автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Повышение износостойкости цилиндра экструдера методом термодиффузионной биметаллизации



mihictepctbo осв1ти i науки укратни нацюнальний ав1ац1йний университет

Г"

деркач Вадим BiKTopoBHH

УДК 620.193.1:678.058.371

пщвищення 3hococtiйкост1 цил1ндра екструдера методом терм0дифу31йн01 б1метал13аци

05. 02. 04 -тертя та зношування в машинах

АВТОРЕФЕРАТ

дисертацп на здобуття наукового ступеня кандидата техт'чних наук

киув - 2000

Дисертащсю е рукопис.

Робога виконана в Национальному ав!ацшному уж'верситет1 Милстерства осв!ти 1 науки УкраТни (м. КиТв).

Офодйш опоненти:

доктор техшчних наук, професор Кшдрачук Мирослав Васильович,

Нацюнальний техшчний ушверснтет УкраТни "КиТвський пол1техшчний ¡нститут" МПшстерства освгги 1 науки УкраТни, професор.

кандидат техшчних наук, старший науковий ствроб1тник Холявка Мико-ла Петрович, ДП "УкрНД1нафтогазжформ", м. Кш'в, директор.

Проввдна установа

Технолопчний университет Подшля Министерства освгги 1 науки УкраТни, кафедра зносост1йкос™ та надшност1 машин, м. Хмельницький.

Захист вщбудеться " 30 " листопада 2000 р. о 15 годин 1 на зааданш спе-щалвованоТ вченоТради Д 26.062.03 в Нацюнальному ав1ацшному ушверситет1 за адресок»: 03058, м. КиТв, просп. Космонавта Комарова, 1.

3 дисертащею можна ознайомитись у б1блютеид Нащонального автщй-ного ушверситету (03058, м. КиУв, просп. Космонавта Комарова, 1).

Автореферат розюланий " 27 " жовтня 2000 р.

Науковий кер!вник

доктор техшчних наук, професор Шевеля Валерш Васильович, Нацюнальний ав1ацшний ушверситет Мшстерства осв1ти 1 науки УкраТни, завиувач кафедри фвики.

Вчений секретар спещал130ван01 вченоТ ради

Запорожець О. I.

загальна характеристика роботи

Актуальшсть теми. Ан;гт сучасного стану проблеми забезпечення дов-гов1чност1 екструзшноГ техшки показуе, що стпорення високопродуктивного енерго- та ресурсозбер1'гагочого обладнання для переробки псхшмерних матер1а-Л1в вимагае розробки иових технолопчних способ1в забезпечення зносостшкос-т1 робочих оргатв екструдер!в, в першу чергу цшнндр1в. Незважаючи на вдос-коналення конструкций машин проблема зносу постшно загострюеться у зв'язку ¡з зростанням випуску наповнених матер1ал1в великим вмютом наповнюь'ач1в, у тому чиаи абразивних, атакож ¡нтенсифшащею процесу переробки.

Матер1альний цилшдр е одним з найбшьш в ¡дпов1 дальних та трудом ¡ст-ких вузл1в екструдера, що визначають його довгов'пшсть та як'кть вироб1в. Кращ1 евший зразки екструзшно1 техшки оснашеш цилшдрами, що мають на робочш поверхш зносостшкий шар, одержаний методом шдцентровоТ порош-ковоТ наплавки. Перевагами бшеталевих цшнндр!в е тривалий термш служби та ушверсалынсть щодо переробки р1'зномаштних за фЬико-х1м1чН]'-ши властнвос-тями пластмас. Проте вщцентрово-порошковий метод змщнення цилшдр ¡в мае суттев1 недолжи. До них вщносяться дефщитшсть та чимала вартють каплаво-чних матер1ал(в, висока енергоемшсть процесу, необхщшсть використання уш-кального обладнання для наплавки, а також ве.иш матер1альш втрагги у випад-ку виникнення браку при виготовлент цилшдр1в.

У машинобудуванш широко застосовуеться також такий метод злпцнення деталей (у тому числ! цилшдр ¡в) як цементащя. Як самий дешевий та доступ-ний споа'б, цементашя забезпечуе достатньо високий р1вень зносостшкосп, проте характеризуется великою тривалютю процесу та обмеженими можливо-стями регулювання експлуатацшних властивостей покриття.

У вгсчизняному екструдеробудувант актуальною проблемою е розробка економ1чно дощльного методу забезпечення зносостшкосп цгшндр1в екструде-р\в.

Зв'язок роботи з науковимп програмами, планами, темами. Робота пов'язана з виконанням галузево'Г комплексно'!' науково-техшчноУ про.грами "Продукщя важкого машннобудування" (Пол1мерне та бюпол1мерне обладнання) Мшмашпрому УкраГни, тема 2508-93-46 "Розробка техноло! ¡чннх процеав шдновлення зношених робочих оргатв екструзшно! техшки", № держ. реест-рад!!' 0194и017644. Також робота проводилася у зв'язку з госпдогов|'рною те-

мою 2508-95-4 "Дослщження, розробка та впровадження технологи нанесення зносостшких покрить на цилшдри екструдер1'в з використанням високотемпе-ратурно'1 цементаци у пол1 вщцентрових сил" (м. Ки!в, 1996), № держ. реестра-цп 0195U006752 та ¡ншими.

Мета i задач! дослщження. Метою робота е розробка энерго- та ресурсо-збер1гаючого способу забезпечення зносостшкосп цшнндр1в екструдер1в ¡з за-здалепдь заданими ф1зико-мехаи1чними властивостями покриття — термоди-фузшно/ б^меташзацн, що включае переваги cnoco6iB цементацп i вщцентрово'! наплавки та немае ïxhïx недолшв.

Для досягнення поставлено-! мети необхщно виршити наступи! задачу.

— створити лабораторно-експериментальш установки для вивчення процесу термодифузшно"!6ÎMeTani3auiï;

— провести дослщження (|пзико-х1м1чних та металурпйних особливостей фо-рмування термодифузшних iiiapie у пол! в^дцентрових сил;

— розробити варианта склад1в зносост!йких покрить та режим!в Ухнього нанесення;

— провести дослщження структура, твердост! та тр!ботехн!чних характеристик покрить;

— розробити метод розрахунку зносу цилшдр!в та промислов1 технолопчш рекомендацн щодо ïx виготовлення.

Об'ект досл1джеш!Я — зношування робочих оргашв обладнання для пе-реробки пол1мер!в.

Предмет досмджешт — знососгшкють цилшдр1в екструдерт. Методы дошдження:

— експериментальнс досл!дження процесу термодифузШно'1' бшетшшацн без накладання та з накладанням поля вщцентрових сил;

— експериментальне досл!дження к!нетики narpißy трубних заготовок з ре-еструванням температур за допомогою приварених термопар;

— метод подконтрольно! експлуатацн обладнання на п!дприемствах по пере-po6ui пластмас;

— екснериментальне дослщження зносу покриття та характеристик тертя в металопол1мерних парах;

— експериментальне доошдження сум!сност! матер!агпв цил!ндра та черв'яка;

— експериментальний метод вим^рювання температурно'1 залежност! модуля пружносп пол1мерних MaTepianiB;

— обробка результат1В експерименгу по методу найменших квадрат!в за допомогою програмних продугпв Microcal™ Origin™ 5.0, Microsoft® Excel 2000 та ¡нших.

