Розробка методу керування структурним станом напиленого шару, який забезпечує зменшення рівня залишкових напружень. Проведення дослідження залежностей газодинамічних показників повітряного плазмового струменя від геометрії дугового каналу плазмотрона.
При низкой оригинальности работы "Виготовлення прес-форм з використання м плазмового напилення сплаву Cu-Al-Fe на неметалеві матеріали", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Технологія забезпечує рентабельність виготовлення прес-форм в умовах промислового дрібносерійного виробництва за рахунок зменшення показників праце-, матеріаловитрат та скорочення строків підготовки виробництва до випуску нових товарів. Коркове напилення - технологічний процес, при якому утворення монолітного виробу здійснюється шляхом формування покриття товщиною 2...10 мм на відповідному обууєкті - моделі, яка є копією виробу, що тиражується, із наступним їх відокремленням. Стосовно широкого спектру продукції, а саме - складнопрофільних виробів з пластмаси, гуми, скла, парафіну, що виробляються середніми або малими партіями, цей метод за своїми техніко-економічними показниками суттєво перевершує відомі альтернативні методи виготовлення прес-форм - металообробкою, холодним видавлюванням, електроерозійною обробкою, гальванопластикою, порошковою металургією. відсутність відпрацьованої у виробничих умовах комплексної технології виготовлення прес-форм з корковими формотворними елементами, яка враховує особливості їх експлуатації на багатопозиційних вітчизняних та імпортних термопластавтоматах; надання плазмонапиленим структурам фізико-механічних властивостей, що відповідають експлуатаційним навантаженням на формотворні елементи прес-форм для обробки будь-яких пластмас.Окремо розглянуті питання, повууязані з застосуванням плазмового напилення при виробництві формотворних елементів прес-форм, а саме - виготовлення і підготовка моделей до напилення, технологічні матеріали, що використовуються для утворення робочих та конструкційних елементів матриць прес-форм, методи усунення проявів залишкових напружень, вимоги до складу і функціональних можливостей обладнання, призначеного для виготовлення формотворних елементів прес-форм в умовах промислового багатономенклатурного дрібносерійного виробництва з використанням як аргоно-водневого, так і повітряного плазмових струменів. У другому розділі обгрунтовано і визначено методику досліджень властивостей коркових покриттів і технологічних параметрів процесу їх напилення і показників конструкційного шару прес-форми з використанням стандартних, відомих і спеціально розроблених методів. На підставі визначених пріоритетних факторів порівняння, а саме - кінетичної енергії частинок густиною 7,5...9,5 ЧЧ103 кг/м3, зернистістю 40...60 мкм на дистанції напилення (Н1=0,2 м), співвідношення розмірів високотемпературної зони (ТГ іі5000°°К) плазмового струменя (h) і зони “швидких” (VЧ/VMAX=1,0...0,9) частинок (Н) (рис.1), термічного ККД (htt), коефіцієнта використання порошку (КВП), ресурсу роботи анода (ТТА) із шести досліджених моделей плазмотронів обрано ПМ-1М (аналог - F4-HB, “Plasma-technik AG”). Дослідження і оптимізація параметрів аргоно-водневого струменя по показниках VЧ, Х, міцності (SSK), залишкових напружень (SSH), поруватості (rr) напилених структур і продуктивності напилення (Р) дозволили отримати базові параметри дослідженого процесу (рис. Дослідження, де як критерій оптимізації було прийнято значення максимального зменшення переносу тепла до поверхні напилення (q1/q0) плазмовим струменем без погіршення досягнутих значень VЧ і КВП, дозволили визначити раціональні діапазони взаємної орієнтації (кут атаки-aa), координат контакту, показників тиску (Р1), витрат (G!), швидкості (VЗД), форми і температури (ТЗД) струменя здуву (табл.1).1.Однією з прогресивних технологій, що забезпечує можливість високоефективного виробництва прес-форм для обробки пластмас, є метод з використанням коркових газотермічних покриттів як формотворних елементів. Аналіз існуючого стану довів, що поширення практичного застосування напрямку можливо забезпечити розробкою і впровадженням нової технології плазмового коркового напилення, де як моделі передбачено застосовувати вироби з матеріалів органічного походження, теплостійкість яких обмежена значенням 70°°С. 2.Теоретично обгрунтовано і експериментально доведено, що зменшення залишкових напружень у газотермічних покриттях зі сплавів системи Cu-Al-Fe може забезпечуватися безпосередньо під час напилення, за рахунок реалізації структурних перетворень мартенситного типу, з утворенням пластичної метастабільної aa bbyy - фази. Встановлено можливість керування структурним станом напиленого шару за рахунок координованої орієнтації і параметрів газових струменів, один з яких відсікає термічний вплив плазмового струменя на покриття, що формується, а другий охолоджує зону плями напилення. Показано, що при напиленні сплавів системи Cu-Al-Fe аргоно-водневим плазмовим струменем найкращі властивості покриттів (SSB=75...105 МПА, SSH ЈЈ 2,5 МПА, НВ=120...180, dd=6...12%, КВП і70%) забезпечуються при встановлених значеннях параметрів кута атаки (aa=45°°), швидкості (Vcд = 5,3 м/с) і тиску (Р1=0,12 МПА) струменя системи здуву, а також розмірів плями охолодження (Sохол іі7,5ЧЧ10-3 м/с), зміщення центрів плям охолодження і напилення (S=0,01...0,04 м), витрат холодоагента (G3= 4ЧЧ10-3 ...8ЧЧ10-3 кг/с) системи розпилення.
