойкости, повышения точности и гладкой рабочей поверхности пресс-поршня;

3. Учитывая специфику завода ОАО «Арзамасский приборостроительный завод им. П.И. Пландина», изготовление биметаллических пресс-поршней №1 литьем в кокиль доступным и не требующее приобретения дополнительного оборудования и материалов;

4. Изготовление биметаллических пресс-поршней №1 литьем в кокиль за счет размещения участка литья в кокиль не посредственно в одном цеху значительно снижает затраты на ремонтно – восстановительных работы.