Машиностроение. Металлургия

На заводах угольного машиностроения (ЗАО КМЗ им. А. Пархоменко и НКМЗ) накоплен опыт применения самотвердеющих пластмасс при изготовлении блоков штампов для крепления направляющих втулок в плитах блока. Главные преимущества такого крепления: исключается операция точного сверления и растачивания отверстий в плитах блока, исключается операция шлифования посадочных поверхностей направляющих колонок и втулок, отпадает притирка направляющих колонок и втулок в собранном состоянии (втулки не деформируются, поскольку их не запрессовывают в гнездо), возможно точное расположение и ориентирование направляющих колонок. Шероховатость поверхности соединения должна быть Rz=320-160 мкм (после грубого точения или сверления). Взаимная параллельность и перпендикулярность между направляющими колонками и плоскостями плит блока достигается с помощью специального приспособления. Отпадает необходимость в использовании дорогостоящего оборудования – координатно-расточных станков и применения труда высококвалифицированных специалистов при работе на этом оборудовании.

После запрессовки направляющих колонок 1 в нижнюю плиту блока направляющие втулки 2 вклеиваются с помощью самотвердеющей пластмассы 3 (рисунок) в верхнюю плиту [1]. Для упрощения и ускорения изготовления блоков штампов и обеспечения посадки колонки со втулкой применяют, главным образом, два технологических самотвердеющих вида пластмасс: бутакрил или акрилат АСТ-Т и эпоксидные компаунды. Бутакрил или АСТ-Т применяют в основном при изготовлении направляющих поверхностей съемников и выталкивателей штампов, а также при закреплении пуансонов сложной конструкции в пуансонодержателе. Бутакрил и АСТ-Т (акрилат самотвердеющий технический) принадлежат к группе холоднотвердеющих пластмасс.

Блок штампа с заливкой самотвердеющей пластмассы

Их практическое приготовление и применение является самым простым из всех видов пластмасс. Бутакрил и АСТ-Т состоят из двух компонентов – порошка и раствора. Смесь застывает при комнатной температуре в течение 4-10 ч в зависимости от количества отвердителя – диметиланилина (1 % и больше). Текучесть смеси во многом зависит от соотношения компонентов: если в состав ввести большое количество порошка и дольше его размешивать (более 3 мин), текучесть смеси уменьшается и ею трудно заполнить узкие щели. Стандартные соотношения порошка и раствора следующие: для бутакрила – 0,75, для АСТ-Т – 0,9. В таблице приведены физико-механические свойства пластмасс, соответствующие этому соотношению. Для эпоксидных компаундов, как и для вышеупомянутых технологических пластмасс, композицию составляют из двух главных компонентов: эпоксидной смолы и отвердителя – полиэтиленполиамина. Эпоксидная смола реагирует с отвердителем и затвердевает при комнатной температуре в течение нескольких часов. Однако в таком виде эпоксидные смолы не применяют, так как они очень хрупкие. В практике в эпоксидные компаунды добавляются следующие компоненты: пластификатор (дибутилфталат) и различные наполнители (цемент, кварцевый песок, шиферная мука, графит и порошки различных металлов).
Физико-механические свойства самотвердеющих пластмасс

Для обеспечения посадки колонок в плиту штампа используется способ криогенной обработки [2]. Тепловые посадки имеют ряд преимуществ по сравнению с соединениями, получаемые прессованием. Они имеют большую прочность. Применение нагрева или охлаждения при посадке деталей позволяет во многих случаях обходиться без прессового оборудования.

Сущность процесса посадки холодом заключается в охлаждении охватываемой детали (вала, оси, пальца, штифта, втулки и т.п.) до температуры, достаточной для того, чтобы свободно установить ее в отверстие охватывающей детали. Охлаждение осуществляется в жидком азоте, в твердой углекислоте (сухой лед), имеющих соответственно температуры 190 °С – 196 °С и 75 °С – 80 °С ниже нуля.

