Научная статья на тему 'Технология центробежно-планетарной объемной обработки резинотехнических деталей при низкотемпературном воздействии на рабочую загрузку'

Технология центробежно-планетарной объемной обработки резинотехнических деталей при низкотемпературном воздействии на рабочую загрузку Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
438
67
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЗАЧИСТКА / ЦЕНТРОБЕЖНО-ПЛАНЕТАРНАЯ ОБРАБОТКА / ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ / ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ / DESEAMING / PLANET CENTRIFUGAL TREATMENT / POLYMER MATERIAL / OPTIMIZATION OF OPERATING SCHEDULES

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Зверовщиков Александр Евгеньевич

Актуальность и цели. Детали сложной пространственной конфигурации из полимерных материалов часто изготавливают методами литья или объемной штамповки, что сопровождается образованием на поверхностях деталей остатков литниковых систем и облоя. Устранение или предотвращение появления этих дефектов на операциях формообразования приводит к значительному удорожанию технологического оснащения. Поэтому удаление облоя с полимерных деталей после литья или штамповки является трудоемкой технологической операцией, механизация которой является актуальной. Центробежно-планетарная объемная обработка является одним из наиболее производительных способов механизации зачистки. Цель исследования: разработка технологии эффективного удаления облоя с полимерных деталей небольшой массы и размеров. Материалы и методы. Проведено сравнение полученных теоретических результатов с экспериментальными данными, использованы положения теоретической механики, механики сплошных сред, теплотехники, основ математической теории эксперимента. В качестве хладагента использован жидкий азот. Экспериментальные образцы изготовлены из бутадиен-нитрильной резины. Результаты. Исследована зависимость выхода годных и бракованных деталей от основных технологических факторов центробежно-планетарной объемной обработки. Предложена методика расчета, позволяющая реализовать способ зачистной обработки полимерных деталей с однократной дозированной подачей хладагента. Оптимизированы режимы для группы промышленных мелкоразмерных деталей. Выводы. Выработаны принципы реализации технологических возможностей центробежно-планетарной объемной обработки для низкотемпературной зачистки деталей небольшой массы из полимерных материалов, позволяющие сократить время цикла обработки до 45–120 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Зверовщиков Александр Евгеньевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

TECHNOLOGY OF CENTRIFUGAL PLANET THREE-AXIS PROCESSING OF GENERAL RUBBER WORK-PIECES UNDER LOW TEMPERATURES WORKLOAD

Background. Pieces of complicated three-dimensional configuration made of polymer materials are usually produced by casting method or die forging that are accompanied by appearance of remnants of gating systems or casting material on work-piece surface. Debugging or defect avoidance during the process of formation leads to a significant increase in the cost of technological outfit. For this reason waste removal from polymer work-pieces after castings or die forging is an intensive working operation and its powering is of current interest. Centrifugal planet three-axis machining is one of the most productive technologies of deseaming motorization. The research objective is to work out technologies of effective waste removal from polymer work-pieces of small masses and sizes. Materials and methods. Comparison between obtained theoretical results and test data is drawn; concepts of engineering mechanics, continua mechanics, heat engineering, mathematical theory of experiment are used. Liquid nitrogen refrigerant is used. Experimental samples are made of nitrile-rubber latex. Results. Mechanisms of usable and reject work-pieces output depending on basic technological factors of centrifugal planet three-axis machining are studied. Designing methods that allow to implement the technology of clearing machining of polymer work-pieces with unitary dosed supply of refrigerant coolant are offered. Conditions for a group of small process work-pieces are optimized. Conclusions. Principles of realization of technology options of centrifugal planet three-axis machining for deseaming of work-pieces of small masses made of polymer materials at low temperatures are worked out. They allow to reduce the period of machining cycle to 45–120 seconds.

