1_Shevela.doc Центробежная биметаллизация цилиндров двухчервячных конических экструдеров Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 1 6 Гладченко А.Н.,* Шевеля В.В.,** Зверлин В.Г.* *ЗАО «Пластмаш», г. Киев, Украина, **Жешувский политехнический университет, г. Жешув, Польша ЦЕНТРОБЕЖНАЯ БИМЕТАЛЛИЗАЦИЯ ЦИЛИНДРОВ ДВУХЧЕРВЯЧНЫХ КОНИЧЕСКИХ ЭКСТРУДЕРОВ Одной из энергосберегающих технологий в строительной индустрии является применение стек- лопакетированных металлопластиковых конструкций в проемах зданий. Основой таких конструкций яв- ляются сложнопрофильные погонажные изделия из свето- и термостабилизированных композиций на основе поливинилхлорида (ПВХ), в качестве наполнителя в которых используется высокоабразивный порошок диоксида титана (TiO2). Предприятия, производящие такие профили, оснащены высокоавтома- тизированными технологическими линиями, базовой машиной которых в большинстве случаев является двухчервячный конический экструдер с комплектом формующего и калибрующего инструмента. Энер- гия червяков, вращающихся в неподвижном корпусе, за счет внешнего и внутреннего трения при взаи- модействии с поступающим в межвитковое пространство полимером переходит в тепловую. Происходит сжатие, плавление и выдавливание расплава через формующую щель экструзионной головки. Устанав- ливаются весьма сложные условия, в которых находятся рабочие органы экструдера – сложнонапряжен- ное состояние, высокие контактные давления, высокая температура, что сопровождается воздействием коррозионной составляющей полимера и абразива наполнителя композиции. При этом рабочие органы экструдера подвергаются комбинации нескольких видов износа. Поэтому для обеспечения необходимой точности и стабильности геометрических параметров экструдируемого профиля и его физико- химических характеристик необходимо сохранение геометрических параметров червяков и корпусов экструдеров при их длительной работе. Арсенал технологических методов повышения износостойкости червяков экструдеров весьма широк: азотирование, комбинированная обработка, включающая наплавку гребня витка износостойким сплавом и азотирование всего профиля, поверхностная закалка, поверхностное насыщение хромом, кар- бидом вольфрама и т.п. Для двухчервячных конических экструдеров выбор технологии защиты червяка определяется технологией защиты от износа конических отверстий корпуса экструдера, что призвано обеспечить оптимальную трибосовместимость покрытий пары «червяк - корпус». Обычно корпус (цилиндр) конического экструдера представляет собой массивную цельнометал- лическую деталь, в которой выполнены два пересекающихся по образующим конических отверстия со сходящимися осями (рис. 1). Рис. 1 – Корпус цельного двухчервячного конического экструдера Сложность и трудоемкость, а значит и стоимость изготовления такой конструкции определяют, по сути, единственную, экономически оправданную, технологию повышения износостойкости ее рабо- чих конических поверхностей – азотирование. Хотя некоторые фирмы [1, 2] рекламируют и другие тех- нологии – лазерную закалку, впрессованные вставки в наиболее проблемные зоны экструдера, химиче- ское никелирование и другие. Заметим, что экструдеры с цилиндрическими рабочими органами в подав- ляющем большинстве случаев изготавливаются с корпусами, внутренняя поверхность которых наплав- лена износостойкими твердыми сплавами центробежным способом (центробежная биметаллизация) с толщиной защитного слоя до 5 мм, что на порядок увеличивает срок службы корпуса при равных (а за- частую и существенно более низких) затратах на его изготовление. Поэтому разработка технологии цен- PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Центробежная биметаллизация цилиндров двухчервячных конических экструдеров Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 1 7 тробежной наплавки конических поверхностей корпусов экструдеров является актуальным и перспек- тивным направлением научно-экспериментальных работ. В Киевском институте «УкрНИИпластмаш» на основе авторской технологии центробежной ин- дукционной наплавки внутренних цилиндрических поверхностей корпусов экструдеров [3] был проведен комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР), направленных на соз- дание эффективной технологии, позволяющей оснащать двухчервячные конические экструдеры корпу- сами с наплавленными центробежным способом коническими отверстиями. Первым шагом в решении этой задачи была разработка сборной конструкции корпуса с разделением ее функциональных признаков (рис. 2). В собственно корпусе выполнены