CC BY
27
НОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
УДК 621.922
А. Б. Чаплыгин, Н. В. Судаков, В. Г. Шеркунов
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ АБРАЗИВНЫХ СМЕСЕЙ НА ВАЛКОВЫХ СМЕСИТЕЛЯХ
Эксплуатационные характеристики абразивного инструмента и его себестоимость в значительной мере определяются качеством абразивных смесей и затратами на их производство. Абразивная смесь представляет механическую композицию с различным долевым отношением вязкой вулканитовой связки и мелкодисперсной твердой фазы - абразивного материала. Смесь получают на валковых смесителях [1].
Технология смешения включает роспуск связки на валок, имеющий меньшую окружную скорость; распределение абразивного материала равномерным слоем по поверхности связки; многоцикличную деформацию композиции в зазоре между валками; периодическую подрезку полуфабриката смеси на выходе из валков и возврат фрагментов смеси в зазор между валками для последующей циклической обработки. По пробам, взятым от смеси, судят о ее однородности (готовности) и принимают решение о прекращении либо продолжении операции смешения.
Существующая технология валкового сме -шения отработана опытным путем. Недостаточная изученность процесса валкового смешения сдерживает разработку эффективных технических и технологических решений, которые бы позволили полнее реализовать потенциальные возможности процесса.
В основе анализа механизма смешения лежит простой сдвиг [2], допускающий линейную зависимость продольной составляющей скорости течения материала от вертикальной координаты
Ди
при условии прилипания на контакте с валками. При этом полагается, что смешиваются адекватные по структуре и реологии компоненты смеси, имеющие до смешения форму слоев в общем случае разной толщины. Геометрия слоев в исходном состоянии и их ориентация (Д) к направлению потока должны быть заданы (рис. 1).
В результате прилипания и различия окружных скоростей валков в продольных сечениях очага деформации происходит сдвиг, приводящий к вытягиванию и утонению слоев компонентов смеси, а также к росту их числа с каждым новым циклом (оборотом валков) и, как след -ствие, к повышению однородности смеси. Таковы существующие представления о механизме смешения, позволяющие определить вытяжку (Я) слоев при заданном числе циклов либо рассчитать необходимое число циклов (к) для получения требуемой вытяжки.
я=^ =
= УІ(кє :: ^іп А, - сое Д, )2 + ( ЯП А, )2 ;
к =
(1)
1
®іП Ро
шэ & +д/я2 -(вт А)2
где
є =
АЬ
И
(2)
продольная со-
Рис. 1. К расчету вытяжки слоя твердой фазы
ставляющая деформации сдвига за один цикл смешения, опреде-ляемая по известному полю скоростей
Анализ показал, что при простом сдвиге, предполагающем
линейную зависимость Ох {т.)
в условиях прилипания, поле
скоростей будет кинематически
НОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
возможным, т.е. удовлетворяющим их
граничным условиям и условию не -сжимаемости, лишь при наличии предельно развитого уширения.
Известны теоретические разработки, моделирующие кинематику течения материала в зазоре между валками [3]. При этом допускается прилипание на контакте с валками и плоская деформация в продольных сечениях, пренебрегающая уширени-ем. Основной особенностью кинематики является наличие противотока и циркуляционной области на входе в валки, характеризующейся движением материальных частиц по замкнутым траекториям. Последнее при стационарном режиме смешения исключает возможность выхода материальных частиц за пределы циркуляционной области.
Механизм смешения, который бы учитывал реальный характер течения материала, в настоящее время не изучен
Таким образом, в известных работах моделируются, по существу, два предельных кинематически возможных варианта процесса валкового смешения:
1. Вариант плоского течения в поперечных сечениях очага деформации, характеризующийся отсутствием циркуляционной области и пре -дельно возможной поперечной деформацией.
2. Вариант плоского течения в продольных поперечных сечениях очага деформации, характеризующийся отсутствием уширения и наличием циркуляционной области в очаге деформации.
Реальный процесс, очеввдно, лежит в промежуточной области, ограниченной предельными
Рис. 2. К анализу роли циркуляционной зоны в процессе смешения
случаями. Сравнительный анализ предельных случаев позволит, по меньшей мере, получить качественное представление о реальшм процессе.
Для выяснения роли циркуляционной обла-сти при смешении предложена модель очага деформации, включающая циркуляционную об -ласть как область пассивного смешения и две области активного смешения, прилегающие к валкам и имеющие суммарную толщину, равную толщине полосы на выходе из валков (рис. 2).
Деформация сдвига в активных областях является результатом различия продольных скоростей на границе с валками и с циркуляционной зоной. В связи с этим деформация сдвига становится зависимой от геометрических параметров циркуля -ционной области и активных областей. У станов -лено, что учет циркуляционной области суще -ственно увеличивает деформацию сдвига в продольных сечениях очага деформации (рис. 3). Через
” 5
т Е о 2 Р я
CQ ^ Ю
>■, О ° о
5-3 £ !l§ !Ц
^ (С S <Т О- J
X Е (О
^ S Ф
о ^ IE s ^
о Ею
100
92
84
76
68
60
52
44
36
28
20
\
\
\
\\
\\ \ \
V
\ V'
1 1.041.081.111.151.191.231.26 1.3 Фракция
s ^ 30
- Ф g 27
|5"8 24 ! §! 21 И 1 18 15
О
-&
ф
ф
* Ё 8 ^
о. ^
Е ^ q J <D £
U со
_ Г J
J J
У
1 1.4 1.8 2.2 2.6 3 3.4 3.8 4.2 4.6 Отношение исходной толщины полуфабриката к зазору между валками
Рис. 3. К сравнительной оценкематематическихмоделей: в активной зоне, прилегающей к ведомому вапку; — - в активной зоне, прилегающей к ведущему вапку
5
параметры циркуляционной области учитывается влияние дополнительных факторов на результат смешения. На принципиальном уровне уточняется роль фрикции (/) валков. При отсутствии фрикции процесс микросмешения под действием деформации сдвига возможен в отличие от вывода, который следует из анализа математической модели, не учитывающей циркуляционную область.
Формулы (1) и (2) справедливы для обоих вариантов моделирования. Принципиальное раз -личие состоит в значениях и функциональных связях деформации сдвига 8хт от параметров процесса валкового смешения.
Заключение
Моделирование предельных кинематически возможных вариантов процесса валкового сме-шения позволяет сделать нижнюю и верхнюю оценку продольной составляющей деформации сдвига. Корректное определение деформации сдвига возможно на основе информации об объ-емном течении материала в очаге деформации, т.е. с учетом фактического уширения, не устраняющего, а лишь уменьшающего размеры циркуляционной области.
3.
Библиографический список
Переработка каучуков и резиновых смесей (реологические основы, технология, оборудование) / Вострокнутов Е.Г., Новиков М.И., Новиков В.И., Прозоровская Н.В. М.: Химия, 1980. 280 с.
Вострокнутов Е.Г., Новиков М.И. Современные представления о механизме смешения каучуков с ингредиентами рези -новых смесей // Темат. обзор. Сер. Производство шин, РТИ и АТИ. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1971. 75 с.
Павлов В.А. Развитие теории и практики процессов обработки давлением в производстве вулканитового инструмента: Автореф. дис. ... д-ратехн. наук. Магнитогорск, 2001. 44 с.
УДК 621.774
С. С. Скворцова
РАЗВИТИЕ ПРОИЗВОДСТВА ПЕРСПЕКТИВНОГО КРЕПЕЖА НА ОАО «БЕЛЗАН»
В настоящее время совместно с Департаментом технического развития (ДТР) ВАЗ а разработана и реализуется программа освоения прогрессивного крепежа и его внедрения на автомобилях ВАЗа. В частности, программа предусматривает следующие направления внедрения, касающиеся фланцевых болтов:
1. Разработка и внедрение самостопорящихся фланцевых болтов с наружной фасонной голов -
Рис. 1. Болт крепления головки цилиндров: а - старый вариант 2108-10003271, внутренний шестигранник М 12x1,25x133,5 5 = 10; б - перспективная конструкция 2108-10003271, фасонная головка Е14, ОфЛ = 18,5, Н = 14
кой типа «ТОЯХ» вместо обычных шестигранных (рис. 1). Это позволит уменьшить номенклатуру соединительных элементов, а именно ис-ключение плоской шайбы, шайбы пружинной.
При обоснованном выборе головок болтов типа «ТОЯХ» уменьшение расхода материала составляет 35%, а уменьшение чистого веса - до 19% (рис. 2) с одновременным увеличением контактной прочности граней в 1,6-1,8 раза.
Интегральная оценка характеристик показывает , что фланцевые болты с головкой типа «ТОЯХ» обладают наибольшим преимуществом (см. таблицу). Поданы три совместные с ДТР ВАЗа заявки на изобретения по конструкции новых болтов и получены охранные документы.
2. Разработка и внедрение болтов в сборе с невыпадающей плоской шайбой (рис. 3).
3. Разработка и внедрение (фланцевых) болтов с внутренним профилем типа «ТОЯХ». Та -кая конструкция даст преимущество в условиях конвейерной сборки по сравнению со шлицевой головкой, крестовым шлицем и внутренним ше-стигранником.
«ТОЯХ» имеет широкие, проходящие дугообразно, поверхности приложения силы. Тем
