автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.05, диссертация на тему:Разработка прогрессивных технологий производства меховых материалов, направленных на повышение их качества за счет увеличения стойкости рабочих элементов оборудования

На правах рукописи

ВАСИЛЬЕВ ИЛЬГАМ ИЛЬИЧ

РАЗРАБОТКА ПРОГРЕССИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА МЕХОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, НАПРАВЛЕННЫХ НА ПОВЫШЕНИЕ ИХ КАЧЕСТВА ЗА СЧЕТ УВЕЛИЧЕНИЯ СТОЙКОСТИ РАБОЧИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ

05.19.05 - Технология кожи, меха, обувных и кожевенно-галантерейных изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань - 2014 005559428

005559428

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Абдуллин Ильдар Шаукатович

Официальные оппоненты: Дубиновский Марк Зиновьевич,

доктор технических наук, профессор, генеральный директор ООО «Легхим», г. Нижний Новгород

Семенов Дагир Муратович, кандидат технических наук, директор ООО «Базис С», г. Казань

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Восточно-Сибирский государственный у ниверситет технологий и управления», г. Улан-Удэ

Защита состоится «25» декабря 2014 года в 13:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.09 при ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» по адресу: 420015, г. Казань, ул.К. Маркса, 68, зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» и на сайте www.kstu.ru.

Автореферат диссертации разослан «25» ноября 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.080.09 доктор технических наук

Н.В. Тихонова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Повышение эффективности производства меховой промышленности предполагает выпуск конкурентоспособной продукции, и обеспечение выпуска меховых материалов гарантированно высокого качества при помощи внедрения прогрессивных технологий. Условия, обеспечивающие повышение эффективности производства могут быть достигнуты за счет технологического перевооружения, повышения качества исходного сырья и реагентов и проведения организационных мероприятий. Одной из основных причин технической и технологической отсталости легкой промышленности от зарубежных стран является низкий потенциал используемого оборудования. Изношенный и морально устаревший машинный парк неспособен выпускать современный ассортимент высококачественной продукции. По оценке Росстата на начало 2008 года доля оборудования в машинном парке отрасли, которая эксплуатируется до 5 лет составила 2,5 %. 6-10 лет - 23,5 %, 11 -20 лет - 55,0 %, более 20 лет - 19 %. На сегодняшний день в современных предприятиях данное соотношение не изменилось. В исследованиях по управлению качеством меховых материалов показано, что на механических операциях недостаточно рассматриваются вопросы анализа дефектов с позиций причин, мест образования и их устранения. Исходя из последнего, представляется интересным и целесообразным исключение вероятности возникновения механических дефектов на меховых материалах за счет повышения качества механической обработки. Обзор и анализ выполненных в этом направлении исследований показывают, что требуется создание прикладных методов повышения качества и стойкости рабочих элементов машин мехового произЕюдства.

Работа выполнена в Казанском национальном исследовательском технологическом университете в рамках научно-исследовательской работы по Федеральной целевой программе «Исследование и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 г.г.» (ГК №16.552.11.7012).

Цель и задачи работы. Целью работы является разработка технологий получения меховых материалов повышенного качества за счет увеличения эксплуатационных характеристик рабочих элементов технологических машин механической обработки.

Поставленная цель достигалась путем решения следующих задач:

1) Проведение анализа основных причин возникновения дефектов готовой продукции на этапах механической обработки кожевенно-мехового производства.

2) Разработка способа повышения стойкости рабочих элементов технологических машин механической обработки.

3) Экспериментальные исследования влияния повышения стойкости рабочих элементов машин мехового производства на качество обрабатываемого мехового материала.

4) Разработка технологий производства меховых материалов с использо-

ванием технологической операции упрочнения рабочих элементов машин и внедрение разработок в производство.

Методы исследования.

Для определения показателей качества меховых материалов проводились сравнительные измерения толщины и площади ножевой ткани по ГОСТ 21424 расчетом площади дефектов после механических обработок, а также применялись стандартные методики определения физико-механических и химических показателей мехового полуфабриката.

Для определения основных характеристик рабочих элементов машин с защитным покрытием применялись современные методы исследования: наноиндентирование, атомно-силовая микроскопия, растровая электронная микроскопия, метод качественной оценки адгезии защитного покрытия по ИСО 26443 и стандартные методы определения твердости, микротвердости и параметра шероховатости рабочей поверхности разбивочных и дисковых мездрильных ножей.

Для исследования влияния плазменной обработки на поверхностные свойства использовали метод многофакторного планирования эксперимента, расчеты производили в программе «81а11з11са 6.0».

