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.
Аннотация к работе
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.