Способ изготовления горлового кольца для стеклоформующей машины

 

Сущность изобретения: изготовление горловых колец из двух материалов - износостойкого и жаропрочного - в зоне формования с высокой теплопроводностью и ударной вязкостью в основноймассе горлового кольца. Полукорпуса, составляющие основу горлового кольца, и вставки, образующие рабочую зону, получают путем прессования порошковой углеродистой стали и материала с легирующими добавками. Размещают вставки в центральных полостях полукорпусов, производят их совместное спекание и пропитку медью в востановительной среде при температуре 1140-1160^oС, обеспечивающие взаимную диффузию материалов полукорпусов и вставок. Затем осуществляют горячую штамповку вставок и межаническую обработку пары заготовок комбинированных горловых колец. 1 табл.

Изобретение относится как к стекольной промышленности, так и к области порошковой металлургии, в частности к способам изготовления формового инструмента для производства стеклянных изделий.

Известны горловые кольца, изготовленные из чугуна или легированной стали (Степнов И.Е. Гладштейн И.Е. Конструирование форм для стеклянных изделий. М. Легкая индустрия, 1974, с. 32-33, 153).

Горловое кольцо из чугуна имеет малый срок службы, что значительно снижает производительность стеклоформующей машины из-за частой смены горловых колец. Например, срок службы чугунного горлового кольца для выработки банок на машинах 2ПВМ-12 составляет примерно 3 сут. Горловое кольцо из легированной жаропрочной стали чрезвычайно дорого, учитывая его кратковременное использование, сложность изготовления и необходимость применения остродефицитных материалов.

Известен способ изготовления формового инструмента, включающего поле корпуса и сменные вставки. Полукорпуса изготовлены из чугуна. Сменные вставки с рабочей полостью изготовлены также из чугуна и закреплены с помощью штифтов в гнездах полукорпусов.

Недостатки этого решения значительное усложнение конструкции из-за необходимости крепления вставок, короткий срок службы вставок также мал.

Известен способ изготовления формового инструмента из жаропрочной стали, содержащей 13% хрома, на рабочую повеpхность которого наносят износостойкое покрытие следующего состава, мас. никель 75-90; хром 4-18; бром 0,75-4,5; железо-кремний-углерод не более 10.

Полученный этим способом инструмент является чрезвычайно дорогим.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ изготовления горлового кольца, включающий засыпку порошка в пресс-форму, прессование, спекание, пропитку медью и последующую обработку давлением.

Недостатком этого решения является то, что спрессованные детали имеют однородные свойства, в то время как специфика эксплуатации горловых колец требует различных физико-механических параметров на каждом локальном участке.

Цель изобретения увеличение срока службы горлового кольца за счет применения износостойкого материала для рабочей полости и материала с высокими значениями коэффициентов теплопроводности и ударной вязкости для изготовления полукорпусов, повышение качества формуемых стеклоизделий благодаря малой шероховатости рабочей поверхности, обеспечение надежной связи вставок с полукорпусом за счет взаимной диффузии элементов, входящих в состав их материалов, и уменьшения напряжения в контактной зоне благодаря близким значениям коэффициентов термического расширения материалов вставки и полукорпусов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления горлового кольца, включающем засыпку порошка в пресс-форму, прессование вставки из порошка легированного материала на основе железа и полукорпуса из порошка углеродистой стали, спекание, пропитку медью и последующую обработку давлением, порошок засыпают в пресс-форму с разделителем, причем для получения вставки в центральную часть пресс-формы, а для получения полукорпуса в ее периферийную часть. Прессование вставки и полукорпуса производят после удаления разделителя в одной пресс-форме за счет последовательных ходов прессующего инструмента. Затем монолитную заготовку спекают, пропитывают медью в восстановительной среде при 1150-1240^оС и осуществляют горячую штамповку с последующей механической обработкой до обеспечения шероховатости рабочей поверхности R_А=0,04-0,16.

Способ осуществляется следующим образом.

Для изготовления каждой половины заготовки горлового кольца приготавливают шихту из порошка двух составов. Для получения вставки смешивали порошки, железа 93,2-97,7; графита 0,2-1,3; никеля 2-3 или хрома 3-5; серы 0,1-0,5. Для получения полукорпуса смешивали порошки, графита 0,2-1,5; железа 98,5-99,8. Прессование заготовки горлового кольца осуществляли в одной пресс-форме с разделителем. В центральную часть пресс-формы подавали материал для получения вставки, а в периферийную часть материал для получения полукорпуса. После подачи порошков и удаления разделителя прессовали вставку и полукорпус двумя пуансонами за счет их последовательных ходов. Плотность прессовки полукорпуса составляла 60-70% чтобы при пропитке медь заполнила объем 30-40% а плотность прессовки вставки 85-90% чтобы после пропитки медь составила в конечном материале 10-15% После прессования монолитную заготовку извлекали из пресс-формы и производили спекание в печи с восстановительной средой при температуре 1150-1240^оС. Режим в печи поддерживали таковым для обеспечения спекания с диффузионным соединением материалов вставки и полукорпуса. При приготовлении медных накладок при пропитке учитывали различную пористость прессовок вставки и полукорпуса. После пропитки медью проводили горячую штамповку вставки для получения рабочей поверхности кольца требуемой плотности и твеpдости при пористости материала менее 1% Затем производили механическую обработку пары заготовок и получали готовое горловое кольцо. При механической обработке достигали шероховатости рабочей поверхности R_A= 0,04-0,16 для получения высокого качества поверхности горла на стеклоизделии.

