автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Совершенствование технологии зачистной обработки деталей из термопластов

На правах рукописи

МУСАЕВ Руслан Шабанович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗАЧИСТНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТЕРМОПЛАСТОВ

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ПЕНЗА 2009

1 О ЛЕН 2009

003487291

Работа выполнена на кафедре «Металлообрабатывающие станки и комплексы» в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Трилисскнн Владимир Овсеевич|;

кандидат технических наук, доцент Липов Александр Викторович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Зверовщиков Владимир Зиновьевич; кандидат технических наук, доцент Симаннн Николай Алексеевич.

Ведущая организация - ОАО «Пензадизельмаш».

Защита диссертации состоится 2009 г., в часов,

на заседании диссертационного совета Д 212.186.03 в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет». Автореферат размещен на сайте www.pnzgu.ru

Автореферат разослан «/?£» 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор

Соколов В. О.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время в машиностроении и других отраслях промышленности широко применяются термопласты благодаря таким ценным свойствам, как эластичность, прочность, легкость и т.д. При получении деталей из термопластов в различных формах по линии их разъема может образоваться облой, который в большинстве случаев является исправимым браком и подлежит удалению.

Зачистной обработке по удалению облоя подвергается 85-95 % выпускаемых деталей из термопластов. В некоторых случаях затраты на эту обработку, из-за эластичности этих материалов, могут достигать 70 % общих затрат на изготовление деталей.

Наибольшее распространение для удаления облоя получили механические методы, которые заключаются в ручном срезании его лезвийным инструментом, использовании универсальных и специальных станков, а также применении оборудования для объемной обработки.

Одним из эффективных методов механизированного удаления облоя является механическое воздействие на него наполнителем в рабочих камерах станков для объемной обработки (галтовочных, центро-бежно-ротационных, центробежно-планетарных, вибрационных), которые используются в сочетании с предварительным охлаждением деталей до хрупкого состояния облоя. Широкое использование данного метода затруднено отсутствием достоверной информации о значении температур, до которых следует охлаждать детали, чтобы облой стал хрупким, необходимого для этого времени, а также о назначении технологических режимов обработки для его качественного удаления. В связи с этим для каждого конкретного случая (материала детали, формы и размеров облоя и др.) эти параметры определяются экспериментально, что значительно повышает затраты на обработку. Поэтому тема диссертационной работы, направленная на создание методик расчетного определения условий и технологических режимов обработки, обеспечивающих повышение эффективности механизированного удаления облоя на деталях из термопластов, является актуальной.

Цель работы - повышение эффективности удаления облоя на основе установления взаимосвязей между технологическими параметрами обработки и характеристиками деталей из термопластов при низкотемпературном охлаждении.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. На основе физикохимии полимеров определить величины температур, при которых происходит хрупкое разрушение различных термопластов.

2. Разработать методику расчета температурных полей в деталях из термопластов, позволяющую определять необходимое время охлаждения.

3. Теоретически исследовать силовое воздействие на облой и определить условия, необходимые для его качественного удаления.

4. Разработать компьютерную модель вибрационного станка и рабочей загрузки, позволяющую установить режимы удаления облоя на деталях из термопластов.

5. Разработать научно обоснованные практические рекомендации по повышению эффективности удаления облоя на деталях из термопластов.

Научная новизна:

1. Установлена взаимосвязь между молекулярным строением различных термопластов и температурой охлаждения, при которой обеспечивается их хрупкое разрушение.

2. Выявлены условия, необходимые для качественного удаления облоя на деталях из термопластов, и предложены зависимости для определения требуемых усилий.

3. На основе компьютерного моделирования вибрационного станка и рабочей загрузки получена зависимость, позволяющая определять режимы обработки деталей из термопластов.

Практическая ценность:

1. Разработаны научно обоснованные методики определения технологических режимов и условий удаления облоя на деталях из термопластов при вибрационной обработке.

2. Предложены рекомендации по модернизации технологического оборудования для удаления облоя на деталях из термопластов при низкотемпературном охлаждении и разработаны необходимые средства технологического обеспечения.

Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены в ОАО «Пензадизельмаш» и переданы для использования в ОАО «Пензмаш». Применение механизированного удаления облоя позволило сократить время обработки деталей, изготавливаемых ОАО «Пензадизельмаш» на 30-45 %.

На защиту выносятся:

1. Методика определения условий охлаждения деталей из термопластов.

2. Условия, при которых обеспечивается качественное удаление облоя.

3. Методика определения технологических режимов вибрационной обработки.

4. Научно обоснованные рекомендации по выбору условий охлаждения, наполнителя и режимов обработки.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на II Международной научно-технической конференции «Проблемы исследования и проектирования машин» (Пенза, 2006 г.); XII Международной научно-методической конференции «Университетское образование» (Пенза, 2008 г.); II Международной научно-практической конференции «Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управление проектами CAD/CAM/CAE/PDM» (Пенза, 2008 г.); III Международной научно-практической конференции «Системы проектирования, подготовки производства и управление проектами CAD/CAM/CAE/PDM» (Пенза, 2009 г.); XIII Международной научно-методической конференции «Университетское образование» (Пенза, 2009 г.), а также на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и студентов Пензенского государственного университета 2005-2009 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ (без соавторов 3 работы), в том числе 1 статья в издании, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 92 наименований и приложений, содержит 113 страниц основного текста, 49 рисунков и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, сформулированы цель и задачи исследований, приведены научная новизна, практическая ценность и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ строения различных термопластов и методов механического удаления облоя. Показано, что термопласты состоят из длинных молекулярных цепочек линейного, зигзагообразного, спиралевидного и других видов, содержащих большое

