DOBÓR ELIWA NA WKŁADY BEZPIECZNIKOWE DO PRAS MIMORODOWYCH

Transkrypt

1 6/21 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 21(1/2) ARCHIVES OF FOUNDARY Year 2006, Volume 6, Nº 21 (1/2) PAN Katowice PL ISSN DOBÓR ELIWA NA WKŁADY BEZPIECZNIKOWE DO PRAS MIMORODOWYCH R. WIELGOSZ 1, I. PIETRYKA 2 Politechnika Krakowska, Instytut Inynierii Materiałowej, Zakład Metaloznawstwa STRESZCZENIE W pracy przedstawiono problemy zwizane z doborem eliwa na wkłady bezpiecznikowe stosowane w prasach mimorodowych. Na przykładzie prasy LEK -160 omówiono zasady postpowania przy doborze eliwa szarego gwarantujcego spełnienie wymaga zapewniajcych poprawn jako wkładek bezpiecznikowych. Key words: cast iron, eccentric press, fuse-link 1. WSTP Prasy mimorodowe nale do maszyn z napdem mechanicznym. S one prasami ogólnego przeznaczenia przystosowane do takich operacji jak tłoczenie, ciecie, gicie oraz płytkie cignienie. Pozwalaj one na wykonywanie czci o duym zakresie wymiarów. Z racji swojej konstrukcji suwak prasy mimorodowej ma okrelony nastawialny skok oraz swoje dolne połoenie. Prasy mog wywiera nacisk wielokrotnie wikszy od nominalnego. Wynika to z faktu, e suwak wykonuje prac kosztem spadku energii kinetycznej koła zamachowego. Przy dopuszczalnym nacisku spadek energii koła wynosi od 0,2 0,35% całkowitej energii. Niewłaciwe ustawienie prasy moe spowodowa jej przecienie. W wyniku zatrzymania suwaka przed dolnym punktem nadmiar energii przejmuje cała prasa, co prowadzi do zakleszczenia i uszkodzenia jej elementów lub tłocznika. Aby unikn takich przypadków w prasach mimorodowych stosuje si bezpieczniki. Mog to by 1 dr hab. in., prof. PK, wielgosz@mech.pk.edu.pl 2 dr in., ipietryka@op.pl

2 bezpieczniki cinowe lub hydrauliczne. Bezpieczniki hydrauliczne stosowane s rzadko. Najczciej stosuje si w układzie suwaka bezpieczniki cinowe, które przy przecieniu prasy zostaj zniszczone. S one wykonywane z eliwa szarego. Bezpiecznik winien by tak wykonany, aby pozwolił na uzyskanie nominalnego nacisku suwaka prasy i nie dopucił do jego przekroczenia. Std due wymagania w stosunku do jakoci bezpieczników i wynikajca z tego konieczno ich atestowania. Bezpieczniki wykonuje si z eliwa szarego w postaci okrgłych prtów o odpowiedniej rednicy, odlewanych pionowo. Zniszczenie bezpiecznika polega na ciciu materiału wkładu bezpiecznikowego w przekroju zaznaczonym (przełom) na rys. 1. Siła powodujca zniszczenie bezpiecznika zaley od przekroju cinania i wytrzymałoci na cinanie materiału bezpiecznika R t. Kształt i wymiary krka wkładu bezpiecznikowego stosowanego w prasach LEK 160 podane zostały na rys. 1. Rys. 1. Wkład bezpiecznikowy do prasy mimorodowej LEK-160 Fig. 1. Fuse-link to LEK 160 eccentric press 2. MATERIAŁ I METODYKA BADA Badania przeprowadzone zostały na uszkodzonym wkładzie bezpiecznikowym do prasy mimorodowej LEK-160. Wkład bezpiecznikowy uległ zniszczeniu przy obcieniu mniejszym ni nominalna siła nacisku prasy. Wg zawiadczenia jakoci wkład ten wykonany został z eliwa szarego z gatunku EN-GJL-250. Badania obejmowały charakterystyk wkładu bezpiecznikowego, analiz chemiczn materiału, pomiar twardoci oraz badania metalograficzne i dobór materiału zastpczego. 80

