Сообщение.

Здравствуйте, уважаемые члены комиссии!

Вашему вниманию предлагается работа на тему «Оптимизация конструкции поршневой пары машин литья под давлением с холодной горизонтальной камерой в условиях ООО «Арзамасский приборостроительный завод им. П.И. Пландина»

(слайд 1)

Работа выполнялась в составе рабочей группы кафедры «Металлургические технологии и оборудование» (МТО) Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева на базе ОАО «Арзамасский приборостроительный завод им. П.И. Пландина».

Актуальность темы определяется ее соответствием приоритетному направлению развития науки и техники: энергоэффективность, энергосбережение программой развития базового предприятия

(слайд 2).

Ключевые характеристики работы приведены на слайдах 3 и 4.

На данном предприятии, входящем в структуру Концерна ПВО «Алмаз-Антей», литьем под давлением на машинах с холодной горизонтальной камерой изготавливают целый ряд отливок ответственного назначения из медных и алюминиевых сплавов.

Общий вид машины и ее основные технические характеристики представлены на слайде 5, а соответствующая схема производства отливок – на слайде 6. При этом программа выпуска литья по его различным наименованиям достигает нескольких сотен тысяч штук в год.

Одним из узлов машины, подвергающихся наибольшему износу в ходе производственного цикла, является прессующий узел, состоящий из неподвижной камеры прессования и подвижного пресс-поршня (см. слайд 7).

Обе детали узла изготавливаются из дорогостоящей высоколегированной стали 4Х5В2ФС (сталь легирована хромом (4,5-5,5), вольфрамом (0,6-0,9), ванадием (0,6-0,9), кремнием (0,6-1,2)), т.е. работа прессовой пары машины происходит по схеме «сталь по стали».

По данным предприятия, в ходе эксплуатации узла часто наблюдаются существенные потери усилия прессования в узле вплоть до заклинивания пресс-поршня в камере, а также повышенный износ деталей поршневой пары. До проведения работы эксплуатационная стойкость пресс-поршней не превышала 200 запрессовок, а камер прессования – 600 запрессовок по алюминию, что приводило к существенным затратам на ремонтно – восстановительные работы, а также изготовление или приобретение новых деталей прессующего узла.

Информационно-аналитический поиск известных решений данной проблемы выявил, что в настоящее время на предприятиях применяются (слайд 8):

Конструкционные методы: Изготовление деталей поршневой пары из мартенсито-стареющие стали марок: Н18К12МЗТ2 и Н12К15М10;

Поверхностная обработка: Электролитическое хромирование, нанесение упрочняющих покрытий;

Технологические методы: Оптимизация технологических параметров процесса, подбор технологичных смазок на масляной и водной основах.

Например, в США и Германии для деталей поршневой пары машин литья под давлением применяют дорогостоящие мартенсито-стареющие стали: 316LN (ASTM A527) и X2 CrNiMoN 17-13-3 (DIN 17200)

Хромирование контактирующих поверхностей деталей поршневой пары при высокой затратности не обеспечивает достаточной смачиваемости контактной зоны технологическими смазками как на водной, так и на масляной основах.

Нанесение упрочняющих покрытий на основе соединений молибдена и титана требует использования дополнительного дорогостоящего оборудования.

Оптимизация состава смазки поршневой пары и подбор технологических режимов литья часто не дают стабильного результата.

Кроме того, выяснилось, что величина износа деталей поршневой пары во многом зависит от триботехнических и теплофизических характеристик материала контактирующих деталей. На практике это означает, что наиболее эффективным методом решения поставленной проблемы является рациональный выбор материала деталей поршневой пары.

Исходя из экономической целесообразности, мы посчитали, что нет смысла менять материал обеих деталей пары в состоянии поставки оборудования на предприятие, а следует выбрать для исследования только одну из них, подвергающуюся наибольшему износу. По статистике, такой деталью поршневой пары является пресс-поршень.

В качестве прототипа решения рассматривались биметаллические пресс-поршни фирмы ООО «Политег-Мет», имеющие стальную основу и бронзовую «рубашку», т.е. работающие по схеме «бронза на сталь» (слайд 9).

В качестве альтернативы зарубежному прототипу нами предложена техническая схема изготовления биметаллических пресс-поршней (схема «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.

На слайдах 10, 11, для сравнения приведены чертежи пресс-поршня существующей и предложенной нами конструкций.

