автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Разработка микродугового оксидирования рабочих поверхностей форм из высокопрочных алюминиевых сплавов

РГБ ОД

(

• Г---"

/ \ ■ '

УДК 621.793 На правах рукописи

ПРУСС ЕВГЕНИЙ МИХАЙЛОВИЧ

РАЗРАБОТКА МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ФОРМ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

05.07.05. Тепловые двигатели летательных аппаратов. 05.07.04.Технология производства летательных аппаратов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000

Работа выполнена в Московском Государственном авиационном институте (Технический университет).

Научный руководитель: к.т.н., доцент Лесневский Л.Н.

Официальные оппоненты: д.т.н., проф. Галимов Э.Р.

к.т.н. Круглое Е.П.

Ведущая организация: Открытое акционерное общество "АЛюлька-Сатурн"

Защита состоится »45» ОЬ 2000 г. в_часов на заседании

диссертационного совета Д.063.43.01 в Казанском государственном техническом университете им. А.Н.Туполева по адресу: 420111, Казань, ул. К.Маркса, 10

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ Автореферат разослан " ¿0 " Р0> 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

С.Н.С., К.Т.Н. —Каримова А.Г.

О59ч-0бо + 0554-060.^,0

1. Общая хараюгеристика работы

Актуальность исследования. Дальнейшее повышение эффективности работы деталей агрегатов двигателей летательных аппаратов (ДЛА), летательных аппаратов (ЛА) и технологической оснастки, используемой при их изготовлении, связано, как правило, с повышением температуры и усилением агрессивности рабочей среды, рабочего процесса. Кроме того, необходимо обеспечить требуемую износостойкость и эрозионную стойкость деталей ДЛА, ЛА и технологической оснастки, подвергающихся механическому, абразивному и эрозионному износу в процессе эксплуатации.

Одной из наиболее распространенных причин выхода деталей и сборочных единиц из строя является не поломка, а износ и повреждение рабочих поверхностей. Применяя покрытия с заданными свойствами можно решить вопросы повышения износостойкости, коррозионной и эрозионной стойкости элементов конструкций ДЛА, ЛА и технологической оснастки для их производства.

Традиционно используемыми методами нанесения коррозионно-и износостойких покрытий являются гальванический и химический методы. Так для деталей из высокопрочных сталей широко применяется гальваническое кадмирование и цинкование.

Для повышения коррозионно-и износостойкости алюминиевых сплавов (корпуса, фланцы, клапаны, крыльчатки, пуансоны и матрицы форм для литья и прессования) традиционно используется химическое оксидирование и электрохимическое оксидирование (анодирование). Однако в процессе развития и исследования анодирования было обнаружено, что окисная пленка на аноде может образовываться при довольно широком варьировании напряжений на ванне, в том числе и напряжений, превышающих напряжения искрового режима, переходящего в дуговой или микродуговой. Так возник перспективный способ, получивший название микродугового оксидирования (МДО), позволяющий получать керамико-подобные покрытия на авиационных металлах "вентильной группы" (А1, Т1, КЬ и др.).

Этот метод позволяет получить на поверхности, в частности, деталей из алюминиевых сплавов композиционный упрочненный слой, характеризующийся повышенными механическими и износостойкими характеристиками. Если ресурс рабочих поверхностей этих деталей можно увеличить за счет использования покрытий МДО, то использование алюминиевых сплавов позволит значительно снизить трудоемкость изготовления этих деталей и уменьшить их стоимость. Хорошие результаты от применения МДО можно ожидать при изготовлении форм для литья термопластов и прессования реактопластов, для прессования резинотехнических изделий, для изготовления литьевых моделей в производстве ДЛА и ЛА.

Пока же, несмотря на перспективность, широкого практического применения в технологии изготовления форм процесс МДО не нашел. Это объясняется несколькими основными причинами.

Во-первых, недостаточно изучены и систематизированы процессы, протекающие при микродуговом оксидировании высокопрочных, деформируемых алюминиевых сплавов, являющихся перспективными для изготовления технологических форм.

Во-вторых, не разработаны оптимальные технологии МДО обработки деталей форм, изготавливаемых из новых деформируемых алюминиевых сплавов, и не проведены исследования свойств МДО покрытий для этих сплавов, которые могли бы доказать эффективность новых технологических процессов МДО обработки.

В-третьих, не создано специализированное автоматизированное и надежное оборудование для реализации МДО процесса. Причем решение последней проблемы тесно связано с решением первых двух.

. В связи с этим актуальность темы настоящей работы определяется разработкой методик комплексного, всестороннего исследования покрытий, формируемых МДО на новых высокопрочных алюминиевых сплавах для рабочих поверхностей форм. Другими важными аспектами актуальности является необходимость разработки технологий обработки МДО новых высокопрочных алюминиевых сплавов и создание промышленно-экспериментальной автоматизированной установки МДО.

Цель настоящего исследования: разработка и исследование метода МДО получения покрытий на новых высокопрочных деформируемых сплавах, которые используются при изготовлении форм; для повышения износостойкости наиболее напряженных элементов форм. В соответствии с этим для реализации поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1.) анализ и оценка перспектив использования форм из алюминиевых сплавов и, в частности, для литья пластмасс под давлением;

2.) анализ возможностей метода МДО для повышения стойкости и ресурса рабочих поверхностей литьевых форм;

3.) обоснование и выбор конкретной марки нового высокопрочного деформируемого алюминиевого сплава и оптимальных режимов его упрочнения методом МДО;

4.) исследование геометрических и физико-химических параметров и свойств оптимальных покрытий, полученных МДО на выбранном алюминиевом сплаве;

5.) исследование эксплуатационных характеристик покрытий, полученных МДО: термостойкость, циклическое сжатие, изгиб, износостойкость;

6.) разработка и изготовление автоматизированной опытно-промышленной установки МДО;

7.) разработка и реализация опытного технологического процесса МДО применительно к высокопрочным алюминиевым сплавам форм, используемых в переработке пластмасс и резин.

Объектом исследования настоящей работы является процесс МДО применительно к рабочим поверхностям форм из высокопрочных алюминиевых сплавов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- методом МДО получены износостойкие покрытия на новых высокопрочных алюминиевых сплавах, отвечающих технологическим требованиям к рабочим поверхностям форм для переработки пластмасс и резин;

-с использованием методов Mold Flow Analysis и Final Element Analysis получены характеристики теплового, силового и напряженно-деформированного состояния рабочих поверхностей форм из новых сплавов для процесса литья пластмасс под давлением, как наиболее напряженного из процессов переработки неметаллических материалов в формах;

- для обоснованно выбранного деформируемого алюминиевого сплава А1-89 получены регрессионные математические модели, дающие зависимости свойств покрытий от режимных параметров МДО;

- определены оптимальные составы электролитов и режимы получения МДО покрытий для выбранного сплава;

- созданы оригинальные методики и оборудование для определения эксплуатационных (применительно к формам) свойств МДО покрытий: циклическое сжатие, усталость при циклическом нагружении на изгиб, термоциклирование и адгезия.

Практическая ценность работы.

Разработанная автором технология и полученные оптимальные режимы МДО обработки новых высокопрочных алюминиевых сплавов позволяет значительно повысить ресурс форм, используемых в переработке пластмасс и резин, и в частности, литья пластмасс под давлением.

Результаты работы использованы при передаче на фирму Ford Motor Company, США, монтаже и запуске в эксплуатацию опытно-промышленной установки мощностью 10 кВт, работающей в ручном, диалоговом и автоматическом режиме с управлением процессом от PC.

Процесс МДО был реализован на фирме Venture, США при защите области контакта двух половин вкладыша в форму литья пластмассы под

давлением, который отработал 105 циклов на термопластавтомате без разрушения и износа защищенных поверхностей.

Научные положения, выносимые на защиту:

- характеристики теплового, силового и напряженно-деформированного состояния рабочих поверхностей форм для литья пластмасс под давлением;

-результаты обоснованного выбора высокопрочного алюминиевого сплава с учетом его обрабатываемости методом МДО;

- принципы выбора оптимального режима процесса МДО на основе использования метода планирования эксперимента;

- методики определения основных эксплуатационных свойств МДО покрытий: циклическое сжатие, усталость при циклическом нагружении, термоциклирование и адгезия;

- схемные и конструкторские решения опытно-промышленной установки МДО, реализующей диалоговый и автоматический режимы работы с управлением от PC.

Апробация. Материалы диссертации прошли апробацию на научных семинарах в МАИ и КГТУ на Международной научно-практической конференции "Автомобиль и техносфера-99", Казань, 1999 г.

Разработанные в работе схемные и конструкторские решения легли в основу созданной опытно-промышленной установки МДО, успешно используемой на фирме Форд Мотор Компани (США). На основании проведенных исследований разработан типовой технологический процесс получения МДО покрытий и внедрен на предприятии Венчур (CILIA) при формировании покрытия на вставке инжекционной литьевой формы, которое прошло успешное испытание в реальном литейном цикле на термопластавтомате "Toshiba" с общим числом циклов 105.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ: из низ 5 статей, 1 препринт и 1 тезисы доклада.

Структура и объем работы. Работа изложена на 169 страницах, содержит 24 таблицы, 73 рисунка и состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников из 91 наименования и пяти приложений.

2. Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность исследования, связанная с разработкой процесса МДО рабочих поверхностей форм из высокопрочных алюминиевых сплавов применительно к производству деталей и технологической оснастки ДЛА. В рамках этой проблемы сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

В первой главе приведены результаты анализа перспектив использования алюминиевых сплавов при изготовлении и эксплуатации форм, предназначенных для переработки неметаллических материалов (термопластов; реактопластов, резин) в производстве двигателей и агрегатов летательных аппаратов (ЛА).