Научная новизна работы.

1) Впервые установлено, что повышение стойкости ножей разбивочных и дисковых мездрильных машин за счет повышения твердости в 5-6 раз приводит к уменьшению механических дефектов кожевой ткани в 2-3 раза и следовательно, к повышению качества готовых шкур.

2) Впервые установлено, что при разбивке кожевой ткани шубной овчины в период приработки ножа образуются в 4 раза больше механических дефектов, чем при разбивке в период стабильного функционирования и в период затупления ножа, а использование ножей разбивочной машины с упрочняющим покрытием толщиной 5-6 мкм исключает образование механических дефектов на кожевой ткани в период приработки ножа.

3) Впервые экспериментально установлено, что во время нанесения покрытия конденсацией из плазменной фазы с ионной бомбардировкой испарением титанового и гафняевого катода, добавление в состав реагирующего газа 1-3 масс.% кислорода приводит к конденсации защитного покрытия из нитрида титана и гафния с упрочняющей фазой оксида гафния. Размеры упрочняющей фазы находятся от 20 до 50 нм, а твердость фазы достигает до 37-44 ГПа.

4) Экспериментальным путем определены стадии формирования покрытия из паро-плазменной фазы титана и гафния в условиях высокочастотной емкостной плазменной обработки подложки аргоном. На начальных этапах конденсации (5 с) образуются островки-зародыши с латеральными размерами 10-30 нм, затем их количество и размеры растут и за 60 с образуются сплошное покрытие и происходит рост столбчатых кристаллов покрытия с условным размером 80-100 нм.

5) Впервые показано, что обработка мездрильных дисковых и разбивоч-

ных ножен из углеродистых сталей в высокочастотной плазме емкостного разряда аргона пониженного давления позволяет без структурных изменений стали проводить активацию ее поверхности для увеличения адгезии упрочняющего покрытия. Показано, что на обработанной высокочастотной плазмой поверхности стали при формировании покрытия количество образовавшихся зародышей-островков латеральными размерами 30-50 нм в 3-4 раза превосходит количество активных центров на необработанной поверхности.

6) Впервые разработаны технологии получения полуфабриката норки и шубной овчины повышенного качества за счет уменьшения механических дефектов на кожевой ткани путем использования в технологии производства операции упрочнения разбивочных и дисковых мездрильных ножей нитридом титана и гафния с нанофазой оксида гафния. Технологическая операция упрочения ножей повышает себестоимость одной шкурки на 0,1! %.

7) Впервые разработана технология упрочнения ножей разбивочных и дисковых мездрильных машин за счет обработки в высокочастотной плазме емкостного разряда аргона в режиме т\,=20 минут, и',,= 1,8 кВт, Рк=25-28 Па, Р= 13,56 МГц и нанесения защитного покрытия нитрида титана и гафния с нанофазой оксида гафния в режимах 1Т,=60±3 А, 1н,=75±3 А, Р=0,2±0,05 Па, Ъ'с=-50±2 В, тк= 60 мин.

Практическая значимость работы.

На основании результатов проведенных исследований разработан:

- метод получения защитного покрытия из нитридов титана и гафния, в объеме которого случайно расположены наноразмерные частицы оксидов гафния.

- технология упрочнения ножей разбивочных проходных машин типа МРП и дисковых мездрильных машин ДМЗ-ЗО, включающая процесс механической очистки, высокочастотную плазменную обработку, конденсацию защитного покрытия из паро-плаз мен ной фазы.

- технология получения полуфабриката шубной овчины повышенного качества за счет применения на операциях разбивки упрочненных ножей.

- технология получения полуфабриката норки повышенного качества за счет применения на операциях мездрения и строгания упрочненных дисковых ножей.

- технологическая оснастка для нанесения защитного покрытия на ножи разбивочных проходных машин типа МРП и дисковых мездрильных машин ДМЗ-ЗО.

Экономическая эффективность от внедрения разработанных технологий для производства полуфабриката шубной овчины составила 810 тыс. руб. в год, для производства шкурок норки - 950 тыс. руб. в год.

Основные положения, выносимые на защиту.

1) Результаты анализа причин возникновения технологических дефектов кожевой ткани шкур на производствах шкурок норки и шубной овчины.

2) Результаты экспериментальных исследований качества разбивки кожевой ткани шубной овчины и строгания шкурок норки серийными и экспе-

риментальными ножами.

3) Результаты экспериментальных исследований устанавливающие возможность конденсации защитного покрытия из нитридов титана и гафния с упрочняющей фазой на поверхность ножей из нетеплостойких ст&пей.