Вывод
1.Однією з прогресивних технологій, що забезпечує можливість високоефективного виробництва прес-форм для обробки пластмас, є метод з використанням коркових газотермічних покриттів як формотворних елементів. Аналіз існуючого стану довів, що поширення практичного застосування напрямку можливо забезпечити розробкою і впровадженням нової технології плазмового коркового напилення, де як моделі передбачено застосовувати вироби з матеріалів органічного походження, теплостійкість яких обмежена значенням 70°°С. Запропонована назва технології - “холодне коркоутворення”.
2.Теоретично обгрунтовано і експериментально доведено, що зменшення залишкових напружень у газотермічних покриттях зі сплавів системи Cu-Al-Fe може забезпечуватися безпосередньо під час напилення, за рахунок реалізації структурних перетворень мартенситного типу, з утворенням пластичної метастабільної aa bbуу - фази. Встановлений ефект досягається при швидкості кристалізації матеріалу - 105...106 °°С/с.
Встановлено можливість керування структурним станом напиленого шару за рахунок координованої орієнтації і параметрів газових струменів, один з яких відсікає термічний вплив плазмового струменя на покриття, що формується, а другий охолоджує зону плями напилення. Показано, що при напиленні сплавів системи Cu-Al -Fe аргоно-водневим плазмовим струменем найкращі властивості покриттів (SSB=75...105 МПА, SSH ЈЈ 2,5 МПА, НВ=120...180, dd=6...12%, КВП і70%) забезпечуються при встановлених значеннях параметрів кута атаки (aa=45°°), швидкості (Vcд = 5,3 м/с) і тиску (Р1=0,12 МПА) струменя системи здуву, а також розмірів плями охолодження (Sохол іі7,5ЧЧ10-3 м/с), зміщення центрів плям охолодження і напилення (S=0,01...0,04 м), витрат холодоагента (G3= 4ЧЧ10-3 ...8ЧЧ10-3 кг/с) системи розпилення.
Встановлено, що визначальною характеристикою плазмового струменя при напиленні коркових покриттів з матеріалів питомою густиною 7,5...9,5 ЧЧ103 кг/м3 і температурою плавлення 850°С...1100°°С на основу з теплостійкістю 70°°С є співвідношення розмірів його високотемпературної зони (ТГ іі 5000°°К) - h і зони швидких (V1/VMAX = 1,0...0,9) частинок - Н. Визначено, що при значенні співвідношення h/H ЈЈ 0,6 запропонована система охолодження забезпечує стабілізацію температури моделі у значеннях іі 20°°С при зменшенні КВП на 3...8%.
5. В результаті аналізу теплового стану системи “коркове покриття-модель-система охолодження” розроблено методику визначення оптимальних технологічних параметрів процесу напилення сплавів системи Cu-Al-Fe за рекомендованими аналітичними залежностями, які враховують теплофізичні характеристики вихідного матеріалу і визначають можливість досягнення найкращих фізико-механічних властивостей отриманих структур при показниках КВП і 70%.
6. Встановлено залежності показників швидкості руху напилених частинок і переносу тепла повітряним плазмовим струменем до поверхні, що напилюється від геометрії дугового каналу. Це дозволило обгрунтувати методику корегування газодинамічних і енергетичних характеристик повітряно-дугових плазмотронів, яка за рахунок зменшення температурного впливу на поверхню моделі у 1,4...2,5 рази при одночасному збільшенні швидкості частинок у 1,3...1,5 рази забезпечила можливість застосування повітряного плазмового напилення в технології холодного коркоутворення.
7. Визначено склад технологічного обладнання на базі установок ОПН-11, УПУ-8, устаткування нестандартного виготовлення і модифікованих плазмотронів, що забезпечує реалізацію розробленої технології в умовах промислового багатономенклатурного дрібносерійного виробництва з використанням аргоно-водневого і повітряних плазмових струменів.
8.Розроблено склад металополімерної композиції на основі фурано-епоксидного звууязуючого ФАЕД-8, що відповідає експлуатаційним навантаженням до конструкційних шарів прес-форм, виготовлених за технологією холодного коркоутворення. При теплостійкості 250°°С, температурі полімеризації 80°°С, мінімальному обууємному збіганні при отвердінні (ЈЈ1%) і підвищеній адгезії до напиленого покриття (60...80 МПА) її теплопровідність порівнюється до показників металів (12 ...28 Вт/МЧЧГРАД).
9. Розроблено і впроваджено комплексну технологію виробництва прес-форм для обробки пластмас на базі нового методу напилення на моделі органічного походження з використанням аргоно-водневих та повітряних плазмових струменів. Від відомих аналогів метод відрізняється сукупністю показників: - обмеженням температури моделі в зоні плями напилення значеннями теплостійкості пластмасових матеріалів (у межах до 70°°С);
- релаксацією залишкових напружень у сформованому металевому покритті необмеженої товщини безпосередньо під час напилення за рахунок збільшення показників пластичності матеріалу, за умови відсутності зчеплення з поверхнею моделі;
- наданням плазмонапиленим структурам властивостей, що відповідають експлуатаційним навантаженням на формотворні елементи прес-форм для обробки всього спектра пластмасових матеріалів.
10. Показано економічну ефективність розробленої технології за рахунок зменшення показників собівартості виробництва прес-форм у 2..8 разів, строків підготовки виробництва у 5...10 разів. Визначено номенклатуру продукції, виготовлення якої за розробленою технологією найбільш ефективно - дрібносерійне виробництво однотипних виробів з розвинутою геометрією поверхні: дитячі іграшки, підошви взуття, медичні протези кінцівок, фурнітура для меблів та одягу, художні вироби, сувеніри.
Список литературы
1. Пат. 1809991 СССР, МКИ С 23 С 4/00. Способ изготовления изделий, преимущественно формообразующих элементов пресс-форм /Д.И.Гнатенко, И.С.Мякота, В.В. Кузьменко (СССР). - №4821022/26; Заявлено 03.05. 90.
2. Пат. 1790502 СССР, МКИ В 29С 33/00. Устройство для изготовления пресс-форм /И.С.Мякота, В.И.Бабич (СССР). - № 4880864/26; Заявлено 24.09.90; Опубл. 23.01.93. Бюл.№3.
4. Рішення про видачу патенту на винахід України по заявці № 96083199/3739 від 09.08.96, МПК в29С 33/40, 33/40, С23С 4/00. Спосіб виготовлення матриць прес-форм / І.С М‘якота., А.Г. Алєксєєв. Дата прийняття рішення 05.08. 98.
5. Пат. 25745 А (Україна) МПК 5 С25В 11/00. Спосіб виготовлення анода / Ю.Є. Цойреф., І.С.М‘якота. (Україна) №96083198 . Зявл. 08.09.96; Опубл. 25.12.98.
6. Биков В.І., Мууякота І.С., Тунь О.І., Пономарено А.М. Захисне покриття труб пароперегрівачів // Тез. доп. наук.-техн. конференц. “Високоефективні технології у машинобудуванні” - Алушта, 1996, с. 77-78
7. Мууякота І.С., Тунь О.І., Пономаренко А.М. Електрохімічна обробка води з використанням нерозчинних електродів // Там же, с.47-49 .
11. Мууякота І.С., Поляков С.П. Плазмове напилення формотворних елементів матриць прес-форм для переробки пластмас зі сплавів Cu-Al-Fe // Вісник ЧІТІ. - 1999. - №1. - с. 32-37.
12. Мякота И.С., Поляков С.П. Механизм релаксации остаточных напряжений в корковых изделиях из алюминиевой бронзы // Труды Междунар. семинар-выставки “Современные материалы, технологии, оборудование и инструмент в машиностроении”. - Киев. - 1999. 13.Мякота И.С. Применение металлополимерных композиций на основе фурано-эпоксидных смол при изготовлении пресс-форм // Труды Междунар. семинар-выставки “Современные материалы, технологии, оборудование и инструмент в машиностроении”. - Киев. - 1999.