Термопластические пластмассы, основу большинства которых составляют полиэтилены, применяются широко при изготовлении коррозионностойких труб, прокладок уплотнений, оболочек контейнеров. Термореактивные пластмассы типа стекловолокнитов, используются для изготовления деталей электротехнического назначения, находящихся вблизи горячих частей авиационных двигателей и длительно работающие при температурах до 200-250°С. Широко используются в производстве агрегатов ЛА и силовых элементов (элеронов, закрылков, ряда мелких деталей) стеклотекстолиты, принадлежащие к числу наиболее прочных авиационных материалов. Довольно широк ассортимент резинотехнических изделий, используемых в ЛА, так в современном авиационном двигателе их до 1000 и более различных типов и типоразмеров. Гигантскими темпами развивается в настоящее время технология производства элементов летательных аппаратов из композиционных материалов. В силовых конструкциях современных вертолетов до 45-55% от общей массы приходится на долю композитов, эта доля современных двигателей твердого топлива доходит до 85-90%.

Дтя формирования деталей из неметаллических материалов используют различные технологии, наиболее распространенными из которых являются прессование (прямое и литьевое) и литье под давлением. Общим для этих технологических процессов является наличие формы, конструкция которой зависит от типа технологии и используемого материала.

Как правило, для изготовления форм используются высокоуглеродистые стали типа У8, У10 или легированные стали с большим содержанием хрома типа ШХ15, 12ХНЗА, Х12М в России и Р-3, Р-4, Р-20, Н-13 в США. Срок службы формы определяется в основном стойкостью формообразующих деталей: пуансона и матрицы и, в частности, стойкостью зоны их смыкания (стыка), как наименее стойкой части формы. Именно стойкость пуансона и матрицы и зоны их стыка в основном определяют их ресурс.

В последние несколько лет значительно возросло применение алюминия при изготовлении форм для переработки пластмасс. Это, прежде всего, стало возможным благодаря довольно высокой теплопроводности алюминиевых сплавов, большей технологичности в процессах литья и механической обработки. Однако без соответствующего упрочнения, защиты износостойкими покрытиями рабочих поверхностей формы из алюминиевых

сплавов подвержены различным видам износа и будут значительно уступать легированным сталям.

Перспективным направлением получения износостойких покрытий на алюминиевых сплавах с требуемыми свойствами является их формирование в растворах электролитов в режиме микродугового оксидирования (МДО). В работе приводится анализ методов формирования оксидных покрытий для повышения стойкости и ресурса рабочих поверхностей форм из алюминиевых сплавов, сравниваются их приемущества и недостатки. Из анализа следует, что МДО является прогрессивным методом обработки и отличается от ранее применявшихся методов таких, как химическое оксидирование, анодирование, твердое анодирование, плазменное напыление и др. следующими особенностями: возможностью получения покрытий с заданными свойствами при 100% повторяемости результатов; относительно низкой себестоимостью в основном за счет низкой цены технологической оснастки и исходных материалов; экологической чистотой благодаря использования водяных или слабощелочных электролитов, которые нейтрализуются очень легко простым разбавлением водой до допустимого значения рН = 5,5; очень высокой адгезией, обусловленной тем, что до 70% МДО покрытия прорастает внутрь основного материала; управляемой пористостью и достижением при необходимости полностью беспористых покрытий; толщиной покрытия от 1 до 500 мкм, которую можно получить на деталях любой формы; износостойкостью, в десятки раз превышающей износостойкость традиционных специальных материалов, высокой электрической прочностью, высокой коррозионной стойкостью.

В настоящее время микродуговое оксидирование широко распространяется, реализация особенностей этого процесса позволяют получать покрытия, свойства которых сравнимы как с традиционной керамикой, так и с твердосплавными материалами.

Во второй главе проведены анализ и моделирование процессов в формах, используемых при литье пластмасс под давлением, для которого характерны наиболее напряженные режимные параметры переработки неметаллических материалов. Анализ поведения формы в этом процессе позволяет наиболее полно сформулировать технические требования к защите рабочих поверхностей форм, используемых для переработки неметаллических материалов в производстве деталей ДЛА и технологической оснастки.

На основе выполненного в работе анализа типовой P-V-T диаграммы, показывающей характер изменения давления и температуры пластика по времени в полости формы, и использования метода MFA ("Mold Flow Analysis") позволили представить физическую картину движения расплава и изменений температуры, давления и удельного объема во всех точках заполняемых полостей, оценить уровень и характер нагрузок (тепловых и

силовых) не только на поверхности элементов пуансона и матрицы, но и на поверхности их контакта и, прежде всего, на плоскости стыка.

Специально проведенный детальный анализ деформаций формы и узла запирания в направлении действия сил запирания, результаты которого представлены на рис. 1, показал, что литьевая форма не является абсолютно жесткой и во время цикла литья деформируется.

Под действием усилия запирания Б (без давления в полости) форма, имеющая жесткость Сил, деформируется на величину Д1„2|, в это же время в механизме запирания деформация составляет величину Д15. Тангенс угла наклона прямой узла запирания равен жесткости этого узла. Под действием усилия Рр=рАр, которое образуется в полости формы при впрыске пластика, форма деформируется на величину , а усилие запирания возрастает на величину ЛБЧ^-Р, где РК| - суммарное усилие запирания. При этом усилие на контактных поверхностях формы уменьшится до величины Рц.

Усилия, действующие на менее жесткую "податливую" форму (прямая С»2|), приводят к тому, что деформация менее жесткой формы будет больше, т.е. Д1и.22>А1«21 и при том же давлении пластмассы в полости Рр усилие запирания будет больше РК2>РК|, увеличится при этом и усилие на контактных поверхностях Б*, т.е. р2|>рц- Из приведенного анализа следует, что деформация формы в направлении сжатия может быть значительной особенно, если форма податлива, т.е. С„,22<Сц2]. С другой стороны, поскольку собранная форма представляет собой комбинацию различных компонент, то она подвержена действию не только нагрузок сжатия, но также и изгиба и сдвига.

Поэтому с использованием метода конечно-элементного анализа была проведена оценка напряженно-деформированного состояния, и получены распределения эквивалентных напряжений и значения перемещений в зоне контакта полуформ и острой кромки. Расчет проводился для стандартных (с учетом использования алюминиевых сплавов) уровней прижимающего давления - 400 кг/см2, 1200 кг/см2 и 1600 кг/см2 на образце диаметром 60 мм с полостью внутри диаметром 29 («ти и глубиной 6 мм, моделирующем половину формы.

С использованием обоснованно выбранной нелинейной сложной контактной модели для американского сплава А1итес-89 (российский аналог В-95) был проведен анализ распределения сил реакции от вертикальной нагрузки по поверхности контакта и действия бокового давления, моделирующего давление пластика в форме. Анализ показал, что такая сложная нагрузка, особенно при малых усилиях сжатия <38 МПа, способствует отрыву внешней кромки зоны контакта от контртела (полуформы), что приводит к перераспределению сил реакции ближе к внутренней кромке и тем самым нагружает ее дополнительно. То есть боковое давление в этой модели, а следовательно и давление пластика в реальной форме существенно увеличивает нагрузку на внутреннюю кромку и способствует ее более быстрому износу.

Завершает главу анализ причин разрушения литейных форм на производстве, из которого также следует, что наиболее напряженными и подверженными износу элементами формы являются область контакта (стыка) и острая кромка, обращенная к пластмассе. Показано, что для области стыка, как наиболее тепло-и механически напряженной части литьевой формы, характерно, как сжатие при высоких удельных давлениях, которые могут приводить к необратимому формоизменению, так и трение, приводящее к отрыву частиц от поверхности контакта, которое благодаря действию поперечных и крутящих сил в моменты соприкосновения и прижатия полуформ, также влияют на потерю формы кромкой поверхностей стыка. Износ кромки немедленно проявляется в возникновении облоя на отливке.

Отмечается, что основным мероприятием, повышающим стойкость литьевых форм из алюминиевых сплавов следует считать покрытия, формируемые в различных процессах анодирования, и в частности, процессе МДО, использующем практически ту же технологическую оснастку, что и при анодировании (за исключением источника питания) но получить при этом гораздо лучшие эксплуатационные характеристики защищаемых поверхностей.

В третьей главе приводятся результаты исследования возможностей метода МДО для упрочнения поверхностей высокопрочных алюминиевых сплавов, обосновывается выбор алюминиевого сплава А1итес-89 для дальнейших исследований и определяются оптимальные режимы формирования МДО покрытий на этом сплаве.

В начале дается описание экспериментальной установки, представляющей собой бак с двумя охлаждаемыми проточцой водой ваннами по 54 литров каждая, установленными в вытяжном шкафу. Источник питания мощностью до 10 кВт позволяет вести технологический процесс МДО с частотой 50 Гц в режиме анодно-катодных импульсов с максимальной амплитудой напряжения до 1080 В. В состав электролита, представляющий собой разбавленный раствор КОН (2-8 г/л), добавлялись натриевое или калиевое жидкое стекло, хроматы, бораты, фосфаты щелочных металлов.

