В соответствии с критерием качества валков (Ак) соотношение представленных зон имеет следующий вид /21/:
где А - глубина зоны чистого отбела, м; Б - глубина переходной зоны, м.
Центробежнолитые мелющие валки характеризуются величиной Ак = 0,66...0,71, что является показателем их высоких служебных свойств по сравнению со стационарнолитыми (Ак = 0,28...0,32) /119/, у которых они более чем в два раза ниже.
Наряду с изучением твердости и структуры металла образцы из исследуемых валков были подвергнуты механическим испытаниям.
Металл рабочего слоя мелющего валка подвергали испытанию на растяжение и изгиб, а также испытывали на износ.
На статическое растяжение подвергались исследованию стандартные цилиндрические образцы. Образцы вырезались из центральной части рабочего слоя валка.
Образцы на ударный изгиб (размером 10x10x60 мм) вырезались из средней зоны рабочего слоя валка. Результаты исследований механических испытаний образцов на изгиб и растяжение (среднее из трех значений) приведены в таблице 4.5.
Анализ полученных результатов исследования в таблице 4.5 показывает, что уровень механических свойств металла центробежнолитых валков на 20...25% выше уровня аналогичных свойств стационарнолитых валков.
Прочность сваривания двух разнородных металлов изучали на кольцевых темплетах толщиной 0,01 м, вырезанных из бочки валка в поперечном сечении, с помощью установки, представленной на рис. 2.4.
Таблица 4.5 - Показатели механических свойств мелющих валков
| Способизготовлениявалка | Видмеханических испытаний | Механические свойства на различном расстоянии от заливочной зоны валка, м | ||
| 0,2 | 0,6 | 1,0 | ||
| Центробежно-литой | Прочность наразрыв ств,МПа | 220 | 210 | 208 |
| Сопротивлениепри изгибе,Стизг., МПа | 400 | 390 | 387 | |
| Стационарно-литой | Прочность наразрыв стМПа | 190 | 170 | 175 |
| Сопротивлениепри изгибе,Стизг., МПа | 315 | 290 | 300 | |
Исследования проводили на прессе с усилием 3-104 Н до полного разрушения образцов с последующим изучением характера их разрушения.
Результаты исследований показывают, что изломы темплетов центробежнолитых валков проходят по металлу внутренней зоны отливки, не затрагивая граничной зоны двух слоев отливки, что свидетельствует о высокой степени их сваривания.
Выводы по главе 4
Установлено, что объемная подача металла должна обеспечивать продвижение жидкого слоя быстрее, чем осуществляется от него отвод тепла перегрева. Для валков диаметром бочки 0,25...0,35 м и длиной до 1,2 м подача металла при заливке должна составлять не менее 200 н/сек. Установлены термовременные параметры режима заливки в форму рабочего слоя и сердцевины валка (температуры заливки и перерыв между заливками), обеспечивающие их прочное сваривание в поле действия центробежных сил.
Показано, что использование на внутренней поверхности изложницы самотвердеющего теплоизоляционного покрытия с пульвербакелитовой смолой взамен сыпучего позволяет исключить на отливках появление поверхностных дефектов.
Установлено, что рекомендуемый слой теплоизоляционного покрытия толщиной 0,002 м и предлагаемый режим ввода покрытия во вращающуюся форму обеспечивает необходимую скорость затвердевания и равномерную толщину слоя по длине окружности формы, а также требуемую твердость и структуру металла. Установлено, что заливочное устройство с боковым сливом чугуна по ходу вращения формы сокращает период вовлечения слоя металла до скорости ее вращения на 20...25% и предотвращает смыв теплоизоляционного покрытия по сравнению с продольной заливкой металла.
Установлено, что при заливке второго металла в период достижения на внутренней поверхности рабочего слоя средней температуры интервала ликвидус-солидус, можно обеспечить прочное сваривание разнородных сплавов, тем самым, устраняя необходимость использования флюсов и второго металлургического агрегата для заливки внутреннего слоя.
Установлен режим вращения формы, позволяющий осуществить ввод металла при повышенном значении гравитационного коэффициента на внутренней поверхности отливки, позволяющий обеспечить условия для повышения физико-механических свойств заготовки валка, вследствие ускоренного выравнивания угловых скоростей металла и изложницы.
Показано, что рекомендованный химический состав рабочего слоя мелющих валков, учитывающий условия эксплуатации, соответствует специфическим условиям размольного процесса и способствует повышению их стойкости.
Выявлены существенные преимущества в физико-механических свойствах центробежнолитых валков (структура, твердость, распределение карбидной фазы, прочность на разрыв и изгиб, износ металла) по сравнению со стационарнолитыми валками, вследствие более плотного и дисперсного строения металлической структуры, которая достигается в условиях кристаллизации металла в поле действия центробежных сил.
