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 1642-5308 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
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
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 100003-1:1998 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-04661 wystpujca mikrostruktura eliwa szarego charakteryzuje si grafitem płatkowym prostym o wielkoci wydziele 60 120µm, 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
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 170-220 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
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 210 220 HB, natomiast wytrzymało na rozciganie w granicach 240 260 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 150 170 190 210 230 250 1,08 1,06 1,04 1,02 1,00 0,98 0,96 260 250 240 230 220 Sc 0,94 210 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) 200 190 180 170 160 150 0,80 100 140 180 220 260 300 340 140 Rm MPa Rys. 4. Zwizek miedzy R m, HB, S c [1] Fig. 4. Connection between R m, HB and S C 83
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-83101 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 1991. [2] J. Koselarz, D. Soko: Obsługa pras mimorodowych. WNT, Warszawa, 1979. 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