Термооксидирование металлических каркасов для резинотехнических изделий Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

( u.petuhov@stankin.ru)

Kolesnikov Bogdan Ruslanovich - graduate student MSTU "STANKIN", Moscow, Russia (kolesnikov.b.r@gmail.com)

METHODS OF COMPUTER-AIDED DESIGN AND FLUTING OF THE HARD-ALLOY TOOL ON 5-COORDINATE TOOL-GRINDING CENTRE U-320

Abstract. Methodology of construction ofprofile of spiral flute of milling cutter is considered in this article; a choice of instrument is the second order for making of spiraled; determination of necessary parameters of his setting by the decision of reverse task of profiling; creation of layout of milling cutter; application of computer design aids during development. Keywords: milling cutter, profile of spiral flute, diamond wheel, numerical method, model, CNC.

УДК 678.067

ТЕРМООКСИДИРОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КАРКАСОВ ДЛЯ РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ Копыльцов Виктор Викторович, директор предприятия АО «Резинотехника», г. Балаково, Россия Таганова Виктория Александровна, к.т.н., доцент (e-mail: vav779@yandex.ru) Балаковский инженерно-технологический институт (филиал) НИЯУ

МИФИ, г. Балаково, Россия Пичхидзе Сергей Яковлевич, д.т.н., профессор Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., г.Саратов, Россия

В статье показано, что при использовании термооксидирования значительно увеличивается прочность связи резины с металлом.

Ключевые слова: термооксидирование, адгезия, резина, металл.

Известно [1], что для получения качественных резинотехнических изделий с металлическим каркасом (арматурой, сталь 08 кп) необходима удовлетворительная адгезия резины к металлу. Обычная подготовка металла перед стадиями нанесения адгезивного слоя и вулканизации резиновых смесей предполагает фосфатирование. Этот метод включает 9 стадий:

1. Обезжиривание. Состав ванны: тринатрийфосфат, сода кальцинированная, натрий кремнекислый, окись алкилдиметиламина, конденсат.

2. Промывка в горячей воде.

3. Промывка в холодной воде.

4. Промывка. Состав ванны: нитрит натрия, конденсат.

5. Фосфатирование. Состав ванны: кислота азотная, кислота ортофос-форная, белила цинковые, конденсат.

6. Пассивирование. Состав ванны: хромовый ангидрид, фосфорная кислота, конденсат.

7. Промывка в холодной воде.

8. Ингибирование. Состав ванны: параформальдегид, моноэтаноламин.

9. Сушка.

Основными недостатками известных способов подготовки металлических изделий перед нанесением адгезивных (клеевых) слоёв и изготовлением резинотехнических изделий являются большие энергозатраты на нагрев, использование дополнительных устройств для генерации перегретого пара, низкая адгезионная прочность [1].

Цель настоящей работы заключается в увеличении прочности сцепления изделий из стали 08 кп с резиной при вулканизации.

Характеристика используемой стали представлена в табл.1

Таблица 1. Химический состав (%) материала 08кп по ГОСТ 1050 - 88

C Si Mn Ni S P Cr Cu As

0.05 - до 0.25 - до до до до до до

0.12 0.03 0.5 0.3 0.04 0.035 0.1 0.3 0.08

В ходе работы показано, что в разработанном способе подготовки металлических изделий при производстве резинометаллических изделий перед нанесением адгезивного слоя, включающем обработку металлической поверхности, обработку металлической поверхности осуществляют путем окисления в среде воздуха при температуре 220...240°C в течение 20...30 мин [2]. Технологическая схема подготовки металлических изделий приведена на рис.1.

Каркасы загружают в оборотные емкости (бочки) и транспортируют на участок подготовки арматуры. Бочки с каркасами, с помощью крана, загружают в машину МР 150, где происходит их обезжиривание в перхлорэ-тилене при температуре 63. 73оС, цикл составляет 30.40 минут. Обезжиренные каркасы извлекают из машины и пересыпают в прямоугольные металлические ящики, затем проводят процесс термооксидирования, а именно: травление и высокотемпературное оксидирование. Термооксидирование проходит в термошкафах Е240 фирмы «Binder», при температуре 220...240°С с циклом 25.30 мин, где заготовки покрываются оксидным слоем (чем темнее цвет заготовки, тем лучше прошло термооксидирование).

Для оценки усилия отрыва металлических образцов был проведен модельный эксперимент, в котором образцы из стали в виде пятаков диаметром 25 мм с плоской поверхностью с одной стороны и выступающей частью с отверстием с другой стороны для присоединения к испытательному стенду, окисляли в среде воздуха при температуре 220...240°С в течение 25.30 мин, табл.2.

Рис. 1. Технологическая схема подготовки металлических каркасов

Таблица 2. Результаты физико-механических измерений

Условия термической обработ- Поверхностная Микротвердость,

ки, сталь 08 кп пористость, % НУ

исходная, без термообработки 15 128,0 ±1,4

180.220 0С, 55.65 мин 20 114, 8 ± 1,3

220.240 0С, 25.30 мин. 21 115, 9 ± 1,4

280.3200С, 55.65 мин 27 123,5 ± 1, 2

Согласно полученным данным температурная обработка при 220.240 0С, 25.30 мин. незначительно уменьшает микротвердость и поверхностную пористость стали 08кп. Далее производилось нанесение грунта и ад-гезива.

К подготовленным таким образом образцам в специальной пресс-форме производилось крепление резины способом вулканизации при температуре 175°С в течение 7 минут и давлении в гидросистеме пресса вулканизаци-онного 100 кг/см2. Специальная пресс-форма устроена таким образом, что два образца устанавливались плоскими поверхностями друг к другу на расстоянии 2 мм. В процессе вулканизации расстояние между образцами заполнялось под давлением резиновой смесью К70-3060 на основе изопре-нового каучука СКИ-3.

Оценка адгезионной прочности соединений контрольных образцов из резины К70-3060 и металла выполнена на универсальной испытательной машине ИР 5082-100. При этом определялось усилие, необходимое для разделения слоев резины и металла, скорость перемещения подвижного захвата 100 мм/мин. Результаты исследования приведены в табл.3.

Анализ приведенных результатов свидетельствует, что адгезионная прочность сцепления резины с металлом при разрыве повышается с 43,79 кгс/см2 (без термооксидирования) до 80,44 кгс/см2 (с термооксидированием). Таким образом, оксидная пленка, получаемая на изделиях из черных металлов по предлагаемому способу, обладает высокой прочностью сцепления к основному металлу и адгезивному покрытию.

Рис. 2. Электронное изображение поверхности арматуры, увеличение -

1200:

а - без модификации, б - термооксидирование, с - фосфатирование

Из рис. 2 видно, что поверхность термооксидированной и фосфатиро-ванной арматуры имеет большую шероховатость. Следовательно, возможно лучшее сцепление этих поверхностей с компонентами резиновой смеси. Большая величина поверхности контакта приводит к повышению адгезионной прочности между арматурой и резиновыми смесями.

Анализ поверхности арматуры показал, что при термооксидировании и фосфатировании поверхность арматуры активизируется одинаково, что доказывает эффективность метода термооксидирования. Таким образом, появляется возможность отказаться от метода фосфатирования. Так как метод фосфатирования требует наличия сложного аппаратурного оформления, значительных затрат электроэнергии и приводит к образованию больших количеств промывных сточных вод, очистка которых до санитарных норм требует повышенных материальных затрат, существует опасность загрязнения окружающей среды и потери здоровья обслуживающего персонала.

Время термооксидирования в течение 20...30 мин. при температуре 220...240°С.является оптимальным для подготовки изделий перед нанесением покрытия, что подтверждено результатами испытаний, представленными в табл.3 При меньшем или большем времени обработки качество подготовки металлической поверхности к нанесению специального адге-

зивного (клеевого) слоя снижается, что видно по снижению прочности связи резины с металлом за заявляемыми границами, и наличию максимального усилия отрыва в середине заявляемого диапазона времени обработки.

Выводы: 1) предложена технологическая схема подготовки металлических каркасов методом термооксидирования;

2) показано значительное увеличение прочности связи резины с металлом и усилия отрыва при использовании термооксидирования.

Таблица 3. Результаты испытаний образцов на адгезионную прочность

№ Время термооксидирования образца, мин.

п/п Наименование показате- Без термо-

ля оксидирования 10 25 50

Усилие отрыва образ-

1 цов с нанесением "СЬешоБП" (кгс) 215 375 395 376

Усилие отрыва образ-

2 цов с нанесением СПЬоиё (кгс) 203 368 393 365

3 Площадь поверхности, 2 см 4,91 4,91 4,91 4,91

4 Усилие отрыва, кгс 215 375 395 376

5 Характер разрушения Частичное оголение По резине По резине По резине

металла

Список литературы

1. Металловедение и термическая обработка стали: Справ. изд. - 3-е изд., перераб. и доп. В 3-х т. Т. 1. Методы испытаний и исследования / Под ред. Бернштейна М.Л., Рахштадта А.Г. М.: Металлургия, 1983. - 352 с.

2. Заявка на изобретение №2013134683/02 (051900), C23C 8/18. Способ подготовки изделий перед нанесением адгезивного слоя / Копыльцов В.В., Игнатов А.И.

Kopylov Viktor Viktorovich, Director of the company JSC "Rezinotekhnika", Balakovo, Russia

Taganova Victoria Alexandrovna, Cand.Tech.Sci, associate Professor (e-mail: vav779@yandex.ru)

The Balakovo engineering and technological Institute (branch) National Research Nuclear University MEPhI, Balakovo, Russia

Pichhadze Sergey Yakovlevich, doctor of technical Sciences, Professor

Saratov state technical University named after Gagarin Y. A., Saratov, Russia

THERMOOXIDATIVE METAL FRAMES FOR RUBBER PRODUCTS

Abstract. The article shows that the use of thermooxidative significantly increases the

strength of bonding rubber to metal.

Keywords: thermooxidative, adhesion, rubber and metal.