4) Результаты исследований влияния предварительной ВЧЕ плазменной обработки ножей из нетеплостойких сталей на активацию поверхности стали и адгезию защитного покрытия осаждаемого на эту поверхность.

5) Результаты исследований влияния механической обработки с упрочненными ножами на показатели качества обрабатываемых меховых материалов.

6) Технологические схемы получения меховых материалов повышенного качества с использованием упрочненных ножей разбивочных проходных машин типа МРП и дисковых мездрильных машин ДМЗ-ЗО.

Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах состоит: обоснование выбора объектов исследований и методов экспериментальных исследований; в проведении экспериментов и обобщении экспериментальных данных; в разработке технологического процесса нанесения защитного покрытия на ножи разбивочных и дисковых мездрильных машин.

Апробация работы и публикации.

Результаты работы докладывались и обсуждались на Международной научной конференции «Плазменные технологии исследования, модификации и получения материалов различной физической природы» (Казань, 2012), VII International Conference «PLASMA PHYSICS AND PLASMA TECHNOLOGY» (Minsk, 2012), VIII Международной научно-практической конференции «Кожа и мех в XXI веке: технология, качество, экология, образование» (Улан-Удэ, 2012), VII Международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация и материалы нового поколения» (Иваново, 2012), Международной научно-технической конференции «Современные проблемы развития текстильной и легкой промышленности» (МГУТУ им К.Г. Разумовского. Институт текстильной и легкой промышленности. Москва 2012), IX Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов» (ИМЕТ РАН, Москва 2012), XL международной Звенигородской конф. по физике плазмы и УТС (Москва, 2013), XXI Международной конференции «Взаимодействие ионов с поверхностью ВИП-2013» (Ярославль, 2013), IX Международной научно-практической конференции с элементами научной школы студентов и молодых ученых «Новые технологии и материалы легкой промышленности» (КНИТУ, Казань, 2013).

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. В тексте приведены ссылки на 158 литературных источников. Работа изложена на 151 странице машинописного текста, содержит 13 таблиц и 41 рисунков.

Выражаю глубокую благодарность к.т.н., доценту кафедры ПНТВМ Миронову Михаилу Михайловичу за помощь в определении направления ис-

следования и обсуждении результатов работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, поставлены цели и задачи, определены пути их решения, показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приведена структура диссертации.

В первой главе проведен анализ показателей качества кожевенно-меховых материалов и факторов влияюшие на эти показатели, приведен анализ основных причин дефектов, возникающих при механической обработке кожевенно-меховых материалов. Рассмотрены исследования по совершенствованию технологических операций и оборудований кожевенно-мехового производства. Показаны недостатки механических операции современных меховых производств. Рассмотрены и проанализированы современные технологии повышения ресурса работ машин. Приведена сравнительная оценка эффективности различных современных методов упрочнения рабочих элементов технологического оборудования.

Во второй главе приведены результаты выбора объектов исследований. Проведены исследования и осуществлен сбор показателей качества готовых полуфабрикатов норки, меховой и шубной овчины для выявления отдельных причин возникновения механических дефектов мехового и пушно-мехового материала. Определены дефекты готовых шкур производства пушнины, меховой и шубной овчины и их соотношения указанны на рисунках 1 и 2.

Доля.'и-фскпт. */<»

* Д«1Я одного дефект* ж превыше! Ив

Рисунок 1 - Соотношение дефектов Рисунок 2 - Соотношение дефектов готовых пушно-меховых на готовых шкурах шубной и

полуфабрикатов меховой овчины

Результаты анализа показывают, что в производстве пушнины доля технологических дефектов достигает до 60 %, а в производстве меховой и шубной овчины до 70 %. Приведены основные механические операции производства полуфабриката норки и шубной овчины, после которых образуется технологические дефекты на готовой продукции. Из-за высокой вероятности возникновения неустранимых дефектов для дальнейших исследований выбраны операция строгания в производстве полуфабриката норки и операция разбивки на машине МРП в производстве полуфабриката шубной овчины.

Представлено описание методик исследований показателей качества меховых материалов и оценки качества проведения механических обработок. Даны описания установок для упрочнения ножей и методик проведения иссле-

дований, упрочненных нанесением защитного покрытия, ножей. Приведены статистические методы обработки экспериментальных результатов.

Третья глава посвящена вопросам повышения качества меховых материалов за счет устранения механических дефектов кожевой ткани обусловленное увеличением стойкости рабочих элементов машин. Проводили исследования по увеличению стойкости ножей разбивочных машин типа МРП и дисковых мездрильных машин ДМЗ-ЗО за счет нанесения сверхтвердых защитных покрытий.