В качестве обрабатываемых материалов были рассмотрены три американских сплава, широко используемых в авиационной промышленности США и впервые рекомендованных для использования при изготовлении литейных компрессионных инжекционных прессформ. Химический состав американских сплавов и их российских аналогов представлены в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав американских сплавов и их российских аналогов

Сплав Си м8 гп Ре № и Мп Сг Прочие

М-1 3,02 1,21 0,04 1,15 0.99 0,18 0,028 0,005 0,04 0,15

АК4-1 2,7 1,2 0,3 1,4 1,4 0,35 0,02 0,2 - 0,1

А1-89 1,75 2,35 .6,2 - - - - - - -

В-95 1,4-2,0 1,8-2,8 5,0-7,0 0,5 - 0,5 - 0,2-0,6 0,1- -

(}С-7 2,75 - 7,57 - - - - - - -

В-96Ц 2,0-2,6 2,3-2,8 8,0-9,0 - - 0,3 - - - 0,152т

В соответствии с выбранными аналогами российских сплавов, сплав Ар1азе М-1 можно отнести к деформируемым жаропрочным сплавам системы AI-Cu-Mg, а сплавы ОС-7 и А1ишес-89 - к деформируемым сплавам системы А1-7п-М§-Си.

Была проведена предварительная экспериментальная оценка способности новых сплавов М-1, А1-89 и (2С-7 подвергаться МДО. Режим обработки: состав электролита - 1 г/л КОН, 6 г/л КагОхКЭЮ;, температура электролита - 35°С, плотность тока 600 А/м2, длительность процесса - 4 часа. Формовочные кривые (изменение напряжения в ходе процесса), характеризующие процесс МДО этих сплавов показали, что при одном и том же режиме и времени обработки сплав М-1 имел меньшую толщину я (мкм),

микротвердость Нц (кг/мм2) и прирост массы образца Дт (мг), поэтому сплав М-1 был исключен из дальнейшего сравнения.

Для выяснения различий в процессах МДО сплавов ОС-7 и А1-89 была реализована матрица планирования, представляющая собой матрицу дробного факторного эксперимента 24"', разбитую на два блока. Проведение экспериментов первого блока на сплаве А1-89, а второго — на сплаве ОС-7 позволило рассматривать влияние различий химического состава этих сплавов как новый фактор. Основной уровень этого фактора характеризовал как бы новый сплав, химический состав которого включает все легирующие элементы, входящие в состав сплава С?С-7 и А1-89 с концентрацией, равной среднему арифметическому концентраций этих сплавов. Факторы представляли собой: X] - содержание К'агОхКйЮг, Х2 — плотность тока (А/м2), Х3 - длительность процесса (час), Х4 - химический состав сплава. На образце с покрытием определялись следующие параметры: Ь - толщина покрытия (мкм), Дт - прирост массы образца (мг), ДНКТ - увеличение твердости сплава за счет покрытия и 0 (Кл/мм3) - количество электричества, затраченного на формирование 1 мм3 покрытия.

Учитывая, что на данном этапе работы оценивалась только возможность микродугового оксидирования сплавов М-1, ОС-7 и А1итес-89, в качестве параметра оптимизации У рассматривался каждый из определяемых в экспериментах параметров покрытия, а не обобщенный критерий. Коэффициенты регрессии в исследованной области факторного пространства представлены в таблице 2.

Таблица 2

Коэффициенты регрессии в исследованной области факторного пространства

Сплав Параметр Ь0 ь, ь2 Ьз

А1-89 Ь 59 5,5 16 10,5

Дш 216,5 11,03 65,13 44,28

<2 147,7 -7,35 -2,13 0,35

ДШ 1,85 0.5 2,15 1,1

(2С-7 и 50,5 -6 14,5 6,0

Дш 207 1,6 59,4 39,1

173,4 16,55 -6,65 13,45

днят -0.38 -1,7 0,4 1,0

Сравнение величин коэффициентов регрессии для каждого из параметров, характеризующих покрытие, позволяет сделать вывод о том, что значения всех параметров получаемых покрытий улучшаются при переходе от микродугового оксидирования сплава С?С-7 к сплаву А1итес-89.

Таким образом, предварительные эксперименты и эксперименты с привлечением регрессионного анализа показали, что среди исследованных

сплавов наиболее высокие параметры покрытий, получаемых методом МДО, наблюдаются у сплава А1шпсс-89, который и был выбран в качестве базового для дальнейших исследований.

Для определения оптимальных режимов формирования МДО покрытий использовалось два метода: факторный эксперимент 2" и планирование на симплексе. Поскольку сведения о микродуговом оксидировании сплава А1-89 отсутствовали, то были проведены предварительные опыты по выявлению значимых факторов с использованием стратегии однофакторного эксперимента.

На рис.2 показаны зависимости выбранных параметров оптимизации процесса МДО от плотности тока } (А/дм2) на образцах из А1-89 (диск 035 мм, толщина 7 мм), на режиме, выбранном на основе априорной информации по аналогичному российскому сплаву режиме.

Толщина покрытия

V,

мкм/мин

Скорость роста покрытия

Ч.

Кл/мм3

200 100 о

6 7 8 9 А/дм2 Количество электричества

б

7

8

9 ¿А/дм2

Микротвердость и и пробоя

1

Чоск

.1 . .

0,1

НУ,

1500 1000 500

н.

_-

А/дм2

8 9 .¡, А/дм2

СКОц = 2 г/дм2, Смзюз = 6 г/дм3,1 = 240 мин, Т = 25°С Рис.2

Как следует из графиков, повышение плотности тока на образце способствует увеличению микротвердости и электрической прочности покрытия. При этом существенно повышается скорость роста покрытия при практически постоянных затратах количества электричества.

Для выяснения возможностей микродугового оксидирования в электролитах с добавками солей слабых кислот, которые способствуют повышению коррозионной стойкости формируемого покрытия, были проведены эксперименты с добавлением в щелочной электролит жидкого стекла ЫаоБЮз и соли Иа^Е^О;. Исследования проводились в направлении

5

поиска оптимального состава электролита с использованием симплекс-центроидного плана Шеффе. В качестве варьируемых факторов рассматривались концентрация щелочи КОН (ХД жидкого стекла Ыа^БЮз (Хг) и бората Ма2В407 (Хз). Диапазон варьирования всех трех компонент составлял от 1 г/л до 8 г/л, плотность тока - 10 А/дм2, время оксидирования -168 мин, температура электролита - 25°С. При этом плотность тока была выбрана максимальной, исходя из характеристик и ипр, представленных на рис.2.

Расчеты основных характеристик покрытий, выполненные в соответствии с матрицей планирования, и учета того, что в любой точке формируемых диаграмм "состав - качество" сумма всех составляющих электролита постоянна (т.е равна единице) были получены регрессионные математические модели, описывающие основные свойства покрытия в зависимости от состава электролита. На рис.3 представлены диаграммы влияния составляющих электролита на скорость роста покрытия Уосн и

¡0^=8,0 К0н=1,0 Иа.В.Ог^.О КагЯ101=8,0 КОН=1,0 №,ц,0г=8,0

а б

) - 10 А/дм2; 1= 168 мин; Т-25°С

Рис.3

Аналогичные диаграммы "состав - свойство" построены для затрат электричества на рост основного д«^ и суммарного слоя покрытия, на напряжение пробоя ипр и его микротвердость Нц.

Для исследования сложного влияния одновременного изменения режимных параметров процесса МДО был реализован полный факторный эксперимент 24 при фиксированном значении концентрации жидкого стекла Снайюз- При этом в качестве варьируемых факторов рассматривались X: -температура электролита (Т°С), Х2 - концентрация щелочи в электролите (С,он. г/дм3), Хз - плотность тока 0, А/дм2), Х4 - время оксидирования образца (1, мин). Параметры покрытий, полученные в этом эксперименте: толщина основного ЬоСН и суммарного !^умм слоя покрытия, затраты электричества на рост основного слоя qocн, скорость роста основного слоя

V0CI„ микротвердость покрытия HV0|i, твердость покрытия HRT и адгезия

ОСНОВНОГО СЛОЯ Goch-

Учитывая, что каждый из вышеперечисленных параметров характеризует только отдельные свойства покрытия, для комплексной оценки МДО покрытия был предложен обобщенный параметр оптимизации D, полученный с использованием безразмерной шкалы желательности Харрингтона, как среднее геометрическое всех безразмерных < параметров покрытия. Результаты расчета коэффициентов уравнений регрессии, описывающих влияние воздействующих факторов на безразмерные параметры покрытия и на обобщенный параметр оптимизации D, показаны на рис.4.

0.25 0,15 0,05 -0,05 -0,15 -0,25

Л] ИГ

■ О

□ dV DdHVO.I ШсШЯТ

□ dq

□ 8ст

х1 х2 хЗ х4 х1х2 х1хЗ х!х4 х2хЗ х2х4 хЗх4 Рис.4

Анализ уравнений регрессии, полученных по этой матрице планирования, позволил получить наилучшие параметры покрытия Уоск=0,5 мкм/мин, НУ0,1=1370, тТ=75, чос„=190 Кл/мм3, Стос„=630 кг/см2 при следующем режиме: Скон=2,4 г/л, Смйбюз^ г/л, ]=16А/дм2, Т=30°С, 1=210 мин.

Обобщая результаты исследований процесса МДО на сплаве А1-89, можно отметить, что наилучшие характеристики покрытий были получены на следующих режимах: первый - из графика У0С11=Г(]) (рис.2), второй - из диаграммы ■У0С„=Г(Х|,Х2,Хз) (рис.3), третий - из анализа уравнений регрессии для обобщенного параметра Б (рис.4). С учетом необходимости обеспечения максимальной адгезии покрытия при прочих близких характеристиках по твердости, микротвердости и коррозионной стойкости в качестве оптимального был выбран третий режим.