При работе на установках с непосредственным контактом деталей с жидким азотом, в связи с его быстрым испарением, необходимо следить и поддерживать уровень жидкости в камере охлаждения. Для выхода паров в крышке должно быть предусмотрено отверстие, оно же используется и для заливки азота. Уровень охлаждающей жидкости должен быть выше верхней точки охлаждаемых деталей на 70-100 мм. Время охлаждения втулок с толщиной стенок 5-10 мм равно 6-10 мин, втулки с толщиной стенок 20-30 мм охлаждаются не менее 20-30 мин. После охлаждения детали быстро вынимаются сухими клещами и устанавливаются в подготовленное отверстие. При посадке надо следить, чтобы детали входили без перекосов. Удары по детали запрещаются, так как при низкой температуре на ней могут появиться трещины в связи с тем, что ударная вязкость металла падает. Охлажденная деталь должна свободно входить в отверстие.

Недостатком метода охлаждения деталей, в частности втулок с буртом, является наличие температурного зазора, возникающего при нагревании втулки до окружающей температуры после ее посадки. В случае больших удельных давлений, воспринимаемых этим буртом, зазор должен быть устранен запрессовкой втулки.

Перед охлаждением при установке колонки производится подготовка отверстия втулки, в которую будет устанавливаться охлаждаемая деталь: снимаются заусенцы, очищаются поверхности от масла. Колонки перед охлаждением должны быть обезжирены и очищены от стружки и грязи. При работе с охлаждающей средой необходимо строго соблюдать требования техники безопасности. Запрещается работа по запрессовке деталей штампов путем охлаждения без точного инструктажа обслуживающего персонала. Недопустимо охлаждение промасленных деталей. Извлечение деталей из сосудов Дьюара и из камер должно производиться только специальными клещами.

При посадке деталей со значительными натягами одного охлаждения охватываемой детали недостаточно, чтобы обеспечить требуемую усадку ее для свободной посадки в охватывающую деталь. В этих случаях рационально применять комбинированный метод посадки, заключающийся в подогреве охватывающей детали и охлаждении охватываемой. Подогрев охватывающей детали можно производить в кипящей воде.

Опыт изготовления штампов на заводах угольного машиностроения с применением самотвердеющих пластмасс и обработки холодом доказывает, что эти технологии значительно упрощают трудоемкие операции сборки штампов, позволяют отказаться от дорогостоящего оборудования – координатно-расточных станков, прессового оборудования, а криогенная обработка обеспечивает надежное прессовое соединение колонки с плитой штампа.

Ультразвуковая очистка – это способ очистки поверхности твердых тел в моющем растворе, в который вводятся ультразвуковые колебания. Введение ультразвука позволяет не только ускорить процесс очистки, но и получить высокую степень чистоты поверхности, а также заменить ручной труд, отказаться от пожароопасных и токсичных растворителей [1].

Процесс ультразвуковой очистки обусловлен рядом явлений, которые возникают в ультразвуковом поле значительной интенсивности: кавитацией, акустическими течениями, давлением звукового излучения, звукокапиллярным эффектом. В процессе очистки происходит разрушение поверхностных пленок загрязнения, отслаивание и удаление загрязнений, их эмульгирование и растворение. Эффективность очистки зависит от параметров звукового поля (частоты колебаний, интенсивности звука) и физико-химических свойств моющей жидкости. Выбор параметров звукового поля и моющей жидкости с определенными возможностями позволяет достичь необходимой эффективности очистки. На процесс очистки влияет также поверхностное натяжение моющей жидкости, которое ухудшает процесс смачивания поверхности очищаемых деталей, препятствуя проникновению моющего раствора в узкие щели, отверстия и зазоры. Для уменьшения поверхностного натяжения моющей жидкости применяют добавки поверхностно-активных веществ, которые улучшают смачиваемость поверхности и, создавая тончайшие адсорбционные слои на поверхности частиц загрязнений, способствуют более легкому их отрыву [2].

Правильный выбор моющей среды является основным и решающим фактором, влияющим на качество и время ультразвуковой очистки. В качестве моющей среды для ультразвуковой очистки применяют  различные  растворы и растворители.

