WPŁYW OBRÓBKI WYKAŃCZAJĄCEJ NA ZUŻYCIE ŻELIW- NYCH ELEMENTÓW ŚLIZGOWYCH J. JAWORSKI 1

Transkrypt

1 173/18 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 18 (2/2) ARCHIVES OF FOUNDRY Year 2006, Volume 6, N o 18 (2/2) PAN Katowice PL ISSN WPŁYW OBRÓBKI WYKAŃCZAJĄCEJ NA ZUŻYCIE ŻELIW- NYCH ELEMENTÓW ŚLIZGOWYCH J. JAWORSKI 1 1 Katedra Technologii Maszyn i Organizacji Produkcji, Politechnika Rzeszowska, ul. W. Pola 2, Rzeszów STRESZCZENIE W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu obróbki mechanicznej na zużycie elementów ślizgowych obrabiarek wykonanych z żeliwa sferoidalnego. Określono wpływ obróbki wykańczającej (struganie, szlifowanie, frezowanie, kulkowanie) na zużycie współpracujących par. Key words: cast iron, machinning, wear 1. WSTĘP Do podstawowych wymagań stawianych korpusom obrabiarek należą: niezmienność kształtów i wymiarów z upływem czasu, odporność powierzchni ślizgowych (prowadnic) na ścieranie, dostateczna sztywność (decydująca o wyborze kształtów i grubości ścian), odporność na występowanie drgań i zdolność do ich tłumienia (osiągana przez dobór konstrukcji odpowiedniego materiału), zapewnienie dogodnej obsługi (ergonomiczność układu i kształtu korpusów), łatwość odprowadzenia wiór. W większości obrabiarek stosuje się korpusy odlewane z żeliwa, głównie ze względu na łatwość uzyskania dowolnie złożonych kształtów i niewielki koszt produkcji seryjnej. Obok względów technologicznych istotny wpływ na kształtowanie korpusów żeliwnych wywiera warunek uzyskania dużej sztywności, co wymaga zastosowania odpowiedniego żebrowania ścian. Dobór odpowiednich materiałów oraz obróbki mechanicznej i cieplnej wywiera istotny wpływ na wartość i równomierność zużywania się prowadnic na ich długości. Doświadczenia wskazują, że najmniejsze zużycie ścierne elementów pary prowadnico- 1 dr inż., jjktmiop@prz.rzeszow.pl 545

2 wej występuje przy różnej twardości współpracujących z sobą powierzchni, przy czym powierzchnie robocze prowadnic powinny być twardsze niż powierzchnie prowadnika. W celu zwiększenia odporności na ścieranie prowadnice żeliwne utwardza się przez hartowanie powierzchniowe do twardości nie mniejszej od 40 HRC, a następnie szlifuje, co wymaga stosowania żeliwa perlitycznego lub ferrytyczno-perlitycznego o zawartości ferrytu nie większej od 50% [1-4]. 2. BADANIA WŁASNE 2.1. Cel i zakres badań Podwyższenie odporności na zużycie prowadnic można osiągnąć poprzez zastosowanie odpowiednich materiałów lub poprzez podwyższenie odporności tylko zewnętrznej warstwy materiału. Realizacja zadania polega na odpowiednim doborze procesu technologicznego z szczególnym uwzględnieniem warstwy wierzchniej i jej właściwości, dobór naddatków technologicznych oraz obróbkę wykańczającą. Poprzez wzrost twardości warstwy wierzchniej odlewu uzyskuje się wymaganą twardości powierzchni roboczej. Dąży się do uzyskania odlewów, których wymiary będą jak najbardziej zbliżone do wymiarów konstrukcji, a naddatki na obróbkę zminimalizowane Celem pracy było przeprowadzenie kompleksowych badań uwzględniających wpływ: różnych metod obróbki wykańczającej na odporność na zużycie powierzchni współpracujących prowadnic Materiał badań Materiał do badań stanowiło niestopowe żeliwo sferoidalne o strukturze ferrytyczno-perlitycznej. Wytopy prowadzono w piecu elektrycznym ACEC o pojemności 100 kg. Do wykonania form przygotowano modele płyt o wymiarach 250x250x35, które zaformowano pionowo przy zastosowaniu masy bentonitowej. Skład chemiczny żeliwa podaje tabela 1. Tabela 1. Skład chemiczny badanego żeliwa sferoidalnego Table 1. Chemical compositions of cast iron Udział poszczególnych składników, % C Si Mn S P Cu Ni Mo Ti Mg 3,56 2,03 0,21 0,170 0,04 0,15 0,01 0,01 0,027 0, Badania zużycia Do badań zużycia przygotowano próbki oraz przeciwpróbki. Próbki wycięto w kształcie prostopadłościanów o wymiarach 10x10x20mm. Przeciwpróbki wykonano w kształcie płyty o wymiarach 200x200x25mm. Warunki, w jakich wykonywano badania starano się zbliżyć do warunków pracy prowadnic obrabiarek. Dlatego wartość nacisku jednostkowego była przyjęta P=1 MPa, a prędkość przemieszczania v t = 1,2m/s, badanie prowadzono ze smarowaniem olejowym wrzecionowym, który dodawano co

