CC BY
27УДК621.79;669.36 Бахматов Ю.Ф.,
Драпеко Н.В., Тимиргалеев К.Р., Лебедева И.Г.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ
КАЧЕСТВО ЦИНКОВОГО ПОКРЫТИЯ ПРИ ЕГО ФОРМИРОВАНИИ В ДИСПЕРСНО-ДИСПЕРСИОННОЙ СРЕДЕ: РАСПЛАВ-ФЕРРОМАГНИТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Аннотация. Проведен анализ технологических режимов разрабатываемой технологии нанесения металлических покрытия из расплава , позиционированного в пространстве магнитным полем. Создан предварительный перечень значимых факторов, влияющих на качество покрытия. Учтены интервалы вариации технологических параметров определяющие качество изделия.
Ключевые слова: покрытие цинковое горячее, качество, капиллярные структуры, смачивание, жидкое вещество с фиксацией частиц магнитным полем
В МГТУ разрабатывается технологический процесс, позволяющий позиционировать в пространстве объем расплава не стенками ванны, а магнитным полем, что обеспечивает бесшлюзовое перемещение изделия под зеркалом ванны, параллельно плоскости последнего. Реализация такого процесса обеспечивается устройством [1] в котором расплав находится в капиллярной среде, образованной ферромагнитными элементами. Смачивая поверхности этих элементов, расплав удерживается адгезионными силами, которые коагулируют элементы, создавая дисперсно-
дисперсионную среду (рабочую среду). А так как материал элементов ферромагни-тен, то эта среда поддается воздействию магнитного поля. Поле позволяет создавать определенную форму среды, компенсировать гравитационное воздействие, создавать напряжения в объеме [2]. Совместное воздействие магнитного и теплового полей определяет конструктивное оформление оперативной зоны технологической операции - формирование покрытия [3]. Рабочая среда представляет собой пористую структуру, «пропитанную» расплавом металла. Т.к. элементы, формирующие поверхность пористой структуры, имеют различную геометрию и всегда разделены слоем жидкости, то можно выбрать три
основные схемы временных (динамических) капиллярных структур (рис.1).
На этапе исследования использовались сферические элементы. Поэтому, представляет интерес схема (см. рис. 1,б), отвечающая за степень коагуляции, при которой образуется конгломерат-цепочки частиц, вдоль которых происходит уменьшение градиента Н, и силовое поле от напряжений сил поверхностного натяжения. В этой схеме ферромагнитные частицы разделены не магнитным зазором - металлом расплава. Это приводит к рассеиванию магнитного потока и увеличения градиента Н (^тайН), что влияет на объем рабочей среды. На ферромагнитную частицу, находящуюся в магнитном поле, действует сила, пропорциональная объему частицы V (т.е. массе), магнитной восприимчивости Хт и напряженности магнитного поля Н. Это соотношение имеет вид
1=Х„УНс1Н1с1х,
поэтому увеличение радиуса приводит к увеличению объема и уменьшению суммарного не магнитного зазора, что положительно влияет на процесс, но уменьшает эквивалентную площадь действия сил поверхностного натяжения, и ослабляет степень коагуляции рабочей среды.
Рис.1. Схема образования капиллярной структуры и ее параметры: Rai - микрогеометрия элемента; RA2 - микрогеометрия изделия; l - длина капилляра; r - сечение капилляра
На рис.1, в представлена модель капилляра, образованного элементом среды и участком поверхности изделия. Именно в этой зоне происходит взаимодействие ко-гезионных и адгезионных сил, действующих на поверхностях образующих капилляр. Понятно, что металл, находящийся на поверхности элемента должен быть перенесен на поверхность изделия. Поэтому требуется сделать анализ механизма мас-сопереноса в капиллярной структуре и определить корреляцию значимых факторов с технологическими режимами. Для цилиндрического капилляра высота подъема, а, следовательно, давление в капилляре определяется соотношением
h = • cos 0,
gpr
где к - высота подъема расплавленного припоя в капилляре; g - ускорение силы тяжести; Г - радиус капиллярного канала; р - плотность металла; О - поверхность натяжения; в - краевой угол смачивания.
Следовательно, при прочих равных условиях к определяется радиусом капилляра Г. В нашем случае сечение капилляра величина переменная и в первом приближении может быть определена косвенно по плотности упаковки (рис. 2).
Рис. 2. Возможные схемы элементов компоновки
Схемы, представленные на рис. 2, а, б дают плотность упаковки 52 и 74 % соответственно, все остальное пространство заполняется жидкостью расплава. Можно сделать вывод, что второй способ компоновки элементов (см. рис. 2, б) имеет меньшее эффективное сечение капилляра и в нем в большей степени проявляется капиллярный эффект. Как видно радиусы элементов не влияют на плотность упаковки, но влияют на длину капилляра и на суммарную смачиваемую поверхность. Добиться такого режима (плотности упаковки) можно передачей на рабочую среду вибрирующего воздействия.
На условия переноса металла с поверхности элементов на изделие будут влиять температура расплава и температура изделия. Эффект объясняется тем, что поверхностное натяжение жидкости уменьшается при повышении температуры
ог=ст0а(Т-Т0)
где а - температура коэффициента поверхности натяжения.
Поэтому, в разрабатываемой технологии тепловой режим процесса должен обеспечить более высокую температуру расплава по отношению к изделию. Это достигается выбором скоростного режима. Кроме того, можно создать градиент температуры рабочей среды вдоль изделия, что обеспечивает противоток расплава по отношению к поверхности изделия. Действие термокапиллярного эффекта, с одной стороны, усложняют управление технологическим процессом, направленным на получение качественного покрытия, но позволяет обеспечить более многофакторное управление, что при определенных условиях позволит создать более гибкое производство.
Зависимости, определяющие высоту подъема жидкости и давления в капилляре, выведены из условия постоянства сечения канала. На рис. 1 видно, что геометрия капилляра (г) переменна по длине (1), что предполагает влияние «геометрического
эффекта», действие которого проявляется через течение жидкости в сторону меньшего сечения (r). Так как протягиваемое изделие совместно с воздействием магнитного поля будет формировать канал капилляра, то на качество покрытия будет влиять переходный процесс, вызванный изменением скоростного режима (покрытие дискретных изделий). Влияние этих эффектов проявилось при проведении экспериментов, но носит пока случайный характер и требует дополнительного изучения.
Более определенно проявляется влияние микрогеометрии поверхностей Яа1 и Rа2. Известно, что явление смачивания определяется углом смачивания 0, или cos 0. Тогда, косинус угла смачивания (0) на шероховатой поверхности во столько раз больше косинуса угла смачивания (0) на гладкой поверхности, во сколько раз фактическая площадь шероховатой поверхности больше гладкой. Отсюда вытекает влияние шероховатости поверхности на смачивание. Если расплав смачивает поверхность металла, т. е. выполняется неравенство
в<90°, cos6>0,
то увеличение шероховатости приводит к увеличению cosd или к уменьшению в, а, следовательно, и к улучшению смачивания.
Таким образом, определяется механизм переноса расплава с поверхности ферромагнитных элементов на поверхность изделия, которым можно управлять, варьируя температурными режимами, геометрией ферромагнитных элементов, напряженностью магнитного поля и микрогеометрией поверхностей элементов и изделия.
Проведенные исследования показали перспективность реализации разрабатываемого технологического процесса и его экономическую эффективность.
Список литературы
1. Бахматов Ю.Ф., Бахматов И.Ю. Устройство для нанесения покрытия на изделия из вещества, находящегося в жидкой фазе. Патент на полезную модель № 114686
2. Бахматов Ю.Ф., Драпеко Н.В., Тимиргале-ев К.Р. Процесс горячего оцинкования стальных объемных изделий из расплава, позиционированного в пространстве магнитным полем // Труды меж-дунар. науч. -практич. конф. «Перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР». Екатеринбург: ИМЕТ УрО РАН, 2013. С.100-101.
3. Бахматов Ю.Ф. Драпеко Н.В., Тимиргале-ев К.Р. Технология нанесения металлических покрытий из расплава на длинномерные металлоизделия с совмещенными операциями очистки и стимулированной кристаллизацией // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: междунар. сб. науч. тр. / под ред. В.М. Салганика. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. унта им. Г.И. Носова, 2012. С. 247-251.
References
1. Bahmatov Ju.F., Bahmatov I.Ju. Ustrojstvo dlja nanesenija pokrytija na izdelija iz veshhestva, nahodjashhegosja v zhidkoj faze [An apparatus for
coating a product of their substance, which are in the liquid phase]. Utility patent № 114686
2. Bahmatov Ju.F., Drapeko N.V., Timirgaleev K.R. Process of hot-dip galvanizing steel bulk products consists of liquid-alloy, positioned in the space by magnetic field. Trudy mezhdunar. nauch.-praktich. konf. «Perspektivy razvitija metallurgii i mashinostroenija s ispolzovaniem zavershennyh fundamental'nyh issledovanij i NIOKR» /Proceedings of the International Scientific Conference "Prospects of development of metallurgy and engineering completed with the use of basic research"]. Ekaterinburg - Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2013, pp.100-101
3. Bahmatov Ju.F., Drapeko N.V., Timirgaleev K.R. Metal plating technology from the liquid-alloy on long-length metal products that include the cleaning operation and stimulated crystallization. Modelirovanie i razvitie processov obrabotki metallov davleniem: mezhdunar. sb. nauch. tr. / pod red. V.M. Salganika [Modeling and development of metal forming processes: International collection of scientific papers / edited by B.M. Salganik]. Magnitogorsk: NMSTU, 2012, pp.247-251.
Аннотация. Рассмотрен эффективный способ управления качеством выпускаемой продукции на основе теории ограничений. Качество рассматривается не как цель, а как ограничение. Показатели качества должны быть не меньше и не больше каких-то заданных величин. Показана целесообразность улучшения качества только приоритетной продукции, производство которой приведет к увеличению прибыли предприятия.
Ключевые слова: теория ограничений, «узкое место», улучшение качества, приоритетная продукция, прибыль.
УДК 669.1.004.16:568.562.6 Пе син А.М., Локотунина Н.М.
ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ И ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ
Качество - это совокупность характеристик объекта, относящихся к его способности удовлетворять установленные и предполагаемые потребности. Для выживания в рыночных условиях предприятиям постоянно приходится решать проблемы, связанные с обеспечением требуемого качества продукции [1].
Одним из современных веяний в управленческой науке стала теория ограничений (theory of constraints - ТОС), впервые появившаяся в США [2-7]. Теория ограничений помогает решить основные проблемы, связанные с внедрением и раз-
витием на предприятиях систем менеджмента качества (СМК).
Цель концепции всеобщего управления качеством (TQM), основанной на теории ограничений, - определить эффективную систему управления, которая направлена на осуществление непрерывного увеличения прибыли при соблюдении необходимого условия - высокого качества. А совместное использование «бережливого производства» и теории ограничений позволяет получить синергетический эффект, значительно увеличивающий скорость денежного потока при одновременном снижении затрат.