При использовании органических растворителей (бензин Б-70, фреон-113, четыреххлористый углерод, трихлорэтилен, ацетон, дихлорэтан и т.д.) эффективно очищают поверхности деталей от полировочных паст, масел (минеральных, растительных и животных), вазелина, парафина, гудрона. Они не вызывают коррозии металла, обладая малым поверхностным натяжением, легко проникают в отверстия и щели и растворяют в них загрязнения. Широкое применение для целей ультразвуковой очистки нашли фреоны. Это обусловлено их высокой растворяющей способностью, незначительной токсичностью, негорючестью и возможностью легкой регенерации.

Широкое применение в ультразвуковых установках нашли также и различные щелочные растворы. Их используют для обезжиривания деталей, очистки от смазки, полировочных паст, металлической пыли, абразивов и т.д.

Для достижения необходимого режима ультразвуковой очистки большое значение имеет также выбор оптимального значения частоты колебаний. Большинство установок ультразвуковой очистки работает в диапазоне частот от 18 до 44 кГц.

Конструктивно ультразвуковые установки состоят: из генератора соответствующей мощности и ванн различных рабочих объемов. В дно ванн вмонтированы пьезокерамические преобразователи, которые акустически связаны с дном ванны.

Ультразвуковая очистка труб может быть осуществлена двумя способами [3]. При первом способе ультразвуковая обработка осуществляется одновременно с травлением. При втором способе разрыхляют окисную пленку в растворах кислот, а затем основной металл очищают от образовавшегося шлама ультразвуковыми колебаниями в слабощелочной или нейтральной среде.

Первый способ широкого распространения не получил ввиду трудности зашиты ультразвуковых преобразователей от воздействия агрессивной среды. При очистке вторым способом несколько удлиняется цикл, но отпадает необходимость защиты от агрессивного действия кислот.

На одном из машиностроительных предприятий г. Караганды была внедрена установка для ультразвуковой очистки металлических трубопроводов гидравлических крепей.

На рисунке представлена схема установки, предназначенной для качественной и высокопроизводительной очистки внутренних и наружных поверхностей труб Ø10-50 мм, длиной до 4 м. Установка для очистки труб состоит из следующих основных узлов:

Технологический процесс очистки ведется в следующей последовательности: трубы подвергаются трав­лению в течение 3-х мин в ванне из титанового листа, оборудованной паровым обогревателем и крышкой; из ванны травления трубы поступают в ванну ультразвуковой очистки и далее в ванну пассивирования.

Травление, промывка, совмещенная с ультразвуковой очисткой, и пассивирование труб ведутся одновременно. Травление проводят в растворе, содержащем 100-150 г/л H₂S₄, от 150 до 200 г/л НCl и до 30 г/л тринатрийфосфата при температуре от плюс 50 °С до 60 °С. Пассивирование осуществляется в растворе, содержащем 10 г/л нитрита натрия, при цеховой температуре выше 0 °С.

Работает установка следующим образом. Оператор укладывает трубы в один ряд на наклонный накопитель, откуда специальным дозатором по 2-5 шт. они подаются в ванну травления. Загрузка, перегрузка труб из ванны в ванну и выгрузка осуществляется рычагами, которые в определенной последовательности поднимаются и опускаются пневмоцилиндрами. Для исключения переноса растворов из одной ванны в другую и выноса пассивирующего раствора за пределы установки при транспортировании труб в электрической схеме управления предусмотрена автоматическая задержка рычагов в верхнем их положении на время, необходимое для стока раствора.

Описанный технологический процесс обеспечивает эффективную очистку наружных и внутренних поверхностей труб. Однако очистка труб малого внутреннего диаметра затруднена вследствие слабого поступления свежего травильного раствора к внутренним поверхностям. В результате внутренние и наружные поверхности труб находятся в различных условиях, что может привести к перетравливанию наружных и слабой очистке внутренних поверхностей. Для очистки внутренних поверхностей необходимо постоянное поступление свежего травильного раствора к ним, то есть циркуляция раствора через трубы.

Однако ввиду низкой эксплуатационной надежности насосов от их применения пришлось отказаться и перейти на качание труб в ванне травления, это обеспечивает эффективную циркуляцию свежего раствора через трубы; в результате происходит равномерное эффективное травление как внутренних, так и наружных поверхностей труб без применения специальных насосов. При качании труб происходит их взаимное перемещение (вращение), что устраняет неравномерность протравливания.

Процесс промывки труб и выноса шлама из внутренних полостей в ультразвуковой ванне интенсифицируется прокачкой воды насосом.

В качестве источника ультразвуковых колебаний на установке применен стержневой магнитострикционный преобразователь, работающий совместно с излучателем. Излучатель представляет оригинальную конструкцию колебательной системы, состоящую из волноводов продольных и изгибающих колебаний. В излучателе волновод изгибающих колебаний выполнен в виде разомкнутого цилиндра, соединенного в пучности колебаний с волноводом продольных колебаний. Последний соединяется с волноводом изгибных колебаний через переходной элемент длиной не более одной восьмой длины продольных колебаний посредством резьбового соединения. Переходной элемент такой длины не нарушает режима стоячих волн и распределения амплитуды колебаний по его длине. Это позволяет сохранить условия возбуждения цилиндра, какие были бы без применения переходного элемента.

Принятое исполнение излучателя позволило повысить коэффициент преобразования продольных колебаний в изгибающие путем изготовления всех элементов излучателя, в том числе и цилиндра, с резонансными размерами, что улучшило эффективность ультразвуковой очистки.

Соединение же волноводов с помощью переходника позволило повысить удобство в эксплуатации и удешевить излучатель, так как при кавитационном разрушении цилиндра (а это неизбежно) заменяется только цилиндр и переходник, а не вся система. Схема управления позволяет работать в автоматическом, полуавтоматическом и ручном режимах.

Общая площадь, занимаемая установкой и стеллажами для загрузки и выгрузки труб, составляет около 30 м². Габариты установки 2600x6000x1500 мм. Производительность 20 труб/час для труб диаметром Ø 50 мм и до 50 труб/час для труб диаметром Ø 10 мм. Установка может быть применена для очистки труб и прямолинейного пруткового материала на любом машиностроительном предприятии.

Feature of the structure of the crystal lattice of potassium sulfate crystals is presence of two nonequivalent cation knots [1]. They differ with coordination number on oxygen: 9 and 10, accordingly. It is known that bivalent ions of the transitive metals having not-filled valency d-cover, for example copper and manganese, selectively replace potassium ions in knots with a big coordination number [2,3]. Ionic radiuses of rare-earth elements are smaller than ionic radius of potassium [4], therefore they can replace them in the crystal lattice. In works [5,6] it is shown that samarium ions form in matrix of potassium sulfate two types of impurity in luminescence centers. There are two alternative explanations to it: samarium ions replace cations in various knots, or indemnification of a superfluous charge at one of heterovalency impurity of an ion is carried out by molecules of structural water.

The purpose of the given work is studying of the role and influence of trivalent ions of samarium and gadolinium, and as prehistories of samples on radiating – stimulating processes.

Monocrystals of potassium sulfate, activated by ions of trivalent samarium and gadolinium have been grown from the sated water solutions. The activator was added in an initial solution in the form of soluble salt in water SmCl₃ or GdCl₃. The similar choice of activating salts is caused by that sulphatic salts of rare-earth elements are almost insoluble in water and have a return temperature course of solubility. The attempts to grow monocrystals of potassium sulfate by adding in a solution of sulphatic salts of rare-earth metals haven't led to success. Ions of rare-earth elements were not built in the crystal lattice of potassium sulfate. It is known that chlorine ions enter the crystal lattice K₂SO₄. It is established by electrophysical methods of measurement of ionic conductivity and methods of analytic chemistry [7,8]. In work [9] it is shown that presence of chlorine ions in the lattice of potassium sulfate crystals doesn't lead to occurrence of strips of optical absorption in the field of its transparency. It is known [10, 11] that ions of halogens lead to some increase in a relative quantum exit of X-ray-luminescence of the potassium sulfate and to redistribution of the saved up light – sum in peaks TSL. Ions of halogens don't lead to occurrence of new peaks on the recombinational luminescenceson curve TSL. Their influence speaks of occurrence of additional cation vacancies [11,12].

In Figure 1 the spectrum of absorption of monocrystal K₂SO₄ of the three-valency ion of the samarium activated by ions (0,1 moth of %) is resulted. From figure it is visible that in the field of matrix transparency in the activated crystal there are three strips of absorption. At room temperature their maxima are at 4,30 eV, 4,48 eV and 5,49eV. It is known [5,6] that at excitation of potassium sulfate crystal activated by ions of samarium in these strips of absorption there occurs photoluminescence. At excitation in a long-wave strip of absorption the luminescence maximum at temperature 80К is in area 3,12 eV. Photoluminescence is raised in two other strips of absorption with maximum 3,54 eV. Thus, spectra of absorption, excitation and photoluminescence radiation testify that samarium ions form two types of centers of luminescence. In potassium sulfate crystals, activated by ions of gadolinium the spectrum of optical absorption is qualitatively similar to one presented in Figure 1. At room temperature there are observed three strips of absorption with maxima at 4,32 eV, 4.48 eV and 5,49 eV.

Figure 1. Spectrum of absorption of crystal K₂SO₄-Sm³⁺

at room temperature
In Figure 2 the typical curve of thermostimulated luminescences K₂SO₄-Sm is resulted. For this monocrystal it is difficult enough to figure recombinating processes. Curve TSL has the expressed maxima recombinating luminescences at temperatures 145К, 190К, 220К and 280-300К. On its low-temperature wing there is an excess, testifying about presence of one more peak of luminescence in area 100К. Peaks TSL with maxima at 190К and 280-300К are characteristic for pure crystals K₂SO₄ (see, for example, [13]). In pure crystals dominating peak of luminescence is radiation with maximum at 300К.

Thus, in the activated monocrystal there were new peaks of recombinating luminescences at 100К, 145К and 220К. In the crystals activated by ions of gadolinium, at the dose of irradiation 10 kGr on curve TSL one strongly pronounced maximum recombinated luminescences is observed at rate-rature 155К. On its low-temperature wing there is a «shoulder». Its occurrence is connected with presence of peak TSL with maximum in area 100К. In comparison with monocrystal of potassium sulfate activated by samarium, the kind of curve TSL for monocrystal K₂SO₄-Gd looks essentially easier. However, the dominating peak on curve TSL of potassium sulfate activated by ions of gadolinium, is abnormal the big width on temperature that assumes it nonsimplicity. As it was mentioned above, pure potassium sulfate crystals have maxima on curve TSL at 190К and 280-300К. At the sample activated by ions of gadolinium, the peak recombinating luminescences with maximum at 190К aren’t allocated, in area 280-300К recombinated the luminescence has small lightsum.

Figure 2. Curve TSL of crystal K₂SO₄-Sm³⁺ after

irradiation X-rays dose 50 кGг
In Figure 3 spectra of absorption for monocrystal K₂SO₄-Sm are resulted at temperature of liquid nitrogen before and after irradiation in X-ray quanta. At temperature 80К impurity absorption does not make qualitative changes. In spectrum the same three strips of absorption are observed, only at temperature fall there was a displacement of their maxima aside shorter lengths of waves. At temperature of liquid nitrogen maxima of these strips of optical absorption are at 4,35 eV, 4,54 eV and 5,32 eV.

Figure 3. Spectrum of absorption of crystal K₂SO₄-Sm³⁺ at temperature 80К before irradiation (1) and after irradiation in X-ray quanta with dose 100 kGг (2) and 150 кGг (3)

As a result of absorption irradiation in X-ray quanta of new strips it is not revealed. At ionizing radiation influence reduction of optical density in strips impurity absorption is observed. Apparently from Figure 3, changes in absorption spectrum increase with growth of the dose of the irradiation. The similar behavior of optical absorption speaks reduction of concentration trivalent impurity ions, i.e. as a result of the irradiation their recharge occur ionizing radiation.

It has appeared that recombinational processes in crystals K₂SO₄-Sm depend on a prehistory of samples. In Figure 4 typical curve TSL for the powdery sample of the potassium sulfate activated by ions of samarium is resulted. Before measurement the sample has been subjected to thermal processing. Initial monocrystals have been ground in powder which within 1-1,5 hours was maintained at temperature 600 °С. As a result of such thermal processing curve TSL has undergone qualitative changes. Apparently from Figure 4, peaks TSL with maxima at 100К, 145К and 220К have disappeared.

Peak recombinating luminescences were shown at 135К and in area 170К. It is known that after heating of potassium sulfate to temperature of polymorphic phase transition from α – structures of the crystal lattice in β, at photoexcitation there is the luminescence in green area of spectrum which authors of work [14] connect with occurrence of the molecular centers of luminescence S₂. It is supposed that at high-temperature thermal processing of potassium sulfate there occur thermochemical processes.

As we didn't heat up samples to the temperature of structural phase transition, hence, changes on curve TSL can't be connected with the centers of type S₂. After heating samples were slowly cooled, i.e. their training wasn't made.

Therefore it is impossible to connect changes in recombinating processes after thermal processing with the advent of additional vacancies in knots of the crystal lattice. Qualitative changes of curve TSL (see figure 2 and 4) are connected with removal from crystal of structural water. Ions of the trivalent samarium replace in lattice of potassium sulfate ions K⁺. Local indemnification of charge can be made cations vacancies. As crystals were grown up from water solutions in these vacancies water molecules can be grasped.

Figure 4. Curve TSL of crystal K₂SO₄-Sm³⁺ after

preliminary thermal processing at 600˚С.
Irradiation dose – 50 kGr
In Figure 5 the spectrum of absorption of crystal K₂SO₄-Sm is presented at room temperature after thermal processing at temperature 200 °С within days. Heating of the monocrystal activated by ions of the samarium, to more high temperature leads them to cleaving. It is interesting to notice that the same doesn't occur for not activated crystals. Comparison of spectra of absorption before thermal processing shows that there was a redistribution of optical density in strips impurity absorption.

Theoptical density in a long-wave strip of absorption has decreased, and in two short-waves – has increased. The assumption that the given strips of absorption are connected with absorption impurity of samarium ions, occupying nonequivalent knots doesn't allow explaining for some reasons observable redistributions of optical density. Firstly, the total area under curves of the optical absorption presented in Figure 5, before and after thermal processing remains invariable. Secondly, if impurity ions are distributed on cation knots casually the transfer from one type cation knot to another can't have a certain orientation.

Reduction of concentration of the samarium in potassium sulfate doesn't lead to qualitative changes in spectrum of absorption which would testify that they occupy primary cation knots of one of two possible types. Thirdly, electronic transitions in ions of rare-earth elements are caused by transitions with blank f – covers which is shielded valency electrons

Figure 5. Spectrum of absorption of crystal K₂SO₄-Sm³⁺ at room temperature to (1) and after thermal processing (2)

Therefore, for essential change of power level there is not enough change of coordination number on a unit. Fourthly, essential changes of kind of curve TSL before thermal processing can be explained change of element structure of studied substance. Similar effects of preliminary heat treatment are observed in the crystals activated by ions of gadolinium. Thus, it is established that at activation of the potassium sulfate crystals by trivalent ions of samarium and gadolinium, in the crystal lattice there is structural water. Water molecules, settling down near impurity ions, not only compensate the superfluous charge, but also form one of the centers of luminescence. It is shown that under the influence of ionizing radiation samarium ions in matrix of potassium sulfate are recharged. Impurity of the radiating – induced centers form the peak recombinated luminescences on curve TSL.

Work is executed under the grant of fund of basic researches of the RK Ministry of Education and Science.

жүктеу/скачать 0.5 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: