ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ЭКСТРУДЕРА

Экструдер (червячная машина, червячный пресс), в котором полимер расплавляется и гомогенизируется, является основной машиной промышленных линий, на которых осуществляется ряд взаимосвязанных операций процесса переработки. Он выполняет функции пластикатора и насоса, непрерывно продавливающего расплав материала, полученного в винтовом канале, через головку (формующий канал).

По устройству и принципу работы основного узла, продавливающего расплав в головку, экструдеры подразделяются на шнековые, бесшнековые и комбинированные. Шнековые машины называют также червячными прессами.

Высокая пластицирующая способность червячных экструдеров обусловлена тем, что пластикация происходит как в результате теплопередачи от обогреваемых стенок цилиндра (корпуса), так и выделения тепла при деформациях, которым материал подвергается в экструдере.

Первым этапом конструирования экструзионной головки будет являться подбор марки материала для её изготовления. Это можно объяснить тем, что данный элемент стенда находится под постоянным воздействием высокой температуры.

Проанализировав различные марки материалов в марочнике сталей и сплавов [1], выберем три марки стали, наиболее близких по свойствам: Сталь 45, Сталь 30ХМ, Сталь 30Х13.

Для проведения анализа марок стали нам потребуются их назначение, химический состав, механические свойства и технологические свойства.

Сталь 45.

Поковки по ГОСТ 8479-70.

Назначение:

Вал – шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные объекты, подвергаемые термообработке, поверхностной термообработке для повышения прочности.

Таблица 1

Химический состав, %

Механические свойства при нормализации, закалке, отпуске:

Таблица 2

Механические свойства

Температура ковки ⁰C: Начала 1250, конца 700. Охлаждение на воздухе.

Обрабатываемость резанием: в горячекатаном состоянии при HB 170-179 и σ_в= 640 МПа.

Склонность к отпускной хрупкости – не склонна.

Сталь 30ХМ.

Поковки по ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70.

Назначение:

Шестерни, валы, цапфы, шпильки, гайки и другие различные детали, работающие при температуре 450 – 500 ⁰С.

Таблица 3

Химический состав, %

Механические свойства закалке, отпуске:

Таблица 4

Механические свойства

Температура ковки ⁰C: Начала 1260, конца 760-800. Охлаждение на воздухе.

Обрабатываемость резанием: после закалки и отпуска при HB 229-269 и σ_в= 930 МПа.

Склонность к отпускной хрупкости – не склонна.

Механические свойства при испытании на длительную прочность:

Предел длительной прочности: 186 МПа;

Длительность: 10000 ч;

Температура: 500⁰С.

То есть, для требуемого жизненного цикла детали материал должен обладать достаточной длительной прочностью, которая будет обеспечивать работоспособность детали на всем протяжении ее работы.

Так как данная марка стали испытывалась при максимальной для нее температуре 500⁰С и выдержала 10000 часов сохраняя требуемую прочность, можно сделать вывод, что данная марка стали подходит для изготовления детали «Фланец».

Сталь 30Х13.

Поковки по ГОСТ 25054-81, ГОСТ 1133-71.

Назначение:

Режущий и мерительный инструмент, пружины, карбюраторные иглы и другие детали, работающие при температурах до 450⁰С.

Таблица 5

Химический состав, %

Механические свойства закалке 1000-1050⁰С, масло, отпуск 700-750⁰С, воздух:

Таблица 6

Механические свойства

Температура ковки ⁰C: Начала 1260, конца 850.

Обрабатываемость резанием: в закаленном и отпущенном состоянии при HB 241 и σ_в= 730 МПа.

Склонность к отпускной хрупкости – малосклонна.

Вывод: Проведя анализ свойств наиболее применяемых марок сталей для изготовления данного типа деталей, оптимальной маркой будет являться Сталь 30ХМ, так как она может обеспечить работоспособность экструзионной головки на протяжении более 10000 часов при постоянном температурном воздействии до 500⁰С, что подтверждается экспериментальными исследованиями по справочнику Михайлова – Михеева П.Б. по металлическим материалам. Сталь 30ХМ хорошо поддается штамповке и имеет достаточно хорошую обрабатываемость резанием, так как ее механические свойства после термообработки не требуют особых режимов механической обработки. При всем этом, Сталь 30ХМ имеет сравнительно низкую себестоимость.

Список литературы:

1. Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Вяткин и др; Под общ. ред. В. Г. Сорокина. — М.: Машиностроение, 1989. — 640 с.