число структур - мономерных звеньев, которые состоят из атомов. Если термопласт состоит только из молекулярных цепей с одинаковыми мономерными звеньями, то он называется однокомпонентным. При наличии в их составе различных мономерных звеньев, а также при введении в материал различных добавок - пластификаторов, наполнителей, смазок, пигментов, красителей и др. - термопласт становится многокомпонентным. Его структура может иметь однородное строение или содержать области с различным составом компонентов. Несмотря на различное строение термопластов, в них всегда присутствуют две фазы - кристаллическая и аморфная. Кристаллическая фаза характеризуется упорядоченным строением молекулярных цепей и имеет высокую прочность и низкую эластичность. В аморфной фазе молекулярные цепочки расположены случайным образом, и она в зависимости от температуры может находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем. Термопласт обладает высокими эластичными свойствами, если его аморфная фаза находится в высокоэластическом состоянии. По количественному содержанию этих фаз термопласты подразделяются на кристаллические, аморфно-кристаллические и аморфные.

Исследованию удаления облоя на деталях из термопластов посвящены работы известных ученых: А. П. Бабичева, И. Е. Бурштейна, В. В. Балицкого, Ю. М. Кулакова, В. А. Хрулькова, А. М. Казюты и др.

Анализ конструкций оборудования для объемной обработки и условий удаления облоя на деталях из термопластов показал, что охлаждение деталей в отдельных камерах при обработке в галтовочных барабанах и центробежно-ротационных станках приводит к дополнительному расходу хладагента. Это связано с необходимостью переохлаждения деталей, которые при их выгрузке в рабочие камеры станков будут нагреваться из-за разницы температур в этих камерах и камерах предварительного охлаждения. Переохлаждение деталей также может привести к охрупчиванию их тонких стенок, которые при дальнейшей обработке могут повредиться. При удалении облоя в рабочих камерах центробежно-ротационных и центробежно-планетарных станков создаются значительные усилия, в результате действия которых на деталях могут появляться микротрещины или разрушаться их стенки.

Вибрационные станки менее производительны, однако возможность охлаждения и дальнейшей обработки в их рабочих камерах, а также действующие при этом незначительные усилия, которые не приводят к повреждениям элементов деталей, позволяют рекомендовать это оборудование для удаления облоя на деталях из термопластов.

Для охлаждения деталей из этих материалов используются промышленные установки, работающие на фреонах или подающие охлажденный воздух, а также готовые хладагенты - жидкая и твердая углекислота и жидкий азот. Установлено, что жидкий азот, имеющий температуру испарения 77,3 К, позволяет охрупчивать широкую номенклатуру термопластов, имеет невысокую стоимость и не требует сложных систем для его подачи в зону охлаждения.

Установлено, что для качественного механизированного удаления облоя на деталях из термопластов необходимо: облой после охлаждения должен стать хрупким и оставаться в таком состоянии при дальнейшей обработке; при механическом воздействии на облой в его основании должно возникать напряжение, которое соответствует напряжению разрушения материала при его охрупчивании. Температуру, до которой необходимо охлаждать термопласт, чтобы он стал хрупким, следует определять по его аморфной фазе на основании физикохимии полимеров. Использование для этих целей температуры хрупкости термопластов, определяемой по ГОСТ 16782-83, не представляется возможным, поскольку она является эксплуатационным показателем и при такой температуре не происходит их охрупчивания. При механическом воздействии на неохрупченный облой он может удалиться в результате его многократных перегибов, что не позволяет контролировать качество его удаления, определяемое допустимой величиной.

На основании проведенного анализа сформулирована цель работы и определены задачи исследований.

Во второй главе определены условия, при которых происходит хрупкое разрушение термопластов, и разработана методика определения необходимой температуры охлаждения, различных видов этих материалов.

Молекулярные цепочки термопластов разделены на статистические сегменты Куна, состоящие из некоторого количества мономерных звеньев. При определенных температурах эти сегменты могут совершать различные колебательные движения, которые и определяют механические свойства термопластов. Такими движениями могут быть кооперативные, т.е. одинаковые по фазе, колебания нескольких сегментов Куна соседних молекул и их независимые крутильные колебания вокруг своей оси. Внутри сегментов происходят мелкомасштабные колебания мономерных звеньев и их атомов. Изменение эластичных свойств аморфных термопластов рассмотрено по термомеханической кривой, представляющей собой зависимость деформации этих материалов при приложении нагрузки от температуры. В высокоэластиче-

ском состоянии высокие эластичные свойства термопластов определяются кооперативными колебаниями сегментов Куна. При их охлаждении происходит увеличение межмолекулярных сил и снижение частот кооперативных и независимых колебаний сегментов. При достижении температуры стеклования, имеющей интервал 10-20 К, термопласты переходят в подсостояние вынужденной эластичности стеклообразного состояния, для которого характерны незначительные деформации при приложении нагрузки. В этом подсостоянии кооперативные колебания сегментов полностью затухают, а механические свойства термопластов определяются их независимыми колебаниями. При дальнейшем охлаждении и достижении температуры Р-перехода термопласты переходят в подсостояние хрупкости стеклообразного состояния и становятся хрупкими. Независимые колебания сегментов Куна при этой температуре считаются полностью затухшими, а механические свойства термопластов определяются мелкомасштабными колебаниями мономерных звеньев и их атомов. Температуру р-пере-хода предложено называть температурой охрупчивания Гохр. Для одно-компонентных и многокомпонентных пластифицированных термопластов, структура которых имеет однородное строение, эту температуру можно определять по известной зависимости, полученной с использованием метода дифференциальной сканирующей калориметрии. При этом колебания сегментов Куна считаются затухшими, если их частота находится в пределах 0,01-0,1 Гц.