Следует обратить внимание на тот факт, что для повышения надежности сцепления латунной рубашки и стальной основы биметаллического пресс-поршня проведена модернизация контактной поверхности заготовки, в частности, замена гладкой поверхности на фасонную.

Кроме того, предлагаемая новая конструкция пресс-поршня (см. слайд 11) отличается наличием своеобразной латунной оболочки на стальной подложке, что, по нашему мнению, позволит улучшить триботехнику скольжения пресс-поршня в камере прессования, уменьшить величину коэффициента трения за счет перехода от пары «сталь по стали» к паре «латунь по стали» не менее, чем на 50% (с 0,8 до 0,35), даже в условиях отсутствия смазки, а также снизить вероятность заклинивания пресс–поршня во время движения. При этом фасонная поверхность стальной основы позволит полностью исключить возможность относительного сдвига латунной рубашки во время производственного цикла.

Нами была проведена предварительная теоретическая сравнительная оценка работы пресс-поршня по таким характеристикам, как теплообмен, напряжения, линейный износ, смятие, мощность затраченная на прессование.

На слайде 12 представлены основные расчетные соотношения и экспликация параметров и переменных.

Сравнивались варианты:

- Стальной пресс-поршень;

- Биметаллический пресс-поршень №1 (латунь на сталь);

- Биметаллический пресс-поршень №2 (латунь на сталь);

- Биметаллический пресс-поршень №1 (бронза на сталь);

- Биметаллический пресс-поршень №2 (бронза на сталь).

Результаты оценки представлены на слайде 13

Далее на слайдах 14, 15, 16, 17, 18 представлена технология производства биметаллических пресс-поршней литьем в кокиль, а именно: чертеж детали с элементами литейной технологии, чертеж стальной основы пресс-поршня (стержня, который устанавливается в кокиль перед заливкой его расплавом латуни), чертеж кокиля, 3Д-модель кокиля и 3Д-модель получаемой литой заготовки.

На слайде 19 представлена программа экспериментов в условиях действующего производства ОАО «Арзамасский приборостроительный завод им. П.И. Пландина»

Плавка латуни проводится в печи марки ИЧТ-6 Затем расплав при температуре t = 930-960°С заливается в кокиль, изготовленный из чугуна марки СЧ15 и предварительно нагретый до температуры t=400-600 °С, после нанесения на его поверхность покрытия следующего состава состоящие из

- органического растворителя – 100%,

- термореактивные смолы – 2-5% (сверх 100%)

- огнеупорного порошка (ZrO2, MgO, Al2O3, диатомит) – 8-15% (сверх 100%)).

Извлечение отливки из кокиля проводится после выдержки 1 минута (см. слайд 20).

На слайде 21 показаны литые биметаллические заготовки пресс-поршня после механической обработки и установки на машину для эксплуатации.

Полученные пресс-поршни успешно прошли производственные испытания в условиях базового предприятия. На машине литья под давлением модели CLOO 300 с усилием прессования 300 кН и диаметром прессующего поршня 100 мм изготавливалась отливка «Корпус 930» из сплава алюминия АК12 ГОСТ 1583–93.

Отливка имела массу 8 кг, средняя толщина стенок составила 5 мм, температуре заливки 720±10° C. Средняя температура стержня перед заливкой равнялась 220±10° C (слайд 22).

Результаты испытаний представлены на слайде 23

Внедрение данной схемы в действующее производство позволило повысить эксплуатационную стойкость пресс-поршней до уровня 5000-7000 запрессовок (при техническом задании предприятия 400-500 запрессовок), а камеры прессования – до 10000-12000 запрессовок по алюминию (при задании предприятия 2000-3000 запрессовок), что обеспечило получение существенного экономического эффекта (слайд 23). Конструкция пресс-поршня, обеспечивает существенное снижение потерь усилия прессования, исключает заклинивание пресс-поршня в камере прессования.

В настоящее время спроектированы и изготовлены кокили для производства литых заготовок пресс-поршней МЛПД с усилием запирания 100, 250, 400, 630 и 700 тн, разработана и утверждена технологическая инструкция нового технологического процесса литья в кокиль биметаллических заготовок пресс-поршней.

Один из вариантов конструкции пресс-поршня нами запатентован (слайд 24 и 25).

Выводы по работе представлены на слайде 26

Спасибо за внимание! (слайд 27)

Дата добавления: 2015-08-13