Наукова новизна одержаних результат!» полягае в наступному:

— запропонований трьохстадшний мехашзм процесу формування зносостш-ких покрить при термодифузшнж б1метал|'зацп цилшдр!в, що враховуе ф1зико-xini4Hi та металургШш особливосп розвитку процесу у ncwii вщцентрових сил;

— отримано аналтнший вираз, який дозволяе розрахувати час витримки дета-л1 для одержання зносостшкого шару задано") товщини при обранш температур! процесу дифуз'1йного насичення у середовииц, що Mi стать вуглець;

— розроблеш теоретичш положения щодо розрахунку зносу цилшдр1в екстру-дер1в з урахуванням динам ¡ки процесу переробки полшер1в. В основу розрахунку покладеш експериментально гпдтверджет залежносп, зпдно з якими узагальню-ючим показником фрикшйних умов переробки е потужн'ють, що витрачаеться на зовшшне тертя гранул по металевш поверх!ii та функционально пов'язана 3i зно-сом, а епюри зносу цилщдра i черв'яка е еквццстантними.

Практичие значения одержаних результат!п полягае в розробщ технологичного процесу термодифузiйнoï б1метагйзацн. В умовах ¡нституту УкрНДГпласт-маш та його виробничих пщроздшв, ООО "Техноком" виготовлет та впровадже-Hi iipoMuc.TOßi зразки наступних деталей i вузлт: п'льза цилшдра, ¡нд. 744549-02. 01.000 СБ; юльце, ¡нд. 592514-16. 00.002.

Особистпй впесок автора. Виконаш у спшавторств1 досшдження, що мю-тяться у дисертацп, проведен! при безпосередшй yiacri автора на bcïx етапах робота. Автору належать теоретичне обгрунтування, Biioip та розробка методики, доап-дження, узагальнення та обгрунтування одержан!« результата, технолопчш реко-мендацн, впровадження розробок у промисловють. Анал13 результате та оформления публжацш i доповщей виконаш як однооспбно, так i сшльно з колетами.

Апробащя результатов днсертаци. Ochobhî результата дисертацШноУ робота допов'щалися та обговорювалися на 1УИжнароднш конференцп "Технология та обладнання для переробки пол1мерних мате pi ал ¡в" (с.м.т. Славске, Льв1вська обл., 1996 р.), науково-техшчнш конференцн "Зносостшюсть та надшшсть машин" (Хмельницький, 1997 р.), Мгжнародшй науково-техшчнш конференцп "Пол|'мер-маш-99" (КиТв, 1999 р.), Мгжиародтй науково-тсхшчшй конференцп "Зносостш-KicTb i надшшсть вузлш тертя машин (ЗНМ-2000)" (Хмельницький, 2000 p.), V професорсьюи науковш конференцп "Przetwôrstwo Tworzyw Wielkocz^steczko-wych" (Торунь (Польша) 2000 p.).

Публикаций Основний змют дисертацШно!' робота викладений у 12 публ!ка-шях, у тому числ! в 9 статтях, з них у наукових фахових журналах 4 , а також у 2 тезах доповщей.

Структура та обсяг роботи. Дисерташя складаеться з вступу, 5 роздшв, bhchobkîb, списку використаних джерел та додатюв. Робота викладена на 155 сто-piHKax друкованого тексту, мютить 11 таблиць, 42 малюнки та 115 посилань на npaui вггчизняних i заруб'гжних автор1в.

ОСНОВНИЙ ЗМ1СТ РОБОТИ

У в ступ] дана загальиа характерисгика дисертацшно'Г робота, обгрунто-вана актуальшсть теми, сформульоваш мета 1 задач 1 доайджень, вщзначена на-укова новизна та практична цшшсть робота, наведет в!домост1 про апробацпо результат!в доопджень.

Перший роздкл присвячений анал1зу сучасного стану проблеми забезпе-чення довготривалост1 екструз1йно1 техшки.

Розглянут! уиови роботи екструдер1в, характерш види пошкоджень Тхшх деталей та вузл1в. Проанагпзоваш основы кнуюч1 методи забезпечення зносо-стшкосп цшпндр^в екструдер1в. Детально розглянут! ф!зико-Х1М1ЧН1 процеси рЬномаштних способ!в цементацп, як основи термодифузшно'1 б1метал1зацн. Особлива увага придшена впливу легуючих елементш на структуру, мщшсть та зносостшкють чавушв, що утворюються. Шсля поглибленого анализу даних спещальноУ л^тератури визначеш задач 1' дисертащйно!' роботи.

Другий роздш присвячений експериментальним методам та устаткуван-ню для дослщження процесу термодифузшно1 б1метал!зацп.

Модельн"1 доашди щодо термодифузшно! б1метал1заци без накладання поля вщцентрових сил проводилися на спещально сконструйоважй лаборатор-шй установи!. Одержан! зразки, що використаш для лабораторних випробувань,

Експерименти по освоению технолопчного процесу проведен! на вщцен-тровш установщ, яка виконана на баз! токарного верстату та споряджена шдук-цшною установкою потужшстю 300 кВт з частотою 2500 Гц.

Експлуатацшш характеристики покриття в чималш \iipi залежать вщ до-тримання необхщного температурного режиму процесу. Для дослщження кше-тики ¡ндукцшного иагр1ву трубних заготовок використовували спещально роз-роблену методику.

Тр1ботехшчн1 випробування включали: 1) шдконтрольну експлуатац'но обладнання на пщприемствах по переробц! пластмас; 2) експериментальне ви-значення знососпйкосто покрить, отриманих методом термодифузшноТ б!мета-л1зацп; 3) визначення характеристик тертя у металопол1мерних парах; 4) дослн дження сум1сност1 матер1ал1в цилщдра та черв'яка в умовах переробки пол1ме-р1в.

Випробування матер1ал1в на зношування у контакт! з пснпмерними ком-позищями проводили за умов, що в!дпов1дають режимам переробки у зонах за-вантаження та стискування екструдера.

При вибор1 сплав!в для наплавки пари черв'як-цилшдр особливо слщ вра-ховувати Тхню сумюнють при терт1, тобто враховувати властивють матер1алт поверхонь, що контактують вщвертати схоплювання при тертК

Сумюш'сть пар тертя оцшювалася за комплексом характеристик, яю включали коефвдент тертя, тиск початку заТдання, температуру у контакт та масовий зное зразк!в. Виконат ntii cepii випробувань: у розплав! пол ¡меру та без нього.

Для визначення параметр1в навантаження, при яких вщбуваеться заУдання проводилася серм випробувань на зношування при ступшчастому шдвшценш контактного таску та збереженш незмитими шших умов експерименту. Побу-дована графита залежшеть масового зносу i температури вщ контактного тис-ку.