Для многокомпонентных термопластов, структура которых содержит области с различным составом, предложено определять температуру р-перехода для каждой из них. При этом за температуру охрупчивания материала принимается температура Р-перехода той области, которая с запасом обеспечивает затухание независимых колебаний сегментов Куна.

Некоторые многокомпонентные термопласты имеют сложное строение, для которых либо совсем невозможно определить величину температуры охрупчивания, либо ее можно оценить лишь весьма приближенно. В этом случае ее предложено определять экспериментально на специальном устройстве, при проектировании которого за основу принято то, что ударная вязкость охрупченных термопластов, определенная по Шарпи, достигает величины 10 кДж/м2 и при дальнейшем охлаждении практически не изменяется. Устройство состоит из маятникового копра, камеры предварительного охлаждения образцов и ме-

ханизма их подачи в зону удара. На рисунке 1 приведены результаты измерения ударной вязкости различных материалов. 40

—♦— полиметипакрилат

—*— полипропилен

—фторопласт

—*— полиэтипентерефталат

-полиарилат

• ■«■ • стеклонаполненный

поликарбонат -■- стеклонаполненный

полиамид —пентопласт

113 133 153 173 193 213 233 253 273 293 Температура, К

Рисунок 1 - Зависимость ударной вязкости от температуры для различных термопластов

Используя известные зависимости для определения температуры Р-перехода различных термопластов и экспериментально полученные значения температур охрупчивания, было установлено, что для технических расчетов независимые колебания сегментов Куна можно считать затухшими при их частоте, равной 0,1 Гц. Расчет температур охрупчивания необходимо проводить по следующим формулам:

- для однокомпонентных термопластов

Гохр=1,23£к-5+3,72 В;

- для пластифицированных термопластов

охр

а,23

УмГЯ + 3,72,

где Ек - энергия когезии, расходуемая на преодоление межмолекулярных сил; 5 - число мономерных звеньев, составляющих сегмент Куна; В - энергия, расходуемая на преодоление его связей с соседними сег-

ментами в молекулярной цепи; /к) =—— и /к2 =—— - соответственно

Гт ^мг

плотности энергии когезии базового термопласта и пластификатора £к2; и УМ2 - их мольные объемы.

Охлаждение деталей ниже температуры охрупчивания приводит к увеличению времени и дополнительному расходу жидкого азота.

В третьей главе разработана методика определения времени охлаждения деталей из термопластов. Предложено это время определять расчетом по распределению в них температурных полей. Облой становится хрупким при достижении в его основании температуры охрупчивания термопласта. Для предотвращения охрупчивания тонких стенок деталей необходимо рассчитывать распределение температурных полей по всему их объему. Установлено, что охлаждение неподвижных деталей жидким азотом в рабочих камерах станков для объемной обработки осуществляется конвективным теплообменом. Перенос тепла в объеме детали реализуется путем теплопроводности.

Для повышения точности расчетов температурных полей тепло-физические свойства термопластов задаются в зависимости от температуры. При расчетах учитывается изменение температуры в рабочей камере конкретного станка при охлаждении, которое зависит от теплоизоляционных свойств оборудования. Модель охлаждения реализована на базе программного пакета СоБтозУ/огкэ. Проверка адекватности полученной модели проведена аналитическим методом элементарных балансов. Сравнение результатов показало, что их расхождение не превышает 2,4 %.

В четвертой главе приведены результаты теоретических исследований силового воздействия на облой и разработана компьютерная модель вибрационного станка и загрузки рабочей камеры. Для качественного удаления хрупкого облоя необходимо, чтобы при механическом воздействии в его основании создавалось критическое напряжение разрушения материала ак. Величина о„ определяется на основе теории разрушения термопластов, согласно которой его очагом является микротрещина, образованная в результате разрыва химических связей между мономерными звеньями. При допущении отсутствия в термопласте микротрещин величина <хк при температуре его охрупчивания определяется по формуле

где - энергия, необходимая для разрыва связей между мономерными звеньями при температуре, близкой к абсолютному нулю; УА - флуктуационный объем, т.е. объем термопласта, участвующий в росте трещин; д - температурный коэффициент энергии активации.

Облой по контуру разъема форм может иметь различные размеры. Качество удаления облоя определяется его допустимой длиной, которая назначается исходя из условия эксплуатации детали. Значительные усилия, действующие на детали при обработке, могут вызвать возникновение на их поверхностях микротрещин, которые в дальнейшем становятся очагом их разрушений. Для ограничения этих усилий предложено их наибольшую величину определять расчетом по допустимой длине облоя. На рисунке 2 приведена схема для определения усилия Р, действующего на облой под углом а, обеспечивающего его качественное удаление. Необходимое усилие определяется по формуле

где Р - составляющая усилия Р, обеспечивающая возникновение в основании облоя напряжения стк; Ь - допустимая длина облоя; Я - радиус наполнителя. Если длина облоя больше или равна допустимой величине, то при обработке он удалится по основанию, если меньше - то он

Рисунок 2 - Схема к определению усилия Р, необходимого для качественного удаления облоя

Определение усилий, действующих на облой при его механизированном удалении, осуществлялось с применением программных пакетов SolidWorks и MSC.visualNastran Desktop 4D. Разработана модель

вибрационного станка и загрузки рабочей камеры, которая позволяет анализировать поведение наполнителя и деталей в процессе обработки. Моделирование осуществлено путем построения в SolidWorks твердотельных моделей вибрационного станка и загрузки с последующим расчетом в MSC.visualNastran Desktop 4D усилий F, действующих на облой. Для получения зависимости усилия F(H) от амплитуды А (мм) и частоты/(Гц) колебаний рабочей камеры, а также массы тд(г) обрабатываемых деталей и массы т„ (г) наполнителя использовался математический метод планирования и анализа экспериментов. В результате регрессионного анализа было получено выражение

F = 2,2 Л О-3 • А0'61 • /Яд'92 • у1*4 ■ т®'2.

На рисунке 3 приведены зависимости усилия F от режимов вибрационной обработки.

F, Н 25 20 15 10 5 О

0.5 1 1,5 2 2,5 3

Рисунок 3 - Влияние режимов параметров вибрационной обработки на усилие F: ♦ - 29 Гц; и - 39 Гц, А- 45 Гц

Из рисунка видно, что при увеличении амплитуды и частоты колебаний рабочей камеры усилие, действующее на облой, увеличивается, что может привести к разрушению тонких стенок деталей при обработке.

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований удаления облоя на деталях из термопластов и рекомендации по повышению эффективности обработки.

Исследования проводились на установке, созданной на базе вибрационного станка (рисунок 4) с объемом рабочей камеры 9 дм3. Для теплоизоляции она была обложена пенопластом 1 и герметично закрывалась крышкой 2, в которую встроены змеевик 3 для подачи жидкого азота из сосуда Дьюара 4 и датчик 5 для измерения температуры. Система подачи жидкого азота и контроля температуры 6 позволяла соз-

давать в рабочей камере 7 необходимую температуру и поддерживать ее в течение дальнейшей обработки. Частота колебаний рабочей камеры задавалась вращением неуравновешенного вала, а амплитуда - различными положениями, установленными на нем двух дебалансов. Изменение чисел оборотов вала осуществлялось сменой шкивов ременной передачи. Для избежания потери внешнего вида деталей из термопластов при их обработке внутренняя поверхность рабочей камеры футеровалась фторопластом-4, имеющим температуру охрупчива-ния 110 К, а в качестве наполнителя использовались стальные шары различного диаметра.

Рисунок 4 - Установка для экспериментальных исследований удаления облоя на деталях из термопластов

На основании проведенных исследований была разработана методика определения технологических режимов вибрационной обработки, схема алгоритма которой приведена на рисунке 5.

Проведенные исследования позволили выявить особенности механизированного удаления облоя и разработать практические рекомендации по выбору условий охлаждения, наполнителя, а также режимов вибрационной обработки, позволяющих повысить ее эффективность.

При охлаждении деталей и наполнителя температура в верхней и нижней частях рабочей камеры может отличаться на 30-50 К. Для выравнивания температуры следует обеспечивать их перемешивание путем включения станка в работу на 10-15 с через каждые 2 мин охлаждения.

Рисунок 5 - Схема алгоритма определения технологических режимов вибрационной обработки

При достижении в камере температуры охрупчивания термопласта облой на деталях становится хрупким через 2-3 с. Дальнейшее охлаждение приводит к дополнительному расходу жидкого азота и ох-рупчиванию тонких стенок деталей. Необходимое время охлаждения деталей и наполнителя следует определять по зависимости изменения температуры в рабочей камере.

Выбор размеров наполнителя необходимо производить на основе анализа конструктивных особенностей деталей с целью исключения застревания стальных шаров в их элементах и между ними при обработке.

Рациональные режимы вибрационной обработки определяются различными сочетаниями амплитуд и частот колебаний рабочей каме-

ры. При этом предпочтение следует отдавать режимам с более высокой частотой, которые обеспечивают меньшее время обработки благодаря большему числу соударений.

При использовании полученных математических моделей определены рациональные технологические параметры удаления облоя на различных деталях, изготовленных из полиэтилена высокого давления, стеклонаполненного полиамида и полипропилена.

Результаты проведенных исследований были апробированы в лабораторных и производственных условиях; используются на предприятиях при зачистке деталей из термопластов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. На основе физикохимии полимеров установлено, что термопласты становятся хрупкими, когда в их аморфной фазе затухают независимые колебания статистических сегментов Куна, и определены необходимые для этого температуры охлаждения.

2. На основе компьютерного моделирования температурных полей разработана методика, позволяющая определять необходимое время охлаждения деталей из термопластов.

3. Определены условия, необходимые для качественного удаления облоя на деталях из термопластов, и получены зависимости для расчета требуемых усилий.

4. Разработана компьютерная модель вибрационного станка и рабочей загрузки, на основании которой получено выражение для определения усилий, действующих на облой, в зависимости от амплитуды и частоты ее колебаний, массы обрабатываемых деталей и массы наполнителя.

5. Разработаны научно обоснованные практические рекомендации по выбору условий охлаждения, наполнителя и режимов вибрационной обработки, позволяющих повысить эффективность удаления облоя на деталях из термопластов.

6. Результаты исследований внедрены в ОАО «Пензадизельмаш» и переданы для использования в ОАО «Пензмаш». Применение механизированного удаления облоя позволило сократить время обработки деталей из термопластов, изготавливаемых ОАО «Пензадизельмаш» на 30-45 %.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Мусаев, Р. Ш. К вопросу охрупчивания термопластов при низкотемпературном охлаждении / В. О. Трилисский, А. В. Липов, М. Н. Быков, Р. Ш. Мусаев // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. - 2006. - № 6. - С. 27-33. - (Технические науки).

Публикации в других изданиях

2. Мусаев, Р. Ш. Моделирование процесса охлаждения деталей из термопластов / В. О. Трилисский, А. В. Липов, Р. Ш. Мусаев // Проблемы исследования и проектирования машин : сб. ст. II Междунар. науч.-техн. конф. - Пенза: ПДЗ, 2006. - С. 13-16.

3. Мусаев, Р. Ш. Расчет ударной нагрузки для зачистной обработки деталей / А. В. Липов, Р. Ш. Мусаев, В. О. Трилисский // XVIII Внутри-вузовская научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава и студентов : тез. докл. / под ред. д-ра техн. наук, проф. М. А. Щербакова. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2007. - С. 24-26.

4. Мусаев, Р. Ш. Устройство для определения температуры охруп-чивания термопластов / В. О. Трилисский, А. В. Липов, Р. Ш. Мусаев // Техника машиностроения. - 2008. - № 3. - С. 2-4.

5. Мусаев, Р. Ш. Установка для объемной обработки деталей из термопластов и резин / В. О. Трилисский, А. В. Липов, Р. Ш. Мусаев // Университетское образование : сб. ст. XII Междунар. науч.-метод. конф. - Пенза: ПДЗ, 2008. - С.153-155.

6. Мусаев, Р. Ш. Определение температуры охлаждения деталей из термопластов при удалении облоя / В. О. Трилисский, А. В. Липов, Р. Ш. Мусаев // Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управление проектами CAD/CAM/CAE/PDM : сб. ст. II Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза: ПДЗ, 2008. - С. 83-85.

7. Мусаев, Р. Ш. Расчет времени охлаждения деталей из термопластов до хрупкого состояния облоя / В. О. Трилисский, А. В. Липов, Р. Ш. Мусаев // Машиностроитель. - 2009. - № 3. - С. 12-15.

8. Мусаев, Р. Ш. Механизм разрушения термопластов / Р. Ш. Мусаев // Системы проектирования, подготовки производства и управление проектами CAD/CAM/CAE/PDM : сб. ст. III Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза: ПДЗ, 2009. - С. 54-56.

9. Мусаев, Р. Ш. Оценка качества удаления облоя с деталей из термопластов / Р. Ш. Мусаев // Университетское образование : сб. ст. XIII Междунар. науч.-метод. конф. - Пенза: ПДЗ, 2009. - С. 24-26.

10. Мусаев, Р. Ш. Проверка адаптивности компьютерной модели / Р. Ш. Мусаев // Университетское образование : сб. ст. XIII Междунар. науч.-метод. конф. - Пенза : ПДЗ, 2009. - С. 142-145.

Научное издание

Мусаев Руслан Шабанович

Совершенствование технологии зачистной обработки деталей из термопластов Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

Редактор О. Ю. Ещина Технический редактор Н. А. Въялкова Корректор Н. А. Сидельникова Компьютерная верстка Р. Б. Бердниковой

Сдано в производство 27.11.09. Формат 60x84'/16. Уч.-изд. л. 1,11. Заказ №621. Тираж 100.

Издательство ПГУ. 440026, Пенза, Красная, 40.

Основные условные обозначения, принятые в работе.

Введение.

1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследований.

1.1 Особенности строения термопластов.

1.2 Условия образования и методы удаления облоя на деталях из термопластов.

1.3 Хладагенты и существующие системы охлаждения.

1.4 Определение условий удаления облоя.

1.5 Выводы, цель и задачи исследования.

2. Исследование условий перехода термопластов в хрупкое состояние.

2.1 Расчет температуры охрупчивания.

2.2 Устройство для экспериментального определения температуры охрупчивания термопластов.

2.3 Методика и результаты экспериментального исследования.

Выводы.

3. Исследование процесса охлаждения деталей из термопластов.

3.1 Моделирование температурных полей в деталях из термопластов при низкотемпературном охлаждении.

3.2 Проверка адекватности расчета температурных полей.

3.3 Определение необходимого времени охлаждения деталей из термопластов.

Выводы.

4. Моделирование силового воздействия наполнителя на облой при обработке.ВО

4.1 Определение усилий необходимых для качественного удаления облоя.

4.2 Моделирование вибрационного станка и рабочей загрузки.

4.3 Исследование влияния технологических параметров вибрационной обработки на силовое воздействие.

Выводы.

5. Технология и оборудование для удаления облоя на деталях из термопластов.

5.1 Установка для удаления облоя с деталей из термопластов с использованием низкотемпературного охлаждения.

В настоящее время в машиностроении и других отраслях промышленности широко применяются термопласты, благодаря таким ценным свойствам как эластичность, прочность, легкость и т.д. При получении деталей из термопластов в различных формах по линии их разъема может образоваться облой, который в большинстве случаев является исправимым браком и подлежит удалению.

Зачистной обработке по удалению облоя подвергается 85-95% выпускаемых деталей из термопластов. В некоторых случаях затраты на эту обработку, из-за эластичности этих материалов, могут достигать 70% общих затрат на изготовление деталей.

Наибольшее распространение для удаления облоя получили механические методы, которые заключаются в ручном срезании его лезвийным инструментом, использовании универсальных и специальных станков, а также применении оборудования для объемной обработки.

Одним из эффективных методов механизированного удаления облоя является механическое воздействие на него наполнителем в рабочих камерах станков для объемной обработки (галтовочных, центробежно-ротационных, центробежно-планетарных, вибрационных), которые используются в сочетании с предварительным охлаждением деталей до хрупкого состояния облоя. Перед обработкой в галтовочных барабанах охлаждение наполнителя и деталей осуществляется в отдельных камерах, что вызывает значительный перерасход хладагента. Центробежно-ротационная и центробежно-планетарная обработка характеризуются высокой производительностью, обусловленной значительными усилиями механического воздействия на облой, однако это может привести к повреждениям тонких стенок детали, а также появлению микротрещин, которые в дальнейшем могут стать очагом разрушения. Вибрационная обработка имеет более низкую производительность, но позволяет исключить разрушение тонких стенок деталей в процессе обработки.

Широкое использование этого метода затруднено отсутствием достоверной информации о значениях температур, до которых следует охлаждать детали, чтобы облой стал хрупким, необходимого для этого времени, а также о назначении технологических режимов обработки для его качественного удаления. В связи с этим, для каждого конкретного случая (материала детали, формы и размеров облоя и др.) эти параметры определяются экспериментально, что значительно повышает затраты на обработку. Поэтому тема диссертационной работы, направленная на создание методик расчетного определения условий и технологических режимов обработки, обеспечивающих повышение эффективности механизированного удаления облоя на деталях из термопластов, является актуальной.

В связи с изложенным, целью настоящей работы является: повышение эффективности удаления облоя на основе установления взаимосвязей между технологическими параметрами обработки и характеристиками деталей из термопластов при низкотемпературном охлаждении.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлена взаимосвязь между молекулярным строением различных термопластов и температурой охлаждения, при которой обеспечивается их хрупкое разрушение.

2. Выявлены условия, необходимые для качественного удаления облоя на деталях из термопластов и предложены зависимости для определения требуемых усилий.

3. На основе компьютерного моделирования вибрационного станка и рабочей загрузки получена зависимость, позволяющая определять режимы обработки деталей из термопластов.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Разработаны научно обоснованные методики определения технологических режимов и условий удаления облоя на деталях из термопластов при вибрационной обработке.

2. Предложены рекомендации по модернизации технологического оборудования для удаления облоя на деталях из термопластов при низкотемпературном охлаждении и разработаны необходимые средства технологического обеспечения.

Работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 92 наименования и приложений, содержит 113 страниц основного текста, 49 рисунков и 7 таблиц.

Выводы по работе

1. На основе физикохимии полимеров установлено, что термопласты становятся хрупкими, когда в их аморфной фазе затухают независимые колебания статистических сегментов Куна и определены необходимые для этого температуры охлаждения.

2. На основе компьютерного моделирования температурных полей разработана методика, позволяющая определять необходимое время охлаждения деталей из термопластов.

3. Определены условия, необходимые для качественного удаления облоя на деталях из термопластов и получены зависимости для расчета требуемых усилий.

4. Разработана компьютерная модель вибрационного станка и рабочей загрузки, на основании которой получено выражение для определения усилий, действующих на облой, в зависимости от амплитуды и частоты ее колебаний, массы обрабатываемых деталей и массы наполнителя.

5. Разработаны научно обоснованные практические рекомендации по выбору условий охлаждения, наполнителя и режимов вибрационной обработки, позволяющих повысить эффективность удаления облоя на деталях из термопластов.

6. Результаты исследований внедрены на ОАО "Пензадизельмаш" и переданы для использования на ОАО "Пензмаш". Применение механизированного удаления облоя позволило сократить время обработки деталей из термопластов, изготавливаемых ОАО "Пензадизельмаш" на 30 -45%.

1. Алямовский A.A. SolidWorks/CosmosWorks 2006-2007 инженерный анализ методом конечных элементов. М.: ДМК, 2007 - 784 с.

2. Андрианов К.А. Синтез и модификация полимеров. — М.: Химия, 1976-248 с.

3. A.C. 322272 СССР, МКл В29С 17/12. Галтовочный барабан для удаления грата с пластмассовых изделий/ Н.Д. Молев, А.Г. Гаранин, В.Т. Алексанов, С.В, Романов (СССР) №1266126/23-5. Заявл12.08.68; опубл 30.11.71. Бюл. №36-2с.

4. Бабичев А.П. Состояние и перспективы развития отделочно — зачистных методов обработки // Интенсификация и автоматизация отделочно — зачистной обработки деталей машин и приборов: Тез. докл. научно — технической конференции. Ростов-на-Дону, 1988 - с.3-5.

5. Бабичев А.П Технологичекое применение колебаний. или вибрационные технологии. -Ростов н/Д.: Вестник ДГТУ, 2005. Т.5. №3(25) http://www.dstu.edu.ru/vestnik.

6. Бартенев Г.М. Прочность и механизм разрушения полимеров. М.: Химия 1984-279 с.

7. Бартенев Г.М., Френкель С.Я. Физика полимеров. Под ред. д.ф-м.н A.M. Ельшевича. Л.: Химия, 1990- 432с.

8. Барштейн P.C., Кириллович В.И. Пластификаторы для полимеров. — М.: Химия 1982-200с.

9. Берштейн В. А., Егоров В.М. Дифференциальная сканирующая калориметрия в физикохимии полимеров. Ленинград, Химия, 1990- 256с.

10. Басов Н.И. Расчет и конструирование оборудования для производства и переработки полимерных материалов. — М.: Химия, 1986 — 487 с.

11. Бобров Ю.Л., Овчаренко Е.Г., Шойхет Б.М. и др. Теплоизоляционные материалы и конструкции. М.: ИНФРА-М, 2003-268 с.

12. Бобровников Г. А., Житник Н.И. Совершенствование технологических процессов механической обработки полимеров и эластомеров с применением холода.- Киев.: Знание, 1976 —237 с.

13. Богданов С.Н. Холодильная техника: св-ва веществ. Справочник/ 3-у издание доп. и пер. М.: Агропромиздат 1985 - 208 с.

14. Болынев Л.Н. Таблицы математической статистики. Болыпев Л.Н., Смирнов Н.М. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы , 1983 -416 с.

15. Брагинский В.А. Точное литье изделий из пластмасс. -Л.: Химия, 1977- 112 с.

16. Брацыхин Е.А., Шульгина Э.С. Технология пластических масс: Учебное пособие для техникумов. 3-е изд. перераб. и доп. - Л.: Химия, 1982-328с.

17. Бреббия К., Телес Ж., Вроубел Л. Методы конечных элементов. Пер. с англ. к.ф-м.н. Корнейчука Л.Г., под ред. чл.-корр. АН СССР Григолюка Э.И. М.: Мир, 1987 -248 с.

18. Бюллер К. Тепло- и термостойкие полимеры. Пер. с нем. Н.В. Афанасьева, Г.М. Цетлина; под ред. Я.С. Выгодонского. —М.: Химия, 1984 — 1056 с.

19. Ваничев А.П. -«Изв. АН СССР», ОТН, 1946, № 12

20. Ветошкин А.Г. Защита литосферы от отходов. Пенза. 2005- 189с.

21. Вигли Д. А. Механические свойства материалов при низких темпертурах. М.: Мир, 1974 -343 с.

22. Видгоф Н.Б. Основы конструирования литьевых форм для термопластов.-М.: Машиностроение, 1979-264с.

23. Ван Кревелен Д. Свойства и химическое строение полимеров. Перевод с англ. к.х.н. Ходженова Ф.Ф., под ред. д.ф-м.н. Малкина. -М.: Химия , 1976-414 с.

24. Ван Флек Л. Теоретическое и прикладное материаловедение. М.: Атомиздат. 1975-325 с.

25. Вундерлих Б. Физика макромолекул: Кристаллическая структура, морфология, дефекты. Пер.с англ. д.ф-м.н. Годовского Ю.К. и к.х.н. Папкова B.C. М.: Мир, 1976 - 623 с.

26. Годовский Ю.К. Теплофизические свойства полимеров. — М.: Химия, 1976-216 с.

27. Говарикер В.Р. Полимеры. Под ред. Кабанова В.А. — М.: Наука, 1990- 395 с.

28. Гольдман А.Я. Прогнозирование деформационно-прочностных свойств полимерных и композиционных материалов. Л.: Химия, 1988-272с.

29. Грачев Ю. П. Математические методы планирования эксперимента-М.: ДеЛи принт, 2005-296 с.

30. Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р. Физика цепных молекул. — М.: Знание, 1984- 64с.

31. Гуль В.Е., Кулезнев В.Н. Структура и механические свойства полимеров. 4-е изд., пер. И доп. М.: Лабиринт, 1994- 367 с.

32. Дой М., Эдварде С. Динамическая теория полимеров. Пер с англ. К.ф-м.н. Мудрука В.И. и Попова В.Ф. под ред. Д.х.н. Кучанова С.И. М.: Мир, 1998 -440 с.

33. Житник Н.И., Штучный Б.П. Справочник по переработке пластмасс. К.: Техника, 1988 - 160 с.

34. Зенкевич О. Метод конечных элементов. Пер. с англ. под ред. Победри Б.Е. М.: Мир 1976-438 с.

35. Интенсификация процесса удаления облоя на деталях из термопластов и резины при центробежно-планетарной обработке:

36. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Казюта A.M.; Воронеж, 1987.-203с.

37. Испытательная техника: Спр-к. В 2х кн./ Под ред. В.В. Клюева.— М.: Машиностроение, 1982, кн. 2, 560с.

38. Калинчев Э.Л., Калинчева Е.И., Саковцева М.Б. Оборудование для литья пластмасс под давлением: Расчет и конструирование. М.: Машиностроение, 1985-256с.

39. Калинчев Э.Л., Саковцева М.Б. Выбор пластмасс для изготовления и эксплуатации изделий. Спр-к- Ленинград.: Химия 1987-416с.

40. Кацнельсон М.Ю., Бадаев Г.А. Пластические массы: св-ва и применение: Спр-к изд. 3-е. —Л.: Химия, Ленин-е отд.,1978-384с.

41. Кожевников И.Г., Новицкий Л.А. Теплофизические свойства материалов при низких температурах. Спр-к. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1982-328 с.

42. Козлов П.В., Папков С.П. Физико-химические основы пластификации полимеров. М.: Химия, 1982 - 224 с.

43. Копин В.А., Макаров В.Л., Ростовцев A.M. Обработка изделий из пластмасс. — М.: Химия, 1988 176 с.

44. Кочнев A.M., Заикин А.Е. и др. Физикохимия полимеров.- Казань: Фэн, 2003-512 с.

45. Кравчук A.C. Механика полимерных и композиционных материалов. -М.: Высшая школа, 1975-304 с.

46. Крейт Ф., Блек У. Основы теплопередачи. Перевод с англ. Под ред. Анфимова H.A. М.: Наука, 1977 - 120 с.

47. Крутов В.И., Грушко И.М., Попов В.В. и др. Основы научных исследований.- М.: Высшая школа, 1989 — 400 с.

48. Крыжановский В.К. Инженерный выбор и идентификация пластмасс. — СПб.: Научные основы и технологии, 2009 204 с.

49. Кулаков Ю.М., Хрульков В.А. Отделочно-зачистная обработка деталей.- М.: Машиностроение, 1979 — 216с.

50. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1990-493 с.

51. Литье пластмасс под давлением/ Дж. Бемон и др., ред. Т.Оссвальд и др. пер с англ. И. Никитиной, Б. Бондаренко. Под общ. ред. Калинчева Э.Л. — С-П.: Профессия, 2006 707 с.

52. Литье под давлением/ М.Б. Беккер, М.Л, Заславский, Ю.Ф. Игнатенко и др. М.: Машиностроение, 1990 - 400 с.

53. Липатов Ю. С., Физическая химия наполненных полимеров. -М., 1977-270 с.

54. Лыков A.B. Теория теплопроводности—М.:Высшая школа, 1967—599с.

55. Маделькерн А. Кристаллизация полимеров. -М.: Химия, 1976—285 с.

56. Максанова Л.А., Аюрова О.Ж. Полимерные соединения и их применение. Улан-Удэ.: ВСГТУ, 2005-178 с.

57. Малкин А .Я. Основы технологии механической обработки деталей машин.-М.: Машгиз, 1961-256с.

58. Мирзоев Р.Г., Кугушев И.Д. Основы конструирования и расчета деталей из пластмасс и технологической оснастки для их изготовления. Л.: Машиностроение, 1972 — 416 с.

59. Мусаев Р.Ш. Механизм разрушения термопластов. Системы проектирования, подготовки производства и управление проектами CAD/CAM/CAE/PDM: сборник статей III Международной научно-практической конференции, Пенза, 2009 с.54 56.

60. Мусаев Р.Ш. Оценка качества удаления облоя с деталей из термопластов. Университетское образование: сборник статей XIII Международной научно-методической конференции. —Пенза, 2009 с.24 26.

61. Новиков Н.В. Механические испытания конструкционных материалов при низких температурах. Киев.: Наук Думка, 1974-195 с.

62. Одинцов Л.Г., Тимохин Н.И. Новые направления в развитии финишно-зачистных методов обработки. — М.: Центральный научно — исследовательский институт информации и технико-экономических исследований, 1986 —66с.

63. Палей М.М. Технология производства приспособлений, пресс-форм и штампов. — 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1979- 293с.

64. Пантелеев А.П., Шевцов Ю.М., Горячев H.A. Справочник по проектированию оснастки для переработки пластмасс. — М.: Машиностроение, 1986-399с.

65. Панчурин В.В. Моделирование процесса объемной вибрационной обработки Панчурин В.В., Большаков Г.С. / Новые технологии управлениядвижением технических объектов: Сб. статей по материалам 8-й

66. Международной научно-технической конференции, г. Новочеркасск, -Ростов -н/Д: Издательство СКНЦ ВШ, 2006. -№ 6 -132 с.

67. Панчурин В. В., Симанин H.A., Липов A.B. Новые конструкции центробежно-ротационных станков. Алмазная и абразивная обработка деталей машин и инструментов Пенза.: ПГТУ, 1994 №21 с. 93-97.

68. Перепечко И.И. Свойства полимеров при их низких температурах. -М.: 1977-271 с.

69. Производство изделий из полимерных материалов: Учеб. Пособие/ В.К. Крыжановский, М.Л. Кербер, В.В. Бурлов, А.Д. Паниматченко. СПб.: Профессия, 2008 - 464с.

70. Пугачев А.К., Росляков O.A. Переработка фторопластов в изделия: технологии и оборудование. Л.: Химия, 1987-168с.

71. Регель В.Р., Слуцкер А.И. Структурно-динамическая гетерогенность основа физики разрушения твердых тел. Соровский образовательный журнал, т.8, №1, 2004 - с. 86-92.

72. Ростовцев A.M. Контроль качества деталей из пластмасс. Л.: Химия, 1984- 112с.

73. Сегерлиндт JI. Применение метода конечных элементов. Пер. с англ. Шестакова A.A., под ред. д.ф-м.н. Победри Б.Е. М.: Мир, 1979 - 392 с.

74. Семченков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения. М.: Академия, 2003-368 с.

75. Стамбульский Е.А., Бель А.И. Износ оборудования при переработке пластмасс. -М.: Химия, 1985 208 с.

76. Субач А.П. Динамика процессов и машин объемной обработки. — Рига: Зинатне, 1991- 220 с.

77. Тагер A.A. Физикохимия полимеров.- М.: Химия, 1968-502 с.

78. Технические свойства полимерных материалов. Учеб.-справ. пособие/ В.К. Крыжановский, В.В. Бурлов 2-е изд. испр. и дополнено. — СПб.: Профессия, 2007- 740 с.

79. Трилисский В.О., Липов A.B., Быков М.Н., Мусаев Р.Ш. К вопросу охрупчивания термопластов при низкотемпературном охлаждении. Известия ВУЗов. Поволжский регион. Технические науки. -Пенза №6- 2006- с. 27-33.

80. Трилисский В.О., Липов A.B., Мусаев Р.Ш. Моделирование процесса охлаждения деталей из термопластов. Проблемы исследования и проектирования машин: сборник статей II Международной научно — технической конференции. Пенза, 2006- с.13 16.

81. Трилисский В.О., Липов A.B., Мусаев Р.Ш., Фокин С.М. Установка для объемной обработки деталей из термопластов и резин. Университетское образование: сборник статей XII Международной научно-методической конференции. -Пенза, 2008 -с. 153 155.

82. Трилисский В.О., Липов A.B., Мусаев Р.Ш. Расчет времени охлаждения деталей из термопластов до хрупкого состояния облоя. Машиностроитель. — М.: Вираж центр, 2009- №3- с.12-15.

83. Трилисский В.О., Липов A.B., Мусаев Р.Ш., Фокин С.М. Устройство для экспериментального определения температуры охрупчивания термопластов. Техника машиностроения. — М.: Вираж центр, 2008- №3-с. 2-4.

84. Тугов И.И., Кострыкина Г.И. Химия и физика полимеров. -М.: Химия , 1989—432 с.

85. Филатов В.И. Технологическая подготовка процессов формирования изделий из пластмасс. —Л.: Политехник, 1991 — 352 с.

86. Черепанов Г.П. Механика разрушения — М. Машиностроение, 1977— 224с.

87. Черепанов Г.П. Механика разрушения композиционных материалов. -М.: Наука, 1983 -296 с.

88. Штурман A.A. Качество поверхности деталей из пластмасс. М.: Химия, 1987-61 с.

89. Шур A.M. Высокомолекулярные соединения: Учебник для ун-тов, 3-е изд. перераб. и доп. М.: Высшая школа , 1981 - 656с.

90. Энциклопедии полимеров, т. 1-3,гл.ред. В. А. Каргин, М., 1972-77 с.

91. Bere A. Mit Tiefteraturen gegen Grate Und Felle// Production, 1977 № 11 s.60-61

92. Rebhan D. Entgratan mit Flussigen St.ickstoffeine Technologie mit tukunft// Gummi Asbest - Kunststoffe, 1976 №2 s.828-832