Конденсацию защитных покрытий на основе нитридов титана и гафния проводили на ионной плазменной вакуумной установке дугового испарения методом конденсации из плазменной фазы с ионной бомбардировкой. Разработан метод получения защитного покрытия из смеси нитридов титана и гафния с упрочняющей оксидной нанофазой. Упрочняющая фаза обнаружена и исследована методом наноиндентирования и сканирующей электронной микроскопией (рисунок 3 и 4).

.....ц . . л ,

•V (Мл Л А л. Ь______ / Л Л /\ Л

Глубина пндентпровання, нм

Рисунок 3 - Зависимость микротвёрдости покрытия от глубины внедрения индентора при наноиндентировании

Рисунок 4-СЭМ-изображение структуры покрытия (Ti,Hf)N с упрочняющей фазой. Справа изображены два участка скола покрытия с большим увеличением (увеличение: слева -х7200, справа - х49000)

Экспериментально установлено, что во время нанесения покрытия конденсацией из плазменной фазы с ионной бомбардировкой испарением титанового и гафниевого катода, добавление в состав реагирующего газа 13 масс.% кислорода приводит к конденсации защитного покрытия из нитрида титана и гафния с упрочняющей фазой. Наноструктура покрытия при ее визуализации представлена на рисунке 4. Видно, что внутри покрытия столбчатые кристаллы со сферическими наночастицами, размеры которых находятся от 20

до 50 нм. Спектральный анализ элементного состава данной фазы показал, что основу упрочняющей нанофазы составляет оксид гафния, который обладает высокой твердостью. Он имеет структуру кубической сингонии (фианит). Измерения нанотвердости по глубине покрытия показали хаотичность расположения упрочняющей нанофазы. На рисунке 3 видно, что независимо от глубины проникновения индентора появляются пики по твердости и достигают они до 40 ГПа. На способ получения защитного покрытия с упрочняющей фазой получен патент РФ № 2494172 с участием автора.

Процесс формирования покрытия исследовали методом атомно-силовой микроскопии (АСМ). Установлено, что формирование покрытия на начальных стадиях роста идет по островковому механизму. Он предполагает конденсацию и рост покрытия через увеличения количества островков и их размеров (рисунок 5).

5 сек\'нд 10 секунд 6(1 секунд х 5100

Для получения покрытий с высокой адгезией к поверхности дисковых мездрильных и разбивочных ножей из нетеплостойких сталей марки 9ХФ и У8 проводили предварительную очистку и активацию поверхности ножей ионами низкой энергии в плазме ВЧЕ разряда. Температура обработки в плазме ВЧЕ разряда не превышает температуру фазовых превращений закаленных сталей данных марок.

Степень активации обработкой в плазме ВЧЕ разряда поверхности определяли по механизму роста покрытия. Для исследования формирования защитного покрытия на начальных стадиях роста на подложке из стали марки У8 осаждали покрытие в течение 10 и 35 с (рисунок 6). Из рисунка 6 видно, что при конденсации в течении 10 секунд на поверхности подложки образуются островки с латеральными размерами от 40 до 60 нм и высотой 56 нм. Такие островки на обработанной плазмой поверхности (а) образовались в 3-4 раза больше по сравнению с не обработанным образцом (б).

Рисунок 6 - АСМ-изображения островков (увеличение * 14500). Формирование покрытия на поверхности стали с предварительной плазменной обработкой (б) и без (а) в течение 10 с осаждения

Оценка адгезии по ИСО 26443 упрочняющего покрытия толщиной 5 мкм на стали показала, что с предварительной ВЧЕ плазменной обработкой адгезия «покрытие-подложка» достигает до класса 0, а без очистки - класса 3, что подтверждает увеличение адгезии покрытия с повышением количества центров зародышеобразований на поверхности подложки на начальных стадиях роста покрытия.

Работа упрочненных ножей оценивалась в промышленных условиях в производстве норки и в производстве шубной овчины. Основные характеристики ножей подвергаемых производственным испытаниям указаны в таблице!.