Для прогнозування умов переробки та експлуатацшних властивостей по-л1мерних мате pi ал ¡в визначалася температурна залежшеть модуля пружносп Е (модуль Юнга), як одше1 з осиовних мехашчних характеристик пол1мер1в.

TpeTiii роздЫ присвячений доагвдженню пронесу одержання зносостш-ких покрить методом термодифузшиоУ бшеталпацп. Розкрито ф13ико-х1м1ч1и та металурпшп особливост1 формування термодифузшних шар ¡в у пол1 вщцент-рових сил. Показана сутшсть методу, якмй полягае в тому, що у внутршшго по-рожнину заготовки, яка нагр^ваеться ¡идуктором та обертаеться, подають сере-довище, що цементуе. Для системи Fe — С при температур!, близькш до евтек-тичноТ (1150 — 1200°С), в1дбуваеться ¡нтенсивне насичення поверхн1 вуглецем, а при досягненш його евтектичноТ концентрацн поверхня заготовки шдплавля-еться, що ще б'шьше ¡нтенсифжуе процес дифузп вуглецю. У результат! товщи-на оплавленого шару збшьшуеться, досягаючи за короткий пром1Жок часу (150 — 200 с) величинн 2 — 3 мм. ГКсля остуджування на внутршнш поверхш де-тал! формуеться зносостшкий шар чавупу. Суттевого полтшення фвико-мехашчних властивостей та зносостшкос™ одержаного на цшнндрах покриття досягнуто за рахунок додаткового еколомного легуваиня р!зними елементами.

Таким чином, характерними ознаками методу термодифузшноУ бшетал1-зацн с: 1) використання високотемпературно\' цементацп в р|дкгй фаз! у поед-нант з скономним TV легуванням; 2) застосування ¡ндукцшного narpiBy; 3) д1я поля вщцентрових сил. Таке поеднання ознак методу зумовлюе neBui особливо-CTi формування знососпйкого покриття (специф1чш умови насичення та легу-вання, юнетикн narpiey i кристал!зацн, ¡нтенсивне очищения металу пiд неме-талевих дом^шок, динам^чний вплив на структуру та ш.), що вщкривае HOBi мо-жливост! та переваги у пор1внянш з ¡ишими способами отримання покрить.

Весь процес одержання покриття методом термоднфузшно! б1металЬацм можна розбити на часов! стадпг,, що характеризуются абсолютними значениями температур t„ а також мехашзмами ф1зико-Х1М1Чних та металургшних троцеав.

Стад1я I — активного нагршу заготовки за рахунок струм ¡в Фуко та на-:ичення и поверхневого шару вуглецем. На цш стадп мате pi ал заготовки, легу-

ючу шихту та цементацшну газопоштряну сум ¡ш нагр1вають до температури te евтектичного перетворення. При досягнснш у стал1 евтектичноТ концентраци вуглецю, який дифундуе, вщбуваеться розплавлення тонкого поверхневого шару, що p¡3Ko штенсифкуе дифузшш процеси.

Основними реакциями, що забезпечують навуглецювання, е три незалеж-них процеси:

СН4 <-> Fe/С) + 2Н2;

2СО <-> Fe/С) + С02;

СО + Н2 Fe./С) + Н20.

Стад1Я II — високотемпературно'1 цементаци у рщкш фаз i та легування р ¡дко1 евтектики i дегазацп. Утворення рщкоТ евтектики дозволяе за пор1вняно короткий час отримати зносостшкий шар регульованоТ товщини.

Стадш III — кристал1зацп розплаву при температур! tl:¡, та охолоджуван-ня заготовки з покригтям. Кристал1защя супроводжуеться утворенням евтектики та видшенням дисперсних змщнюючих фаз.

Таблица1

XÍMÍ4H1 склади чавушв з pÍ3iniMii легуючими додатками

АналЬ чавушв для наплавки цилшдрш, прагнення отримати ев-тектичш або близью до них за складом сплави, а також урахування впливу легуючих еле-мешчв на властивост! чавуну та ефективний коефщкнт дифузп вуглецю дозволили вибра-ти в я ко сп експеримен-тальних покрить склади, наведет в табл. 1. У якосп легуючих добавок використовували феросплави та порошков! сплави для наплавок.

Технололчний процес термодифузшноУ б1металвацп характеризуеться двома основними трупами параметр1в. До першоТ групи вщносяться параметри дифузшного насичення, а саме, склад газоповггряноТ сум!1ш, и тиск та витрати, а також час насичення та ¡нтервап робочих температур. До другоУ групи вщносяться параметри шдукцшного нагршу: питома потужнють, частота струму та час нагршу. Важливим параметром також е частота обертання летал ¡, що визначае граштацшний режим процесу.

№ складу X¡MÍ4HHñ склад, %

Si Мп Cr Ni Mo V Ti В Cu Fe

I 1,0 0,5 18 решта

2 1,0 0,5 18 — 2 - « -

3 0,55 1,3 1,2 5,2 0,55 — — 0,8 — - « -

4 0,35 0,6 1,3 0,2 0,2 0,6 - « —

5 0,8 0,5 9 — 5,0 1,8 1,2 — 0,3 - « -

6 0,5 0,5 0,8 3,8 .— — — 0,2 1,0 - « -

В hkoctí середовища, що цементуе, обрано газопов1тряну сумш, яка míc-тить д1и об'емних частини пропан-бутану та одну частину пов1тря. Попередшми дослщами встановлено, що тривалий nepe6ir процесу насичення забезпечуеться при тиску газопов1тряноТ cyMÍiui 30 - 50 мм. вод. ст. та видатку 0,5 - 1,0 л/хв. ЗбЬьшення цих значень призводить до появи саж1 па noBepxni деташ, яка це-

ментуеться, зниження — сповшьнен-ня ¡ в шлому до порушення процесу цементацц. [нтервал робочих температур вибраний у межах 1150 -1300°С.

Експериментально одержаний

о 1100

..--3 ь м

2 мм

д-= 1 ММ~- "у j -----

1200 1250 Температура, i'C

Рис. 1. Залежшсть часу витримки г aia температури í та В1Д товщнин х зносо-СТ1ЙКОГО шару для стпл'| 20.

вати час витримки г детал1 для отри-мання зносост1йкого шару задано!" то-вщини х при обранш температур! Т процесу дифузшного насичення (рис.1):

(1)

3500

Uo-io"т

Розрахунок за uieio формулою показуе, що час проведения процесу цеме-нтацп при t= 1150 - 1300°С у присутпосп р!дко\' фази пор1Вняно з часом цемен-тацп при 900°С (стаидартний режим цементаци") для отримання шару товщиною 2 мм скорочуеться у 70-200 раз!в.

Частота струму ¡ндукцшноТ установки, що повинна забезпечити максима-льний електричний ККД ¡ндуктора та мшшальний час HarpiBy до температури здШснення процесу насичення, розраховуеться за формулою (за Слухотським)

8,65 -10> D-d '

(2)

де /от«— оптимальна частота струму; А/— ¡нтервал частот; р— питомий от'р стал! вище точки магнггних перетворень (/еЮ 6 Ом м); Эч-, = (О/ + 02)/2 — се-реднш д1амстр цилщдра, м; (1— товщина стшки, м.

Область розрахункових оптимальних частот струму лежить в ¡нтервал! 1000 - 5000 Гц, а можливий ¡нтервал частот складае 500 - 5500 Гц. Для арму-вання цилшдр!в екструдер!в можуть бути рекомендован! пльзи з товщиною стшки 15 мм, а в якост1 джерела нагр1ву доц!льно використовувати !ндукц!йну установку з частотою струму 2500 Гц.

Потужшсть, яка споживасться перетворювачем частота, витрачаеться здеб!льшого на нагр!в виробу, теплов! втрати, а також на компенсащю втрат в

6.5 7

«„/г». °С/с

Рис. 2. Залежшсгь корисн01РК та пито-

¡ндуктор!, знижуючому трансформатор! та перетворювач! частоти. На рис. 2 наведен 1 залежносп корисноУ та питомоУ потужност! вщ швидкост1 нагр1ву (¿<///к).

Оптимальна частота обертання заготовки п

I

п = —| —^— I мин , (3)

М01 Р„ ПОТуЖНОСП В1Д ШВИДКОСТ1 нагр'шу

де Дгу — внутршнш д)аметр заготовки, м; кЕ — коеф!ц1ент гравгаци, що дор1внюе 30 — 50; g — прискорення сили вшьного падшня.

При безупинно-послщовному нагр1в1 заготовки швидюсть перемкцення ¡ндуктора V/ розраховували за формулою

V/ = Ь/ г, (4)

де Ъ — ширина ¡ндуктора.

Також були проведен! дослщження структури одержаних покрить, Ухньо-

Таблиця 2 го складу та розподшу зна-чень м1кротвердост1 у верх-ньому шарь

Значения твердост! НЯС, м'1кротвердосп струк-турних складових та вщно-сноУ зносостшкост! е чаву-шв наведен! у табл. 2.

Оптимапьними е склади №3 та №5. Типови-ми для сплав!в е структури собою доевтектичного, ев-тектичного та заевтектич-ного бишх чавушв.

Четвертин роздЬл присвяченотриботехн!чним досл!дженням, пов'язаним з процесом переробки пол!мер!в, а саме: розробщ методики розрахунку зносу цшнндр!в екструдер!в з урахуванням динамки процесу переробки, встановлен-ню законом!рностей зношування за даними п ^контрольно! експлуатацн та розрахунку тр!ботехшчних характеристик металопол!мерних пар тертя.

Актуальним завданням е розробка шженерно!' методики розрахунку зносу цилшдр'ш екструдер!в ¡з використанням мЫмальноУ к!лькост! експерименталь-

№ складу Твердеть, ШС Мжротвердкть, кг/мм £

Евте кто-1Д Аус-тенп Цеме нтит Ка- рби Д1В Кар-бобо-рид!в

ПГ- СР4 60 1,0

1 52 — 595 1150 — — 0,75

2 45 — 445 1085 — — 0,85

3 65 —- 550 950 1500 2100 2,3

4 49 400 — 995 — — 0,95

5 60 — 630 960 1300 — 1,8

6 52 460 — 1050 — — 0,8

них даних, отримання яких можливо з застосуванням стандартно/ вим!рюваль-Hoi техш'ки.

Основними чинниками, як1 визначають фрикцшний режим та штенсив-шсть зношування при переробид пол1мер1"в, с ф13ико-мехашчш властивосп ма-TepiaaiB, що переробляються, а також технолопчш параметри переробки, ш\ визначають контактний тиск на материал робочих оргашв, температуру, швид-к1сть i напруження зрушення, фиичний стан матер!алу, що переробляеться та inuii його властивостк

Анашз д1ючих чинниюв показав, що узагальнюючим показником, який найбшьш повно характеризуе фрикцшш умови переробки, е потужшсть, що ви-трачаеться у кожному перетиш цилшдра. Бона вимфюеться втратою мехашчкоТ енерпТу фрикцшнш системi, тобто тертям.

Згщно енергетичшй Teopii тертя та зношування ¡снуе взаемозв'язок мЬк об'емом зношеного Marepiajiy V та енерпею W, тобто тертя i зное вважаються залежними одне вщ одного

V=f(W). (5)

Якщо enepriio IV вщнести до повного об'ейу V зносу, то отримують кри-тичну густину енергн, що за даних умов призводить до руйнування тша при те-рть Таким чином, критичний pineHb eHepri'i розраховуеться за формулою

co=W/V. (6)

3 урахуванням прийнятих у робот1 допущень встановлено, що при pyci пол|'меру в зонах твердого агрегатного стану та розплаву повишн виконуватися сшввщношеиня

Vm=Wm/<o;Vp=Wp/e>, (7)

або

К, / vm = Wp / Ур = аз = const, (8)

де Vm ,Wm та Vp ,WP— вщповщно зное i енерпя, яка споживаеться у зонах ¡сну-вання твердого noniMepy та розплаву.

Залежшсть V=j (W) являе собою пряму, що проходить через початок координат i описуеться виразом

V=k W, (9)

де kr=Mco е константою, як у облает! руху твердого пол|'меру, так i розплаву.

Для експериментального визначення величини к достатньо провести ви-пробування материалу на зношування при фжсованому знамени; величини W, тобто при постifiному значенш сили тертя F, одержаний результат представити у вигляд1 точки у координатах V — W, через дану точку та початок координат провести пряму л1шю. Величина к буде дор1'внювати тангенсу кута а нахилу прямоУ до oci W. Знаючи величину к та функцпо W (L) можна побудувати епюру зносу V (L) по довжиш цшпндра.

Потужнють, що витрачаеться на зовшшне тертя гранул по поверхш щш-ндра, рпна по довжиш екструдера та залежить в!д ряду параметрш: характеристик пол1меру (модуля пружност1 Е, коефщкнта тертя )] диметру фанул с!, та ш.), геометрп черв'яка (зовшшнього диаметру О, кроку нар1зки Н, висоти /г та ширини е витк1в, кута конусносп р осердя), режим1в переробки (температуря тиску гранул на поверхню цилшдра Рц, частота обертання черв'яка п) та ¡нших параметр ¡в.

Потужшсть тертя, що споживаеться у будь-якому перетиш вузла пласти-каци, може бути розрахована зпдно з виразом

^ = (10) де Рц0! та — вщповщно сила тертя гранул по поверхш цилшдра та Ухня швидгасть ковзання у /-му перетинК

Сила тертя гранул по поверхш цилшдра в межах /'-го витка у вираз1 для потужност! тертя

РцО) ~Рц(!) '/■ , (11)

де/ — коефвдент тертя гранул, що залежить вщ тиску, температури та швидко-ст1 та визначаеться експериментально; 5в— площа тертя у межах одного витка черв'яка.

