Изделия из материала металлорезина

Использование материалов капиллярно-пористой структуры в качес­тве элементов и рабочих органов машин и механизмов обеспечивает значительное снижение металлоемкости последних, внедрение в произ­водство экологически чистых безотходных технологий изготовления деталей при одновременном повышении срока службы и функцио­нальной надежности машин и оборудования в эксплуатации.

Ярким представителем материалов данного класса является мате­риал МР (металлорезина или металлический аналог резины), разра­ботанный в СГАУ в 1960-е годы.

У истоков создания технологии изготовления и исполнения уст­ройств из материала МР стояли видные ученые-эспериментаторы СГАУ: проф. А. М. Сойфер, проф. А. И. Белоусов, канд. техи. наук: В. Н. Бузицкий, Г. В. Лазуткин, А. А. Тройников, Ю. И. Байбородов, инженеры В. А. Першин, А. Д. Пичугин и многие другие.

Материал МР представляет собой однородную упругопористую массу, полученную холодным прессованием определенным способом уложенной, растянутой и дозированной по весу металлической про­волочной спирали [20, 22, 129]. В качестве исходного материала для изготовления МР применяется тонкая металлическая проволока раз­личных марок. Марка проволоки определяется условиями работы детали из МР: температурным режимом, наличием агрессивной сре­ды, характером приложения нагрузки и т. д.

В условиях эксплуатации, исключающих коррозию, и при работе в температурном режиме окружающей среды (213…333 К) обычно применяется проволока марок 35ХГСА, 50ХФА и пр., при высоких температурах и агрессивных средах — из аустенитных нержавеющих сталей типа 11Х18Н10Т, ЭИ-708, ЭП-322. Диаметр используемой проволоки определяется размерами изготавливаемой детали, требо­ваниями к ее механическим (прочностным) качествам.

В большинстве практических случаев используется проволока ди­аметром от 0,03 до 0,3 мм.

Для изготовления деталей из материала МР используется спираль, полученная прокаткой проволоки между диском и роликом или намоткой на нить, которая впоследствии удаляется (выжигается или растворяется).

Процесс навивания спирали осуществляется пластическим деформиро­ванием проволоки на вращающемся коническом керне при обкатывании его роликом. Необходимые при этом соотношения усилий прижатия керна к ролику Q h натяжение проволоки N (рис. 1.11) подбирается опытным путем.

В процессе навивания каждый предыдущий виток спирали за счет упру­гих сил проволоки увеличивает свой диаметр и свободно смешается с керна последующим витком, обеспечивая непрерывность навивания на постоянно выбранном диаметре. Диаметр спирали определяет упругие и демпфирую­щие свойства элемента и лежит практически в пределах от ОД до 2,0 мм.

На полуавтомате конструкции [29] можно навивать спираль из проволоки диаметром 0,1…0,5 мм. Диаметр спирали определяется диаметром керна и находится в пределах (5—15) d.

Производительность полуавтомата определяется массой спирали, навитой в течение часа, и зависит от числа оборотов керна и диамет­ров спирали и проволоки, а для проволоки диаметром 0,2 мм со­ставляет величину 1,0 кг/ч.

Для изготовления некоторых видов деталей из МР, в частности УДЭ, применяется также непрерывная спираль, которая получается пластическим деформированием проволоки путем ее обкатки плане­тарным роликом на вращающемся керне. На рис. 1.12 приведена схе­ма автомата для навивки непрерыв­ной спирали.

С ведущего конуса вариатора 1 вращение передается на вал 2 и керн 3. В обратном направлении через систе­му шестерен вращается барабан 8. При его вращении ролик 4 обкатывается по керну 3, образуя спираль. Ролик 4 на­ходится между дисками 5, 7. Диск 7 вращается вместе с валом, а диск 5 пружиной 6 прижимает к нему плане­тарный ролик 9, вращая его вокруг сво­ей оси для уменьшения трения и из­носа при обкатывании керна.

Подбор скорости вращения керна осуществляется вариатором до полного прекращения вращения навиваемой спирали. Автомат обла­дает невысокой производительностью (до 0,25 кг/ч).

В ряде случаев применяется спираль с межвитковым давлением. Для получения такой спирали применяются полуавтоматы, в которых обкатывающий ролик имеет на цилиндрической поверхности канавки треугольного профиля с шагом, равным диаметру проволоки.

Производительность такого полуавтомата не более 0,75 кг/ч.

После навивания любым из рассмотренных методов спираль рас­тягивается (вручную или путем ее пропускания через калиброванное отверстие) до шага, равного ее диаметру. Этим достигается наилуч­шее сцепление между отдельными проволочками и высокая стабиль­ность свойств по объему при последующем прессовании заготовки.

