Аналіз конструкції деталей і умов роботи, вибір матеріалу

 

1 Аналіз конструкції деталей і умов роботи, вибір матеріалу

 

Темою моєї курсової роботи є фільтр, який зображений на рис. 1. Для його виготовлення необхідно використовувати методи порошкової металургії. Моє завдання - розробити всі технологічні параметри, які необхідні для отримання виробу із заданими характеристиками.  

                                                                                                        

 

                                             

  

                                              Рис .1.1 Геометрія фільтру

 

Для аналізу деталі необхідно врахувати складність конфігурації виробу. Дана деталь має просту форму та відноситься до 2-ої групи складності: виріб з незмінними перерізами по висоті, обмежені двома паралельними площинами, з одним або декількома отворами у напрямі пресування, із співвідношенням висоти виробу h до мінімальної товщини стінки S_min рівним h/S_min < 8…10 [2].

Фільтри застосовуються для очищення робочої рідини від  вмісту в ній домішок. Ці домішки  складаються з сторонніх часток, потрапляючи у гідросистему ззовні (через зазори в ущільненні, при заливці і доливці робочої рідини в гідробак і т.д.), з продуктів зносу гідроагрегату і продуктів окислення робочої рідини. Механічні домішки викликають абразивний знос і призводить до заклинювання рухомих пар, погіршують мастило тертьових деталей гідроприводу, знижують хімічну стійкість робочої рідини, засмічують вузькі канали в регулюючій гідроапаратурі.

 

 

1.1 Вибір і обґрунтування типу і складу матеріалу для виробу

Як матеріал для виготовлення фільтру можуть використовуватися нержавіюча сталь, залізо або бронза. Матеріал виробу повинен бути не дуже міцним і володіти високою корозійною стійкістю. Тому застосування заліза або нержавіючої сталі не представляється можливим, так як вони зазвичай використовуються для виготовлення виробів які працюють в важконавантажених вузлах. Матеріали на основі міді мають високу корозійну стійкість і теплопровідність, в порівнянні з виробами з заліза. За антифрикційним властивостям пористі бронзи близькі до литих бронз, подібних складів, проте вони мають значно більш високу зносостійкість [3].

Як матеріал для виготовлення фільтру обираємо пористу олов'янисту бронзу марки БрОФ10-1.

До складу входить 88,5 % Cu , 10% Sn, до 0,2 %   Fe, 0,02%  Si, 1%   P, 0,02 %  Al, 0,3%  Pb,  0,3%  Zn, 0,3% Sb. Пористість 0,39 и 0,42, коэфіціент проникності 950- 1280 10-13м², середній розмір пор 95 и 140 мкм.

 

 

1.2 Фізико-хімічні властивості та технологічні характеристики порошкового матеріалу

 
Використовуваний порошок бронзи має розмір часток 315 - 400 мкм. Форма  частинок порошку - сферична. Фактор форми 0,9 ... 0,96 . Насипна щільність порошку 5,23 г/см3, щільність утруски 5,38 г/см3, питома поверхня 44 см3 / г, плинність 2,22 г / с

 

 

2 Визначення раціональної схеми пресування і спікання заготовки 
2.1 Визначення раціональної схеми пресування заготовки

 

Для формування даної  заготовки можна використовувати  наступні методи:                 
       - Статичне пресування в закритій прес-формі (одне або двостороннє), що дозволяє отримати виріб високоточних розмірів при великосерійному виробництві.

• Динамічне гаряче пресування (гаряча штамповка) - полягає в тому, що попередньо сформовану заготовку, нагріту до температури 0,4 - 0,7 Тпл піддають короткочасному високошвидкісному навантаженню. Виріб буде мати  високу точність за розмірами, а його поверхня високу чистоту. 
       - Пресування в закритій прес-формі з додатком вібрації та ультразвуку, а також статичного тиску. 
      - Гідростатичне пресування - порошкова суміш, засипана в еластичні оболонки, всебічно стискається рідиною (водою, олією ). Виріб виходить з рівномірним розподіломпористості. 
      - Вибухове пресування - порошок поміщають в пластичну (з металу, пластмаси, гуми) оболонку, формують за допомогою миттєво зростаючого тиску вибухової хвилі. Заготівля буде мати високі механічні властивості, легко піддаватися механічній обробці.

 
Застосовую перший метод, так як з усіх відомих методів пресування при виготовленні порошкових антифрикційних виробів найчастіше використовується саме метод холодного пресування в закритих прес-формах при тисках від 300 до 800 МПа. Цей метод є найбільш простим і високопродуктивним.

 

 

При виготовленні фільтру використовується метод пресування в прес-формах з одностороннім або двостороннім додатком тиску в залежності від ставлення висоти вироби Н до його діаметру D. Так, при відносно / H г 1 £ застосовують одностороннє пресування, а при / H г> 1 - двох-стороннє. Для даної деталі ставлення H / D> 1 - застосовується двостороннє пресування, з метою отримання рівномірної пористості по всьому об'єму виробу. Цей виріб із заданою і рівномірно розподіленим пористістю (15%) одержують або пресуванням з заданим тиском, або з застосуванням обмежувача висоти, т. е. пресуванням до упору. Основним недоліком пресування до упору є отримання виробу з заданими геометричними розмірами, але з нестабільною щільністю [3]. Тому для виготовлення заготовки я застосовую двостороннє пресування із заданим тиском.

 

2.2 Визначення раціональної схеми спікання заготовки

 

Операція спікання бронзи також відрізняється різноманітністю  варіантів. Можна проводити цю операцію у твердій або рідкій фазі. Середа спікання може бути відновлювальної (водень, дисоційований аміак), інертною (аргон, чадний газ), звичайної (повітря), вакуум. Підйом температур може бути плавним або ступінчастим.

При температурах спікання бронзи до 900 ˚ С усадка брикетів із суміші порошків змінюється в часі також, як і усадка чистої міді, будучи лише трохи нижче за абсолютним значенням. При більш високих температурах ще в процесі нагрівання швидкість усадки змінює знак: зменшення обсягу зразків припиняється і починається їх зростання. Після чотиригодинної витримки при 1000 ˚ С зростання повністю компенсує усадку, що спостерігалася в процесі нагрівання. Це явище характерне також для системи мідь - олово [6]. 
Cu - Sn - це система зі значною взаємної розчинністю компонентів. В цій системі рідка фаза зазвичай утворюється на 1-й стадії спікання шляхом розплавлення менш тугоплавкого компо - нента. Потім в результаті реактивної дифузії при спіканні утворюються тугоплавкі фази, рідка фаза зникає, і подальше спікання відбувається у твердій фазі. Так, при спіканні сплаву 88,5% Cu + 10% Sn появи рідини починається при температурі 232 ˚ С. У цьому випадку після розплавлення олова відбувається інтенсивна взаємна дифузія компонентів, в результаті якої утворюються інтерметаліди: η-фаза (Cu₆Sn), ε-фаза (Cu₃Sn), δ-фаза, і в кінцевому підсумку, α-твердий розчин на основі міді. При повільному нагріванні процес спікання може протікати без утворення рідкої фази, при швидкому нагріванні з*являється швидко зникаюча рідка фаза, вплив якої на усадку невеликий [4]. Температура спікання заготовки з олов’яністої-фосфористої бронзи становить 720 - 900 ° С, тому в якості матеріалу нагрівальних елементів використовують ніхром. Тривалість спікання залежить від розмірів виробів і коливається в межах 0,5 - 2 ч. Особливістю спікання даного матеріалу є наявність рідкої фази. Усадка може досягати 10%. Для спікання застосовують прохідні (конвеєрні, толкательні тощо). Камерні печі з пневматичним штовхачем, шахтні печі з ніхромовим нагрівачами [1].

 

3 Визначення технологічної схеми виготовлення деталей

 
Застосування методу порошкової металургії для виготовлення антифрикційних матеріалів обумовлено можливістю отримання їх із заданим комплексом властивостей і структурою, регульованих в широких межах, а також зниження металоємності і підвищення економічної ефективності.

Застосовувана при цьому технологія відрізняється гнучкістю і різноманітністю варіантів. 
Для виготовлення заданого фільтру я застосую технологію, за якою виготовляють антифрикційні матеріали з пористістю 15 - 35%. Технологія виготовлення заготовки включає наступні основні операції: приготування шихти (підготовка вихідних компонентів), пресування, спікання і калібрування. Проводимо контроль і в результаті отримуємо готовий виріб (рис. 3.1) [3].

 

 

Вихідні металеві порошки 
| 
 додаткова обробка 
| 
дозування компонентів 
| 
формування заготовки 
| 
спікання заготовки 
| 
калібрування 
| 
контроль 
 
| 
контроль 
| 
готовий виріб

 

Рис. 3.1 Технологічна схема виготовлення фільтру

 

 

 

3.1 Методи отримання вихідної сировини

 
В якості вихідних матеріалів можна використовувати порошки готової бронзи або порошки компонентів, її складових, які потім змішують в конусних або в відцентрових змішувачах типу МІХМ. Обираю перший варіант, тому що другий більш трудомісткий: залежно від складу змішування компонентів триває 2 - 3 год [1]. Властивості порошків вказані в стандартах (для порошку міді - ГОСТ 4960-75, для порошку олова - ГОСТ 9723-73) [3].

Порошок готової бронзи можна отримати наступними методами: 
- Дроблення і помелом твердих матеріалів - подрібнення стружки, обрізків і компактних матеріалів проводять в кульових, вихрових, молоткових млинах. 
- Обробкою твердих металів різанням - при верстатної обробці литих металів або сплавів підбирають такий режим різання, який забезпечує утворення частинок, а не стружки. 
При цьому за першими двома методами одержувані порошки характеризуються осколковою формою часток. 
- Диспергування розплаву - струмінь розплавленого металу диспергируют механічним способом або діючи на неї потоком енергоносія (газу або рідини). 
Цим способом отримують порошки каплевидної або осколковою форми. 
-Хімічним відновленням оксидів, розчинів. 
Отримувані порошки мають губчасту форму у вигляді многогранників з сильно розвиненою поверхнею. 
- Електролізом водних розчинів або розплавлених солей - дорогий процес.

Для електролітичних порошків типова дендритная форма частинок. 
-Грануляції в воду. 
Цим методом отримують грубозернисті порошки каплевидної або осколковою форми. 
-Розпилення розплаву стисненим газом чи водою. 
Цей спосіб дає можливість отримання порошків з частками сферичної форми [7].

Але оптимальним варіантом для отримання порошку оловянистой бронзи є розпорошення розплавів стисненим газом, причому захисні атмосфери практично не потрібні, тому що утворюються на поверхні частинок оксиди легко видаляються подальшим нагріванням порошків у відновній атмосфері. Цей метод дуже продуктивний, а на організацію виробництва потрібно порівняно малі витрати. Основними технологічними параметрами процесу розпилення є тиск і температура газового потоку, а також температура розплаву. За цим методом руйнування металу відбувається за рахунок кінетичної енергії стисненого газу (повітря, аргон, азот тощо), Спрямованого під деяким кутом до струменя рідкого металу. Цей метод дозволяє отримати якісний порошок, використовуваний для масового виробництва виробів. Форма частинок порошку - сферична. Фактор форми 0,9 ... 0,96 [6].