Текст научной работы на тему «Технология центробежно-планетарной объемной обработки резинотехнических деталей при низкотемпературном воздействии на рабочую загрузку»

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

УДК 621.923

А. Е. Зверовщиков

ТЕХНОЛОГИЯ ЦЕНТРОБЕЖНО-ПЛАНЕТАРНОЙ ОБЪЕМНОЙ ОБРАБОТКИ РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА РАБОЧУЮ ЗАГРУЗКУ

Аннотация. Актуальность и цели. Детали сложной пространственной конфигурации из полимерных материалов часто изготавливают методами литья или объемной штамповки, что сопровождается образованием на поверхностях деталей остатков литниковых систем и облоя. Устранение или предотвращение появления этих дефектов на операциях формообразования приводит к значительному удорожанию технологического оснащения. Поэтому удаление облоя с полимерных деталей после литья или штамповки является трудоемкой технологической операцией, механизация которой является актуальной. Центробежно-планетарная объемная обработка является одним из наиболее производительных способов механизации зачистки. Цель исследования: разработка технологии эффективного удаления облоя с полимерных деталей небольшой массы и размеров. Материалы и методы. Проведено сравнение полученных теоретических результатов с экспериментальными данными, использованы положения теоретической механики, механики сплошных сред, теплотехники, основ математической теории эксперимента. В качестве хладагента использован жидкий азот. Экспериментальные образцы изготовлены из бутадиен-нитрильной резины. Результаты. Исследована зависимость выхода годных и бракованных деталей от основных технологических факторов центробежнопланетарной объемной обработки. Предложена методика расчета, позволяющая реализовать способ зачистной обработки полимерных деталей с однократной дозированной подачей хладагента. Оптимизированы режимы для группы промышленных мелкоразмерных деталей. Выводы. Выработаны принципы реализации технологических возможностей центробежно-планетарной объемной обработки для низкотемпературной зачистки деталей небольшой массы из полимерных материалов, позволяющие сократить время цикла обработки до 45-120 с.

Ключевые слова: зачистка, центробежно-планетарная обработка, полимерный материал, оптимизация технологических режимов.

A. E. Zverovshchikov

TECHNOLOGY OF CENTRIFUGAL PLANET THREE-AXIS PROCESSING OF GENERAL RUBBER WORK-PIECES UNDER LOW TEMPERATURES WORKLOAD

Abstract. Background. Pieces of complicated three-dimensional configuration made of polymer materials are usually produced by casting method or die forging that are

accompanied by appearance of remnants of gating systems or casting material on work-piece surface. Debugging or defect avoidance during the process of formation leads to a significant increase in the cost of technological outfit. For this reason waste removal from polymer work-pieces after castings or die forging is an intensive working operation and its powering is of current interest. Centrifugal planet three-axis machining is one of the most productive technologies of deseaming motorization. The research objective is to work out technologies of effective waste removal from polymer work-pieces of small masses and sizes. Materials and methods. Comparison between obtained theoretical results and test data is drawn; concepts of engineering mechanics, continua mechanics, heat engineering, mathematical theory of experiment are used. Liquid nitrogen refrigerant is used. Experimental samples are made of nitrile-rubber latex. Results. Mechanisms of usable and reject workpieces output depending on basic technological factors of centrifugal planet three-axis machining are studied. Designing methods that allow to implement the technology of clearing machining of polymer work-pieces with unitary dosed supply of refrigerant coolant are offered. Conditions for a group of small process work-pieces are optimized. Conclusions. Principles of realization of technology options of centrifugal planet three-axis machining for deseaming of work-pieces of small masses made of polymer materials at low temperatures are worked out. They allow to reduce the period of machining cycle to 45-120 seconds.

Key words: deseaming, planet centrifugal treatment, polymer material, optimization of operating schedules.

Введение

Детали сложной пространственной конфигурации из полимерных материалов часто изготавливают методами литья или объемной штамповки. Технологиям изготовления деталей сопутствует образование на поверхностях деталей остатков литниковых систем и облоя. Устранение или предотвращение появления этих дефектов на операциях формообразования приводит к значительному удорожанию технологического оснащения. Поэтому удаление облоя с полимерных деталей после литья или штамповки является трудоемкой технологической операцией, механизация которой является актуальной при больших объемах выпуска изделий.