В четвертой главе представлены методики и результаты испытаний физико-химических и эксплуатационных свойств МДО покрытий,

полученных на образцах из А1-89 на оптимальном режиме. Свойства МДО покрытий, полученных на других алюминиевых сплавах, даются только в сравнении.

Геометрические параметры МДО покрытия определялись двумя методами: методом токов Фуко и металлографическим методом, которые отчетливо показали, что покрытие прорастает вглубь основного материала на 50-70% от своей основной толщины и после удаления наружного, рыхлого, пористого слоя ("шубы") образец (деталь) сохраняет свои исходные размеры.

Твердость МДО покрытия определялась по методу Супер-Роквелла, при этом было установлено, что с увеличением толщины покрытия от 60 до 100 мкм твердость менялась мало от 55 до 66 НЯТ, с дальнейшим увеличением толщины покрытия до 163 мкм на оптимальном режиме была получена твердость 75 НЫТ.

Измерение микротвердости проводилось с помощью микротвердомера с пирамидой Кнуппа при нагрузке 100 г на прямом поперечном (90°) и косом (угол от 3° до 6°) шлифах, а также с использованием микротвердомера Виккерса с алмазной четырехгранной пирамидой с квадратным основанием и углом 136°. Сравнительная микротвердость алюминиевых сплавов А1-89, С?С-7, М-1 и стали Р-20, полученных с использованием пирамиды Кнуппа, показана на рис.5.

Сталь Р- Сплав Оксид Сплав Оксид Сплав Оксид 20 А1-89 сплава ОС-7 сплава М-1 сплава ' А1-89 ОС-7 М-1

Рис.5

Микротвердость основного слоя, измеренная на оптимальном режиме с использованием пирамиды Виккерса, составила НУ0,1=1370 кг/мм2.

Напряженность электрического поля покрытия МДО, косвенно характеризующая плотность покрытия, измеренная по стандартной методике на приборе УПУ-10, менялась пропорционально напряжению электрического пробоя (ипр<1000 В) и лежала в диапазоне 11-19 В/мкм.

Большое внимание в работе было уделено измерению адгезии. Предварительные эксперименты по определению адгезии указали на значительный разброс получаемых значений прочности сцепления покрытия с подложкой от 80 до 600 кг/см2. Была разработана специальная клеевая методика применительно к толстым покрытиям, которая реализовала такие мероприятия как: применение пленочного клея с контролем толщины пленки, точное базирование клеевой пленки относительно образца в радиальном направлении, учет и документирование таких величин, как радиус скругления на кромке образца с покрытием, форма кромки после нанесения покрытия, форма клеевого "облоя" после полимеризации клея. Предельное усилие клея составляло =550 МПа, использовалась для измерений адгезии универсальная машина электромеханического типа модели Autograf IS-1 ОТ фирмы Icshimadzo.

Поскольку было обнаружено сильное влияние на характеристики оксидной керамики, содержание щелочи КОН в составе электролита, был проведен полный факторный эксперимент 24 (при постоянном значении концентрации жидкого стекла CNa2s¡03=6 г/л) для определения зависимости адгезии от основных режимных параметров МДО (А - температура электролита, °С, С - плотность тока, А/дм2, D - время обработки, мин и В -концентрация щелочи КОН в электролите, г/л). Обработка результатов экспериментов осуществлялась с использованием системы Statgraphics Plus. Было получено уравнение, показывающее зависимость адгезии от основных режимных параметров МДО, которое имеет вид:

ашг= 273,5-32,8А - 10,9В - 52,8С - 18,4D + 9,6АВ-28,4АС-30,3 AD +

+ 38,4ВС - 49,6BD - 57,8CD - 42,1 ABC + 48,4ABD + 56,5ACD -37,8BCD.

Адекватность модели составила 92,76%, максимальное значение адгезии, полученное в этом эксперименте составило 630 кг/см2.

Анализ микроструктуры МДО покрытий на всех материалах показал, что на исследуемых образцах (шлифах) наблюдается два раздельных слоя оксида: пористый наружный слой, имеющий до 10% пористости, и более плотный внутренний слой, составляющий до 70% от суммарной толщины покрытия. Наилучшая плотность базового слоя покрытия получена на сплаве А1-89.

Фазовый анализ образцов с покрытием проводился с использованием рентгеновского дифракционного анализатора R1GACO и указал на наличие в МДО покрытии в основном оксида алюминия, а также силикатов магния и алюминия. Химический анализ, выполненный на сканирующем электронном микроскопе, также указал на то, что поверхностные слои МДО покрытия состоят преимущественно из оксида алюминия.

Для определения эксплуатационных свойств МДО покрытий были разработаны оригинальные методики и проведены исследования образцов: на циклическое сжатие, в условиях усталостного нагружения; на износ, в условиях термоциклического нагружения; на коррозионную стойкость. Таким образом, предложенный комплекс методик позволил смоделировать практически все виды воздействия, которые приходится испытывать рабочим поверхностям форм для Литья пластмасс под давлением.

Для испытания образцов с МДО покрытием на циклическое сжатие было разработано специальное приспособление, моделирующее на образце нагрузку на зону контакта. Форма и размеры образца были взяты такими же, какие использовались при конечно-элементном анализе. Для реализации циклического сжатия была использована универсальная электрогидравлическая машина MTS SYSTEM CORP (США), установленная в МАИ. Для измерения величин остаточной деформации использовалась механическая контактная профйлометрия, реализованная на базе контактного профилометра модели 201 АО "Калибр".

Испытания проводились при синусоидальной нагрузке на площадь контакта образца »9,29 см2 с амплитудой: от 7-103 кг и 30-103 кг - верхнее значение нагрузки, до 125 кг и 250 кг - нижнее значение нагрузки. Рабочая частота - 10-11 гц, общее число циклов - 105. Для усложнения испытаний, приближения его к реальным условиям эксплуатации и с целью уменьшения предела текучести Go,2 материала образцов, последние с нанесенным МДО покрытием были подвергнуты термообработке в воздушной печи при температуре 180°С в течение 100 часов. Это позволило уменьшить предел текучести Go,2 материала образцов из А1-89 на 65%.

Осмотр и измерения поверхности образцов, как после каждых 104 циклов, так и окончательно после 105 циклов не выявил каких-либо изменений в его размерах, и размерах кромки, что позволило сделать вывод о том, что циклическое сжатие в заданном диапазоне нагрузок не является причиной изменения формы внутренней кромки.

Усталостные исследования на изгиб, на многоцикловую усталостную прочность проводились на экспериментальной установке ЭД-100М, разработанной в МАИ. Схема функционирования и градуировки установки и результаты исследований представлены на рис.6, 7 соответственно.

Испытания образцов с покрытием проводились при постоянном уровне циклического нагружения с амплитудой равной 150 МПа на воздухе при температуре 20°С. Исходная частота колебаний образцов составила 30 Гц и 29,75 Гц. По мере развития усталостной трещины жесткость образца уменьшалась, что приводило к снижению частоты колебаний образцов. Испытания останавливались при уменьшении частоты колебаний образцов до 27 Гц. Было установлено, что в образцах С покрытием почти полностью

отсутствует период зарождения трещины. Фрактографический анализ образцов показал, что развитие усталостных трещин начинается у всех образцов с их поверхности, но отслоение покрытия в процессе усталостных испытаний не наблюдалось ни у одного образца.

1-образец; 2-инерцножш масса; З-коромысло, 4-вибра-тор; 5 - лазер; б - экран; 7 - зеркало; а и Ь - точки максимального смешения луча лазера; 5-смешение луча лазера

Рис.6

N. 10 циклов 60

Долговечность

47,

24

Зарождение трещины

©

Развитие трещины

(¡8)

Исходные |-]

образцы 1_I

Рис.7

Образцы с покрытием

га

Износостойкость МДО покрытий оценивалась с использованием машины трения и износа по схеме циклического испытания блока: плита-кольцо. Блок нагружался усилием 45 кг в течение 10 сек и затем разгружался до 4,54 кг на 10 сек. Эта процедура повторялась 100 раз, что занимало примерно 1 час времени испытаний, при этом стальное кольцо из стали Р-20, с которым соприкасалась плита, вращалось с частотой 20 об/мин. Результаты испытаний представлены на рис.8.

350 ЗОО

5 юо

.■1.

ЖХЛЛ. ЖЖт

о

=

Г =

* Ь 2 ^

23

Ой ой -о — о о

+ с + с А = Эо £о «о .

2ч о <2 <2 - "

О

2 Е

ю + с

- - -о

О

02

1 £ 2 з

!£ О

¥ 5

-О -О -О 22 ^2 22

Рис.8

Из опыта эксплуатации литейных форм известно, что после 500.000 циклов характерный износ для матрицы формы из стали Р20 составляет

6 150

0

около 0,025 мм, поэтому начальные испытания на образце стали Р20 проводились до появления после циклического нагружения пятна износа размером около 0,025 мм. После численного определения износа на стальной матрице, схожие испытания были проведены для алюминиевых образцов. Обработанные МДО образцы из алюминиевых сплавов показали более чем в 3 раза большую износостойкость по сравнению со сталью Р-20.

Для проведения термоциклических испытаний образцов из алюминиевых сплавов с МДО покрытиями была разработана специальная установка на базе промышленного робота ПР5-2Э, в схвате которого закреплялся образец с покрытием (диск 035 мм, толщиной 6 мм). Манипулятор робота вводил образец в нагревательное устройство, состоящее из 6-ти кварцевых ламп КГ-300-30, и при извлечении из нагревателя образец охлаждался обдувом с двух сторон вентилятором. С помощью микроконтроллера МПК-1 робота можно было построить любую циклограмму испытаний. Было испытано 4 образца, общее число циклов 105. Контроль состояния МДО покрытия проводился через определенное количество циклов (обычно 104) путем измерения его твердости с последующим визуальным осмотром зоны взаимодействия пирамиды с покрытием под микроскопом. Испытания показали, что в условиях, приближенных по времени и температуре к реальным, покрытие можно считать термостойким до 105 циклов.

