РАЗДЕЛ 2
Анализ условий изнашивания деталей, материалы и Методика проведения
исследований
Износостойкость и конструкционная прочность деталей в значительной мере зависит
от условий их эксплуатации. Поэтому обоснованный выбор опытных материалов и
методов их исследований возможен только на основе достоверных сведений об
условиях изнашивания натурных деталей и предъявляемых к ним требований.
2.1. Анализ условий эксплуатации и изнашивания штампов
пресс-форм и предъявляемые к ним требования
Штампы пресс-форм являются одними из наиболее массовых деталей оснастки для
прессования изделий методом полусухого прессования. Срок службы их в ряде
случаев не превышает одних суток. Применяются они в различных отраслях
(строительные и огнеупорные кирпичи, абразивный инструмент и др.) [1, 2, 120].
Изготовление изделий производится в пресс-форме (рис. 2.1) [120], которая
состоит из массивного корпуса 4 (матрица) облицованного пластинами 3.
Прессование осуществляется посредством верхнего 2 и нижнего 6 штампов,
закрепленных на подвижных штамподержателях 1, 7.
Большинство штампов представляют собой пластины или диски толщиной 10…100 мм с
плоской или «сложной» рабочей поверхностью (рис. 2.2), формирующей одну из
граней прессуемого изделия. Основными конструктивными элементами штампов,
определяющие их работоспособность, являются рабочие кромки и прессующая
поверхность.
Условия эксплуатации штампа в пресс-форме предъявляют неодинаковые требования к
различным его частям. Поверхности, формирующие нижнюю и верхнюю части
огнеупорного изделия,
Рис. 2.1. Схема работы штампов пресс-форм:
1 - верхний штамподержатель; 2 – верхний штамп; 3 –облицовочная пластина; 4 –
корпус пресс-формы; 5 – прессуемое изделие; 6 – нижний штамп; 7 - нижний
штамподержатель.
Рис. 2.2. – Штампы пресс-форм для прессования силикатных и огнеупорных изделий.
испытывают только нормальные усилия прессуемой массы, что может приводить к
шаржированию их абразивными частицами но, при этом, практически исключается
изнашивание этой части деталей. Рабочая кромка, испытывая тангенциальные усилия
абразивных зерен, попадающих в зазор между штампом и облицовочной пластиной,
интенсивно изнашивается (рис. 2.3 а). В процессе работы также могут возникать
наезды края штампа на торцы облицовочных пластин (см. рис. 2.1), что приводит к
откалыванию ее фрагментов (рис. 2.3 б) при недостаточном уровне
вязкопластических свойств материала штампа. Как правило, допустимый износ
кромок составляет 0,3…0,8 мм.
В настоящее время штампы, в основном, изготавливают из низкоуглеродистых
низколегированных сталей. В качестве способа упрочнения применяется
науглероживание и закалка на мартенсито-карбидную структуру. Общая глубина
цементованного слоя 1,5…2,0 мм. Максимальное содержание углерода в слое
составляет 1,4…1,6%. Твердость изменяется от 60…65 HRC в начале слоя, до 80…90
HRB в сердцевине. Такое структурное состояние и свойства цементованного слоя
обеспечивают сопротивляемость шаржированию рабочей поверхности, однако
износостойкость и эксплуатационная надежность кромок в данных условиях
эксплуатации недостаточны.
Сопротивляемость изнашиванию и шаржированию зависит от трех основных параметров
эксплуатации деталей: микротвердости зерен прессуемой массы, ее давления и
температуры поверхности штампа.
Микротвердость зерен шамота, применяемого при производстве огнеупорных
материалов, в среднем составляет 11,7…13,6 ГПа [1, 64].
Среднее давление абразивной массы на рабочую поверхность штампов может
изменяться в пределах 50…100 МПа в зависимости от вида прессуемых изделий и
количества окон в пресс-форме [1]. Какое давление возникает при воздействии
абразива на рабочую кромку в зазоре между штампом и облицовочной деталью,
определить сложно. Однако, судя по
а)
б)
Рис. 2.3. Характер износа (а) и сколов (б) рабочих кромок штампов пресс-форм.
характеру изнашиваемой поверхности рабочей кромки (риски, царапины) можно
предполагать, что давление здесь достаточное для возникновения напряжений в
месте контакта единичного зерна с поверхностью, превышающих пределы текучести и
прочности металла науглероженных слоев стали 20Х.
Исходя из анализа условий работы штампов, можно сформулировать следующие
основные требования, предъявляемые к материалам и процессу восстановления этих
деталей [121]:
- высокая сопротивляемость абразивному изнашиванию рабочих кромок;
- должен обеспечиваться достаточный уровень эксплуатационной надежности кромок,
исключающий их скалывание в процессе эксплуатации;
- процесс восстановления наплавкой не должен приводить к существенному снижению
сопротивляемости шаржированию штампов.
2.2. Материалы
Исследование влияния химического состава сплавов на g®a - превращения в
процессе изнашивания, степень упрочнения поверхности и износостойкость
проводили на сплавах, полученных методом электродуговой наплавки стандартными и
опытными электродными материалами, а также на специально выплавленных модельных
сплавах.
Электроды изготавливали методом окунания или опрессовки при диаметре стержня 4
мм из проволоки Св-08А. Расчет состава шихты электродного покрытия проводился
по методике [122].
Шихта электродного покрытия содержала феррохром ФХ 800А (Cr?65%, C?9%) ГОСТ
4757-79, ферромарганец ФМн 1,0 (Mn?85%; C?1%) ГОСТ 4755-80, графит
кристаллический ГЛ-3 ГОСТ 5279-74, мрамор М-97Б (СаСО3?97%) ГОСТ 4416-73,
концентрат плавиково-шпатовый для сварочных материалов (флюорит) ФК