Характеристики ножей Разбивочный нож из стали марки У8 Дисковый нож из стали марки 9ХФ

Серийный нож 11ож с зашит и мм покрытием Серийный нож Нож с защитным покрытием

Твердость основы ИКС 51±3 52±2 46±3 47±3

Микрот иердость поверхности, ГПа 4,2±0,5 30±4 3,7±0,5 30±4

11арамстр шероховатости кромки ножа Ка, мкм 2,30±0,1 0.50±0.1 1,85±0.1 0,50±0,08

Радиус закругления режущей кромки, мкм 36±5 36±3 15±3 14±2

Радиус закругления режущей кромки -затупленного ножа, мкм 90±! 0 45±6

Качество разбивки кожевой ткани шубной овчины оценивали по степени пластичности органолептическим методом и по увеличению площади. На рисунке 7 показаны результаты исследования влияния количества обработки разбивочным ножом после заточки на относительное увеличение площади кожевой ткани 50 в процентах.

50.0

Отнмсигглмкю 45.0 унп.чеченпе 40.0 п.юшаяи

шкурки

п<2- %

Рисунок 7 -Сравнительное качество обработки кожевой ткани шубной овчины ¿7, . серийными и

о ю 20 31 4о 50 экспериментапь-

Кллпчествоo6pafMminni.lvшкур, шт. НЫМИ НОЖЗМИ

♦ после обработки с серийными ножами ® послеоорпоо'Ш! с экспериментальными ножпми

По результатам испытаний определено, что относительное увеличение площади шкур при разбивке с экспериментальными ножами проходит более сглажено и составляет от 31,3 до 40,3%, а для серийных ножей от 5,5 до 44,6 %. Установлено, что кожевая ткань шубной овчины достигает достаточной пластичности по всем направлениям при увеличении площади шкур от 28 до 40 %, при относительном увеличении площади ниже 28 % необходима повторная разбивка шкур.

Для оценки изменения качества операции строгания от применения упроч-

ненных ножей на всех шкурках измеряли толщину кожевой ткани в стандартной точке до и после обработки и определяли относительное изменение толщины 5Б в процентах (рисунок 8).

(цП/ОЧУП .\'риг1НГк'и КО VI ч

О,„0С,П,„ь„« М ^ „ Рисунок 8-

шмсипшс 2:1 .. ^ Сравнительное

—;качество строгания

Til.'llHHHI.I

К1.гжево11 ткани

OS, ■>'„ 15 шкурок норки

ю серийными и

5 экспериментальными

„ ножами

(I 20 40 60 80 1110

Количестпо оЛраГют;ншы\ шм р шт ♦ после обработки серийными ножами после обработки с экспериментальными ножами

Исследования операций разбивки шкур шубной овчины и строгания шкурки норки показали, что после каждой заточки процесс работы ножа можно разделить на 3 периода. Первый период - это период приработки, то есть в начале работы ножа с кромки удаляются заусенцы и микровершины, которые способствуют срезанию слоя кожевой ткани на 5 % больше, чем в период стабильного резания при строгании. Далее работа ножа происходит в период относительно стабильной обработки. Третий период - это период затупления ножа. Во время затупления работоспособность ножа уменьшается, качество обработки падает. Определено, что большое количество дефектов, такие как царапины, выступы расположенные параллельно по направлениям ножей, несквозные порезы появляются в период приработки ножа. Поэтому при разбивке кожевой ткани шубной овчины в период приработки ножа образуются в 4 раза больше механических дефектов, чем при разбивке в период стабильного функционирования и в период затупления ножа. Причиной данных дефектов являются острые микровершины и заусенцы на линии заточки и задней поверхности кромки ножей после заточки.

Установлено, что во время обработки ножей в плазме ВЧЕ разряда ионы инертного газа-аргона фокусируется на вершинах микронеровностей и бомбардируя распыляют их, уменьшается параметр шероховатости рабочей поверхности ножа до 90%, то есть во время ВЧЕ плазменной обработки удаляются острые микровершины и заусенцы, залечиваются микротрещины на поверхности кромки ножа, после чего кромка ножа становится более ровной по линии заточки. Период стабильной работы при обработки шкур увеличивается за счет повышенной стойкости ножа с защитным покрытием, тем самым увеличивается качество механической обработки кожевой ткани. Экспериментально определено, что использование упрочненных ножей разбивочной машины исключают образование механических дефектов на кожевой ткани в период приработки ножа. На рисунке 9 показаны шкурки овчины после операции разбивки (2-я обработка после замены ножей).

Г

шубной овчины, а)обработанная упрочненными ножами,

Рисунок 9 -Выделанные шкурки

б) - серийными ножам и

I

а

б

Таким образом, упрочнение ножей за счет ВЧЕ плазменной обработки и нанесения защитного покрытия из нитридов титана и гафния позволяет повысить качество обрабатываемых меховых материалов. Промышленные испытания показали, что стойкость разбивочных и дисковых мездрильных ножей с защитным покрытием в 2-3,5 раза выше стойкости серийных ножей.

В четвертой главе на основе экспериментальных данных разработаны технологии производства полуфабриката норки и шубной овчины повышенного качества за счет уменьшения механических дефектов на кожевой ткани путем использования упрочненных рабочих элементов машин механической обработки. А так же разработана технология упрочнения, нанесением защитного покрытия с упрочняющей нанофазой, ножей разбивочных машин типа МРП и дисковых мездрильных машин ДМЗ-ЗО включающая процесс доведения параметра шероховатости рабочей поверхности ножа до Яа = 0,5 мкм, механическую очистку, обработку в высокочастотной плазме емкостного разряда аргона в режиме то=20 минут, \\^,=1,8 кВт, Рк=25-28 Па, Р= 13,56 МГц и конденсацию защитного покрытия с нанофазой оксида гафния на рабочую поверхность в режимах 1Т|=60±3 А, 1нс=75±3 А, Р=0,2±0,05 Па, ис=-50±2 В, тк= 60 мин.

Упрочненные ножи прошли промышленное испытание в ООО «Руно» и ООО «Бермар», в результате которого получены опытные партии шкур норки и шубной овчины повышенного качества.

Приведены технологические схемы получения полуфабриката норки и шубной овчины повышенного качества за счет уменьшения механических дефектов на кожевой ткани путем использования в технологии производства операции упрочнения разбивочных и дисковых мездрильных ножей нитридом титана и гафния с нанофазой оксида гафния.

Проведены исследования опытно-промышленной партии шкур норки и шубной овчины в ОТК. Результаты исследований опытно-промышленной партии показали полное соответствие требованиям ГОСТ 10322 и ГОСТ 1821 и увеличение количества шкур 1 и 2 сорта на 20 и 16% по сравнению с контрольной партией. Установлено, что среднее время строгания дисковым ножом с защитным покрытием одной шкурки норки опытно-промышленной партии уменьшается в 2 раза в период затупления дискового ножа, и что увеличение брака наступает в период затупления дискового ножа. У дискового

ножа с защитным покрытием начало затупляения режущей кромки можно определить по стиранию покрытия, что облегчает визуальный контроль по замене ножа на машине ДМЗ-ЗО.

Разбивочные ножи с защитным покрытием рекомендуется использовать на машинах РМ-2, МРП и МРК а также РММ-150 для разбивки шкур шубной и меховой овчины, каракуля, мерлушки, кролика. Дисковый нож с защитным покрытием рекомендуется использовать в производстве норки кролика, морского зверя, ондатры, нутрия, соболя и бобра.

Технология упрочнения разбивочных и дисковых мездрильных ножей внедрена на предприятиях производителей норки ООО «Бермар», меховой и шубной овчины ООО «Руно».

Выводы

1. На основе анализа дефектов готовой продукции кожевенно-мехового производства и современного состояния машин механической обработки определены основные причины возникновения дефектов на этапах механической обработки. По степени значимости - это квалификация рабочего (скорость подачи обрабатываемого материала) - 30 %, затупление и натичие микронеровности на режущей кромке ножа - 30 %, неоднородность по толщине и влажности обрабатываемых шкур - 21 %, повышенная шероховатость, разнотолщинность и искажение линии заточки ножа связанное с низким качеством заточки -19 %.

2. Установлено, что повышение стойкости ножей разбивочных и дисковых мездрильных машин за счет повышения твердости в 5-6 раз приводит к уменьшению механических дефектов кожевой ткани в 2-3 раза и следовательно, к повышению качества готовых шкур.

3. Разработан метод получения защитного покрытия из нитридов титана и гафния с нанофазой оксида гафния, твердость которой превышает в 2 раза твердость нитридной матрицы. Упрочняющая фаза имеет размеры 20-50 нм и содержит оксида гафния в сверхтвердом состоянии (37-44 ГПа) с кубической структурой. На разработанный способ получен патент № 2494172 Яи.

4. Установлено, что для нанесения разработанного защитного покрытия на разбивочные и дисковые мездрильные ножи из нетеплостойких сталей необходимо провести предварительную очистку и активацию поверхности в высокочастотной плазме емкостного разряда аргона пониженного давления. ВЧЕ плазменная обработка поверхности ножей ионами аргона с энергией 6080 эВ позволила уменьшить параметр шероховатости поверхности с 0,45 до 0,21 мкм, и увеличить количество центров зародышеобразования в 3-4 раза, что привело к повышению адгезии защитного покрытия с 3 класса до 0 класса по ИСО 26443. Экспериментально определено, что снижение параметра шероховатости поверхности кромки ножа ВЧЕ плазменной обработкой позволило уменьшить механических дефектов кожевой такни в период приработки ножа, тем самым повысить качество обрабатываемых меховых материалов.

5. Разработана технология нанесения защитного покрытия на ножи разбивочных машин типа МРП, РМ-2 и дисковых мездрильных машин,

включающая процесс доведения параметра шероховатости рабочей поверхности ножа до Яа=0,5мкм, механическую очистку, обработку в высокочастотной плазме емкостного разряда аргона в режиме то=20 минут, Wp=l,8 кВт, Рк=25-28 Па, F= 13,56 МГц и конденсацию защитного покрытия с нанофазой оксида гафния на рабочую поверхность в режимах 1т,=60±3 А, 1Н(=75±3 А, Р=0,2±0,05 Па, Uc=-50±2 В, тк= 60 мин.

6. Установлено, что разброс относительного увеличения площади шкур в партии после обработки ножами с упрочняющим покрытием составляет 22 %, что в 4 раза меньше при обработки с серийными ножами. Определено, что при разбивке кожевой ткани шубной овчины в период приработки ножа образуются в 4 раза больше механических дефектов, чем при разбивке в период стабильного функционирования и в период затупления ножа, а использование ножей разбивочной машины с упрочняющим покрытием толщиной 5-6 мкм исключает образование механических дефектов на кожевой ткани в период приработки ножа. Стойкость упрочненных защитным покрытием ножей увеличилась в 2-3,5 раза.

7. Разработаны технологии получения полуфабриката норки и шубной овчины повышенного качества за счет уменьшения механических дефектов на кожевой ткани путем использования в технологии производства операции упрочнения разбивочных и дисковых мездрильных ножей нитридом титана и гафния с нанофазой оксида гафния.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендуемых ВАК РФ:

1. Абдуллин И.Ш. Увеличение ресурса работы рабочих элементов машин с целью повышения эффективности производства меховых изделий / М.М. Миронов, И.Ш. Абдуллин И.И. Васильев // Кожевенно-обувная промышленность. -2012. - №4. -С. 31-33.

2. Васильев И.И. Исследование влияния параметров нанесения покрытия на характеристики и работоспособность мездрильного дискового ножа из 9ХФ / И.Ш. Абдуллин, И.И. Васильев // Вестник Казанского технологического университета. - 2012.- №14. -С. 27-29.

3. Васильев И.И. Очистка поверхности стали 9ХФ в плазме ВЧ емкостного разряда для нанесения наноструктурированного покрытия PVD методом / И.Ш. Абдуллин, И.И. Васильев // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. -№20. -С. 29-30.

4. Абдуллин И.Ш. Финишная подготовка поверхности нетеплостойких инструментальных сталей перед нанесением защитных покрытий/ И.Ш. Абдуллин, И.И. Васильев // Вестник Казанского технологического университета. -2013. -№5. -С. 180-181.

5. Абдуллин И.Ш. Исследование ионно-плазменных конденсатов на начальных стадиях роста / И.Ш. Абдуллин, И.И. Васильев, A.B. Трофимов // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - №8. -С. 59-60.

6. Абдуллин И.Ш. Управление качеством кожевенно-меховых материалов

на этапах механической переработки / И.Ш. Абдуллин U.M. Васильев, М.М. Миронов // Кожевенно-обувная промышленность. -2014. - №1. -С. 31-32.

7. Васильев И.П., Взаимодействие плазмы с поверхностью металлических изделий / И.Ш. Абдуллин, И.И. Васильев, М.М. Миронов // Вестник Казанского технологического университета. - 2014.-№7. -С. 71-73.

8. Абдуллин И.Ш. Исследование формирования нитридного покрытия из плазмы дугового разряда атомно-силовой микроскопией/ И.Ш. Абдуллин, М.М. Миронов, И.И. Васильев // Вестник Казанского технологического университета. - 2013.-№17. -С. 49-51.

Патенты:

9. Пат. 110088 RU. Устройство для нанесения покрытий в вакууме/ И.И. Васильев; заявитель и патентообладатель ФГ1ЮУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет».- заявка №2011 113754; заявл. 08.04.2011; опубл. 10.11.2011.

10. Пат. 2494172 RU. Способ получения износостойкого покрытия/ И.И. Васильев; заявитель и патентообладатель ФПЮУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет».- заявка №2012133945; заявл. 07.08.2012; опубл. 27.09.2013.