Известны различные способы удаления облоя и грата с деталей из полимерных материалов путем галтовки их совместно с твердым, как правило металлическим, наполнителем во вращающихся барабанах или вибрирующих камерах при охлаждении рабочей загрузки до температуры охрупчивания полимерного материала деталей [1, 2]. Центробежно-планетарная объемная обработка (ЦПОО) является одним из наиболее производительных способов. Высокая напряженность поля инерционных сил обеспечивает параметры контактных взаимодействий рабочих тел и заготовок, которые позволяют эффективно удалять облой с полимерных деталей небольшой массы и размеров. Зачистка от облоя полимерных деталей при помощи галтовочных, вибрационных и центробежно-ротационных способов объемной обработки носит проблемный характер, отличается повышенным расходом хладагента, часто требует ручной доработки деталей.

1. Теоретическое определение количества хладагента для цикла обработки

Качественное удаление облоя на деталях из полимерных материалов требует выполнения следующих условий:

- материал облоя после охлаждения должен перейти в хрупкое состояние и оставаться в таком состоянии в течение всего цикла обработки;

- при механическом воздействии рабочих тел на участок облоя в его основании должно возникнуть напряжение, превышающее величину, достаточную для разрушения полимерного материала в охрупченном состоянии;

- силы воздействия рабочих тел на деталь должны быть достаточны для разрушения облоя, но не приводить к разрушению или повреждению детали.

Возможны два варианта технологии удаления облоя:

- с предварительным охлаждением деталей и наполнителя в автономном устройстве;

- с охлаждением деталей и наполнителя непосредственно в рабочей камере.

Анализ процесса обработки с использованием камеры предварительного охлаждения показал, что, как правило, расход хладагента и, следовательно, стоимость обработки неоправданно возрастают. Более экономичными являются технологические процессы, в которых предварительное охлаждение деталей и наполнителя осуществляется непосредственно в рабочих камерах установок.

Однако при этом сложное движение контейнеров планетарной установки конструктивно усложняет систему непрерывной подачи хладагента. В случае однократной дозированной загрузки количество хладагента, как правило, значительно превышает требуемое для цикла обработки, что увеличивает стоимость обработки и ухудшает условия работы подшипниковых узлов, несущих контейнер. В то же время при массе хладагента, недостаточной для охрупчивания облоя, требуется повторная обработка значительной части изделий или удаление оставшегося облоя вручную.

Поэтому для предлагаемого способа необходима методика регламентирования объема жидкого азота, однократно подаваемого в контейнеры, в зависимости от режимов сложного вращения контейнеров и конструктивных параметров центробежных устройств, иначе возможна нестабильность качественных показателей обработки полимерных деталей вследствие значительных колебаний температуры охлаждения рабочей загрузки. В промышленных условиях объем хладагента определяют экспериментальным путем, а это сопровождается значительным объемом брака при отработке технологии центробежной зачистки.

Принципиальная схема осуществления способа зачистки облоя с деталей из полимерных материалов в контейнерах с планетарным вращением приведена на рис. 1. Загрузку 1, состоящую из полимерных деталей, металлических рабочих тел (стальных шаров), помещают в рабочую камеру контейнера 2, снабженного слоем теплоизоляции 3, заливают дозированно хладагент, закрывают герметичной крышкой 4 с клапаном 5 для сброса избыточного давления и сообщают планетарное вращение со скоростью Ю1 вокруг оси 6 водила и скоростью Юг вокруг собственной оси. При этом для устранения застойных зон в объеме контейнера водилу планетарного механизма сообщают дополнительное вращение со скоростью Юз вокруг оси 7, перпендикулярной оси вращения водила.

При сложном вращении контейнера происходит утяжеление рабочей загрузки и контактное взаимодействие охлажденных до состояния охрупчи-

вания полимерных деталей с рабочими телами (стальными шарами). Облой разрушается при контакте со стальными шарами.