3 Analiz składu chemicznego badanego materiału przeprowadzono na drodze mokrej z wiór pobranych z badanego elementu. Badania metalograficzne materiału wkładu bezpiecznikowego przeprowadzono przy uyciu mikroskopu optycznego Reichert. Badania twardoci przeprowadzono metod Brinella zgodnie z norm PN-EN :1998 stosujc kulk o rednicy 10 mm i nacisk 29430N. 3. WYNIKI BADA I ICH DYSKUSJA Wyniki analizy chemicznej materiału badanego wkładu bezpiecznikowego zamieszczono w tabeli 1. W tabeli zamieszczono równie składy chemiczne niektórych eliw szarych o składzie chemicznym zblionym do składu chemicznego materiału badanego. Naley zwróci uwag, e aktualne normy nie podaj składów chemicznych eliw, klasyfikujc eliwa wg własnoci mechanicznych. Tabela 1. Skład chemiczny eliw Table 1. Chemical composition of cast irons Materiał C Si Mn P S Stopie nasycenia eutektycznego Zawarto pierwiastka w % S C Badany materiał 2,9 1,52 0,72 0,28 0,0383 0,78 EN-GJL200 3,2-3,5 1,7-2,0 0,5-0,7 max 0,35 max 0,12 0,85-0,93 EN-GJL 250 3,0-3,3 1,2-1,6 0,7-1,0 max 0,2 max 0,12 0,78-0,89 ZL300/GB300 2,9-3,2 1,3-1,7 0,5-1,0 max 0,2 0,03-0,12 0,76-0,87 zastpczy 3,3-3,4 1,75-1,8 0,5-0,7 0,20-0,25 max 0,12 0,90-0,93 Obserwowana w materiale bezpiecznika struktura pokazana została na rys. 2 i na rys. 3. Jest to typowa struktura eliwa szarego perlitycznego z eutektyk fosforow. Wg normy PN 75/H wystpujca mikrostruktura eliwa szarego charakteryzuje si grafitem płatkowym prostym o wielkoci wydziele µm, rozmieszczonym nierównomiernie, wystpowaniem perlitu płytkowego w iloci powyej 94% o dyspersji 0,5µm oraz potrójn eutektyk fosforow o strukturze drobnoziarnistej wystpujc w postaci pojedynczych równomiernie rozmieszczonych wtrce o wielkoci do 2000µm 2 : Gf1-Gr2-Gw90-Pf1-P96-Pd0,5-F2-Fr1-Fw2000. W dostarczonym do bada fragmencie wkładu wymiar strefy przełomu (33-K) wynosił 8,67 mm. Siła powodujca zniszczenie bezpiecznika zaley od przekroju cinania równego π 180 (33-K) i wytrzymałoci na cinanie (R t ) materiału bezpiecznika. Przyjmujc warto nominaln siły nacisku około 1600 kn wkład bezpiecznika winien zgodnie z załoeniem producenta pka przy nacisku 1920 kn. W przypadku eliw szarych dane literaturowe [1] podaj orientacyjny zwizek midzy wytrzymałoci na cinanie (R t ) a wytrzymałoci na rozciganie (R m ) jako zaleno R t = (1-1,6) R m. Zakładajc, e wytrzymało na cinanie dla eliwa szarego jest rednio o 1,3 wiksza od wytrzymałoci na rozciganie mona przyj, e R m powinna wynosi 81