Для контроля защитных свойств МДО покрытий на поверхность образца с покрытием наносились 2-4 капли раствора (кислота НС1 плотностью 1,19 г/см3 в количестве 250 г/дм3 + калий двухромово-кислый -30 г/дм3) и отслеживалось изменение цвета капли от оранжевого (цвет испытательного раствора) до зеленого. Время достижения каплей зеленого цвета считается количественной оценкой ^тонкости покрытия. Для образца из А1-89 с толщиной базового слоя равной ~50 мкм было получено время коррозионной (химической) стойкости МДО покрытия - 1Ó2 минуты, что в два раза больше, чем для образца из высокопрочного алюминиевого сплава после обычного оксидирования (анодирования).

Пятая глава посвящена разработке оборудования технологического процесса МДО и практической реализации работы. Созданная опытно-промышленная автоматизированная установка МДО с управлением от ЭВМ позволила обеспечить: проведение экспериментов по исследованию влияния параметров установки на характеристики получаемого покрытия; отработку технологического процесса с управлением основными параметрами МДО установки с целью получения стабильных характеристик покрытия; стабильность технологических параметров при изготовлении опытных образцов и мелких серий деталей; хранение данных о параметрах

технологического процесса для последующей обработки (получение протокола, обработки в электронных таблицах, анализ статистики и т.п.).

Система управления созданной установки МДО предусматривает работу в трех режимах:

1) Ручной режим, когда компьютерные средства управления не задействованы и управление технологическим процессом проводится оператором при помощи органов ручного управления

2) Диалоговый режим управления через ЭВМ, когда оператор управляет процессом с экрана дисплея, наблюдая на нем за изменением режимов. В процессе управления осуществляется автоматическая регистрация режимов технологического процесса в протокол с заданной периодичностью.

3) Автоматический режим управления от ЭВМ, когда изменение параметров процесса осуществляется по заранее разработанной программе с заданной точностью стабилизации и контролем параметров. Регистрация параметров процесса - также автоматическая.

Ядром управляющего комплекса служит главный компьютер - машина класса Пентиум-100, работающая в среде Windows 95. Она связана с контроллером SLC-500 фирмы Allen-Bradley, США,

В контроллере SLC-500 функционирует управляющая программа "МАОТЕМП", которая осуществляет сбор данных с датчиков установки и управление исполнительными механизмами. В этой программе реализована серверная часть протокола обмена для взаимодействия с программными компонентами PC.

Протокол обмена был специально разработан для обмена данными между PC и SLC-500. Реализован этот протокол как в программном обеспечении контроллера (МАОТЕМП), так и в программном обеспечении компьютера (программы МАО.ЕХЕ и ТЕХТ.ЕХЕ).

Программа ТЕХТ.ЕХЕ является консольным (т.е. работающим в текстовом режиме) приложением Windows 95 и позволяет осуществлять "непосредственное" взаимодействие с периферийным оборудованием установки МДО. Она существует только для отладочных целей и в основном цикле управления технологическим процессом не принимает участия. Программа МАО.ЕХЕ является основной компонентой программного обеспечения управления установкой, она написана на языке С++ в среде разработки Microsoft Visual С++ v.4.2. Она работает на главном компьютере и с ее помощью осуществляется два режима работы: диалоговое и автоматическое управление.

В диалоговом режиме работы оператор, используя диалог "Manual Control" управляет поведением МДО установки с экрана PC. В этом режиме программа ведет протокол работы (начиная с момента включения установки),

отрабатывает команды оператора по изменению управляющих воздействий на установку и контролирует аварийные ситуации на установке.

В автоматическом режиме после включения тумблера "Power" на установке, программа осуществляет регулирование, указанных в текстовом управляющем файле, параметров МДО установки. Во время ее работы осуществляется два практически не зависящих друг от друга алгоритма управления: регулирование основного параметра управления по заданному закону по времени; поддержание температуры электролита в указанных пределах.

Созданная опытно-промышленная, автоматизированная МДО установка, электрической мощностью 10 кВт, реализующая по сравнению с исследовательскими установками целый ряд преимуществ, указанных выше, была смонтирована на площадях фирмы Visteon Automotive, Ford Motor Company, США и запущена в эксплуатацию в опытном и мелкосерийном производстве.

Для проверки работоспособности керамических покрытий на контактных поверхностях реальной литейной формы была выбрана вставка, состоящая из пуансона и матрицы, изготовленная из сплава А1-89. На область кромок на опытно-промышленной установке МДО на оптимальном режиме было нанесено покрытие с защитой (маскированием) поверхностей, не подлежащих оксидированию.

Испытания были проведены в составе инжекционной формы № 72.37А на литейной машине (термопластавтомате) марки "Toshiba". В качестве пластмассы использовался прозрачный поликарбонат марки "GE Lexan" с максимальной температурой расплава 270°С, максимальным давлением впрыска ~32 МПа и силой запирания ~80 тонн. Длительность литейного цикла составляла 30 с. Испытания подтвердили хорошую работоспособность сформированного МДО покрытия на контактной области вставки в течение 105 циклов, заданных техническими требованиями.

3. Основные выводы

1. На основании анализа перспектив использования форм из алюминиевых сплавов для переработки пластмасс и резин в производстве ДЛА и технологической оснастки показана техническая и экономическая целесообразность применения для защиты рабочих поверхностей форм из высокопрочных алюминиевых сплавов технологического процесса микродугового оксидирования.

2. С привлечением методов Mold Flow Análisis и Final Element Análisis проведено исследование теплового, силового и напряженно-деформированного состояния рабочих поверхностей форм для литья

пластмасс под давлением, изучены причины их 'разрушения, что позволило выделить наиболее ответственные поверхности, подвергаемые МДО, и сформулировать технические требования к МДО покрытиям.

3. Исследования физико-механических характеристик новых высокопрочных, деформируемых алюминиевых сплавов М-1, QC-7 и А1-89, их МДО обрабатываемости и анализ полученных МДО покрытий показали преимущество сплава Alumec-89 для изготовления форм.

4. С использованием факторного эксперимента и планирования на симплексе получены зависимости выбранных параметров оптимизации от режимов процесса МДО (плотности тока, времени оксидирования, температуры электролита и состава электролита). Получены регрессионные математические модели для скорости роста, количества электричества, микротвердости и пробивного напряжения МДО покрытия на сплаве А1-89. С учетом анализа реализованного симплекс-центроидного плана эксперимента определен оптимальный состав электролита. Определены оптимальные значения режимов получения МДО покрытия на сплаве А1-89.

5. Разработанные методики определения механических и физико-химических свойств оксидных покрытий позволили получить на выбранном сплаве А1-89 следующие характеристики МДО покрытий: толщина суммарная (базового слоя) - до 200 мкм; твердость - до 75 HRT; микротвердость - HVo., = 1370 кг/см2; адгезия - до 630 кг/см2; пробойное напряжение - до 1000 В.

6. Созданное оборудование и методики исследования эксплуатационных свойств МДО покрытий позволили определить, что: при циклическом сжатии с частотой -10 Гц и давлением до 1500 кг/см2 и выше используемый образец с покрытием выдержал 105 циклов без каких-либо следов деформации и разрушения; МДО покрытие выдержало в течение 105 циклов изменение температуры образца от 215°С до 80°С; износостойкость образцов с МДО покрытием в 6 раз выше, чем у основного алюминиевого сплава и в 2 раза выше, чем у традиционно используемой инструментальной стали Р20, коррозионная стойкость (химическая коррозия в кислоте НС1) составила 102 минуты.

7. На основании проведенных исследований разработан типовой технологический процесс получения МДО покрытий и внедрены на предприятиях США Visteon Automotive Ford Motor Company, США и Venture Industries Corporation, США:

- опытно-промышленная автоматизированная установка МДО мощностью 10 кВт, обеспечивающая микродуговое оксидирование образцов и

деталей площадью до 4 дм2 в ручном, диалоговом и автоматическом I режимах при управлении от PC; - МДО покрытие на вставке промышленной инжекционной формы для литья пластмасс под давлением и проведены ее испытания в реальном литейном цикле с общим числом циклов 105.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Прусс Е.М. "Оценка и моделирование напряжений и деформаций в элементах форм для литья под давлением". Материалы Международной научно-практической конференции "Автомобиль и техносфера-99", Казань, 1999, с.123-125.

2. Лесневский Л.Н., ПруссЕ.М., Трошин А.Е., Тюрин В.Н., Черновский М.Н. "Исследование и разработка метода определения адгезии покрытий, полученных микродуговым оксидированием на алюминиевых сплавах". Препринт 99П1, Казань, изд-во КГТУ, 1999, 20 с.

' 3. Лесневский Л.Н., Прусс Е.М., Тюрин В.Н., Черновский М.Н. "Механические характеристики и химический состав алюминиевых сплавов Alpase М-1, QC-7 и Alumec-99 и выбор оптимального сплава для исследований по микродуговому оксидирования (МДО)". Московский государственный авиационный институт, М., 1999, с. 21. Деп. в ВИНИТИ, 03.12.99, №3600-В99.

4. Лесневский Л.Н., Прусс Е.М., Трошин А.Е., Тюрин В.Н., Черновский М.Н. "Выбор методик, разработка и реализация испытаний образцов с МДО покрытиями: толщина, твердость, микротвердость, износ и трение". Московский государственный авиационный институт, М., 1999, с. 31. Деп. в ВИНИТИ, 03.12.99, № 3599-В99.

5. Лесневский Л.Н., ПруссЕ.М., Трошин А.Е. "Выбор и разработка оборудования для испытания образцов с МДО покрытиями на циклическое сжатие". Московский государственный авиационный институт, М., 1999, с. 28. Деп. в ВИНИТИ, 03.12.99, № 3598-В99.

6. Лесневский Л.Н., Прусс Е.М., Ушаков A.M. "Выбор и разработка оборудования для термоциклических испытаний образцов с МДО покрытиями". Московский государственный авиационный институт, М., 1999, с. 13. Деп. в ВИНИТИ, 03.12.99, № 3597-В99.

7. Лесневский Л.Н., ПруссЕ.М. "Анализ и оценка перспектив использования алюминиевых сплавов при изготовлении форм для переработки пластмасс и резин". Вестник КГТУ им.Туполева № 2, 2000.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБОСНОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ФОРМ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ДЛА И ЛА.

1.1. Анализ и оценка перспектив использования алюминиевых сплавов для изготовления форм.

1.2. Обоснование и выбор метода МДО для повышения стойкости и ресурса рабочих поверхностей форм.

2. АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕ.

2.1. Анализ динамики изменения давления и температуры пластмассы в полости формы.

2.2. Напряжения и деформации основных элементов форм в литейном цикле.

2.3. Конечно-элементный анализ модельного образца.

2.4. Анализ причин разрушения литейных форм.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ МЕТОДА МДО ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВЫСОКОПРОЧНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА.

3.1. Состав экспериментальной установки и средства измерения.

3.2. Обрабатываемость методом МДО высокопрочных авиационных алюминиевых сплавов и обоснованный выбор сплава.

3.2.1. Анализ химического состава и механических характеристик алюминиевых сплавов А1разе М-1, (±С-7 и А1цтес-89.

3.2.2 Влияние химического состава алюминиевых сплавов на их

МДО обрабатываемость.

3.2.3. Исследование возможности микродугового оксидирования сплавов А1разе М-1, (±С-7 и А1ишес-89.

3.2.4. Обоснование выбора алюминиевого сплава А1ишес-89.

3.3. Определение оптимального режима процесса МДО для сплава А1-89.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ МДО ПОКРЫТИЙ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ В ПРОИЗВОДСТВЕ ДЛА И ЛА.

4.1. Методики определения физико-химических свойств покрытий.

4.2. Результаты исследования и анализа физических и химических свойств покрытий.

4.3. Оборудование, методики и результаты исследования эксплуатационных свойств покрытий.

4.3 .1. Исследование образцов с МДО покрытиями на циклическое сжатие.

4.3.2. Методика исследований и результаты испытаний МДО покрытий в условиях усталостного нагружения.

4.3.3. Износостойкость покрытий, полученных методом МДО.

4.3.4. Разработка оборудования и результаты термоциклических испытаний.

4.3.5. Методика и контроль защитных свойств покрытий.

5. РАЗРАБОТКА ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

МДО И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

5.1. Разработка и изготовление опытно-промышленной установки МДО.

5.2. Разработка технологического процесса МДО алюминиевой вставки инжекционной формы и результаты ее испытаний.

Дальнейшее повышение эффективности работы деталей агрегатов двигателей летательных аппаратов (ДЛА) и летательных аппаратов (ЛА), а также технологической оснастки, используемой при их изготовлении, связано, как правило, с повышением температуры и усилением агрессивности рабочей среды, рабочего процесса. Кроме того, необходимо обеспечить требуемую износостойкость и эрозионную стойкость деталей ДЛА и технологической» оснастки, подвергающихся механическому, абразивному и эрозионному износу в процессе эксплуатации.

Одной из наиболее распространенных причин выхода деталей и сборочных единиц ДЛА и ЛА из строя является не поломка, а износ и повреждение рабочих поверхностей. Применяя покрытия с заданными свойствами можно решить вопросы повышения износостойкости, коррозионной и эрозионной стойкости элементов конструкций ДЛА ЛА и технологической оснастки для их производства.

Одним из главных вопросов технологии машиностроения является учение о детали и технологических процессах ее изготовления с заданными размерами и взаимным положением поверхностей, а также требуемыми свойствами поверхностного слоя. Поэтому в настоящее время, опираясь на разработки новых технологических процессов, на первый план при проектировании и изготовлении деталей ДЛА и элементов технологической оснастки выдвигаются вопросы формирования и исследования поверхностного слоя с использованием новых способов их формирования. В большинстве случаев, именно поверхностный слой деталей ДЛА и элементов технологической оснастки определяет эффективность протекания рабочих процессов в двигателях и энергоустановках и технологических процессов в технологических реакторах и камерах, в литьевых формах, в прессформах и др. Все больше деталей проектируется с переменными свойствами по сечению, когда требуемыми оптимальными свойствами для протекания рабочего или технологического процесса обладает только поверхностный слой.

В технологии производства ДЛА, ЛА и технологической оснастки все технологические процессы обеспечения заданных физико-химических и эксплуатационных свойств поверхностных слоев деталей можно разделить на две большие группы:

- формирование заданных свойств непосредственно в поверхностном слое (закалка, диффузное насыщение поверхностного слоя, ионная имплантация и пр.);

- нанесение покрытий, защитных пленок с заданными свойствами.

Перспективным методом нанесения керамико-подобных покрытий с заданными свойствами на авиационные металлы "вентильной" группы (А1, 14, ЫЬ и др.) является метод микродугового оксидирования (МДО), позволяющий одновременно в одном технологическом процессе получить заданные свойства, как в поверхностном слое детали (образца), так и в сформированном покрытии.

В производстве ДЛА, ЛА и технологической оснастки их производства покрытия находят самое широкое применение. Традиционно используемыми методами нанесения коррозионно-и износостойких покрытий являются гальванический и химический методы. Так для деталей из высокопрочных сталей широко применяется гальваническое кадмирование и цинкование.

Для повышения коррозионно-и износостойкости алюминиевых сплавов (корпуса, фланцы, клапаны, крыльчатки, пуансоны и матрицы форм для литья и прессования) традиционно используется химическое оксидирование и электрохимическое оксидирование (анодирование). Однако в процессе развития и исследования анодирования было обнаружено, что окисная пленка на аноде может образовываться при довольно широком варьировании напряжений на ванне, в том числе и напряжений, превышающих напряжения искрового режима, переходящего в дуговой или микродуговой. Так возник перспективный способ, получивший название микродугового оксидирования (МДО).

Этот метод позволяет получить на поверхности, в частности, деталей из алюминиевых сплавов композиционный упрочненный слой, характеризующийся повышенными механическими и износостойкими характеристиками. Если ресурс рабочих поверхностей деталей агрегатов ДЛА и технологической оснастки можно увеличить за счет использования покрытий МДО, то использование алюминиевых сплавов позволит значительно снизить трудоемкость изготовления этих деталей и уменьшить их стоимость. Хорошие результаты от применения МДО можно ожидать при изготовлении форм для литья термопластов и прессования реактопластов, для прессования резинотехнических изделий, для изготовления литьевых моделей в производстве ДЛА.

Пока же, несмотря на перспективность, широкого практического применения в технологии изготовления форм процесс МДО не нашел. Это объясняется несколькими основными причинами.

Во-первых, недостаточно изучены и систематизированы процессы, протекающие при микродуговом оксидировании высокопрочных, деформируемых алюминиевых сплавов, являющихся перспективными для изготовления технологических форм.

Во-вторых, не разработаны оптимальные технологии МДО обработки деталей форм, изготавливаемых из новых деформируемых алюминиевых сплавов, и не проведены исследования свойств МДО покрытий для этих сплавов, которые могли бы доказать эффективность новых технологических процессов МДО обработки.

В-третьих, не создано специализированное автоматизированное и надежное оборудование для реализации МДО процесса. Причем решение последней проблемы тесно связано с решением первых двух.

В связи с этим актуальность темы настоящей работы определяется разработкой методик комплексного, всестороннего исследования покрытий, формируемых МДО на новых высокопрочных алюминиевых сплавах для рабочих поверхностей форм. Другими важными аспектами актуальности является необходимость разработки технологий обработки МДО новых высокопрочных алюминиевых сплавов и создание промышленно-экспериментальной автоматизированной установки МДО.

Цель настоящего исследования: разработка и исследование метода МДО получения покрытий на новых высокопрочных деформируемых сплавах, которые используются при изготовлении форм; для повышения износостойкости наиболее напряженных элементов форм.

В соответствии с этим для реализации поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1.) анализ и оценка перспектив использования форм из алюминиевых сплавов и, в частности, для литья пластмасс под давлением;

2.) анализ возможностей метода МДО для повышения стойкости и ресурса рабочих поверхностей литьевых форм;

3.) обоснование и выбор конкретной марки нового высокопрочного деформируемого алюминиевого сплава и оптимальных режимов его упрочнения методом МДО;

4.) исследование геометрических и физико-химических параметров и свойств оптимальных покрытий, полученных МДО на выбранном алюминиевом сплаве;

5.) исследование эксплуатационных характеристик покрытий, полученных МДО: термостойкость, циклическое сжатие, изгиб, износостойкость;

6.) разработка и изготовление автоматизированной опытно-промышленной установки МДО;

7.) разработка и реализация опытного технологического процесса МДО применительно к высокопрочным алюминиевым сплавам форм, используемых в переработке пластмасс и резин.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

1К - катодный импульс тока, А

1а - анодный импульс тока, А

НУ200, Ни - микротвердость, кг/ мм2

I - интенсивность изнашивания, мм/м

Р - давление в полости формы, МПа (кг/см2)

Т - температура, °С

Ь - времена процессов, мин (час)

V - объем усадки пластмассы, см3/г

С, - жесткость узлов запирания формы, кг/см

СууЪ Си - жесткость половин формы, кг/см

Ь - длина деформируемых элементов, см

Ек - усилие запирания, кг

Рр - усилие от давления внутри формы, кг

А1 - деформация линейных элементов формы, см

Ар - проецируемая площадь детали, см2 у

8К - контактная поверхность формы, см

Гь Тг, f - суммарная деформация элементов формы, см

N - количество циклов испытаний (работы), шт иа - анодное напряжение, В ик - катодное напряжение, В

Ье, Ь - толщина покрытия, мкм

Е - модуль упругости, кг/см

Ств - предел прочности, кг/см2

СТод - предел текучести, кг/см

8 - относительное удлинение, %

Ат - прирост массы образца, г

Сяагяюз, Скон - концентрация составляющих раствора, г/л

- плотность тока, А/дм2 иВг - напряжение пробоя, В

Чьаве» 42 - количество электричества через покрытие, К

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

На основании проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

1. На основании анализа перспектив использования форм из алюминиевых сплавов для переработки пластмасс и резин в производстве ДЛА и технологической оснастки показана техническая и экономическая целесообразность применения для защиты рабочих поверхностей форм из высокопрочных алюминиевых сплавов технологического процесса микродугового оксидирования.

2. С привлечением методов Mold Flow Análisis и Final Element Análisis проведено исследование теплового, силового и напряженно-деформированного состояния рабочих поверхностей форм для литья пластмасс под давлением, изучены причины их разрушения, что позволило выделить наиболее ответственные поверхности, подвергаемые МДО, и сформулировать технические требования к МДО покрытиям.

3. Исследования физико-механических характеристик новых высокопрочных, деформируемых алюминиевых сплавов М-1, QC-7 и А1-89, их МДО обрабатываемости и анализ полученных МДО покрытий показали преимущество сплава Alumec-89 для изготовления форм.

4. С использованием факторного эксперимента и планирования на симплексе получены зависимости выбранных параметров оптимизации от режимов процесса МДО (плотности тока, времени оксидирования, температуры электролита и состава электролита). Получены регрессионные математические модели для скорости роста, количества электричества, микротвердости и пробивного напряжения МДО покрытия на сплаве А1-89, с учетом анализа реализованного симплекс-центроидного плана эксперимента определен оптимальный состав электролита. Определены оптимальные значения режимов получения МДО покрытия на сплаве А1-89.

5. Разработанные методики определения механических и физико-химических свойств оксидных покрытий позволили получить на выбранном сплаве А1-89 следующие наилучшие характеристики МДО покрытий:

- толщина суммарная (базового слоя) - до 200 мкм;

- твердость - до 75 HRT микротвердость - HVo,i = 1370 кг/см2

- адгезия - до 630 кг/см2

- пробойное напряжение - до 1000 В.

163

6. Созданное оборудование и методики исследования эксплуатационных свойств МДО покрытий позволили определить, что: при циклическом сжатии с частотой ~10 Гц и давлением до 1500 кг/см2 и выше используемый образец с покрытием выдержал 105 циклов без каких-либо следов деформации и разрушения;

- хотя при циклическом нагружении на изгиб с амплитудой равной 150 МПа период общей долговечности у образцов с покрытием в два раза меньше, чем у исходных образцов, однако отслаивания МДО покрытия от основного материала в процессе усталостного нагружения не наблюдается;

- МДО покрытие выдержало в течение 105 циклов изменение температуры образца от 215°С до 80°С;

- износостойкость образцов с МДО покрытием в 6 раз выше, чем у основного алюминиевого сплава и в 2 раза выше, чем у инструментальной стали Р20, традиционно используемой в американской промышленности; коррозионная стойкость (химическая коррозия в кислоте НС1) составила 102 минуты.

7. На основании проведенных исследований разработан типовой технологический процесс получения МДО покрытий и внедрены на предприятиях США Visteon Automotive Ford Motor Company, США и Venture Industries Corporation, США:

- опытно-промышленная установка МДО мощностью 10 кВт, обеспечивающая микродуговое оксидирование образцов и деталей площадью до 4 дм в ручном, диалоговом и автоматическом режимах при управлении от PC;

- МДО покрытие на вставке промышленной инжекционной формы для литья пластмасс под давлением и проведены их испытания в реальном литейном цикле на термопластавтомате "Toshiba" с общим числом циклов 105.

1. Plastics: Components, Processes and Technology, SAE, SP-1410, 1999. 131 p.

2. Раковский B.C., Райтбарг JI.X., Роттенберг Н.Д., Геллис М.Я. Авиационные материалы и их обработка., М., Машиностроение, 1979. 34 с.

3. Шпак Т.С. Неметаллические материалы в авиастроении. Пластмассы, Куйбышев, КуАИ, 1969. 98 с.

4. Лепетов В. А. Резиновые технические изделия, Л., Химия, 1976. 440 с.

5. Резниченко В.И., Хомич В.И. Применение композиционных материалов, М., ЦРДЗ, НВЦ Источник, 1992. 238 с.

6. Буланов И.М., Воробей В.В. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов, М., МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1998. 516 с.

7. Plastics: Components Processes and Technology, SAE, SP-1340, 1998. 232 p.

8. New Plastics Application for the Automotive Industry, SAE, SP-1253, 1997. 178 p.

9. Injection Molding of Plastic Components. A Guide to Efficiency, Fault Diagnosis and Cure Book Company Limited, UK, 1968. 167 p.

10. Menges. Mohren. How to Make Injection Molds. Hauser Publishers, Munich Vienna New York, USA, 1986. 385 p.

11. Технологическая оснастка для переработки термопластов. Отраслевой каталог, М. ЦНИИТЭстроймаш, 1983. 384 с.

12. Drink Н. Increasing Rationalization Reserves by Methodical Analysis of Weaknesses. .Text of Lecture 7th Plastics Engineering Colloquium 20th and 21st March, 1974. 47 p.

13. Стамубргский E.A., Бейль А.И., Карливан В.П., Беспалов Ю.А. Износ оборудования при переработке пластмасс М., Химия, 1985. 208 с.

14. Handbook of Plastic Materials and Technology. Edited by Irvin I. Rubin, Robinson Plastic Corporation, A Wiley-Interscience Publication John Wiley&Sons, Inc., New York, 1990. P. 1393-1399.

15. Marten H. Cast Non-ferrous Metal Molds. Applied Non-Ferrous Metal-Applied Casting (G), VDI Bildungswerk BW 2197, 1979. p. 75.

16. Automotive Components Division Tooling: Calendar Jear Spending. Report № 71-96 Ford Motor Company, USA, 1996. 15 p.

17. Технология самолетостроения. Под ред. проф. А.Л. Абибова, М., Машиностроение, 1970. 600 с.

18. Шрейдер А.В. Оксидирование алюминия и его сплавов. М., Метллургиздат, 1960. 220 с.

19. Aluminum. Properties and Physical Metallurgy. Edited by John E.Hatch. American Society for Metals, 1984. 422 p.

20. Грилихес С.Я. Оксидные и фосфатные покрытия металлов J1., Машиностроение, 1978. 104 с.

21. Беленький М.А., Иванов А.Ф. Электроосаждение металлических покрытий. Справочник, Металлургия, М., 1985. 288 с.

22. The Anodizing of Aluminum. Report from the Material Business File Database N D613GB. Innovator's Direct, FL, USA, 1996. 250 p.

23. Аверьянов E.E. Справочник по анодированию, M., Машиностроение, 1988. 224 с.

24. Черненко В.И., Снежко JI.A., Папанова И.И, Литовченко К.И. Теория и технология анодных процессов при высоких напряжениях, Киев, Наукова Думка, 1995. 198 с.

25. Ямпольсский A.M., Ильин В.А. Краткий справочник гальванотехника, Л., Машиностроение, 1981. 272 с.

26. Henley V.F. Anodic Oxidation of Aliminium and its Alloys. Peregamon Press Ltd., USA, 1992. 152 p.

27. Colombini C. The use of Pulse Rectifiers in Anodising and Plating Metal Finishing, № 5, 1992. p. 31-36.

28. Томашов Н.Д., Тюкина M.H., Заливалов Ф.П. Толстослойное анодирование алюминия и его сплавов, М., Машиностроение, 1968. 156 с.

29. O'Hanlon J.F. Plasma Anodization of Metals and Semiconductors. J. Vac. Sci. And Technol., v. 7, № 2, 1970. p. 330-338.

30. Аверьянов E.E. Плазменное анодирование в радиоэлектронике, М., Радио и связь, 1983. 80 с.

31. Alwitt R.S., Vijh A.V. Sparking voltages observed on anodization of some valve metals// J. Electorchem Soc, v 116, № 5, 1969. p. 388-390.

32. Vijh A.K. Sparkling voltages and side reactions during anodization of valve metals in terms of electron tunneling. Corrosion Sci. v. 11, № 6, 1971. p. 411-417.

33. Малиненко В.П. ОдынецЛ.Л., Чекмасова C.C., Ханина Е.Я. Электропроводность систем металл-окисел-электролит. Электрохимия т. 7, № 12, 1971. с. 1946-1848.

34. Баковец В.В., Поляков О.В., Долговесова И.П. Плазменно-электролитическая анодная обработка металлов. Новосибирск, Наука, Сибирское Отделение РАН, 1991. 168 с.

35. Марков Г.А., Маркова Г.В. Авторское свидетельство № 526960. Бюллетень изобретений и открытий, 32, 1976. с. 163.

36. Николаев А.В., Марков Г.В., Пещевицкий Б.Н. Новое явление в электролизе. Известия СО АН СССР, Серия химических наук, вып. 5, № 12, 1977. с. 32-33.

37. Федоров В.А., Великосельская Н.Д. Физико-механические характеристики упрочненного поверхностного слоя на сплавах алюминия, полученного при микродуговом оксидировании. Физика и химия обработки материалов. № 4, 1990. с. 57-62.

38. Федоров В.А., Великосельская Н.Д. Влияние микродугового оксидирования на износостойкость алюминиевых сплавов. Трение и износ, том 10, № 3, 1989 г. с.521-524.

39. Кан А.Г., Максутов Р.А., Федоров В.А. Поверхностное упрочнение деталей из легких сплавов на основе процесса микродугового оксидирования. Известия вузов. Нефть и газ т. 31, №2, 1989. с. 28-40.

40. Timoshenko A.V., Opara В.К., Kovalev A.F. Microarc oxidation of D16T alloy with alternating current in ab alkali electrolyte. Zashita Metallov, v. 27, № 3, May-Jun 1991. p. 417-424.

41. Wirtz G.P, Brown S.D., KrivenW.M., Ceramic Coatings by Anodic Spark Deposition. Materials & Manufacturing Processes. 6(1), 1991. p. 87-115.

42. Марков Г.А., Терлеева О.П., Шуленко E.JI. Электрохимическое окисление алюминия при катодной поляризации. Изв. СО АН СССР Серю Химические науки, Т 7, 1983. с. 31-34.

43. Марков Г.А., Шулейко Е.К., Жуков М.Ф., Пещевицкий Б.П, Способ анодирования металлов и их сплавов. Бюллетень изобретений, № 7, 1982. с. 4.

44. Федоров В.А., Белозеров В.В., Великосельская Н.Д, Булычев С.П. Состав и структура упрочненного поверхностного слоя на сплавах алюминия, получаемого при микродуговом оксидировании. Физика и химия обработки материалов, № 4, 1988. с. 92-97.

45. Elbe W., Stitz S„ Wubken G. Injection Molding of Plastomers II (G), Practice at IKV, 1978.

46. Калинчев Э.Л., Калинчева Е.И., Саковцева М.Б. Оборудование для литья пластмасс под давлением. Расчет и конструирование, М., Машиностроение, 1985.

47. Gilmore G.D., Spenser R.S. Photographic Study of the Polymer Cycle in Injection Molding Plastics, April 1951. p. 117.

48. Видгоф Н.Б. Основы конструирования литьевых форм для термопластов М. Машиностроение, 1979. 264 с.

49. Application of Mold Filling and Cooling Analysis, Society of Manufacturing Engineers, Oak Brook, Illinois, USA, 1994. 178 p.

50. Бернхардт Э. Переработка термопластических материалов М., Госхимиздат, 1962. 748 с.

51. Мак-Келви Д.М. Переработка полимеров М., Химия, 1975. 442 с.

52. Doring Е., Schurmann Е. Thermal and Mechanical Design of Injection Molds (G), Internal Report of IK V Aachen, 1979.

53. Lakzkovich H. Molds for Plastics Processing Made by Sand-Casting (G), VDI-Verlag GmbH, Dusseldorf, 1976. p. 15.

54. Горюнов И.И. Пресс-формы для литья под давлением. Справочное пособие. JI, Машиностроение, 1973. 256 с. ' ' •

55. Стамбургский Е.А., Бейль А.И., Каливан В.П., Беспалов Ю.А. Износ оборудования при переработке пластмасс. М., Химия, 1985. 208 с.

56. ANSYS Structural Non Linearities User's, Guide for Revision 5.1 ANSYS Corp., v. II, 1995. p. 13-1-13-69.

57. Mark's Standard Hand Book for Mechanical Engineers, 10-th Edition McGraw - Hill, 1997. 923 p.

58. Mechanical Engineering Design, 5-th Edition McGraw - Hill, 1989. p. 243-246.

59. Weakley Sh, ZaluzecM. Surface Hardening of Aluminium Moulds Using Micro-Arc Oxidation, Technical Report, Manufacturing and Materials Research Laboratory, Ford Motor Company, 1996. 19 p.

60. Солнцев C.C. Защитные технологические покрытия и тугоплавкие эмали. М., Машиностроение, 1984. 256 с.

61. Демиденко JI.M. Высокоогнеупорные композиционные покрытия. М., Металлургия, 1979.216 с.

62. Кинджерн В.Д. Измерения при высоких температурах. Пер. с англ. М., Металлургиздат, 1963. 466 с.

63. Buessem W.R., Bush Е. J. Amer. Ceram. Soc. V. 38, № 1, 1955. p. 27-32.

64. Designing plastic injection molds. Society of Manufacturing Engineers (SME), USA, 1994. 260 p.

65. Kuzze P., Krysmann W„ Marx G., Wiss Z. Techn. Hochsch. (Karl-Marx-Stadt), v. 24, № 6, 1982. p. 665-670.

66. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. JI., Машиностроение, 1980. 494 с.

67. Адлер Ю.П., Марков Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М., Наука, 1976. 279 с.

68. Монтгомери Д.К. Планирование эксперимента и анализ данных. Л., Судостроение, 1980.

69. Новик Ф.С. Планирование эксперимента на симплекс при изучении металлических систем, М., Металлургия, 1985.

70. Non-conductive coatings on njn magnetic basic metals. Measurement of coating thickness. Eddy current method. ISO 2360, 1982.

71. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля. ГОСТ 9.302-88.

72. Metallic and related coatings. Vickers and Knoop microhardness tests. ISO 4516, 1980.

73. Измерение твердости материалов. ГОСТ 22975-78.

74. Методы определения электрической прочности при переменном (частота 50 Гц) и постоянном напряжении. ГОСТ 6433.3-71.

75. Statgraphics Plus, Experimental Design, Manugistics, Inc, 1995. 210 p.

76. Метод испытания на сжатие. ГОСТ 25.503-80.

77. Метод испытания на контактную усталость. ГОСТ 25.501-78.

78. Методы испытаний на усталость. ГОСТ 25.502-79.

79. Методы испытаний на малоцикловую усталость при термотехническом нагружении. ГОСТ 25.505-85.

80. Методы определения предела текучести и предела прочность при сжатии для твердых сплавов спеченных. ГОСТ 27034-86.

81. Металлы. Метод испытания на ползучесть. ГОСТ 3248-81.

82. Металлы. Метод испытания на длительную прочность. ГОСТ 10145-81.

83. Методы испытаний на релаксацию напряжений. ГОСТ 26007-83.

84. Машины для испытания материалов на ползучесть, длительную прочность и релаксацию. ГОСТ 28845-90.169

85. Standart Test Methods of Compession Testing of Metallic Materials at Room Temperature E9-24T ASTM Standard, USA.

86. Орлов A.B., Черменский O.H., Нестеров B.M. Испытание конструкционных материалов на контактную усталость. М., Машиностроение, 1980, 110 с.

87. Plastic Tools Engineering was responsible for modeling part geometry and also cooling lines into a format which is useful for moldflow simulation.1. Approach:

88. Этот отчет запрошен Е. Пруссом для определения следующего:

89. Определение уменьшения времени охлаждения при использовании алюминия в качестве материала формы по сравнению со сталью.

90. А также определения разницы во времени охлаждения при увеличении толщины детали.

91. Отдел проектирования инструмента для пластмасс несет ответственность замоделирование геометрии детали, а также каналы охлаждения, в формате, который полезен для использования в "молдфлоу" моделировании.1. Приближения:

92. Constant polymer specific heat Cp = 2.0520E+03 J/kg-C

93. Constant polymer thermal conductivity K = 3.2000E-01 W/m-C

94. Cross-WLF polymer viscosity ETAo

95. ETA =----------------------1 + (ETAo*GAMMA/TAUS)A(1-n) A1*(T-TS)where ETAo = D1*EXP(-----)

96. A2+(T-TS) TS = D2 + D3*p A2 = A2T + D3*p n = 1.7000E-01 TAUS = 7.4227E+05 Pa D1 = 7.7400E+11 Pa-s D2 = 4.1715E+02 K D3 = 0.0000E+00 K/Pa A1 = 2.7416E+011. A2T = 5.1600E+01 K

97. Transition temperature Ttrans = 1.3300E+02Cprocess conditions.

98. Post-fill time = 5.0000E+00 s

99. F/P switch over by % volume = 9.9000E+01 %

100. Timer for hold pressure = 5.0000E+00 s1. Ram speed profile (rel):stroke % speed

101. Pack/hold pressure profile (rel): % time % fill près0.0000E+00 8.0000E+011.0000E+02 6.0000E+01

102. Ambient temperature = 2.4850E+01 C1.let melt temperature = 3.2819E+02C1. Coolant manifold control:1. Pres drop CID1 1.5000Е+01 С 1.0000Е+01 lit/min О.ООООЕ+ОО МРа 12 1.5000Е+01 С 1.0000Е+01 lit/min О.ООООЕ+ОО МРа 1

103. Average coolant temperature1.5000Е+01 С1. Results & Conclusions: