Совершенствование зачистной обработки полимерных деталей в контейнерах с планетарным вращением

В машиностроении и других отраслях промышленности широко применяются полимерные материалы, имеющие такие свойства как эластичность, прочность, легкость и т. д.

В процессе формования полимерных изделий неизбежно образование облоя, возникновение которого зависит от технологии прессования, конструкции пресс-формы, вязкости полимерной смеси и других факторов. Трудоемкость зачистки полимерных деталей составляет в среднем 40%, а для некоторых деталей достигает 90% от общей трудоемкости изготовления [72]. Зачистной обработке для удаления облоя подвергаются до 85−95% выпускаемых деталей и изделий из полимеров [78]. Это связано с геометрической формой деталей и сложностью механизации обработки полимерных материалов, а также с невозможностью создания универсального высокоэффективного метода удаления облоя с деталей из полимеров.

К деталям, требующим зачистной обработки, относятся широкая номенклатура резино-технических и полимерных уплотнений гидравлических и пневматических систем различного назначения, прокладки из полимерных материалов, пластмассовая фурнитура и другие мелкоразмерные изделия из полимерных материалов. Механизация зачистных операций позволяет значительно снизить себестоимость данных изделий.

Эффективной технологией механизированного удаления облоя является механическое воздействие на него металлического наполнителя в рабочих камерах станков для объемной обработки (галтовочных, вибрационных, центробежно-ротационных, центробежно-планетарных) с предварительным охлаждением полимерных изделий для придания облою хрупких свойств [10].

Перед обработкой в галтовочных барабанах предварительное охлаждение металлического гранулированного наполнителя и полимерных деталей осуществляют, как правило, в автономных камерах, что приводит к дополнительному расходу хладагента (обычно жидкого азота).

Центробежно-ротационная и центробежно-планетарная обработка характеризуются более высокой производительностью, обусловленной значительными контактными силами механического воздействия на облой, что позволяет существенно сократить длительность цикла зачистной операции, однако при этом возможно повреждение нежестких элементов детали, что приведет к увеличению неисправимого брака.

Широкое использование центробежных устройств для удаления облоя с полимерных изделий затруднено вследствие отсутствия объективной достоверной информации по технологическим режимам и условиям обработки для качественного удаления облоя. Поэтому для каждого конкретного случая (материала и формы детали, размеров облоя, других факторов) режимы и условия обработки определяют эмпирическим путем, что существенно повышает затраты на зачистную обработку и не гарантирует стабильного качества. Сложное движение контейнеров, затрудняющее непрерывную подачу хладагента, недостаточная изученность динамического воздействия наполнителя на полимерный материал, охрупченный хладагентом, ограничивает применение прогрессивной технологии центробежной обработки в производственных условиях.

В связи с изложенным, тема диссертационной работы, направленная на совершенствование зачистной низкотемпературной обработки полимерных деталей в контейнерах с планетарным вращением и определение технологических режимов обработки, обеспечивающих эффективное удаление облоя, является актуальной.

Целью работы является повышение производительности и стабильности удаления облоя с полимерных деталей при низкотемпературном воздействии на основе назначения эффективных технологических режимов и условий обработки в контейнерах с планетарным вращением.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1 Разработана система проектирования и обеспечения качества процесса зачистной обработки полимерных деталей в контейнерах с планетарным вращением при низкотемпературном воздействии, позволяющая назначить эффективные режимы и условия, обеспечивающие производительность и стабильность обработки.

2 На основе теории хрупкого разрушения установлены механизм и критерии разрушения облоя, определены необходимые силы воздействия рабочих тел на облой и обеспечивающие их предельные скорости планетарного движения контейнеров, а также оптимальный состав загрузки.

3 Построены экспериментальные многофакторные модели, на основе которых можно оценить качество зачистной обработки и оптимизировать сочетание технологических параметров: скоростей планетарного движения контейнеров, количества хладагента, объема рабочих тел.

4 На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований произведено динамическое моделирование процесса зачистной обработки методом конечных элементов и определены условия достижения критериев разрушения облоя, используемые при проектировании процесса.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1 Применение разработанной системы проектирования и обеспечения качества процесса объемной низкотемпературной зачистной обработки полимерных деталей в контейнерах с планетарным вращением позволяет повысить производительность и обеспечить стабильность удаления облоя в партии деталей.

2 При назначении эффективных режимов и условий зачистной обработки в соответствии с разработанными методиками, использовании рекомендаций по оптимизации сочетаний технологических параметров и модернизации применяемого оборудования обеспечиваются заданные технические требования к качеству поверхностей полимерных деталей, и уменьшается себестоимость обработки.

На защиту выносятся:

1 Результаты теоретических исследований механизма низкотемпературного разрушения полимерных деталей при центробежно-планетарной обработке.

2 Методика определения эффективных технологических параметров низкотемпературной зачистной обработки полимерных деталей в контейнерах с планетарным вращением.

3 Модернизация конструкции контейнера для объемной обработки, позволяющая реализовать рациональные режимы движения загрузки при низкотемпературной обработке.

4 Результаты экспериментальных исследований влияния технологических режимов на эффективность удаления облоя в центробежно-планетарной установке при однократной загрузке хладагента.

5 Методика и результаты моделирования процесса зачистной обработки методом конечных элементов.

6 Система проектирования и обеспечения качества процесса объемной зачистной обработки полимерных деталей в контейнерах с планетарным вращением и результаты ее применения в промышленности.

Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 96 наименований и 4 приложений, содержит 137 страниц основного текста, 78 рисунков и 10 таблиц. Общий объем диссертации 204 страницы.

Выводы.

1 Разработана и апробирована система проектирования и обеспечения качества технологического процесса объемной низкотемпературной зачистной обработки полимерных деталей в контейнерах с планетарным вращением. Главными целями применения разработанной системы являются обеспечение обеспечения стабильности и производительности процесса разрушения облоя, уменьшения уровня дефектности, поэтому в системе предусмотрено несколько оптимизационных циклов.

2 Разработано промышленное технологическое оборудование для зачистной обработки полимерных деталей. Приведены компоновка и кинематическая схема промышленного станка для реализации объемной зачистной обработки полимерных деталей в контейнерах с планетарным вращением.

3 Использование данного способа целесообразно для обработки мелких и средних деталей сложной формы, например уплотнительных колец, манжет, прокладок, пластмассовой фурнитуры и пр. Наиболее эффективно применение исследованной технологии для деталей размерами до 80 мм и 250 г. Исследованиями установлено, что загружать контейнеры при обработке следует на 40.50% объема, длительность цикла не должна превышать 3 минуты.

4 Внедрение разработанного процесса для обработки резинотехнических изделий на ОАО «Пензенский арматурный завод» и промышленном предприятии ООО «Ладья» подтвердило технико-экономическую эффективность зачистной обработки полимерных деталей в контейнерах с планетарным вращением. Применение механизированного удаления облоя позволило получить суммарный экономический эффект в размере 310 тысяч рублей.