CC BY
57
УДК 621.91.001.24
ОЦЕНКА ШЕРОХОВАТОСТИ ПОДГОТОВЛЕННОЙ МЕХАНИЧЕСКИМ СПОСОБОМ ПОВЕРХНОСТИ ПОД ЛАКОКРАСОЧНОЕ ПОКРЫТИЕ
Ю.П. Земсков, Ю.С. Ткаченко
Представлены результаты количественной оценки зависимости площади отслоившегося лакокрасочного покрытия от шероховатости металлической поверхности после абразивно-струйной обработки
Ключевые слова: шероховатость, абразивно-струйная обработка, адгезия, площадь отслоившегося покрытия
Конструкции машин, выполненные из металлических листов, должны быть покрыты защитным покрытием, в основном, из лакокрасочных материалов для повышения стойкости к коррозии. От качества подготовки подложки зависит адгезия лакокрасочного покрытия.
Целью настоящих исследований является количественная оценка шероховатости поверхности, подвергнутой абразивно-струйной обработке, для повышения адгезии лакокрасочного покрытия к металлической основе.
Поставленная цель предполагает решение двух задач: во-первых, получение оптимальных режимов проведения абразивно-струйной обработки и, во-вторых, получение количественной оценки шероховатости поверхности, при которой адгезия лакокрасочного покрытия будет максимальной. На первом этапе методом планирования эксперимента была получена модель, дающая зависимость глубины проникновения абразива в металлическую поверхность (шероховатость) от основных технологических режимов.
На рис. 1-5 показаны зависимости глубины отпечатка от абразива АН от технологических режимов.
Анализ зависимости (рис. 1) показал, что наличие на кривой максимума говорит о существовании оптимальной длины разгона абразивных частиц от среза абразивного пистолета до обрабатываемой поверхности. Спадающая ветвь кривой объясняется уменьшением плотности потока абразива. При малых дистанциях обработки абразивные частицы не успевают набрать максимальную скорость, и поэтому углубление отпечатка будет не большим.
Земсков Юрий Петрович - ВГУИТ, канд. техн. наук, доцент, e-mail: regant2006@mail.ru
Ткаченко Юрий Сергеевич - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. (473) 246-19-77
10 —
О 20 40 60 80 100 120 140 Расшяшеа6ржишойобра5ожи1дНМ
Рис. 1. Зависимость глубины отпечатка от абразива АН от расстояния абразивной обработки Ь
На рис. 2 показана зависимость глубины отпечатка от размера абразива (дисперсность).
50 45 \ ] 40 в ь Е с 30 1 *25 [ч 20 15
0,5 1,5 2 2,5 Размер абряма cUti
Рис. 2. Зависимость глубины отпечатка от размера абразива
Так, из рис. 2 видно, что уменьшение глубины отпечатка АН при увеличении дисперсности абразива й можно объяснить уменьшением величины удельного давления при воздействии абразивных частиц на обрабатываемую поверхность.
Зависимости глубины отпечатка АН от давления в пневмосистеме Р и времени обработки Г имеют однотипный линейный характер (рис. 3 и 4).
60 % 50 < с к а 40 с ¡30 с V 1 20 С £ 1С &10 и 0 0
3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 Давление в шевшшстемеР. ИПз
Рис. 3. Зависимость глубины отпечатка абразива АН от давления в пневмосистеме Р
I 55
а 50
>
90 100
Время обработки!, с
110
120
Рис. 4. Зависимость глубины отпечатка абразива АН от времени обработки Г
Качественный анализ результатов эксперимента по выявлению зависимости глубины отпечатка АН от давления в пневмосистеме Р и времени обработки Г увеличивается с повышением указанных технологических параметров. Это объясняется возрастанием скорости о абразивных частиц,
которая связана с давлением в пневмосистеме зависимостью:
о =
—
' ра '
(1)
где Р - давление в пневмосистеме;
р - плотность энергоносителя (воздуха); а - суммарный коэффициент потерь абразивных частиц, обладающих кинетической энергией, совершающей работу по деформации поверхности.
На рис. 5 показана зависимость глубины отпечатка АН от угла обдува (атаки) абразивной струи а.
38
36
34
й а ю й й и
Й V и
с
н о й я к ю
¡л
1-е
32 30 28 26 24 22 20
50
Угол обдува абразивной струи а, град
100
Рис. 5. Зависимость глубины отпечатка абразива АН от угла обдува абразивной струи а
Максимум на кривой (рис. 5) объясняется преобладанием в интервале углов атаки а=80...85° процесса абразивного изнашивания. Причины увеличения глубины проникновения от абразивных частиц можно отнести к различным составляющим силы удара.
Методом планирования эксперимента была получена математическая модель, отражающая зависимость глубины отпечатка абразива АН от технологических режимов:
• дистанция обработки - Х\;
0
• размер абразива - Х2;
• давление в пневмосистеме - Х3,
• время обработки - Х4;
• угол атаки абразивной струи - Х5 .
После проверки на адекватность уравнение регрессии имело вид:
Ah=30,73-5,28 Хг5,28 Х2-12,23 Х+
8,21 Х4-1,43 Х-3,41Х2 Хз-3,03 Х2 Х4+
5,78 Х3 Х4+1,43 Х4 Х5. (2)
В результате получены оптимальные режимы проведения абразивно-струйной обработки:
давление в пневмосистеме - 0,5 МПА; дистанция обработки - 60 мм; время обработки- 60 с; дисперсность абразива - 0,5 мм; угол атаки - 80 ° [1].
В качестве абразива использовался оксид алюминия [2].
На втором этапе в соответствии с [3] была получена количественная оценка адгезии лакокрасочного покрытия в баллах.
В качестве оценочного параметра выступала площадь отслоившегося покрытия.
По результатам эксперимента была получена фактическая картина состояния поверхности после абразивно-струйной обработки в виде впадин (лунок), которая представлена на рис. 6.
Как видно, поверхность представляет собой сильно развитую поверхность, где ^ Nе - это суммарное количество лунок на
фиксированной площади обработки.
Обработка результатов испытаний адгезии о лакокрасочного покрытия основана на зависимости адгезии от интегральной площади контакта покрытия с основой:
а =
J kdS,
( 3 )
где к - параметр функции, зависящий от шероховатости Яа подготовленной поверхности к = / (Яа).
Рис. 6. Фактическая картина шероховатости металлической поверхности после абразивно-струйной обработки на оптимальных режимах
Тогда f (Ra)
da ~dS
( 4 )
Для листового металла толщиной 0,8.1,2 мм адгезия лакокрасочного материала осуществляется по площади, отслоившегося от основы покрытия.
Исходя из зависимости, полученной в результате эксперимента, имеем, что адгезия без отслоений лакокрасочного покрытия наблюдается в интервале шероховатости Яа от 30 до 50 мкм. Это означает, что отслоения будут проявляться при шероховатости подготовленной поверхности менее 30 мкм.
Так, при Яа больше 50 мкм требуется больше лакокрасочного материала, чтобы выровнять собственную шероховатость, что связано с большим перерасходом краски. Кроме того, получение слишком большой шероховатости связано с тем, например, что при толщинах менее 1 мм листовой металл приобретает деформированный характер, что совершенно не допустимо с точки зрения конструктивных особенностей.
Таким образом, была получена аналитическая зависимость площади отслоившегося лакокрасочного покрытия 8отсл как показатель адгезии от шероховатости металлической поверхности, подвергнутой абразивно-струйной обработке:
S
Soman = S - 2A N h,
( 5 )
где А - коэффициент;
N - количество лунок на фиксированной поверхности;
Н2л- глубина лунки. При определенных допущениях Н = Яа = 80.. .100 мкм.
Аналитическая зависимость площади отслаивания лакокрасочного покрытия от глубины отпечатка абразива показывает, что чем больше второе слагаемое в представленном уравнении, тем меньше будет площадь отслаивания. Следует иметь в виду, что зависимость площади отслаивания от шероховатости поверхности носит
экспоненциальный характер. Тогда следует производить выбор шероховатости в зависимости от толщины применяемого металла. Выбор оптимального значения шероховатости следует производить из графика, представленного на рис. 7.
4(10 -1-1-1-1-1
О 20 40 60 80 100 120
Шфоховагость^.ыш
Рис. 7. График зависимости площади отслоившегося покрытия от шероховатости металлической поверхности, подвергнувшейся абразивно-струйной обработке
Анализ графика показывает, что минимальная площадь отслаивания
лакокрасочного покрытия при толщинах металлического листа 0,8.1,2 мм будет наблюдаться при шероховатости Яа= 80.100 мкм .
Таким образом, была выполнена задача по оптимальному выбору технологических режимов абразивно-струйной обработки металлической поверхности и достигнута поставленная цель - получена количественная оценка шероховатости поверхности, подвергнутой абразивно-струйной обработке, для повышения адгезии лакокрасочного покрытия к металлической основе.
Литература
1. Тутуков В.Н. Влияние факторов дробеструйной обработки на состояние поверхности [Текст] / В.Н. Тутуков, Ю.П. Земсков, М.В. Эфрон // Улучшение свойств материалов для машин сельскохозяйственных маши: сб. науч. трудов. - Воронеж: ВСХИ, 1988. - С. 97 -103.
2. ГОСТ 28844-90. Покрытия газотермические упрочняющие и восстанавливающие. Общие требования. -М.: Изд-во стандартов, 2005. - 10 с.
3. ГОСТ Р 54563-2011 (ИСО 2409:2007). Материалы лакокрасочные. Определение адгезии методом решетчатого надреза. - М.: Стандартинформ, 2014. - 10 с.
Воронежский государственный университет инженерных технологий Воронежский государственный технический университет
ASSESSMENT OF THE ROUGHNESS OF THE SURFACE PREPARED MECHANICALLY UNDER THE PAINT AND VARNISH COVERING
Y.P. Zemskov, Y.S. Tkachenko
Results of a quantitative assessment of dependence of the area of an exfoliating paint and varnish covering from a roughness of a metal surface after abrasive and jet processing are presented
Key words: roughness, abrasive and jet processing, adhesion, the area of an exfoliating covering
