Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задачи исследования 10
1.1. Жизненный цикл изделия. Основные этапы: производство, эксплуатация и утилизация 10
1.2. Состояние ремонтных технологий и их роль в увеличении жизненного цикла изделия 18
1.3. Обзор технологических переделов ремонтных производств 23
1.4. Сущность и технологические возможности вибрационной обработки 27
1.5. Цель и задачи исследования 36
Глава 2. Теоретические предпосылки и обоснование путей повышения жизненного цикла изделий на основе совершенствования технологии ремонтных производств и утилизации 39
2.1. Анализ основных факторов, определяющих жизненный цикл изделия на стадии ремонта и утилизации 39
2.2. Анализ условий эффективного применения вибрационных технологий на стадии ремонта и утилизации 49
2.3. Теоретическое обоснование роли ударно-волновых процессов (явлений) при выполнении операций очистки деталей и разборке разъемных соединений 65
Глава 3. Методика экспериментальных исследований... 73
3.1. Характеристика объектов исследования; типовые представители 74
3.2. Разработка методов анализа и классификация объектов исследований 76
3.3. Исследуемые параметры, их характеристика, качественные и количественные показатели 78
3.4. Методы контроля и средства измерения (приборы и инструменты) 80
3.5. Оборудование и образцы для экспериментальных исследований 86
3.6. Методы обработки результатов экспериментов и наблюдений 93
Глава 4. Экспериментальные исследования 94
4.1. Исследование влияния вибрационного воздействия на резьбовые, прессовые соединения при разборке изделий 94
4.2. Разработка и исследование механического волновода 96
4.3. Исследование процесса вибрационной очистки деталей от нагарообразных наслоений, накипи, грунтовых загрязнений 98
4.3.1. Влияние режима виброобработки на процесс очистки... 98
4.3.2. Влияние характеристики рабочей среды на процесс очистки 105
4.3.3. Влияние состава технологической жидкости на процесс очистки 111
4.3.4. Влияние конструкции рабочей камеры на процесс обработки 119
Глава 5. Практическое применение результатов исследований 122
5.1. Технологические рекомендации 122
5.2. Примеры обработки опытных партий деталей 123
5.3. Технико-экономический анализ 135
5.4. Технологические принципы подготовки элементов изделий к утилизации и дальнейшему хозяйственному применению. 142
Общие выводы 144
Литература 146
Приложение 157
- Состояние ремонтных технологий и их роль в увеличении жизненного цикла изделия
- Анализ условий эффективного применения вибрационных технологий на стадии ремонта и утилизации
- Исследуемые параметры, их характеристика, качественные и количественные показатели
- Исследование процесса вибрационной очистки деталей от нагарообразных наслоений, накипи, грунтовых загрязнений
Введение к работе
Машиностроительная продукция охватывает все жизненные этапы деятельности человека. Она занимает широкий спектр, начиная с микроскопических деталей до огромных космических сооружений. Этим объясняется увеличение спроса и требований к качеству выпускаемой продукции, при этом увеличивается и количество устаревших изделий по техническим показателям и моральному износу. Технологическое решение задачи обеспечения потребителей качественной продукцией с уменьшением экологической нагрузки на природу осуществляется не только за счет повышения объема и качества продукции, но и за счет повышения жизненного цикла изделий на стадии ремонта и дальнейшей утилизации изношенных изделий. Следовательно, необходимо увеличивать ресурс отремонтированных изделий при снижении трудоемкости ремонта и утилизации не пригодных к дальнейшей эксплуатации изделий. Одним из условий эффективного решения задач повышения жизненного цикла изделия является уровень развития технологии ремонтного производства и утилизации, в частности, разборочных, очистных и моечных операций, составляющих значительную часть общей трудоемкости и оказывающих существенное влияние на качество ремонта, утилизацию и использование деталей, полученных при утилизации.