Я,

Рис. 1. Принципиальная схема способа зачистки облоя с деталей из полимерных материалов в контейнере с планетарным вращением

По окончании обработки содержимое контейнера выгружается на сепарирующее устройство для разделения полимерных деталей и металлического наполнителя. Обработанные детали контролируют и сортируют, а рабочие тела используют повторно.

Целью исследований является определение условий и возможности реализации низкотемпературной центробежно-планетарной объемной обработки полимерных деталей при однократной дозированной загрузке хладагента и оптимизация технологических параметров.

Практический интерес представляет научное обоснованное определение объема хладагента, достаточного для одного цикла обработки, что позволило бы повысить эффективность зачистки облоя и грата с полимерных деталей и снизить расход хладагента. В качестве хладагента использовался жидкий азот, который относительно легко дозируется и транспортируется [3]. Объем Уа жидкого азота при дозированной загрузке в рабочую камеру контейнера было предложено определять по соотношению

Va =

f NT + (Cpim! +Cp2m2 ) -t2 ) ) M-Pa

где N - мощность, необходимая для уплотнения и пересыпания рабочей загрузки при планетарном вращении контейнера, Вт; т - длительность цикла обработки, с; m1 и m2 - масса обрабатываемых деталей и рабочих тел соответственно, кг; CP1 и CP2 - удельная теплоемкость материала обрабатываемых деталей и рабочих тел соответственно, Дж/кгК; t1 и t2 - температура окружающей среды и температура охрупчивания обрабатываемого материала деталей соответственно, К; ц - теплота парообразования жидкого азота, Дж/кг (ц = 19S7GG Дж/кг при T = 7S K) [4]; pa - плотность жидкого азота, кг/м3 (pa = SG4,S кг/м3 при T = 7S K и давлении GJM^); кп - поправочный коэффициент (кп = 1,G5 - 1,1); AVa - дополнительный объем жидкого азота, необходимый для охлаждения внутренней полимерной облицовки и стального корпуса контейнера, м3,

Объем хладагента (жидкого азота) Va определяется с учетом работы, необходимой для уплотнения и пересыпания рабочей загрузки в объеме рабочей камеры контейнера. При этом принято допущение, что эта работа равна мощности, потребляемой процессом и трансформируемой в тепловую энергию. Часть жидкого азота будет затрачена на охлаждение обрабатываемых полимерных деталей и металлических рабочих тел. Поправочный коэффициент кп позволяет учесть потери при загрузке контейнеров и в уплотнениях рабочей камеры, а также потери в предохранительном клапане. Второе слагаемое AVa позволяет учесть необходимое количество хладагента для охлаждения массы полимерной облицовки и стального контейнера. Мощность, потребляемая процессом обработки, определялась по формуле [5]:

3 3 f а |

N = 4GpзHr ugi®i sin I — I sin фс ,

где рз - насыпная плотность рабочей загрузки, кг/м3; Н - высота контейнера,

2 R

м; r - радиус контейнера, м; и - коэффициент утяжеления (и = —1—в, Rв -

g

радиус водила, g - ускорение свободного падения, м/с2); i - передаточное отношение привода контейнера; —1 - угловая скорость, с-1; a - величина центрального угла уплотненного сегмента загрузки в поперечном сечении цилиндрического контейнера, град; фс - величина угла, определяющего положение центра масс загрузки, град;

Объем жидкого азота для охлаждения облицовки и стенок контейнера найден по выражению

= (CP3m3 + Cp4m4 )(t1 -13)

AVa ,

Mp

a

СР3 и СР4 - удельная теплоемкость материала облицовки и стенок контейнера соответственно, Дж/кгК; т3 и т4 - масса полимерной облицовки и корпуса контейнера соответственно, кг; ґ3 - температура среды, окружающей контейнер, К.