Из растянутой таким образом спирали (или их набора) делают заготовку для прессования (иногда называемую «куклой»). Вес заго­товки определяется по известному соотношению, учитывающему па­раметры изготавливаемой металлорезиновой детали (объем образца из МР пористость П и плотность рМР):

G — (l — П^мрУмр,

Затем заготовку укладывают в пресс-форму и вхолодную, под дав­лением 500 МПа, спрессовывают в окончательный по форме и размерам элемент. От того, как уложена спираль в заготовке, зависят в определенной степени упругодемпфирующие и проч­ностные свойства получаемого элемен­та. Контроль за прессованием осуще­ствляют по величине хода пуансона в матрицу (рис. 1.13).

При таком способе получения по­ристого материала используется высо­копроизводительное оборудование для навивки спирали, образцы изготовля­ются с наперед заданной пористостью, и при этом с большой точностью дос­тигается равномерное распределение проволоки по всему объему пористого материала.

К недостаткам способа следует от­нести:

• наличие трудоемкой операции «вытяжка спирали»;

• сложность навивки спирали из мягкой проволоки;

• невозможность получения спирали малых диаметров (менее 0,4 мм).

При другом способе получения пористого материала спираль навивают

на нить с заранее выбранным шагом. Далее из спирали с питыо делается заготовка для прессования. После этого нить удаляется (удаление нити до получения заготовки приведет к спутыванию спиралей). Дальнейшие опе­рации по получению материала МР идут аналогично описанным выше.

Данный способ получения пористого материала позволяет изгото­вить спираль из мягкой проволоки и спиралей диаметром менее 0,4 мм.

К недостаткам способа следует отнести: малую производительность оборудования для навивки спирали, сравнительно низкую точность определения веса проволоки при взвешивании спирали с нитью, слож­ность контроля за удалением нити, неэкологичиость технологии.

Несмотря на указанные недостатки, этот способ получения порис­того материала нашел применение при изготовлении фильтров тон­кой очистки.

Сопоставляя описанные выше способы получения пористого металла МР с получением пористых металлов из порошков (металлокера­мики), отметим отсутствие операции спекания. Это позволяет полу­чать пористые материалы из металлов и сплавов, плохо поддающих­ся спеканию (например, из титановых сплавов). К тому же полученный таким способом материал МР является пока единственным упругим пористым металлом.

Общие положения технологии изготовления материала МР вклю­чают общепризнанные приемы обеспечения качества металлорезипо — вых деталей:

• с целью получения заготовок изделий заданной формы с улуч­шенными упруго гистерезисными свойствами отрезки проволоки в виде спиралей целесообразно укладывать с взаимным перекрещиванием в пресс-формы, соответствующие но форме и размерам готовому изделию, и спрессовывать их под давлением порядка 10 МПа с но-

9

следующим повышением давления в зависимости от заданной упру­гости готового изделия и при необходимости вводить в прессуемую заготовку антикоррозионный наполнитель под давлением [22];

• с целью уменьшения давления прессования, увеличения внут­реннего трения и повышения стабильности размеров получаемых из МР изделий уложенные с взаимным перекрещиванием в пресс-фор­мы и оирессованные под давлением проволочные спиральные отрез­ки рекомендуется изготовлять из термически упрочненного материа­ла с твердостью НВ 160…200, например, из бериллиевой бронзы БрВ2, а после спрессовывания изделия подвергать термообработке [28].

К новым технологиям изготовления материала МР, определяю­щим их использование в качестве упругогистерезисных комбиниро­ванных виброизоляторов и демпферов предъявляются следующие требования:

• готовое изделие должно иметь высокие демпфирующие свой­ства, а технология изготовления изделий должна позволять возмож­ность управления выходной величиной демпфирования и прочност­ными свойствами;

• технология должна обеспечивать требуемые частотные характе­ристики виброизолятора;

• разработчик должен стремиться повысить прочность на растя­жение готового изделия;

• повышение качества за счет стабилизации динамических пара­метров при наработке;

• новые технологии должны обеспечить широкий диапазон изме­нения плотности готового изделия;

• готовые изделия должны иметь небольшой и контролируемый разброс механических характеристик и геометрических параметров;

• нужно стремиться к повышению производительности труда, по возможности исключая или уменьшая долю ручного труда в «ноу — хау» и т. д.

Все это открывает широкие перспективы к модернизации сущест­вующего оборудования для производства материала МР и совер­шенствования технологии его изготовления.