Швидшсть ковзання гранул (по Сшну)

6 шз \ /

г]'с— коефицент осьового просування гранул з врахуванням протитиску и £0,3).

Розподш уживання потужност) по довжшп вузла пластикацп в р1зних йо-го зонах визначався розрахунковим шляхом. Значения величини критичноУ гус-тини енергп со, що призводить до руйнування матер1алу цилшдра у контакт! з гранулами пол ¡меру та його розплавом, визначалося експериментально двома способами: 1) при натурних випробуваннях деталей цилшдрш 1 черв'яюв у про-цеЫ подконтрольно!' експлуатацп екструдер!в; 2) при лабораторних випробуваннях зразюв матер!алт покрить цилшдра при вщомих параметрах наванта-ження. Перший спос1б використаний для перев1рки залежност1, другий — для прогнозування зносостшкост1 цилшдр!в в умовах переробки нових полшерних матер1ал1в.

Виконано обстеження 30 екструдер1в з д'1аметром черв'яка 63 \ 90 мм та довжиною вузла пластикащ! (20 - 25) £>. Перероблялися пол1мери: пол1етилен, у тому числ1 низького тиску (ПЕНТ), полтропшен, пол1амщ, пол!вЫлхлорид та пол1б\"пленгерефталат (ПБТ) з мшеральними наповнювачами. Напрацюван-ня машин складало 1 500 — 17 300 годин.

А

/ \ 1 /

<

1 V

/ I/1'4* LA V-,

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0 Ш

10

15

20

25 Z

Типова картина розподшу знос1В черв'яка та циль ндра по дoвжинi вузла плас-тикаци екструдера на приклад! переробки ПЕНТ наведена на рис. 3.

Анал1з даних подконтрольно! експлуатаци доз волне зробити наступи! висно-вки.

1. Напрацювання машин до зам!ни черв'яка внаслщок Рис. 3. Kpimi розподшу лшшного зносу V черв'я- зносу складае при переробш кя 1 та секцшного цилшдра 2, 3 екструдера по ненаповнених noniMepiß 17 — вщносшй довжиш вузла пластикат"! Z/L при пе- 20 тис. годин, при переробц! реробц! ПЕНТ. Крива 3 розрахована по крив!» 1 наповнених пол1мер!в (у попри/0^=3,3 р!вняних умовах) — 1,5-5

тис. годин.

2. Максимальний зное робочих оргашв спостер^гаеться в зош стискання. Вщношення величин знос'ш черв'яка та цилшдра залежить в!д поеднання спо-соб!в Ухнього змщнення та не залежить вщ типу композици, що переробляеться. Величина цього вщношення для конкретного поеднання способ!в змщнення за-лишаеться пост!йною в зонах стискання i дозування:

ß = VJV, = const. (13)

та складае: 1) для азотованих черв'яка та цилшдра ß=3,0 - 3,6; 2) для наплавле-иого черв'яка та азотованого цилшдра /5=1,5 - 2,0; 3) для черв'яка та цилшдра, що наплавлен! сплавами з максимальною сумюнютю при терт! (сплави АН-2 i СР-4), /8=4,7 - 5,0. У загальному випадку, чим вище зносост!йк!сть цшпндра у пор!внянш зчерв'яком, тим це вщношення бшьше.

Анал!з ходу залежностей V (7JL) для черв'як!в та цил!ндр]'в показуе, що вони геометрично nofliöni, а в!дношенняß величин знопв робочоУ пари у р1зних перетинах вузла пластикацп е величина постшна i не залежить вщ типу компо-зиц!У, шо переробляеться. Таким чином, характеристика розподшу зносу цилшдра по його довжин! можна отримати по наявнш епюр! зносу черв'яка та величин! Д BHMipHHoYв будь-якому перетиш вузла пластикацн (та навпаки).

Вим!ри коефвдента та сил и тертя виконаш в умовах, характерних для переробки noniMepiß: температура /=20°С — 0,8 /„,; питоме навантаження Р= 1 — 10 МПа, швидк!сть сковзання 0,5 и/с; твердкть контртша 58 — 62 HRC, шорст-к!сть контрт!ла Ra=0,45 мкм.

На рис. 4 наведена залежшсть коефшента тертя пол'ютилену В1д температури 1 тиску.

Температурш залежност} кое-фвдента тертя мають максиму ми, пов'язаш з фазовим переходом, обу-мовленим плавлениям кристалтв та супроводжуються зростанням меха-шчних втрат.

1з збшьшенням тиску темпера-Рис. 4. Залежшсть кгоефщкита тертя тура та значения максимум!в тертя ПЕНТ В1д температури. зменшуються, а значения сили тертя

зростае за залежшстю, близькою до лшжноТ. 1з зростанням температури темп змши сили тертя з температурою знижуеться. Под^бш залежностн сили тертя спостерналися у роботах Фляйшера.

60 80 160 Температура, !■'('

С 20

£ 11

я

С

5 10

г 5

х

с

с

1 1 А 1 \ ! .

/ :\4— Т

! И 5 , 1 !

. У к.

/ / / \ч чЧ

г """И-

.0 0.1 о X (*,3 0,4 ,5 0,6 0 ,7 а.е о .9 1

70 1Е0 "¡5 0.25

1в» е*

60 1« | 0,2

50 120 ^ е

100 а в «,15

40 о: »с «о К ® 0,1

30 20 >5 60 40 о> 1 £ 1 0 | 0,05 1 С 0

1» 20 0

6 6 ю 14 го нгг Рис. 5. РозподЬ питомо? сили тертя тиску Р та температури Г по довжши вузла пластикацп.

од 0,6? 0,5 с

г

0,4 а а

0.31 0,2 £ 0,1 Г

350

0 300

X

и, 250

с

X 200

р-

160

р 100

X о 50

I 1 а*—-

ч

... у v ч ч

-1/1 \\

7г i .........

6 8 10 Виток Z, шт

14

0 С

Рис. 7. Розподш значень сили тертя Р та потужносп тертя гранул IV по довжши вузла пластикацп.

6 8 10 Виток £ шт

Рис. 6. Розподш значень питомо? площ| контакту гранул Л,, та швид-кост! ковзання гранул К по довжиш вузла пластикацп.

На рис. 5, 6 1 7 послщовно представлен! розрахунков1 даш щодо розподту питомоТ сили тертя, тиску, температури, штошд контакту гранул з цилшдром та, нареиш, сили 1 потужносп тертя по довжнш вузла пластикацп у екструдер1 з д!аметром чер-в'яка 63 мм при переробщ ПЕНТ.

На рис. 8 наведена очшувана залежшсть лшшного зносу цилшдра вщ витрат потужносп на тертя гранул при переробщ ПЕНТ.

о

1 1 1 \

п ЭВТ * 25 мае. % ! 510, у

1 У1

/ пэвт —^ !

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Погужжсгь тертя на довжен! шага черв'яка, И',, кВт

0 12 3 4 5

Потужжсгь тертя на 1 см'площ! цилмдра, Д'101, кВт

трат потужносп иа тертя гранул.

0,4

о 2

0,3 3

«i

с;

X

о о

0.1 ,5

' со в,о

Даш щодо зносу перераховаж на одну годину роботи екструдера. Потужжсть тертя представлена дво-ма шкалами: \У„ — витрати потужносп тертя по довжиш цилшдра, що вщповщаготь одному крону черв'яка; !V — витрати потужносп тертя, що вщповщш 1 см2 площ! цшпндра. Тут же наведена залежшсть для компози-Ц11 ПЕНТ+25мас.% БЮт. Значения

зносу для ПЕНТ взят! з кривих на

Рис. 8. Залекжсть зносу цилнмра в!д ви- Рис" 1 Значения зиос!в та потужнос-

тей тертя при побудов1 розрахунко-во-експериментальних точок ¡вдпо-В1дають конкретним розрахунковим перетинам вузла пластикацп.

Отриман! залежност'1 е лшшними як для ненаповненого пол!меру, так 1 для композицп з наповнювачем, що пщтверджуе прийняту ппотезу про лшШну залежшсть м!ж зкосом та потужнютю тертя, наведену виразами (8) та (9). Зпд-но з виразом (8) критичний р1вень енерпУ руйнування со т!л при терт!, визнач-ний ¡з залежностей, наведених на рис. б, складае для ПЕНТ £»=2,15-102 кВт г/мм, для ПЕНТ+25мас.%8Ю2 <у=0,11-102 кВт г/мм, таким чином, значения со при переробш наповненого пол1меру майже в 20 раз менше, шж при переро-бц! ненаповненого пол1меру.

3 метою отримання пор1вняльних даних щодо зносостшкоеп покрить, а також отримання залежностей зносу покрить вщ потужносп тертя, виконаш лабораторн! вим1ри зносу та сили тертя при р1зних питомих навантаженнях ! температурах. Швидюсть ковзання складала 0,15 м/с. Випробування проведен! за схемою "площина-штир" при номшальшй плони контакту 0,2 см2, що вщпо-вщае реапьним питомим площам контакту гранул у екструдер! (див. рис. 6). В

якосп пол1мерного елементу пари тертя використана композищя ПБТ+30мас.% А1203. В якост! еталон-ного матер!алу прийнятий сплав ПГ-СР4, що на цей час використовують для вщцентровоУ наплавки цилшдр1в екструдер!в.

Залежшсть зносу покрить вщ потужк!сльтертя, ¡у, кУквт потужносп тертя наведена на рис. 9.

Рис. 9. Залежшсть зносу покрить вщ Под;бно залеж„остям, одержаним за

даними п!дконтрольн!й експлуатацн

потужносп тертя грянул.

екструдер1в, наведен! залежносп, одержан! за даними лабораторних випробу-вань, е лшшними.

Значения критично!" густини енергп руйнування на одиницю зносу скла-дають, кВтт/мм: еталонний сплав ПГ-СР4 — 4,28; сплави №1 та №2 — 3,47; сплав №3 — 10,87; сплав №4 га №6 — 4,28; сплав №5 — 8,06. Максимальною енерпею руйнування I зносостШмстю характеризуются сплави №3 та №5. Сплави ПГ-СР4, №4 1 №6 близы-а за зносостшкштю, а сплави №1 I №2 мають понижен! значения енергп руйнування.

На рис. 10 наведена епюра зносу цилшдра д!аметром 63 мм з покриттям з сплаву №3 при переробщ композии!!' ПБТ+30мас.% А1203, розрахованау вдао-вщносп !з запропонованою методикою з використанням експериментально отриманого для сплаву 3 значения критично'! енергп руйнування а>=10,87 кВтт/мм таР=5. Точками (•) на епюр! показан! експериментальш значения зносу в основних функцюнальних зонах екструдера, одержан» при проведенш тдконтрольно! екс-плуатаци. Як випливае з рис. 10, експериментальш точки в!дпов!-дають розрахунков!й крив!й, що св!дчить про коректшеть запро-понованоТ методики.

При випробуваннях на сум!сшсть в якост! бази для пор^вняння були взят! сплави, що сер!йно застосовуються для зм!цнення цил!ндр!в та черв'яюв.

На рис. 11 наведен! залежное™ для покритпв склад!в №3 та №5, одержа-них методом термодифузшноУ б!метал!зацн.

В табл. 3 представлен! узагальнен! результата випробувань на сумкшсть запропонованих сплав!в для покритпв цилшдр!в. Масовий зное А /я, коеф!ц!ент тертя/та об'емна температура диску г вим!рян! при питомих навантаженнях, що в!дповшають моменту виникнення задиру.

| 0.5 0,4

0,0

/

10 витки

Рис. 10. Розрахункова епюра зносу иилшдра.

5 о.б

а ?

!

* *

о

«5 о 2 /

/

1

Р

5

^ 5 )40 1 1" '

а в о. г ь X

£ -й

а во • с ¿0, ф 1 г О !}

а ж 2

Пктоме надонтдеення. /', МПа

4 6 8 Ю 12 Питоме нааантаженнй, /', МПа

Рис. П. Залежносп масового зносу зразюв Лтъ коефпиента тертя/и температу-ри / вщ питомого навантажеаня Р для лоеднань матер!ал1в Х18ФНМ — сплав 3 и Х.18ФНМ — сплав 5.

Велнчинн, як! характеризуют!» су мисшсть покрить

Таблица 3

MaTepiari Тиск початку задиру Р„ МПа Масовий зное, мг Коефщь ент тертя / Температура диску t, °С

штиря диску штиря Am, диску Лт2

Х18ФНМ ПГ СР-4 10,2 1,2 4,8 0,56 160

ПН-АН34 2,5 4,0 8,0 0,58 56

Склад 2 2,5 1,8 4,2 0,56 58

Склад 3 П,2 0,7 2,4 0,48 150

Склад 4 4,1 1,5 3,7 0,5 82

Склад 5 9,2 1,1 зд 0,52 155

Наведен! даш св!дчать, що найкраид характеристики сум!сност! з1 сплавом АН-2 (XI8ФНМ) мають покриття сплав!в №3 та №5.

П'ятий роздш присвячений розробщ технолопчних рекомендащй, вико-наних по трьох напрямках: I) розробка пооперацшного технолопчного проце-су; 2) розробка техшчних вимог на створення промисловоТ установки для вщ-пентрово/ термодифузшноУ б1метал!защ"1 цилшдр1в; 3) реагпзащя процесу в умовах виробництва.

У вщповщност! з рекомендащями лпературних джерел для типорозм!р!в цил1ндр1в, що використовуються, були визначеш: оптимальна частота струму,

потужшсть, необхщна для нагр!ву детал1, час нагр1ву до задан о!" температури та шип тегнолопчш парамет-ри.

Наведен! порядок виконання операцш виго-товлення цилшдр!в екст-рудер!в, армованих зносо-стшкими гшьзами, пайка змщнених секц!й у зб!рний довгом!рний цил!ндр, а та-

кож техшчгн вимоги та ос-Рис. 11. Схема установки. 1 - заготовка, 2 - шдуктор, [ювт характеристикн про.