4 co najmniej 250 MPa. Wynik ten jest zgodny z zaleceniami producenta prasy. W instrukcji prasy podano, e wkład bezpiecznikowy winien by wykonany eliwa szarego o minimalnej wytrzymałoci na rozciganie R m = 250 MPa i twardoci zawierajcej si w granicach HB. Dodatkowo wprowadzono ograniczenie składu chemicznego wyraonego przez stopie nasycenia eutektycznego S c = 0,90 0,93. Rys. 2. Mikrostruktura materiału wkładu bezpiecznikowego pow. 100x traw. nitalem Fig. 2. Microstructure of fuse-link material. Magnified 100x. Etched with nital Rys. 3. Mikrostruktura materiału wkładu bezpiecznikowego pow. 100x traw. nitalem Fig. 3. Microstructure of fuse-link material. Magnified 100x. Etched with nital Skład chemiczny badanego eliwa zbliony jest do eliw ZL300/GB300 i EN-GSL 250. Praktyczny stopie przesycenia eutektycznego S c okrelony jest zalenoci (1) [1]: S c = C 4,26-0,31Si - 0,33P (1) Podstawiajc zawartoci pierwiastków otrzymane z analizy chemicznej badanego wkładu bezpiecznikowego otrzymano warto S c = 0,78. Warto ta jest mniejsza od zalecanej przez instrukcj obsługi prasy. Korzystajc z nomogramu zamieszczonego w instrukcji prasy znaleziono, e dla twardoci badanego eliwa wynoszcej 197 HB warto wymiaru (33-K) winna wynosi 9,65 mm. W badanym piercieniu wymiar ten wynosił 8,67 mm. W zwizku z tym wkład wytrzymywał mniejszy nacisk ni przewidywano. 4. DOBÓR MATERIAŁU ZASTPCZEGO W oparciu o przeprowadzone badania uszkodzonego wkładu bezpiecznikowego i wymagania stawiane temu elementowi przez instrukcj prasy podjto prób doboru materiału spełniajcy te wymagania. 82

5 Na rysunku 4 przedstawiono wykrelne zalenoci pomidzy wytrzymałoci na rozciganie a wartoci S c, R m = f(s c ), oraz po miedzy twardoci Brinella a wartoci współczynnika S c HB = f(s c ) a take twardoci Brinella a wytrzymałoci na rozciganie HB = f(r m ). Uwzgldniajc wymagania producenta pras w stosunku do materiału stosowanego na wkłady bezpiecznikowe dotyczce ograniczenia wartoci S c = (0,9 0,93) otrzymujemy z wykresu, e twardo eliwa powinna mieci si w granicach HB, natomiast wytrzymało na rozciganie w granicach MPa. Biorc pod uwag niespełnienie przez badane eliwo, pochodzce z uszkodzonego wkładu bezpiecznikowego, warunku S c. Powstaje wtpliwo, czy przy doborze materiału zastpczego naley kierowa si składem chemicznym badanego eliwa. Tym bardziej, e skład chemiczny eliwa nie jest w wietle obowizujcych norm podstaw do jego odbioru. 1,1 HB ,08 1,06 1,04 1,02 1,00 0,98 0, Sc 0, HB 0,92 0,90 0,88 0,86 0,84 0,82 HB=f(Rm)wg wzoru (5,64) HB=f(Sc) wg wzoru(5,25) Rm=f(Sc) wg wzoru(5,34) , Rm MPa Rys. 4. Zwizek miedzy R m, HB, S c [1] Fig. 4. Connection between R m, HB and S C 83

6 5. PODSUMOWANIE W wyniku przeprowadzonych bada uznano, e jako podstaw doboru eliwa naley przyj jego własnoci mechaniczne, wprowadzajc dodatkowo ograniczenie składu chemicznego. Jako eliwo zastpcze proponuje si zastosowanie eliwa zgodnie z wymaganiami norm PN-92/H lub ISO 185:1988 z gatunku Zl250/GD250 zgodnie z klasyfikacj wg R m lub eliwa H195 zgodnie z klasyfikacj wg klas twardoci. Wykonany z tego eliwa wkład bezpiecznikowy uległ zniszczeniu pod obcieniem F = 1980 kn. Powstały przełom posiadał grubo równ 9,7 mm. Powierzchni utworzonego przełomu wynosiła 5 482,44 mm 2. std wytrzymało na cinanie materiału wkładu wynosił R t = 361 MPa. Stosunek R t / R m = 1,27 i mieci si w granicach podawanych w literaturze dla eliw szarych [1]. LITERATURA [1] C. Podrzucki: eliwo. Wyd. ZG STOP, Kraków [2] J. Koselarz, D. Soko: Obsługa pras mimorodowych. WNT, Warszawa, SELECTION OF CAST IRON FOR FUSE-LINKS TO ECCENTRIC PRESSES SUMMARY The paper presents issues related to selection of cast iron for fuse-links used in eccentric presses. Principles concerning selection of grey cast iron which guarantees meeting requirements ensuring correct quality of fuse-links have been described basing on the example of LEK-160 press. Recenzował: prof. Stanisław Rzadkosz. 84