Повышение износостойкости подвижных деталей выталкивающей системы пресс-форм для литья термопластов под давлением тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.04, кандидат технических наук Зоренко, Дмитрий Анатольевич

• Зоренко, Дмитрий Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Зоренко, Дмитрий Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Условия работы пресс-форм для литья термопластов под давлением и проблемы повышения их качества.

1.2. Традиционные методы нанесения керамических покрытий.

1.3. Способы анодирования вентильных металлов.

1.4. Образование износостойких анодно-искровых покрытий из водных растворов.

1.5. Структура и состав анодно-искровых покрытий.

1.5.1 Структура анодно искровых покрытий.

1.5.2 Состав анодно-искровых покрытий.

1.6. Свойства анодно-искровых покрытий.

1.7. Триботехнические свойства анодно-искровых покрытий.

1.8. Цель и основные задачи работы.

ГЛАВА 2. Экспериментальное оборудование, материалы, методика проведения экспериментов и обработки полученных результатов.

2.1. Исследуемые материалы.

2.2. Образцы, используемые в работе.

2.3. Экспериментальное оборудование.

2.3.1. Установка для нанесения износостойкого оксидного покрытия на поверхности вентильных металлов в режиме микродугового оксидирования.

2.3.2. Установка для испытания на трение износостойких анодно-искровых покрытий.

2.3.3. Испытательный стенд для определения толщины изношенного слоя.

2.3.4 Установка для проведения оптического анализа структуры поверхностей полученных покрытий.

2.4. Методы изучения физико-механических свойств покрытий и методика обработки экспериментальных данных.

2.4.1. Метод определения микротвердости покрытия.

2.4.2. Методика определения адгезионных свойств полученных покрытий.

2.4.3. Методика определения толщины полученных покрытий.

ГЛАВА 3. Получение износостойкого оксидного покрытия на поверхности титанового образца и исследование его свойств.

3.1. Электролиты.

3.2. Результаты экспериментов.

3.3. Результаты триботехнических испытаний.

ГЛАВА 4. Получение самосмазывающегося износостойкого оксидного покрытия на алюминиевом сплаве и исследование эго свойств.

4.1.Механизм образования самосмазывающегося износостойкого оксидного покрытия на алюминиевом сплаве в режиме искрового разряда.

4.2. Разработка технологии получения покрытия, выбор материала второй фазы и проведение экспериментов по нанесению покрытия.

4.3. Исследование физико-механических и триботехнических свойств полученных композиционных износостойких самосмазывающихся покрытий.

ГЛАВА 5. Практическое применение полученных результатов.

5.1. Технологические режимы получения покрытия на алюминиевом сплаве Д1, способ обработки покрытой поверхности перед эксплуатацией и требования к покрываемым деталям.

5.2. Предлагаемые способы повышения износостойкости трущихся деталей пресс-форм.

5.3. Предлагаемая конструкция установки для получения износостойких оксидных самосмазывающихся покрытий методом анодно-искрового оксидирования на внутренних поверхностях цилиндрических отверстий.

5.3.1. Общая схема установки.

5.3.2. Основные элементы установки и работа на ней.

5.3.3. Основные требования к деталям рабочего органа установки.

5.4. Экономическая эффективность применения результатов разработок.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение износостойкости подвижных деталей выталкивающей системы пресс-форм для литья термопластов под давлением»

Среди научно-технических проблем технологической подготовки производства изделий трудно указать более актуальную, чем проблема создания оптимальной оснастки для формования изделий из пластмасс, обеспечивающей минимальную их стоимость и высокую производительность. Постоянно возрастающие объемы производства деталей из пластических масс предъявляют все более жесткие требования к качеству и надежности работы технологической оснастки для их производства. Аиализ литературы показывает, что наиболее часто выходящими из строя по причине износа являются подвижные детали выталкивающей системы пресс-форм. Изменение размеров и ухудшение качества трущихся поверхностей этих деталей, в процессе изнашивания, ведет к значительному ухудшению качества выпускаемой продукции, препятствует работе пресс-формы в автоматическом режиме и приводит к поломке дорогостоящих формообразующих элементов. Традиционные наиболее широко применяемые способы повышения износостойкости деталей пресс-форм такие, как хромирование, химическое оксидирование не удовлетворяют современным требованиям вследствие низкой износостойкости. Проблема осложняется невозможностью использования смазочных материалов, продиктованной технологическими требованиями, сформированными многолетним опытом. Выталкиватели в конструкциях пресс-форм служат для удаления изделий из оформляющего гнезда. В некоторых случаях они одновременно являются и гладкими знаками, оформляющими отверстия, надписи на прессуемых изделиях. Число и расположение выталкивателей полностью зависят от конфигурации прессуемого изделия. Из-за износа выталкивателей материал попадает в зазор между выталкивателем и полостью формы, что не только существенно ухудшает качество поверхности получаемой детали, но и затрудняет работу формы в автоматическом режиме. В настоящее время детали выталкивающей системы изготавливают из инструментальных и легированных сталей, таких как У8А, ХВГ, У10. Эти стали, являются недорогими и широко распространенными. Но детали, изготовленные из них имеют недостаточный срок службы (20 . 30 тыс. циклов), в то время как пресс-формы для литья термопластов проектируются с расчетом на 50 тыс. и более циклов. Таким образом актуальность выбранной темы не вызывает сомнений.

Диссертационная работа посвящена проблеме повышения износостойкости деталей выталкивающей системы пресс-форм путем нанесения на их рабочие поверхности оксидных износостойких покрытий анодно-искровым электролизом и исследованию влияния этих покрытий на процессы трения и изнашивания, а также разработке рекомендаций для технологического обеспечения триботехнических свойств исследуемых покрытий.

На защиту выносятся:

- исследованные триботехнические свойства самосмазывающихся композиционных покрытий на алюминиевых сплавах синтезированных анодно-искровым способом, позволяющих улучшить антифрикционные характеристики поверхностей трения для узлов, работающих в условиях отсутствия смазочного материала;

- экспериментально выявленная зависимость триботехнических свойств от концентрации частиц твердой смазки в электролите и температуры последующей эксплуатации;

- необходимость присутствия адсорбированных защитных пленок на поверхности частиц дисперсной фазы в процессе анодноискового нанесения этих покрытий с целью улучшения т' антифрикционных и износостойкостных свойств покрытий;

- новый подход к получению самосмазывающихся износостойких композиционных покрытий на алюминии и его сплавах в анодно-искровом режиме;

- два новых способа электролитического нанесения износостойкого покрытия на алюминий и его сплавы в анодно-искровом режиме, в электролите, содержащем мелкодисперсные частицы графита в качестве твердой смазки.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения.

Заключение диссертации по теме «Трение и износ в машинах», Зоренко, Дмитрий Анатольевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ Разработаны основы оригинальной технологии, позволяющей получать новые композиционные трибопокрытия с керамической матрицей, состоящей из различных оксидов алюминия, и дисперсных включений частиц твердой смазки (графит, дисульфид молибдена), отличающейся от известного тем, что в электролит дополнительно введен порошок дисульфида молибдена с размером частиц 2-10 мкм и глицерин в качестве поверхностно активного вещества, а также применено охлаждение электролита до температуры 2 - 5 °С, что позволило получить композиционное покрытие, способное эффективно работать в условиях трения без смазочного материала. Определено процентное соотношение компонентов электролита и токовых режимов нанесения износостойкого покрытия на титановом сплаве, при которых, в частности, пористость снизилась до 30% на поверхности покрытия и до 15% в среднем слое, что позволило повысить его износостойкость. Полученное покрытие на титановом сплаве отличается от известного низкой шероховатостью порядка Ra 0,15 - 0,25 мкм, что дало возможность использовать его без чистовой конечной обработки. Исследованы триботехнические свойства полученных износостойких покрытий на алюминиевом сплаве, содержащих частицы графита и дисульфида молибдена. Показано, что включение этих дисперсных частиц существенно улучшает антифрикционные свойства керамических покрытий на основе оксида алюминия (коэффициент трения 0,07 - 0,11; интенсивность линейного износа около 4 * 10"9) и может обеспечить стабильность работы узла трения в условиях дефицита смазочного материала.

4. Испытания на трение и износ самосмазывающихся покрытий с частицами дисульфида молибдена с сольватной оболочкой из глицерина выявили его положительное влияние на антифрикционные свойства покрытия, вероятно, за счет предотвращения окисления частиц дисперсной фазы.

5. В результате исследований интенсивности линейного износа и коэффициента трения полученных покрытий от концентрации частиц твердой смазки в электролите стало возможным определить оптимальную концентрацию этих частиц и, тем самым, уточнить требования к технологии получения покрытий с заданными антифрикционными свойствами.

6. Эксперименты по определению триботехнических свойств самосмазывающихся покрытий при различных температурах с учетом природы частиц дисперсной фазы позволили установить г интервалы температур работы покрытия без потери антифрикционных свойств. При температурах до 150°С покрытия с частицами дисульфида молибдена проявляют лучшие триботехнические свойства, чем покрытия с частицами графита, в то время, как при температурах выше 200°С вплоть до 450°С, покрытия с частицами графита проявляют лучшие триботехнические свойства, чем с дисульфидом молибдена, что объясняется различной структурной стабильностью частиц дисперсной фазы.

7. Учитывая особенности формирования самосмазывающихся А износостойких анодно-искровых покрытий, разработана методика нанесения его на внутренние поверхности отверстий деталей любых типоразмеров и узлов машин без их предварительной разборки, отличающаяся простотой, дешевизной и гибкостью.

8. Внедрение разработанного антифрикционного покрытия для защиты подвижных деталей выталкивающей системы пресс-форм привело к увеличению долговечности оснастки более чем в 1,5 раза.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Зоренко, Дмитрий Анатольевич, 2004 год

1. Корнилов И.И. Титан. - М., 1975. - 235с.

2. Хазин Л.Г. Двуокись титана. Ленинград, 1970. - 175с.

3. Баковец В.В., Поляков О.В., Долговесова И.П. Плазменно-электролитическая анодная обработка металлов. Новосибирск: Наука, 1991.- 152 с.

4. Демкин Н.Б. Физические основы трения и износа машин. -Калинин, 1981.- 115 с.

5. А. с. 2008369 СССР, МКИ C25D И/ 02. Электролит для искрового анодирования / А.И. Мамаев (СССР). 3 с.

6. Аверьянов Е.Е.Справочник по анодированию. М., 1988. - 220с.

7. Алексеев Н.М. Металлические покрытия опор скольжения. М., 1973.-75 с.

8. Черненко В.И., Сиежко Л.А., Папанова И.И. Получение покрытий анодно-искровым электролизом. Ленинград: Химия, 1991.- 123 с.

9. Постников Н.С. Коррозионностойкие алюминиевые сплавы. -М., 1976.- 125с.

10. Билик Ш.М. Пары трения металл пластмасса в машинах и механизмах. - М., 1965. - 254с.

11. И. Ханин М.В. Изнашивание и разрушение полимерных композиционных материалов. М., 1990. - 175с.

12. Химический энциклопедический словарь .- М., 1983. 790с.

13. Власов В.М. Работоспособность упрочненных трущихся поверхностей. М., 1987. - 304с.

14. Ребиндер П.А. Поверхностно-активные вещества. М., 1961.-160с.15