Расчет требуемого объема хладагента показал (рис. 2), что для рабочей камеры емкостью 6 дм3 при наиболее востребованных диапазонах частоты п вращения водила планетарного механизма и цикла обработки до 130 с воз-

можна однократная заливка жидкого азота, обеспечивающая охрупчивание полимерного материала на протяжении операции.

90 105 120 амин-’

Рис. 2. Влияние частоты вращения водила на объем жидкого азота требуемого для цикла обработки

Изложенная методика позволяет определить объем хладагента, достаточный для обеспечения охрупчивания полимерных деталей в течение цикла обработки и рассчитать требуемую емкость рабочих камер при проектировании технологического оборудования для низкотемпературной ЦПОО.

2. Оптимизация технологических режимов низкотемпературной центробежно-планетарной объемной обработки

Для проверки предложенной методики выполнены экспериментальные исследования. Проведен полный факторный эксперимент 24, постановка и обработка результатов которого производилась в соответствии с положениями теории планирования эксперимента [6]. В качестве входных факторов использовались объем жидкого азота Уа, частота вращения водила п1, время обработки I, объем рабочих тел Уш. Объем обрабатываемых деталей в загрузке фиксировался и составлял 1 дм3.

Для экспериментальной отработки технологии использовались заготовки уплотнительных элементов, состоящие из двух колец Э1 = 25 мм и Э2 = 10 мм, соединенных между собой облоем. На внешней стороне колец 0 25 мм также присутствовал облой шириной до 10 мм (рис. 3). Диаметр сечения колец d = 2,5 мм. Материал - резина на основе бутадиен-нитрильного каучука. В качестве функции отклика принято количество годных деталей в объеме загрузки после обработки. Годными считались детали, соответствующие второй группе точности по ГОСТ 18829-73.

Поскольку усилия взаимодействия с рабочими телами при обработке могли оказаться достаточными для разрушения основной конструкции детали, в качестве функций отклика дополнительно использованы следующие показатели:

Уь - количество разрушенных деталей в объеме загрузки;

Уг - количество дефектных деталей в объеме загрузки.

Изделия с остаточным облоем, превышающим допустимые размеры, считались дефектными. Кольца с трещинами и изломами хрупкого характера считались разрушенными. Детали с исходными дефектами (раковинами, не-

проливами), разрушенные при обработке, не включались ни в одну из функций отклика, поэтому суммарный процент значений функций отклика, как правило, был менее 100 %. Такой подход позволил в дальнейшем более обоснованно назначить границы технологических режимов, эффективные для промышленного производства.

Рис. 3. Фрагмент исходной заготовки с облоем

После обработки экспериментальных данных для годных, разрушенных и дефектных деталей получены следующие модели в натуральных координатах:

Уg = 288,8 -156,75Уa - 0,965п -195,2/ - \\0Уш + 0,09Уan +

+0,1Уа/ + 250УаУш + 1,86п/ - 0,32Уш + 12Уа2 + 29Ущ5,

Уь =-13,96 + 46,3Уа + 0,277п - 0,028/ - 0,05Уш -

-0,18Уап - 0,027Уа/ - 50УаУш - 0,4Ушп + 0,05Уш/ + 29Ущ,

Уг =-140 + 183,56Уа +1,13п -0,16/ + 190Уш-0,72Уап -

-0,077Уа/ - 200УаУш -1,52Ушп + 0,26Уш/ + 29Уш .

Согласно полученной модели наибольшее влияние на выход годных деталей (параметр оптимизации) оказывает объем рабочих тел в загрузке, а наименьшее влияние - время обработки. Наибольшее влияние на процент разрушенных деталей оказывают время обработки и объем рабочих тел, а наименьшее влияние - объем жидкого азота и частота вращения водила. На основе полученных моделей были построены графики частных зависимостей У (Уа), У(п), У(0, У(Уш).

Большее количество азота в контейнере перед началом обработки (рис. 4) позволяет дольше сохранять уровень температуры ниже температуры охрупчивания, достаточный для обработки деталей.