3 cykli. Droga tarcia 130 km. Schemat ideowy badania procesu zużycia przedstawia rysunek 1. P siła nacisku próbki v t prędkość przemieszczania 1 próbka, 2 przeciwpróbka Rys. 1 Schemat ideowy badania zużycia próbek Fig. 1. Schematic diagram of the test stand for frictional wear Dla określenia wpływu wybranego rodzaju obróbki wykańczającej powierzchni prowadnic prowadzono badania na nieobrobionych cieplnie próbkach o twardości 220HB. Sposoby i warunki obróbki powierzchni trących przedstawiono w tabeli 2. Grubość utwardzonej warstwy wierzchniej wybranych do badań próbek struganych, szlifowanych czołowo, frezowanych bardzo dokładnie oraz kulkowanych odśrodkowo określono na zgładach poprzecznych a ich wartość przedstawiono w tabeli 2. Tabela 2. Sposób i warunki przygotowania powierzchni próbek do badań zużycia Table 2. Methods and paremeters of preparation surface for frictional wear test Sposób obróbki Warunki skrawania Skrobanie śladów w kwadracie o boku 25mm Sk Szlifowanie Zgrubne szlifowanie: p=10m/min, g=0,05 czołowe mm/podw. skok. Dokładne szlifowanie: Scz p=2m/min, g=0,01mm/podw. skok Bardzo dokładne frezowanie - Bdf Nagniatanie kuleczkami (kulkowanie odśrodkowe) - Nk 3. WYNIKI BADAŃ Mikrotwardość po obróbce µhv100 Grubość warstwy, µm Chropowatość Ra, µm , ,50 v=303m/min, p=1mm/obr, g=0,5mm, szerokość powierzchni wygładzającej 4mm, x 1 =0 o ,35 Utwardzanie na szlifierce do płaszczyzn. Prędkość obwodowa wirnika 31m/s, prędkość przesuwu stołu obrabiarki 10m/min, posuw na 1 skok stołu 0,25mm, ilość przejśc1, wysięg kuleczek 0,15-0,2mm 448 0,8-1mm 1,88 Wyniki pomiarów zużycia próbek oraz przeciwpróbek przedstawiono na rysunku 2. Sposób obróbki powierzchni współpracujących wpływa na wartość zużycia. Największe zużycie stwierdzono przy współpracujących powierzchniach obrobionych przez skroba- 547

4 nie. Najmniejsze zużycie wystąpiło przy parach trących obrobionych przez kulkowanie odśrodkowe. 14 Zużycie liniowe, m próbka 2-przeciw próbka 2 0 Sk - Sk Scz - Scz Bdf - Bdf Nk - Nk Warianty obróbki w ykańczającej Rys. 2. Zużycie próbek i przeciwpróbek po odpowiedniej obróbce wykańczającej wg tab. 2: Skskrobanie, Scz szlifowanie czołowe, Bdf bardzo dokładne frezowanie, Nk kulkowanie odśrodkowe Fig. 2. Frictional wear sample and countersample after machinning (tab. 2): Sk- scrape, Scz grinding, Bdf milling, Nk shotpeening Na rysunku 3 przedstawiono wyniki badań zużycia różnych wariantów kojarzonych par próbek. Z przeprowadzonych badań wynika, że przy zwiększeniu odporności na zużycie jednej z próbek obniża się zużycie pary dlatego też w celu zwiększenia okresu trwałości pary można ograniczyć się do utwardzenia tylko jednego elementu pary trącej. Istotna poprawa zużycia w parach przedstawionych na rysunku 3 wynika najprawdopodobniej z dużej twardości warstwy nagniatanej na przeciwpróbce (2) i niskiej chropowatości Ra. Specyficzny profil po nagniataniu (wgłębienia o kształcie odcinka kuli) powoduje, że olej zatrzymuje się w tych zagłębieniach i tworzy warstwę nośną, a poprzez to zimniejsza się zużycie próbek (1). Potwierdzają to dane literaturowe [5]. 548

5 14 Zużycie liniowe, m próbka 2-przeciw próbka 2 0 Sk - Nk Bdf - Nk Scz - Nk Warianty obróbki w ykańczającej Rys. 3. Zużycie próbek i przeciwpróbek po odpowiedniej obróbce wykańczającej wg tab. 2: Skskrobanie, Scz szlifowanie czołowe, Bdf bardzo dokładne frezowanie, Nk kulkowanie odśrodkowe Fig. 3. Frictional wear sample and countersample after machinning (tab. 2): Sk- scrape, Scz grinding, Bdf milling, Nk shotpeening 4. PODSUMOWANIE Przedstawione wyniki badań pozwalają na następujące stwierdzenia: istotny wpływ na zużycie par współpracujących ma obróbka wykańczająca powierzchni, dla zwiększenia okresu trwałości pary trącej można ograniczyć się do utwardzenia tylko jednego elementu pary współpracującej, Optymalne rozwiązanie to para współpracująca, w której jeden z elementów był poddany obróbce wykańczającej poprzez kulowanie. Zużycie liniowe takiej pary jest 2-4 krotnie mniejsze od par jednakowo obrobionych. LITERATURA [1] Podrzucki Cz.: Żeliwo. Struktura. Właściwości. Zastosowanie. Wyd. ZGSTOP Kraków 1991 [2] Burakowski T., Wierzchoń T.: Inżynieria powierzchni metali. WNT, Warszawa 1995 [3] Wrotny L.T.: Obrabiarki skrawające do metali. WNT Warszawa 1979 [4] Jacobson M.O.: Technologija sankostrojenija. Maszinostrojenije. Moskwa

6 [5] Pawlus P.: Topografia powierzchni. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, 2006 SUMMARY INFLUENCE OF MACHINNING ON WEAR CAST IRON SLIDING ELEMENTS The work present results of influenece machinning on frictional wear part of cast iron. It was define influence maschinning (scrape, grinding, milling, shotpeening) on frictional wear cooperative twain. Recenzował: Prof. Wiktor Prokhorenko 550