два цилиндрических отверстия со сходящимися осями, в кото- рые запрессованы фрезерованные по разъему гильзы с наружной цилиндрической и внутренней кониче- ской поверхностью. Такое решение создавало необходимые технологические предпосылки для центро- бежной индукционной наплавки гильз. Рис. 2 – Сборная конструкция цилиндра экструдера: 1 – корпус; 2 – гильзы Целью дальнейших работ было изыскание новых технологических «ноу-хау», чтобы, используя технические решения, изложенные в изобретении [3], минимизировать последствия стекания гранул и жидкой фазы наплавляемого сплава в сторону большего диаметра конического отверстия гильзы под действием центробежной силы и вибрации вращающейся заготовки. Таким образом, задача состояла в том, чтобы разработать технологию нанесения покрытий на внутреннюю поверхность гильзы с перемен- ным внутренним диаметром, включающую загрузку внутрь изделия гранулированного сплава, его рас- плавление в режиме непрерывно-последовательного нагрева наружным индуктором при вращении изде- лия вокруг горизонтальной оси с последующим охлаждением зоны нагрева. Для минимизации упомяну- тых процессов стекания внутрь изделия помещается металлический конический стержень, размеры кото- рого соответствуют окончательным размерам будущего отверстия с учетом усадочных процессов и при- пусков на механическую обработку. Для исключения сварки с жидким металлом стержень покрывается теплоизолирующим антиадгезионным слоем. Определяющее значение для обеспечения высокого качества наплавки имеет поддержание по- стоянства температурного и гравитационного режима в зоне плавления. Начальную и конечную скорости вращения детали и перемещения индуктора вдоль детали определяют экспериментально на коротких ци- линдрических втулках с контролем температуры на их наружном и внутреннем диаметрах, обеспечивая в дальнейшем поддержание необходимого температурного режима изменением скорости перемещения индуктора. Установлено, что ширина зоны нагрева, т.е. ширина кольцевого индуктора, должна быть рав- на максимальному значению толщины стенки наплавляемой гильзы. Наиболее качественные изделия по- лучались, когда при строгом соблюдении температурных, гравитационных и других условий процесс на- плавки разделялся на две стадии: - спекание гранул сплава без расплавления; - повторный нагрев в режиме расплавления с предварительным удалением стержня. Схема оснастки для нанесения покрытия способом центробежной индукционной наплавки (би- металлизации) гранулированным износостойким сплавом приведена на рис. 3. Работы проводились на модернизированном токарном станке, оснащенном индукционной уста- новкой мощностью 300 кВт и частотой 1000 Гц. Гранулированный сплав – эвтектический чугун с разме- рами гранул 0,2 … 1,5 мм, температурой плавления 1150 °С, уд. весом 7,6 г/см3, насыпным весом 5,2 г/см3. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Центробежная биметаллизация цилиндров двухчервячных конических экструдеров Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 1 8 Рис. 3 – Оснастка для центробежной биметаллизации в сборе: 1 – наплавляемая гильза; 2 – центрирующие шайбы; 3 – индуктор; 4 – спреер; 5 – гранулы наплавляемого сплава; 6 – оптический пирометр; 7 – стержень Размеры наплавляемой гильзы: наружный диаметр – 120 мм; длина – 450 мм; диаметры кониче- ского отверстия – 50/100 мм; толщина наплавляемого слоя – 4 мм. Режимы наплавки: потребляемая мощность – 70 кВт; ток генератора – 85 А; частота вращения – от 1530 до 765 об/мин; скорость передвижения индуктора – от 0,025 до 0,07 м/сек. Препарирование заготовок и контрольные измерения показали следующее: разнотолщинность наплавленного слоя не превышает 0,3 мм; припуск на механическую обработку - в пределах 1,0 мм; твер- дость слоя HRC 60-64. В результате проведенных НИОКР в Киевском ПО «Большевик» (з-д «Большевик», УкрНИИ- пластмаш, ЗАО «Пластмаш») с участием специалистов НАУ Украины был изготовлен и испытан опыт- ный образец двухчервячного конического экструдера с наплавленными центробежным способом кониче- скими отверстиями корпуса, а также изготовлена установка для наплавки гильз с внутренним диаметром до 200 мм. Литература 1. Проспект фирмы Hans Weber Mashhinenfabrik GmbH. Deutschland. 2010. 2. Проспект фирмы M-A-S Maschinen-und Anlagenban Schulz GmbH. Austria. 2010. 3. А.С. СССР. SU 1557811 A1 29.07.88. Извеков В.А., Гладченко А.Н., Зверлин В.Г. и др. Уст- ройство для получения покрытий на внутренних поверхностях изделий. Надійшла 11.01.2012 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com