Сравнительно небольшое количество взаимодействий при времени обработки 22-45 с обусловливает невысокое число годных деталей в партии и

большое количество необработанных деталей. Согласно расчетам по приведенной выше методике количества жидкого азота, заливаемого в контейнер, достаточно для сохранения требуемой температуры в рабочей камере при малом времени цикла. Увеличение Уа играет скорее негативную роль, поскольку наличие жидкой фазы в загрузке приводит к некоторому уменьшению скоростей контактных взаимодействий.

ОА

0,5

0,6 JT д і

Va,dM

Yg%

а)

\

І2 1 ' /5 ^

0,5

°'6 VJM3

в)

Рис. 4. Влияние объема жидкого азота на количество годных (а), разрушенных (б), дефектных (в) деталей при различном времени цикла (Уш = 0,5 дм3 , п = 105 мин-1): 1 - t = 22 с; 2 - t = 45 с;

3 - t = 67 с; 4 - t = 90 с; 5 - t = 122 с

Только при длительных циклах обработки увеличение количества азота целесообразно для сохранения температуры охрупчивания на протяжении

требуемого времени. При времени обработки, превышающем 90-120 с, количество взаимодействий рабочих тел и деталей достаточно для обработки всей партии, поэтому процент дефектных деталей снижается. Разрушенные детали составляют 1-3 %, и их число незначительно колеблется в пределах погрешности расчета.

На рис. 5 приведены зависимости количества годных, разрушенных и дефектных деталей от объема жидкого азота при различной частоте вращения водила. При обработке с частотой вращения водила п = 75-90 мин-1 давление гранулированной рабочей среды не во всех зонах сегмента рабочей загрузки обеспечивает усилие контактного взаимодействия рабочего тела, достаточное для удаления облоя, что приводит к уменьшению количества годных деталей и повышению количества дефектных (необработанных) деталей. Количество азота 0,5 дм3 при этом достаточно для компенсации тепловыделения и дальнейшее увеличение Уа неэффективно. При обработке с п = 105-135 мин-1, с одной стороны, повышается давление в рабочей загрузке и растет число взаимодействий рабочих тел с заготовками за цикл, но, с другой стороны, повышается тепловыделение, поэтому необходимо большее количество азота для сохранения нужного уровня температуры. Следовательно, увеличение Уа имеет положительный эффект и изменяет количество годных деталей. Число разрушенных деталей при этом составляет 1,5—3,5 % и незначительно колеблется в пределах погрешности, сопоставимой с дисперсией воспроизводимости экспериментальных данных.

уд%

%

92

90

88

86

84

82

! ! 0Л °'5 Ц6 Уа,дм3

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 5. Влияние объема жидкого азота на количество годных деталей при изменении частоты вращения водила (Уш = 0,5 дм3 , / = 67 с):

1 - п = 90 мин1; 2 - п = 105 мин1; 3 - п = 120 мин1; 4 - п = 135 мин1

Таким образом, экспериментальные модели отражают достаточно противоречивую картину, обусловленную взаимным влиянием независимых входных факторов. Количество жидкого азота, с одной стороны, должно обеспечить необходимый уровень температуры загрузки в течение цикла обработки, но не должно создавать избыточной жидкой фазы, снижающей эф-

фективность обработки за счет собственной вязкости и парообразования, разуплотняющего загрузку. Изменение частоты вращения водила при различном объеме рабочих тел и жидкого азота различным образом влияет на функции отклика. В данных условиях признано целесообразным проведение многофакторной оптимизации. Задача оптимизации состояла в установлении условий процессов, обеспечивающих максимальное количество годных деталей. Время обработки играло роль граничных условий. Поиск оптимума проводится аналитическим методом [6]. Значения факторов, соответствующие оптимуму: Уа ~ 0,56 дм3; п ~ 97 мин-1; t ~ 86 с; Уш ~ 0,45 дм3. После подстановки этих значений в модель находится максимально возможный процент годных деталей при обработке = 97 %. Найденные значения оптимальных

технологических режимов могут быть рекомендованы для рассмотренных и подобных по размерам и материалу деталей.

3. Пример реализации низкотемпературной

зачистной обработки полимерных деталей

На основе проведенных исследований способа [3] разработана технология объемной центробежно-планетарной обработки, позволяющая повысить эффективность удаления облоя с резинотехнических и грата с пластмассовых деталей на основе точного определения объема хладагента (жидкого азота). Технологические режимы обработки были назначены в соответствии с приведенными выше результатами оптимизации. Длительность цикла обработки не превышала 80 с, обороты водила п = 95-100 мин-1. Объем жидкого азота и рабочих тел корректировался в соответствии с размерами рабочей камеры контейнера. Технология проектировалась для обработки различных деталей с максимальным размером до 30 мм из резины марки СКН-26. При расчете использовались следующие исходные данные, соответствующие конструктивным параметрам установки и условиям обработки: внутренний диаметр рабочей камеры контейнера Б = 0,2 м, высота Н = 0,2 м, радиус водила Лв = 0,155 м, объем обрабатываемых тел 1,5 дм3, насыпная плотность деталей

0,9 кг/дм3. В качестве рабочих тел использовались металлические шары диаметром 6-8 мм в количестве 0,25 дм3, насыпная плотность 4,1 кг/дм3. Теплоемкость материала деталей: 2180 Дж/кгК, материала рабочих тел: 486 Дж/кгК, материала облицовки рабочей камеры: 1380 Дж/кгК. Объем полиуретановой облицовки 1,7 дм3, объем металла стенок контейнера 0,85 дм3. Плотность полиуретана принималась равной 1,2 кг/дм3, плотность стали 7,859 кг/дм3. Центральный угол уплотненного сегмента загрузки а = 170°, расчетный угол положения центра масс загрузки в поперечном сечении контейнера фс = 20°, передаточное отношение привода контейнера / = 1,73. Расчетная потребляемая мощность процесса N = 988 Вт, величина утяжеления загрузки и = 2,27.

Количество жидкого азота для первоначальной дозированной загрузки в контейнер составило 4,2 дм3 с учетом охлаждения контейнера. Количество жидкого азота для последующих дозированных загрузок 2,7 дм3. После обработки в течение 60 с количество деталей с неполностью удаленным облоем не превышало 8 %. Исследованиями установлено, что при использовании расчетного количества жидкого азота процент брака составляет 6-8 %. Количество жидкого азота (2,7 дм3) было при этом рассчитано таким образом, чтобы не допустить превышения температурой загрузки контейнера температуры

хрупкости резины в течение цикла обработки, составлявшего 80 с. Уменьшение количества жидкого азота менее расчетного (2-2,5 дм3) при прочих равных условиях обработки привело к резкому увеличению количества необработанных деталей (до 25 %), что связано с повышением температуры внутри контейнера и неполным охрупчиванием материала облоя. Сравнение теоретических результатов с практическим расходом хладагента показало, что расход несколько выше теоретического. Поправочный коэффициент К для учета этого эффекта достаточно стабилен.

Заключение

Способ низкотемпературной обработки позволяет эффективно реализовать зачистную обработку полимерных мелкоразмерных деталей. Предложенная методика определения количества хладагента позволила рассчитать объем жидкого азота на цикл обработки для дозированной однократной подачи в рабочую камеру. Экспериментальные исследования подтвердили расчетные результаты, полученные по методике, и позволили определить рациональные режимы обработки при отработке технологии.

Список литературы

1. A.c. 1242390 СССР, МКИ4 В29С 37/02. Устройство для удаления облоя с деталей из полимерных материалов / Казюта A. M. (СССР) ; заявитель и патентообладатель Воронежский ордена Дружбы народов лесотехнический институт. -№ 3851473/23-05 ; заявл. 04.02.1985 ; опубл. 07.07.1986, Бюл. № 25. - 2 с.

2. Патент № 2227781 (РФ) М.кл. B29C37/02. Способ удаления облоя и грата с изделий из полимерных материалов / Зверовщиков В. З., Зверовщиков А. Е., Пересе-дов Д. И., Ломакин В. А. Опубл. 27.04.2004, Б.И. № 19.

3. Патент № 2466017, МПК7 B24b 31/104 Российская Федерация. МПК B29C37/02. Способ зачистки деталей из полимерных изделий / Зверовщиков В. З., Зверовщиков А. Е., Зверовщиков Е. А.; заявитель и патентообладатель Зверовщиков Е. А. -№ 2011114456/05 ; заявл. 13.04.2011 ; опубл. 10.2012, Бюл. № 31. - 9 с.

4. Сычев, В. В. Термодинамические свойства азота / В. В. Сычев, А. А. Вассерман. - М. : Изд-во стандартов, 1977. - 352 с.

5. Зверовщиков, В. З. Некоторые динамические характеристики процесса центробежно-абразивной обработки деталей / В. З. Зверовщиков, А. Т. Манько, А. Е. Зверовщиков // Алмазная и абразивная обработка деталей машин и инструмента : межвуз. сб. науч. тр. - Пенза : Пенз. политехн. ин-т, 1987. - С. 64-69.

6. Ящерицын, П. И. Планирование эксперимента в машиностроении : справ. пособие / П. И. Ящерицын, Е. И. Махаринский. - Минск : Вышэйшая школа, 1975. -286 с.

References

1. Copyright certificate 1242390 USSR, MKI4 V29S 37/02. Ustroystvo dlya udaleniya obloya s detaley iz polimernykh materialov [Waste removal device for polymeric material parts]. A. M. Kazyuta (USSR). no. 3851473/23-05; 07.07.1986, Byul. no. 25, 2 p.

2. Patent 2227781 Russian Federation M.kl. B29C37/02. Sposob udaleniya obloya i grata s izdeliy iz polimernykh materialov [Method of waste and burr removal from polymeric material parts]. V. Z. Zverovshchikov, A. E. Zverovshchikov, D. I. Pe-resedov, V. A. Lomakin. B. I. no. 19, 27.04.2004.

3. Patent № 2466017, MPK7 B24b 31/104 Russian Federation. MPK B29C37/02. Sposob zachistki detaley iz polimernykh izdeliy [Method of polymeric material parts cleaning].

V. Z. Zverovshchikov, A. E. Zverovshchikov, E. A. Zverovshchikov, no. 2011114456/05; 10.11.12, Byul. no. 31, 9 p.

4. Sychev V. V., Vasserman A. A. Termodinamicheskie svoystva azota [Thermodynamic properties of nitrogen]. Moscow: Izd-vo standartov, 1977, 352 p.

5. Zverovshchikov V. Z., Man'ko A. T., Zverovshchikov A. E. Almaznaya i abrazivnaya obrabotka detaley mashin i instrumenta: mezhvuz. sb. nauch. tr. [Diamond nd abbra-sive machining of instruments and machine parts: interuniversity collected papers]. Penza: Penz. politekhn. in-t, 1987, pp. 64-69.

6. Yashcheritsyn P. I., Makharinskiy E. I. Planirovanie eksperimenta v mashinostroenii: sprav. posobie [Experiment planning in machine building: reference book]. Minsk: Vysheyshaya shkola, 1975, 286 p.

Зверовщиков Александр Евгеньевич кандидат технических наук, доцент, кафедра технологии машиностроения, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40)

Zverovshchikov Aleksandr Evgen'evich Candidate of engineering sciences, associate professor, sub-department of mechanical engineering, Penza State University (40 Krasnaya street, Penza, Russia)

E-mail: azwer@mail.ru

УДК 621.923 Зверовщиков, А. Е.

Технология центробежно-планетарной объемной обработки резинотехнических деталей при низкотемпературном воздействии на рабочую загрузку / А. Е. Зверовщиков // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2013. - № 3 (27). - С. 156-167.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.