Проблема обеспечения высокой износостойкости в парах трения остается важнейшей в современном машиностроении. Статистика свидетельствует, что до 80% отказов в торцевых уплотнениях связано с износовыми отказами. В этой связи представляют интерес силицированные графиты, обладающие исключительно высокими эксплуатационными свойствами.
Силицированные графиты представляют собой графитокарбидокремнистые материалы, полученные пропиткой пористого графита расплавленным кремнием. В процессе пропитки в результате взаимодействия с углеродом образуется карбид кремния, при этом часть кремния и графита остаются не связанными углеродом. Таким образом, силицированный графит состоит из карбида кремния, графита и кремния.
Для изготовления торцевых уплотнений насосов могут быть использованы следующие марки силицированных графитов, выпускаемые отечественными заводами: СГ-Т; СГ-П; СГ-М; ГАКК 55/40. Основные физико-механические свойства этих материалов представлены в таблице.
Таблица - Основные свойства силицированных графитов
Показатель
Материал
СГ-Т
СГ-П
СГ-М
ГАКК 55/40
Плотность, г/см
2,5-2,8
2,4-2,6
2,1-2,4
2,2-2,4
Предел прочности, МПа
- при сжатии
300-320
420-450
130-160
120-180
- при растяжении
401-501
60
30-40
-
- при изгибе
90-110
100-120
70-90
-
Ударная вязкость, 103*Нм/м2
2,8
4
2,8
3,5
Модуль упругости, ГПа
95
127
97
-
Твердость, HRC
65-78
50-70
40-50
50
Существующая на производстве технология изготовления деталей из силицированного графита заключается в следующем. Заготовки для деталей заданной формы и размеров прессуют или получают обработкой резанием с учетом необходимых припусков, а затем заготовку пропитывают по всему объему жидким кремнием при высоких температурах – выше 2000°С. При этом происходит реакция с образованием карбида кремния.
И если серийное производство уплотнений не вызывает особых трудностей, поскольку детали получают спеканием, то изготовление ремонтных деталей необходимо вести из уже спеченных заготовок механической обработкой. Это связано с рядом трудностей. В первую очередь это обусловлено высокой твердостью обрабатываемой заготовки и ее хрупкостью. Особую актуальность данный вопрос принимает при обработке торцевых канавок гидрозамков.
Кольца пар трения из силицированных графитов СГ-П, СГ-Т, а также карбидов вольфрама, кремния и алюминия обрабатывают шлифованием на универсально-шлифовальных станках. Шлифование производят алмазными кругами марки АСР зернистостью 100/63 при режимах: v = 30 м/с; S=0,05....... 0,1 мм/об; t = 0,015...0,03 мм. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости применяют эмульсию с содержанием соды 2...3 %. Обработка таким образом цилиндрических и торцевых поверхностей не вызывает особых затруднений, хотя и достаточно трудоемка и малопроизводительно. Обработка же торцевых канавок, служащих для создания эффекта гидрозамка, данным методом невозможна. Обработка торцевых канавок на токарных станках с применением алмазных резцов также не дает желаемого результата в связи с высокой хрупкостью обрабатываемого материала и склонностью к скалыванию.
Для обеспечения качественной обработки торцевых канавок нами предлагается использовать способ электроалмазного гравирования. Обработка производится на фрезерно-гравировальном станке специальными граверами с алмазным напылением.
Проведенные эксперименты показали, что при обработке традиционным гравированием, без применения СОЖ алмазоносный слой гравера достаточно быстро изнашивается, обнажая металлический стержень, служащий основой для инструмента. Стержень, упираясь в поверхность заготовки, не дает подойти новому алмазному слою к обрабатываемой поверхности, что делает процесс гравирования невозможным. Обеспечить подход к обрабатываемой поверхности новых алмазных слоев возможно только удалением металлического стержня в изношенной зоне.
Для этой цели используется известный метод электролиза, который заключается в пропускании электрического тока между инструментом и заготовкой. Электрический ток проходя от инструмента к заготовке осуществляет ионный перенос материала инструмента, который в свою очередь, вместе с стружкой, удаляется из зоны резания струей электролита.
Проведенные эксперименты показали, что обработка торцевых канавок шириной 1 мм и глубиной 1,5 мм рационально производить граверами с алмазным напылением диаметром 0,9 мм на режимах обработки n=30000 об/мин; Sмин=2…3 мм/сек; t=0.2…0.3 мм; напряжение U=6 V, сила тока I=2 А. При данных режимах обработки происходит растворение стержня инструмента со скоростью позволяющей обеспечить обновление новых алмазных слоев по мере износа отработавших.