Особенности предлагаемого способа изготовления горлового кольца обусловлены спецификой его эксплуатации на стеклоформующей машине.

Формовой инструмент, в частности, горловое кольцо, при формовании стеклоизделий работает в условиях циклического воздействия высокой температуры и агрессивной среды. Он выполняет две функции является инструментом, формующим агрессивную высокотемпературную стекломассу, и служит теплообменником, через который осуществляется интенсивный теплоотвод от нагретой стекломассы к охлаждающему воздуху и станине стеклоформующей машины.

Формующая полость предлагаемого горлового кольца, образованная вставками, размещенными в полукорпусах, выполнена из износостойкого и жаростойкого материала с требуемыми физическими механическими свойствами и с пористостью менее 1% Материал вставки позволяет получить малую шероховатость при механической обработке, что очень важно для получения высококачественной поверхности стеклоизделия. Материал пропитан медью, он также является достаточно теплопроводным коэффициент теплопроводности около 60 Вт/мК, т.е. вставка выполняет и функции теплообменника (коэффициенты теплопроводности меди 360 Вт/мК, чугуна 42 Вт/мК, стали Х13 27,7 Вт/мК).

Для теплообменника требуется материал с высокой теплопроводностью, поэтому полукорпуса, составляющие основную массу горлового кольца (около 90%), выполнены из материала с высоким коэффициентом теплопроводности. Прессовки полукорпусов выполнены с пористостью 30-40% После пропитки они содержат большое количество меди в своем составе и имеют коэффициент теплопроводности 65-70 Вт/мК.

Оба элемента горлового кольца вставка и корпус выполнены из порошка на основе железа и пропитаны медью, поэтому значения коэффициентов термического расширения этих материалов близки. Нет опасности получения стеклоизделий с остаточными термическими напряжениями, а также разрушения составных горловых колец в процессе их эксплуатации из-за возникновения в них самих термических напряжений.

Входящие в состав материала вставки компоненты определяют ее физико-механические свойства: система железо-углерод общепринятая основа большинства конструкционных материалов; никель (или хром) повышает прочность, износостойкость и жаропрочность материала; медь способствует формированию износостойкой структуры, увеличивает плотность, пластичность, твердость и теплопроводность композиционного материала; сера стабилизирует структуру и улучшает обрабатываемость материала.

Входящие в состав материала полукорпуса компоненты железо-углерод и медь выполняют указанные выше функции и определяют требуемые свойства полукорпуса высокие значения коэффициентов теплопроводности и ударной вязкости.

Материал вставок является более дорогим, чем материал полукорпусов, но поскольку масса вставок составляет только 10% от массы горлового кольца, то в целом оно значительно дешевле горловых колец из легированной стали или алюминиевой бронзы, которая нашла широкое применение для изготовления горловых колец.

П р и м е р. Изготавливали каждую половину заготовки комбинированного горлового кольца последовательным прессованием в одной пресс-форме вставки и полукорпуса. Для получения полукорпуса использовали шихту стали ПК 40/ГОСТ 28378/89/. Для получения вставки в шихту указанной стали добавляли 3% порошкового никеля и 0,3% серы. Материал для получения вставки подавали в центральную часть пресс-формы, а для получения полукорпуса в ее периферийную часть. Прессование осуществляли двумя пуансонами при их последовательных ходах. Вставку прессовали при давлении 600 МПа до плотности 85% а полукорпуса при давлении 500 МПа до плотности 65% Затем монолитную заготовку спекали в атмосфере эндогаза при температуре 1200^оС и пропитывали медью при температуре 1150^оС. После этого осуществляли горячую штамповку вставки. Затем производили механическую обработку каждой пары комбинированных заготовок для получения готового горлового кольца.

Характеристики предлагаемого горлового кольца представлены в таблице. Из таблицы видно, что характеристики горлового кольца, полученного предлагаемым способом, значительно выше, чем у традиционно используемых чугунных вставок горловых колец: ударная вязкость в 4,5-7 раз, коэффициент теплопроводности в 1,4-1,7 раз, эксплуатационная долговечность в 5-6 раз.

Предлагаемый способ изготовления горлового кольца позволяет получить очень надежный контакт в соединении вставка полукорпус ширина диффузионной зоны составляет 120-150 мкм, отсутствуют поры и окислы на границе раз дела материала вставки и полукорпуса.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГОРЛОВОГО КОЛЬЦА ДЛЯ СТЕКЛОФОРМУЮЩЕЙ МАШИНЫ, включающий засыпку порошка в пресс-форму, прессование вставки из порошка легированного материала на основе железа и полукорпуса из порошка углеродистой стали, спекание, пропитку медью и последующую обработку давлением, отличающийся тем, что порошок засыпают в пресс-форму с разделителем, причем для получения вставки - в центральную часть пресс-формы, а для получения полукорпуса - в ее периферийную часть, прессование вставки и полукорпуса производят после удаления разделителя в одной пресс-форме за счет последовательных ходов прессующего инструмента, затем монолитную заготовку спекают, пропитывает медью в восстановительной среде при 1150 - 1240^oС и осуществляют горячую штамповку с последующей механической обработкой доя обеспечения шероховатости рабочей поверхности R_А = 0,04 - 0,16.

РИСУНКИ

Рисунок 1