Материалы конференций, статьи:

11. Абдуллин И.Ш. Повышение эксплуатационных характеристик рабочих элементов оборудования кожевенно-мехового производства за счет модифицированных упрочняющих слоев / И.Ш. Абдуллин, И.И. Васильев // Материалы научной сессии КНИТУ. - Казань. -2012. -С. 330.

12. Абдуллин И.Ш. Упрочнение стационарного ножа стригальных и рубильных машин кожевенно-мехового производства / И.И. Васильев, И.Ш. Абдуллин // Новые технологии и материалы легкой промышленности: VIII Международная научно-практическая конференция с элементами научной школы студентов и молодых ученых: сборник статей // М-во образ, и науки России, Казан, нац.исслед.технол.ун-т. - Казань: Изд-во КНИТУ, -2012. -С. 259-261.

13. Абдуллин И.Ш. Повышение ресурса работы рабочих элементов технологического оборудования кожевенно-мехового производства/ И.Ш. Абдуллин, U.U. Васильев, М.М. Миронов // Кожа и мех и XXI веке: технология, качество, экология, образование: материалы VIII Международной научно-практической конференции. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, -2012. -С. 31-36.

14. Абдуллин И.Ш. Структура и механические свойства наноструктури-рованных покрытий из нитрида титана, полученные ионно-плазменной конденсацией / И.Ш. Абдуллин, И.И. Васильев 7/ Современные проблемы развития текстильной и легкой промышленности. Сборник материалов Международной научно-технической конференции // ФГБОУ ВПО МГУТУ им К.Г. Разумовского. Институт текстильной и легкой промышленности. М., -2012. Книга третья. -С. 26-29.

15. Васильев II.II. Упрочнение поверхности нетеплостойких инструментальных сталей за счет модифицированных и защитных слоев //

Физико-химия и технология неорганических материалов: Сборник материалов IX Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов ИМЕТ РАН, Москва. -2012. -С.469-470.

16. Абдуллин И.111. Плазменные конденсаты нитридной керамики с упрочняющей нанофазой / И.Ш. Абдуллин, И.И. Васильев, М.М. Миронов И Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация и материалы нового поколения: VI! Международная научная конференция сентября, Иваново, -2012.-С. 174.

17. Abdullin 1. Sh.. Bilayer composition on the hardening of Cold Work Tools Steels / 1. Sh. Abdullin, 1.1. Vasiliev, M. M. Mironov // Plasma physics and plasma technology. PPPT-7, VII International Conference, Minsk, Belarus, Sept. 17-21, -2012. -C. 458-460.

18. Абдуллин И.Ш. Исследование влияния ВЧ плазмы емкостного и индукционного разряда на полутеплостойкую сталь 9ХФ/ И.Ш. Абдуллин, И.И. Васильев, A.B. Трофимов // Плазменные технологии исследования, модификации и получения материалов различной физической природы: Международная научная конференция: Сборник материалов конференции. -Казань, Изд-во КНИТУ. -2012. -С. 199-200.

19. Васильев И.И. Исследование ионно-плазменных конденсатов нитридных покрытий на начальных стадиях роста / М.М. Миронов, И.И. Васильев, A.B. Трофимов // Материалы научной сессии КНИТУ. -Казань, Изд-во КНИТУ. -2013. -С. 329.

20. Абдуллин И.Ш. Исследование влияния очистки плазмой ВЧ емкостного разряда на характеристики режущих инструментов из нетеплостойких сталей / И.Ш. Абдуллин, И.И. Васильев // XL Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС: тезисы докладов. М.: ЗАО НТЦ «Плазмаиофан», - Звенигород. -2013. -С. 210.

21. Абдуллин И.Ш. Повышение эффективности операций механической обработки производства кожи и меха / И.Ш. Абдуллин, И.И. Васильев, A.B. Трофимов // Новые технологии и материалы легкой промышленности: IX Международная научно-практическая конференция с элементами научной школы студентов и молодых ученых: сборник статей/М-во образ, и науки России, Казан, нац. исслед.технол.ун-т. -Казань: Изд-во КНИТУ, -2013. -С. 283-287.

22. Абдуллин И.Ш. Очистка поверхности нетеплостойких инструментальных сталей перед нанесением защитных покрытий /' И.Ш. Абдуллин, И.И. Васильев, A.B. Трофимов // Взаимодействие ионов с поверхностью ВИП-2013: труды XXI Международной конференции. Ярославль, -2013. том 2. -С. 413-416.

Соискатель

И.И. Васильев

Заказ № Шб Офсетная лаборатория КНИТУ

Тираж 100 экз. 420015 г. Казань, ул. К. Маркса, 68