3 - трансформатор, 4 - генератор, 5 - регулятор тис- мислово-,- установки

ку та пропорци газ1в, 6 - прилад компенсацп теплово- (рИС ц^ для здшснення

го розширення та шдводу газу, 7 - вихлопн«? труба. процесу.

висновки

У дисертацп наведене теоретичнеузагальнення I нове виршення науково'Т задач1, що полягае у розробц'1 шженерних та розрахункових метод!в забезпе-чення знососпйкост! базового вузла екструдера — цшнндра за рахунок впрова-дження нового процесу отримання зносостшких покрить — термодифузшноТ б1металЬацн, що дозволило збшьшити ресурс роботи екструдера при одночас-ному зниженш матер5альних витрат на його виробництво.

1. На основ! аналпу умов експлуатацн екструзшноТ техники, триболопчних особливостей процесу переробки шшмерних матер1шпв та сучасних технолоп-чних засоб1в змщнення цшнндр'ш екструдер1в встановлено, що актуальним на-прямком забезпечення зносостшкост1 цилшдрт е розвиток методу термодифу-зшноТ б1метал1зацн, який поеднуе в соб! високу економйшклъ з вщомими тех-[пчними перевагами засоб1в вщцентровоТ наплавки та цементацн.

2. Запропонований трьохстадшний мехажзм процесу формування покрить при термодифузшнш б^метаппзаци, що враховуе фвико-х!м1чш та металургшн» особливосп розвитку процесу у пол! вщцентрових сил.

3. Зроблено виб1р та розрахунок технолопчних параметр'ш процесу, вклю-чаючи параметри дифузШного насичення (склад газопов1тряноУ сум!цп, нтиск та витрати, штервал робочих температур та час насичення), ¡ндукцшного нагр1-ву (питома потужшсть, час нагр1ву, частота струму), а також частоту обертання детали, що визначае гравтт'йний режим процесу б^меташзацп.

4. Одержано анадиичний вираз, що дозволяе розрахувати час витримки де-тал1 для отримання зносостшкого шару задано'1 товщини при обрати температур! процесу насичення.

5. Обрано експерименталып склади зносостшких евтектичних чавуш'в для покритпв цшпндр1в та розроблено склади легуючоТ шихти на баз! феросплав1в та порошкових сплав1в, що випускаються промислов'ютю та комбЫацп яких до-зволяють отримати широкий асортимент покригпв з р1зномаштними експлуа-тацжними властивостями.

6. На основ{ анал1зу розподшу ряду основних параметр1в переробки пол1ме-р1в по довжиж вузла пластикацн розроблено теоретичш положения щодо роз-рахунку зносу цилшдра екструдера з урахуванням динамки процесу переробки. В основу розрахунку покладено положения, зпдно з яким, узагальнюючим показником фрикцшних умов переробки е потужнють тертя, функцюнально пов'язана з1 зносом.

7. Встановлено, що крив1 розподшу знос'щ черв'яка та цилшдра по довжиш вузла пластикацн геометрично под^бш, а вщношення ших зноЫв у рвних перетинах вузла величина постшна \ не залежить В1Д типу композицн, що переро-бляеться.

8. Ha ocHcmi експериментальних даних натурних випробувань черв'як!в та цилшдрш, а також лабораторних тр1бовипробувань зразкш зносост'|йких мате-pianiB пщтверджена лнпйна залежиicib м1ж величинами погужносп, що спожи-ваеться, тертям та зносом робочих оргатв у широкому д1апазош параметрш на-вантаження. U,i величини пов'язат через коеф|'шент, пропорш'йний критичнш густит енергп руйнування при тертг

9. Виконано досшдження твердости структури та тр1ботехтчних характеристик покригпв. В якост] зпосостШких покригпв для цилшдр1в, що мають опти-мальне поеднання тр1*ботехтчних характеристик, рекомендован!' евтсктичш економно леговаш сплави № 3 та №5, що не ripuii за сершн! сплави на ocuoei шкелю типу ПГ-СР4. Для покригпв з цих сплав1в характеры! мнпмалып значения зносу, висок! навантаження задиру при контакт! с матер!алом черв'яка (11,2; 9,2 МПа), понижены! коефЫенти тертя.

10.Розроблено технолопчш рекомендац!Г щодо застосування процесу термо-дифуз1Йно'1 б!метал1заци, що включають техшчш вимоги до обладнання, вказш-ки щодо виконання техиолопчних операшй та наведено приклади апробац!Т процесу у промисловост!.

список опубл1кованих автором праць за темою дисертащ1

1. Выбор износостойких наплавочных материалов для изготовления рабочих органов экструдеров / А.Н. Гладченко, И.В. Шевеля, Е.В. Кияница, В.В. Деркач // Химическое и нефтяное машиностроение. - 1997. - № 1. - С. 67-69.

2. Износ рабочих органов экструзионной техники для переработки полимеров / А.Н. Гладченко, И.В. Шевеля, Е.В. Кияница, В.В. Деркач // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 1997.-№4.-С. 17-19.

3. Гладченко А.Н., Шевеля В.В., Деркач В.В. Ресурсосберегающая технология нанесения износостойких покрытий на цилиндры экструдеров // Problems ofTribology (Проблемитрибологн). -1997. -№ 3. -С. 18-25.

4. Гладченко А.Н., Деркач В.В. Физико-химические и металлургические особенности формирования термодиффузионных слоев в поле центробежных сил // XiMi4Ha промисловють УкраТни. - 1999. - № 4 (33). Додаток. - С. 168-172.

5. Войтушенко П.О., Бармашин 6.П., Деркач В.В. До питания розрахунку течи розплаву пол!меру в каналах одночерв'ячного екструдера // Х1м1чна промисловють УкраТни. - 1999. - № 4 (33). Додаток. - С. 120-125.

6. Деркач В.В. Разработка методических положений расчета износа цилиндра экструдера с учетом динамики процесса переработки // Problems of Tribology (Проблеми трибологн).-2000.-№ 1 (13).-С. 122-124.

7. Деркач В.В. Определение закономерностей изнашивания цилиндров экструдеров по данным подконтрольной эксплуатации // В ¡сник Технолопчного ушверситету Подщля. - 2000. - № 3, части на 2 (22). С. 16-19.

8. Шевеля И.В., Деркач В.В. Методы упрочнения цилиндров экструдеров / ОАО «УкрНИИпластмаш». - Киев, 1995. - 13 с. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 03.07.95, № 1647 - Ук95 // Анот. в библ. указат. «Депонированные научные работы ВИНИТИ», № 10 (286), 1995, б/о 318.

9. Гладченко А.Н., Деркач В.В. Механизм формирования износостойкого слоя при центробежной наплавке цилиндров 1 ОАО «УкрНИИпластмаш». -Киев, 1995. - 13 с. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 03.07.95, № 1648 - Ук95 // Анот. в библ. указат. «Депонированные научные работы ВИНИТИ», № 10 (286), 1995,б/о 319.

10. Деркач В.В. Повышение износостойкости цилиндров экструдеров методом термодиффузионной биметаллизации // Тезисы докладов Междунар. конф. "Технология и оборудование для переработки полимерных материалов". - Пос. Славско, Карпаты. -1996. - С. 3-4.

11. Деркач В.В. Розробка методичних положень розрахунку зносу цшпндру екструдеру з урахуванням динамки процесу переробки // Тези допов1дей М1жнар. наук.- техн. конф. "Зносостшкють i надшшсть вузлш тертя машин (ЗНМ-2000)". - Хмельницький: ТУП, 2000. - С. 54.

12. Derkacz W. Rozwoj metody bimetalizowanego wzmacniania cylindrow wyttaczarek // V Profesorskie Warsztaty Naukowe "Przetworstwo Tworzyw Wielkocz^steczkowych". - Torun (Poland). - 2000. - P. 17-18.

анотацн

Деркач В. В. Пщвищення зносостшкост! цилиндра екструдера методом термодифузшно1 б1метал1зацп. Рукопис. Дисертац1я на здобуття наукового сту-пеня кандидата техшчних наук за спещальжстю 05.02.04 - Тертя та зношуван-ня в машинах. - Нашональний ав^ацшний ушверситет, КиТв, 2000.

Розроблено метод змщнення цилшдрт екструдер1в, що поеднуе переваги цементацн та вщцентрово'1 наплавки i немае YxHix недолшв.

Для практичного здшснення процесу виконаний комплекс po6iT по ство-ренню експериментальних установок для вивчення процесу, дослщженню ф1зи-ко-х1м1чних та металурпйних особливостей формування термодифузшних ша-piB у пол1 вщцентрових сил, розробщ складу зносостшких покрить та режим1в Ухнього нанесения, вивченню структури, твсрдосп i тр1ботехшчних характеристик покрить.

Розроблено трьохстадшний механизм процесу формування зносостшких покрить при термодифузшнш бшета/изацп цшпндр!в. Одержано аналггичний вираз, що дозволяе розрахувати час витримки детагп для отримання зносостшкого шару задано\' товщиии. Розроблено теоретичш положения щодо розрахунку зносу цшп-ндра екструдера з урахуванням динамш! процесу переробки пол1мер1в.

Ключов1 слова: зносостшкють, пара тертя, цилшдр, екструдер, метод термодифузшноУ б1меташзаци, покриття, пол1мер, сум!снють матер1ал1В.

Деркач В. В. Повышение износостойкости цилиндра экструдера методом термодиффузионной биметаллизации. Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.04 - Трение и износ в машинах. - Национальный авиационный университет, Киев, 2000.

Создание высокопроизводительного энерго- и ресурсосберегающего оборудования для переработки полимерных материалов требует разработки новых технологических методов обеспечения износостойкости рабочих органов экс-трудеров, и в первую очередь цилиндров. Лучшие мировые образцы экструзи-онной техники оснащены цилиндрами, имеющими на рабочей поверхности износостойкий слой, полученный методом центробежной порошковой наплавки. Однако центробежно-порошковый метод упрочнения цилиндров имеет существенные недостатки. К ним относятся дефицитность и значительная стоимость наплавочных материалов, высокая энергоемкость процесса, необходимость использования уникального оборудования для наплавки.

Предлагаемый метод термодиффузионной биметаллизации, сочетает в себе достоинства цементации и центробежной наплавки и свободен от их недостатков. Сущность метода термодиффузионной биметаллизации состоит в том, что во внутреннюю полость вращающейся нагреваемой индуктором заготовки подают цементирующую среду. Для системы Fe-C при температуре близкой к эвтектической (1150 — 1200°С) происходит интенсивное насыщение поверхности заготовки углеродом, а при достижении его эвтектической концентрации поверхность заготовки подплавляется, что еще больше интенсифицирует процесс диффузии углерода. В результате толщина оплавленного слоя увеличивается, достигая за короткий промежуток времени (150 — 200 с) величины 2 — 3 мм. После остывания на внутренней поверхности детали формируется износостойкий слой чугуна, полученный без применения наплавочных материалов. Экономное легирование образующейся жидкой фазы позволило достигнуть покрытия цилиндров с заранее заданными физико-механическими свойствами и характеристиками износостойкости, требуемых для переработки конкретной композиции.

Для практического осуществления процесса выполнен комплекс работ, включающий создание экспериментальных установок для изучения процесса, исследование физико-химических и металлургических особенностей формирования термодиффузионных слоев в поле центробежных сил, разработку составов износостойких покрытий и режимов их нанесения, изучение структуры, твердости и триботехкических характеристик покрытий.

Разработан трехстадийный механизм процесса формирования износостойких покрытий при термодиффузионной биметаллизации цилиндров; получено аналитическое выражение, позволяющее рассчитать время выдержки детали для получения износостойкого слоя заданной толщины при выбранной

температуре процесса диффузионного насыщения в углеродосодержащей среде; разработаны теоретические положения по расчету износа цилиндров экс-трудеров с учетом динамики процесса переработки полимеров. В основу расчета положены экспериментально подтвержденные зависимости, согласно которым обобщающим показателем фрикционных условий переработки является мощность, расходуемая на внешнее трение гранул о металлическую поверхность, функционально связанная с износом, а эпюры износа цилиндра и червяка являются эквидистантными.

Применение метода в практике экструдеростроения обеспечивает снижение энергетических затрат по сравнению с традиционной наплавкой порошковыми сплавами на 25%, уменьшение расхода дефицитных наплавочных материалов в 3 — 5 раз, уменьшение амортизационных расходов на оборудование.

Ключевые слова: износостойкость, пара трения, цилиндр, экструдер, метод термодиффузионной биметаллизации, покрытие, полимер, совместимость материалов.

Derkach Vadim. Rise of wear-resistance of extruder's cylinders by a method of thermodiffusion bimetallization. The manuscript. The thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.02.04 - Friction and wear in machines. - National Aircraft University, Kiev, 2000.

The method of hardening of extruder's cylinders, combining in itself of advantage of cementation and centrifugal surfacing and free from their disadvantages is developed.

For practical realization of the process the complex of operations including creation of experimental installations for learning of the process, research of physical-chemical and metallurgical features of creation thermodiffusion of stratums in a field of centrifugal forces, development of structures wear-resistant of covers and modes of their plotting, learning of a structure, hardness and tribotechnical characteristics of covers is executed.

Is developed the three-stage mechanism of the process of creation wear-resistant coatings at thermodiffusion bimetallization of cylinders. The analytical expression permitting to calculate a soak period of a detail for obtaining a wear-resistant stratum of specific width is obtained. The theoretical positions on calculation of a wear of extruder's cylinders with the registration of dynamics of the process of polymer's processing are developed.

Key word: wear resistance, friction couple, extruder, cylinder, method thermodiffusion bimetallization, coating, polymer, compatibility of materials.