4.4 Технологический регламент вращения формы
Частота вращения формы является важным параметром технологического процесса, во многом предопределяющим свойства отливки.
При заниженной частоте вращения формы в отливках появляется рыхлота, «слоистость», структура становится неоднородной [34,40].
При повышенной частоте вращения формы возникают трещины, усиливается пригар на поверхности отливок, а также усиливается ликвация элементов по удельным весам и др. [45, 47].
Представленный в главе 1 анализ существующих формул для определения частоты вращения формы [44...47] показывает, что стремление к их универсальности не дает положительных результатов, так как многообразие технологических факторов, свойств материалов отливок и их размеров усложняет их применение.
В настоящем разделе для определения частоты вращения формы исходили из экспериментальных данных гидродинамического состояния жидкости во вращающейся форме, учитывающих процесс вовлечения слоя жидкости во вращение.
Опыты свидетельствуют о том (глава 3), что наиболее благоприятные условия формирования заготовок возникают в случае быстрого вовлечения металла до скорости вращения формы, что достигается при достаточно высоких значениях гравитационного коэффициента (К = 100... 110).
При указанных значениях гравитационного коэффициента структура металла становится более однородной, что благоприятно сказывается на его физико-механических свойствах.
В соответствии с этими данными определим частоту вращения формы (п) для рабочего слоя валка толщиной 0,04 м, для вовлечения которого с минимальным временем до скорости вращения формы требуется утяжеление (К) в 100 раз (рис. 3.4)
g900-gvJ
откуда
n=-j=rоб/мин (4.5)
где г - внутренний радиус отливки, м.
Для формирования рабочего слоя заготовки бочки мукомольного валка, имеющего г = 0,09 м, частота вращения формы в соответствии с формулой (4.5) составит 1000 об/мин.
При заливке внутреннего слоя заготовки бочки валка с величиной г = 0,065 м частота вращения формы составляет п = 1176 об/мин.
Как показано в работе /103/ увеличение частоты вращения формы при заливке второго слоя металла способствует улучшению свариваемости двух разнородных металлов.
По окончании процесса затвердевания второго слоя металла частота вращения формы с целью снижения уровня вибрации и улучшения условий работы машины снижается до 800 и 400 об/мин.
Глава V. ПРОМЫШЛЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МЕЛЮЩИХ ВАЛКОВ
5.1 Внедрение разработанного технологического процесса производства мелющих валков в промышленных условиях
Промышленное внедрение технологии получения мелющих валков для пищевой отрасли (мукомольной, кондитерской, пивоваренной) осуществлялось в литейном цехе ООО «Орловский литейный завод им. Медведева».
Производство мелющих валков включает следующие технологические операции:
- плавка металла для получения двухслойной бочки валка;
- отливка двухслойных заготовок бочек валков на центробежной машине;
- механическая обработка бочек валка;
- механическая и термическая обработка полуосей;
- запрессовка полуосей с торцев бочки;
- окончательная механообработка валка;
- балансировка валка;
- нарезка рифлей или нанесение микрошероховатости на поверхности валков.
5.1.1 Плавка металла для получения двухслойной бочки валка
Плавка металла поверхностного рабочего слоя валка производится в индукционной тигельной печи промышленной частоты ИCT-0.4 предназначенной для получения жидкого литейного чугуна, как серого, так и легированного.
Печь обеспечивает интенсивное перемешивание металла с получением однородного химического состава и низкого угара элементов.
В качестве шихтовых материалов применяются:
- чушковый чугун по ГОСТ 805-80 марок Ш, П2, ПЛ1, ПЛ2;
- стальной лом, соответствующий ГОСТ 2787-86 марок 1А и 2А;
- лом (бой) валков из легированного чугуна;
- отходы и лом серого чугуна;
- ферросплавы и лигатуры для легирования и модифицирования чугуна: ферросилиций ФС75 ГОСТ 1415-93, ферромарганец ФМн 70-78 ГОСТ 4755-79, феррофосфор ФФ 14-18 по ТУ 14-5-72-80, феррохром ФХ 650-800А ГОСТ 4557-79, никель металлический Н-3, Н-4 ГОСТ 849-70.
При плавлении металлошихты в печи происходит угар и потери элементов, входящих в ее состав. Угар основных элементов в печи с кислой футеровкой в % от массы элемента в шихте составляет:
Углерод Кремний Марганец Хром
3-5 10-15 8-10 до 10
Общий угар при плавке чугуна в печи ИCT-0.4 не превышает 5-10% от массы шихты.
Все загружаемые в печь материалы должны быть сухими.
Загрузка печи проводится так, чтобы тигель был плотно заполнен шихтой, что позволяет сократить длительность плавки, обеспечить меньшую окисляемость металла, уменьшить износ тигля и потери электроэнергии.