Проблема загрязнения окружающей среды в настоящее время требует безотлагательного решения, так как количество вредных выбросов в результате деятельности человека превышает допустимые нормы в 3...7 раз и продолжает прогрессивно возрастать [60]. Перенасыщение планеты различными видами энергии, которая по законам термодинамики вся'превращается в тепло, за последнее столетие возросло более чем в 10 раз и в каждые 10 лет удваивается, содержание углерода и других элементов в атмосфере в 3...4 раза превышает допустимые нормы.
Негативными последствиями такой деятельности являются озоновые "дыры" в атмосфере, озоновый смог в тропосфере, прогрессирующие "эко- логические" болезни человека, животных и растений, природные катаклизмы и др.
Как показывает анализ, свыше 75 % всех загрязнений приходится на долю промышленных предприятий, а по некоторым регионам эти выбросы превышают 90 % [97]. Если учесть, что используемые в производстве машин минеральные и энергетические ресурсы уже привнесли свои загрязнения в природу, доля промышленных выбросов ещё более возрастает. Это неизбежный результат традиционного технологического процесса изготовления техники из первичных (частично вторичных) ресурсов, т.е. первичного производства.
Новые экологически чистые технологии очень дороги и кардинально не решают проблемы, так как они базируются на переработке материалов из сырьевых (в основном первичных) ресурсов, изначально предопределяют вредные загрязнения и значительные затраты энергии, в стоимости которой не учитывается привносимый ею экологический вред.
На выработку 1 кВт. ч (3,6 МДж) электроэнергии сжигается 360 г условного топлива с выделением 10,6 МДж энергии. На разведку, добычу, переработку и транспортирование на 1000 км эквивалентного этому количеству реального топлива с учётом затрат энергоресурсов на вспомогательные службы и социально-бытовую сферу требуется 25...43 МДж энергии. Таким образом, для выработки 1 кВт. ч электроэнергии из невозобновляемых источников потребляется 35...45 МДж энергии, т.е. в 10... 15 раз больше, чем её производится. Эти затраты энергоресурсов не отражаются ни в каких отчётных данных. Выработка 1 кВт. ч электроэнергии на тепловых электростанциях сопровождается образованием 0,062 кг загрязнений. Фактически же их получается значительно больше, и они представляют не только тепловую опасность для природы, но и токсическую. Как видно, традиционное первичное производство техники не позволит даже теоретически сколько-нибудь значительно снизить количество вредных отходов. Для спасения среды обитания необходима принципиально новая концепция промышленного произ- во детва, многократно снижающего экологическую нагрузку. Решение этой проблемы возможно путём изготовления машин из восстановленных деталей, отслуживших свой первый эксплуатационный цикл, т.е. организацией вторичного производства.
Известно, что к концу первого эксплуатационного цикла (первого межремонтного пробега) выбраковывается в металлолом не более 25 % деталей, до 25 % деталей пригодны к дальнейшей работе без ремонтных воздействий, а свыше 80 % имеют остаточный ресурс долговечности до 90 и остаточную стоимость до 85 % от новых, изготовленных из первичных ресурсов. Использование этих групп деталей как металлолома обусловливает потери до 70 % от стоимости новых и на 25 % снижает вредные выбросы [50,78].
По объему выпускаемой продукции машиностроения большую часть занимают транспортные средства (автомобили, тракторы, сельскохозяйственные машины) и, следовательно, несмотря на большое количество авторемонтных предприятий по всему миру, большую долю встречающейся отработавшей и изношенной техники составляют автомобили.
Руанда - одна их африканских стран, настойчиво и успешно решающих экологические проблемы с применением жестких мер для сохранения окружающей среды (такие как, например, запрещение использования пластмассовых пакетов для упаковки, запрещение заправки бензином со свинцом, ограничения выброса в атмосферу СОг, CO,CH,Nx, дизельных частиц и т.д.). Упомянутая проблема приобрела исключительно большое государственное значение.
Для обеспечения эффективной эксплуатации изделий представляет несомненный интерес совершенствование технологии ремонта. Среди нерешенных задач общей технологии ремонта машин важное место отводится качеству очистных, моечных и отделочно-зачистных операций при обработке узлов и деталей различных изделий (очистка от твердых и нагарообразных загрязнений, окалины, коррозионных и масляно-загрязненных образований, удаление заусенцев и скругление кромок). При этом качество обработки уз- лов и деталей непосредственно влияет не только на долговечность и надежность отремонтированных машин, но и на их производительность.
В современном машиностроительном производстве двигателей внутреннего сгорания автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных, дорожностроительных и других машин широко используют различные методы очистки и мойки деталей, в том числе и виброобработку (ВиО). Что же касается ремонта и восстановления изделий, применение здесь вибрационной обработки как эффективного метода совершенствования очистных операций остается относительно ограниченным. Тем не менее, интерес ремонтных предприятий к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) достаточно велик.
С повышением качественных характеристик машиностроительной продукции деталей, узлов, изделий повышаются и требования, предъявляемые к ее очистке от различного рода загрязнений. Качество очистки решающим образом влияет на прочность, а следовательно, и на долговечность защитных покрытий. Надежность работы точных приборов, выполняемых по 1-му классу точности, немыслима без высокого качества промывки входящих в них деталей и узлов. Внедрение в производство совершенных процессов мойки и очистки позволяет повысить качество сборки и увеличить срок службы деталей, а значит, и машин в целом. Актуальность вопросов очистки вызвала появление много нового как в области конструирования, так и в рецептуре моющих составов. При выполнении очистных операций рост производительности труда с одновременным улучшением качества выпускаемой продукции обеспечивает применение процесса вибрационной обработки деталей, заключающегося во взаимодействии частиц рабочей среды с обрабатываемой поверхностью в вибрирующей рабочей камере вибрационного станка и позволяющего одновременно обрабатывать большое количество деталей, изготовленных из различных материалов.
Широкие технологические возможности и высокая производительность способствуют распространению процесса вибрационной обработки в различных областях промышленности и вызывают необходимость всесто- ронних исследований с целью создания его оптимальных вариантов. Одной из разновидностей, позволяющей повышать производительность, является вибрационная многоступенчатая обработка, которая может состоять из двух и более ступеней (технологических переходов).
К настоящему времени выявлены закономерности процесса вибрационной многоступенчатой обработки, определено влияние некоторых технологических параметров на производительность процесса и качество обрабатываемой поверхности.
Среди технологических методов мойки и очистки деталей от эксплуатационных загрязнений в последнее время нашла применение и вибрационная обработка.
Исследованию основных закономерностей и технологических возможностей вибрационного метода разборки, мойки и очистки, поиску путей интенсификации и повышения производительности процесса, улучшению качества обрабатываемой поверхности, поиску путей обеспечения утилизации негодных изделий посвящена настоящая работа.
Своевременный и качественный ремонт и техническое обслуживание способствуют улучшению показателей надежности, безотказности и долговечности изделий и повышению эффективности процесса утилизации изделий. Очистка деталей машин существенно влияет на качество ремонта и технического обслуживания. По данным Государственного всесоюзного научно-исследовательского технологического университета ремонта и эксплуатации машинотракторного парка, из-за некачественной очистки деталей при ремонте недоиспользуется до 30% их ресурса. В связи с этим совершенствование технологического процесса очистки, разработка и применение более эффективного моечного оборудования и технологических жидкостей (ТЖ) имеют немаловажное значение для поддержания техники в работоспособном состоянии.
Основным содержанием диссертации являются теоретические и экспериментальные исследования, выполненные автором в Донском государст- венном техническом университете под руководством доктора технических наук, профессора, члена-корреспондента Академии технологических наук РФ А.П.Бабичева.
Благодаря чуткости, доброте, отзывчивости, полезным советам А.П.Бабичева, сотрудников лаборатории вибрационных методов обработки, коллективу кафедры «Технология машиностроения» Донского государственного технического университета стало возможным написание данной работы.
Состояние ремонтных технологий и их роль в увеличении жизненного цикла изделия
Качество и надежность отремонтированных изделий современного машиностроения весьма существенно зависят от совершенства применяемых технологических процессов разборки, очистки, подготовки поверхности и сборки. В связи с усложнением изделий машиностроения, совершенствованием технологии производства и высокой точностью изготовления существенно возросли требования к качеству очистки и подготовки поверхности.
Процесс очистки объектов ремонта заключается в удалении с их поверхности с помощью твердой, жидкой или газообразной среды всех видов загрязнений. Трудоемкость очистки деталей при ремонте составляет 7...9% от общей трудоемкости ремонта.
В процессе эксплуатации на деталях изделия образуются различного рода загрязнения. При разрушении защитных покрытий усиливаются процессы коррозионного поражения конструкции, которые часто развиваются под слоем разрушенного (деструктированного) покрытия.
Многие этапы технологического процесса ремонта (дефектация, механическая обработка, пайка, сварка и т.д.) предопределяют необходимость удаления загрязнений или неметаллических поверхностных пленок как на подготовительной стадии, так и после окончания процесса.
Загрязнениями, подлежащими обязательному удалению, являются: продукты высокотемпературных превращений масел (нагароотложения топ-лив и рабочих жидкостей), лаковые отложения, смолы и осадки, деструкти-рованные (старые) лакокрасочные и специальные неметаллические покрытия, консервирующие материалы, случайные и посторонние частицы различного происхождении.
Загрязнения могут удаляться промывкой, растворением, с помощью химической реакции, механическим воздействием. Наиболее эффективно сочетание указанных способов.
Выбор того или иного способа очистки определяется видом загрязнений, формой и материалом очищаемых деталей, техническими требованиями техники безопасности и охраны окружающей среды.
Для выполнения операций мойки и очистки существуют различные способы и средства. Выбор рационального способа и средства для удаления того или иного вида загрязнений является важной предпосылкой качественной очистки объектов ремонта. Очистка поверхности достигается разными методами: механическим, физическим, химическим, физико-химическим, химико-термическим.
Вибрационная очистка деталей осуществляется с помощью абразивных материалов. Станки для вибрационной очистки обладают рядом преимуществ, например, простота эксплуатации (в частности, загрузки-выгрузки, а также наблюдения за качеством очистки без остановки и т.д.), ускорение процесса на 30 ... 35% и лучшее качество очистки.
Особенно эффективна такая очистка для деталей сложной конфигурации, а также деталей, очистка которых в галтовочных барабанах невозможна.
Производительность вибрационных установок значительно выше, чем галтовочных барабанов, так как очистка и одновременно снятие заусенцев происходят по всему объему, в то время как в последних детали, находящиеся ближе к центру, практически не обрабатываются.
Вибрационная обработка позволяет выполнять следующие операции: 1) очистные и отделочно-зачистные (очистка деталей от окалины, накипи и коррозии, удаление заусенцев, скругление острых кромок); 2) отделочно-упрочняющие (полирование поверхностей, поверхностное упрочнение). В зависимости от целей обработки изменяются амплитуда и частота колебаний, а также состав рабочей среды и технологической жидкости (ТЖ).
В современной технологии ремонта машин находит применение вибрационная очистка деталей от нагара, продуктов коррозии, накипи и других трудноудаляемых загрязнений. На рис. 1.5 представлен вибрационный станок для виброабразивной очистки деталей от нагарообразных и других твердых отложений.
Сущность вибрационной очистки заключается в том, что загрязненные детали и абразивный наполнитель помещают в рабочую камеру, которой сообщают колебательное движение, т.е. она вибрирует. Содержимое рабочей камеры движется по сложной траектории. Процесс сопровождается последовательным нанесением микроударов частицами абразивного наполнителя по поверхности очищаемых деталей. Загрязнения при этом разрушаются и поверхность детали очищается. Для удаления продуктов загрязнений и интенсификации процесса очистки в рабочую камеру подают технологическую жидкость или сжатый воздух.
Опыт эксплуатации оборудования для вибрационной очистки деталей показывает высокую эффективность воздействия абразивного материала на поверхность обрабатываемых деталей. При очистке деталей изделий процесс удаления загрязнений следует проводить без повреждения очищаемых эле- ментов, сохраняя заданные размеры и шероховатость поверхности. С этой целью при разработке технологического процесса очистки выбирают соответствующее оборудование, абразивные наполнители, моющие жидкости, параметры вибрации (амплитуду и частоту колебаний).
Очищаемые детали и рабочая среда (гранулы абразивного наполнителя, моющая жидкость, продукты загрязнений) в рабочей камере подвергаются воздействию со стороны вибрирующей стенки рабочей камеры и совершают движение по сложной траектории. В течение одного периода движения деталей и рабочей среды внутри рабочей камеры среда может уплотняться и разрыхляться. На отдельных участках скорость движения гранул увеличивается или уменьшается. Скорость и направление могут быть обусловлены импульсом движения, полученным от стенки рабочей камеры, или свободным падением. Но вместе с тем очищаемые детали и рабочая среда совершают вращательное (циркуляционное) движение вдоль стенок рабочей камеры в направлении, противоположном направлению вращения вала вибратора. Кроме того, каждая очищаемая деталь совершает еще вращательное движение вокруг своего центра тяжести. Такой характер движения среды и деталей обеспечивает высокую равномерность и интенсивность обработки поверхности различной формы.
Анализ условий эффективного применения вибрационных технологий на стадии ремонта и утилизации
Теоретическая постановка задачи при исследованиях ВиО и ее разновидностей состоит главным образом в определении основных параметров, сопровождающих процесс единичного воздействия частиц рабочей среды на поверхность обрабатываемой детали (скорости V4pc, ускорения а, силы микроударов F, наибольших контактных давлений ртах, напряжений 5тах и температур Т в зоне действия микроударов), в установлении на этой основе технологических возможностей процесса и его закономерностей, разработке новых путей эффективного применения ВиО в технологии производства и ремонта деталей машин и приборов. Решение указанной задачи нашло свое отражение в ряде работ [14,16,24,42]. В них установлена функциональная зависимость основных параметров процесса от условий обработки и тесная связь с ними показателей производительности и качества обработки. Для обоснования возможности и целесообразности применения ВиО на отделочно-зачистных операциях (030) в ремонтном производстве представляет интерес анализ этих зависимостей, наиболее полно представленных в работах [14,16].Согласно упомянутым работам, скорость частиц рабочей среды в произвольной точке сечения рабочей камеры может быть определена по формуле где VPk - скорость перемещения точки рабочей камеры, Ax и Ay — соответственно амплитуда колебаний точки рабочей камеры в горизонтальной и вертикальной плоскостях; со - угловая частота колебаний рабочей камеры; t — время; Kv - коэффициент потери скорости частиц рабочей среды по мере удаления на расстояние L от стенок рабочей камеры, Kv=0,9877. Ускоренріе перемещения частиц рабочей среды можно вычислить по зависимостям: Функциональная зависимость усилий динамического воздействия частиц рабочей среды на поверхность обрабатываемых деталей от условий проведения процесса описывается уравнением: а) при обработке свободно загруженных деталей F = где пі] - масса частицы рабочей среды; 8S - предел текучести рабочей среды; R - радиус частицы рабочей среды; Кт - коэффициент присоединенной массы; Кд - коэффициент, учитывающий деформирующие свойства стенок рабочей камеры; К - коэффициент повторных ударов; Ki - коэффициент восстановления; В — коэффициент, учитывающий количество энергии удара, идущей на отскок и на перемещение обрабатываемой детали. Контактные давления, развиваемые в зоне действия микроударов, могут быть рассчитаны по зависимости: а) при обработке свободно загруженных деталей: где V) и v2 - коэффициент эластичности, характеризующий упругие свойства материала соударяющихся тел; Хр - сумма величин, обратных радиусам главной кривизны контакти руемых поверхностей.
При ВиО наиболее характерным является соударение сферической поверхности с плоскостью, когда а = в. В этом случае формула (2.8) упрощается и принимает вид где dm - диаметр шара (частицы рабочей среды). Для определения энергии соударения можно пользоваться уравнением где НВ - твердость материала обрабатываемой детали. Температура в зоне действия микроударов рассчитывается по формуле где Ст — удельная теплоемкость материала обрабатываемой детали; р - плотность материала детали; п - коэффициент производительности. Приведенные кинематические и динамические параметры ВиО в значительной мере определяют те изменения, которые претерпевает деталь в процессе обработки. Исходя из физической сущности исследуемого процесса, в основе которого лежит многократное динамическое воздействие большого количества частиц рабочей среды на поверхность обрабатываемой детали, вызывающих пластическую деформацию или разрушение элементарных участков поверхностного слоя обрабатываемого материала, усилия единичного воздействия частиц рабочей среды на поверхность деталей среди других параметров процесса ВиО могут быть выделены как наиболее важный фактор, определяющий интенсивность и результаты обработки. Анализ (2.4), (2.5) показывает, что величина сил соударения при ВиО может изменяться в широких пределах в зависимости от режимов вибрационного воздействия и характеристик рабочей среды. Согласно результатам проведенных вычислений, а также многочисленных исследований ударных процессов в условиях ВиО, выполненных при помощи скоростной киносъемки, тензометрических и пьезометрических устройств [6,7,16,24,25,35,42,44, 48,49,99], величина сил соударений может достигать до 30 Н и более. Как показали специально проведенные эксперименты по динамическому воздействию абразивных гранул на поверхность образцов, изготовленных из стали (СтЗ, 45, 40х, Шх15, 65Г), чугуна (Сч12, Сч8, Вч38), латуни (ЛС59,Л63) и алюминия (А17, Д16ЧТ, АК6), а также образцов, покрытых различными загрязнениями (накипь, нагар, окалина, краска и др.), характерными для автомобильных деталей, при значениях параметров ударного процесса на поверхности всех исследуемых образцов наблюдаются следы разрушений в виде кратеров-углублений (на металле) или нарушения сплошности покрытия (загрязнений). Описанная картина дает основание утверждать, что усилия, развиваемые при ВиО, достаточны для выполнения операций ОЗО в ремонтном производстве.
При этом сочетание таких элементов процесса, как последовательное нанесение множества микроударов, интенсивное перемешивание рабочей среды и обрабатываемых деталей при различной их ориентации, создает условия для выполнения очистных, доделочных, шлифовал ьно-отделочных и упрочняющих операций (очистка литых заготовок; очистка детали от окалины, коррозии, лакокрасочных покрытий удаление заусенцев; скругление острых кромок, шлифование и полирование; поверхностный наклеп; мойка и сушка деталей; очистка деталей от накипи, нагара и плотно прилегающего грунта при ремонте и восстановлении различного рода деталей и узлов). С целью проверки достоверности сделанных предположений был проведен комплекс экспериментальных исследований. Основная серия экспериментов выполнена на вибрационных станках УВГ 4x10, УВГ 40 и ВГУ 80 при амплитуде А = 2,5мм и частоте колебаний рабочей камеры/= 25 Гц. Обработке подвергались натурные образцы различных деталей. Некоторые из полученных результатов представлены ниже. Для выполнения операций мойки и очистки в качестве образцов были приняты диски, плоские пружины, катушка зажигания, водяной насос, шаровые опоры, штоки и цилиндры амортизаторов ВАЗ 2101, ролики подшипников качения из номенклатуры ГПЗ 10, корпуса амортизаторов ВАЗ 2108, ВАЗ 2121, ВАЗ 2110.
Исследуемые параметры, их характеристика, качественные и количественные показатели
Исследуемыми параметрами в настоящей работе являлись следующие: - Удельная остаточная загрязненность определялась по зависимости К =(q2 - q3)/S, мг/см , или в процентном отношении массы удаленных загрязнений к массе исходных загрязнений: где qi — масса загрязненного образца или изделия, мг; q2 — масса образца, подвергнутого очистке, мг; q3 — масса чистого образца, мг. - Металлосъем, расчет которого осуществлялся по зависимости где ZQi - суммарное количество металла, удаленного с поверхности П - образцов (г); ZSj - суммарная площадь обрабатываемой поверхности всех образцов (см ); t - время обработки (ч). -Износостойкость рабочих сред определялась по зависимости где Pm = Im /1 -удельный расход рабочей среды; 1т - масса израсходованного абразива (кг); t - время обработки (ч); М0 - первоначальная масса абразива (кг). - Шероховатость поверхности образі(ов, оценка которой осуществлялась по предпочтительному, согласно ГОСТ 2789-85, параметру Ra. - Степень изменения микротвердости, которая рассчитывалась по за висимости где Н исх и Нц - среднее значение микротвердости исследуемой поверхности, определенное по 15.. .20 уколам до и после ВиО.
Исследование толщины наклепа обрабатываемого материала (изменение микротвердости по глубине) осуществлялось по методу косого среза. Угол среза принимался равным 230 . Косые срезы готовились притиркой образцов пастой ГОИ на чугунных и стеклянных плитах с помощью специального приспособления, обеспечивающего получение среза под заданным углом. - Степень ослабления усилия затяжки разъемных соединений под дей ствием виброудара определялась по формуле где Мис - исходное усилие затяжки; Мко - усилие затяжки после действия виброудара. - Степень увеличения диаметра отпечатка пластической деформации под действием виброудара определялась по формуле где DK0 - диаметр отпечатка после действия виброудара; DHC - диаметр отпечатка до действия виброудара. В зависимости от уровня очистки применяют различные методы контроля остаточной загрязненности поверхности. После макроочистки приемлемы весовой, протирание и люминесцентный методы, а после микроочистки и активационной очистки - люминесцентный и метод смачивания водой [45]. Весовой метод состоит в том, что остаток загрязнения определяют взвешиванием. Остаток загрязнения снимается с поверхности механически или путем растворения его с последующей экстракцией. В лабораторных условиях наиболее применим метод весового определения остаточной загрязненности деталей машин.
Он заключается в определении взвешиванием загрязненного, подвергнутого очистке образца и чистого образца или детали с известной поверхностью S, см". Результаты определения выражают в единицах удельной остаточной загрязненности (см.формулу (3.1)). Образцы взвешивают на аналитических весах с точностью 0,1 мг. Аналитические весы устанавливают на столе, смонтированном на укрепленных в капитальной стене кронштейнах. Такая установка дает возможность избежать сотрясения весов, мешающего правильному взвешиванию. Аналитические весы устанавливают в равномерно обогреваемом помещении, вдали от источника тепла, что исключает их неравномерный нагрев. Предел взвешивания аналитическими весами обычно составляет 200 г, точность взвешивания 0,0001-0,0002 г. Основной частью аналитических весов (рис.3.2) является коромысло с подвешенными к нему на серьгах чашками. Коромысло и серьги опираются на призмы с острыми ребрами, что увеличивает чувствительность весов. В нерабочем состоянии весы должны быть арретированы, т.е. призмы должны быть разгружены. Если весы не арретировать, то призмы быстро затупятся и чувствительность весов уменьшится. Спереди к коромыслу весов прикрепле- на стрелка, качающаяся вместе с коромыслом при взвешивании. Внизу под стрелкой имеется шкала, разделенная на деления. Средняя точка шкалы -нуль весов. Коромысло имеет шкалу с делениями (от 0 до 100). На эти деления помещают рейтер - дополнительный груз в виде двузубчатой вилки из стальной проволоки, одеваемой на коромысло с помощью рейтерного приспособления. Весы смонтированы в футляре, боковые дверцы которого и витрина открываются, и установлены на амортизаторах. Для взвешивания на аналитических весах применяют аналитический разновес: набор очень точных гирь, собранных в специальном футляре с крышкой. Чтобы избежать царапанья гирь, футляр внутри выложен бархатом. Аналитические разновесы имеют следующий набор гирь: 100г, 50г, 20г, Юг, Юг, 5г, 2г, 2г, 1г, 500мг, 200мг, 100мг, 100мг, 50мг, 20мг, 20мг, 10мг и два рейтера (дополнительный груз) каждый массой по 5мг.
С помощью разновеса массу вещества можно определить с точностью до сотой доли грамма. Для взвешивания с точностью до тысячной и десятитысячной доли грамма используют рейтер. Для каждой гири в футляре предназначено гнездо. Миллиграммовый разновес прикрывается стеклянной пластинкой. При пользовании разновесом гири берут специальным пинцетом с пластмассовыми наконечниками, предохраняющими гири от царапанья. Пинцет находится в специальном гнезде футляра. Брать гири руками нельзя, так как малейшие следы жира или грязи на них приводят к неправильным результатам взвешивания. В нерабочем состоянии футляр с разновесом должен быть закрыт.
Исследование процесса вибрационной очистки деталей от нагарообразных наслоений, накипи, грунтовых загрязнений
Влияние амплитуды колебаний рабочей камеры на процесс очистки поверхности деталей. Очистка производилась на вибрационной установке УВГ-4х\0 с объемом рабочей камеры 10дм ; загрузка рабочей камеры средой составляла 0,75 7 ,.,. (где VP,K - объем рабочей камеры).
В качестве рабочей среды применялись абразивные гранулы призматические, трапецеидальные ПТ15х15; обработка производилась при непрерывной промывке абразивной среды 5%-ным раствором кальцинированной соды.
На основании проведенных работ установлен диапазон амплитуд колебаний: 0,5 ... 3 мм, частота колебаний /доставалась в процессе экспериментов постоянной и составляла 2000 кол/мин (33,3 Гц). Для получения наиболее устойчивых результатов обработка осуществлялась в течение 120 мин. (для каждого металла проведен один эксперимент в течение 40 мин при различной амплитуде колебаний). Остальные факторы сохранялись постоянными.
На рис.4.3, 4.4 показано влияние амплитуды колебаний на производительность процесса виброобработки.
Для очистки детали от окалины, коррозии, загрязнений изготавливались специальные образцы цилиндрической формы из стали 45, дуралюми-ния Д16Т, латуни ЛС62 и шайбы из Ст. 3. Образцы загружались в рабочую камеру в свободном состоянии.
Величину съема твердых загрязнений определяли взвешиванием образцов до и после очистки на аналитических весах АД-200 с точностью 0,0002 г.
Математическая обработка результатов экспериментов позволила определить уравнение, характеризующее зависимость съема металла от амплитуды колебаний: где А - амплитуда колебаний, мм; к и Ъ — коэффициенты, определяемые из табл.4.5.
Проанализировав приведенные результаты, можно следующим образом представить физическую сущность процесса очистки детали от окалины, коррозии. Очистка детали в процессе вибрационной обработка происходит под действием встряхивания, соударений и переменных ускорений, микроударов частиц рабочей среды, расклинивающего действия технологической жидкости (при работе с непрерывной промывкой).
С увеличением амплитуды колебаний съем твердых загрязнений растет, что объясняется увеличением сил микроударов частиц рабочей среды и пути активного воздействия их на обрабатываемую поверхность.
При неизменной частоте колебаний путь, который проходит каждая частица рабочей среды, возрастает с увеличением А и, следовательно, скорость движения частиц рабочей среды возрастает, так как за тот же промежуток времени, равный периоду колебаний, частицы рабочей среды проходят относительно больший путь. С увеличением скорости перемещения возрастают и ускорения частиц.
Рост ускорения при неизменной массе частиц рабочей среды вызывает увеличение силы, с которой каждая частица рабочей среды ударяет об обрабатываемую поверхность. С увеличением пути, который проходит каждая частица рабочей среды, возрастает длина скольжения ее по обрабатываемой поверхности - растет участок активного воздействия частиц рабочей среды на обрабатываемую поверхность. С увеличением амплитуды А, помимо роста скорости колебательного движения частиц рабочей среды, растет также и скорость вращения (циркуляции) всей массы рабочей среды. Известно, что в процессе виброабразивной очистки съем твердых загрязнений происходит за счет двух видов относительного перемещения частиц рабочей среды и обрабатываемых деталей: колебаний каждой частицы и вращения (циркуляции) всей массы рабочей среды. Таким образом, с увеличением А съем твердых загрязнений растет и за счет увеличения скорости вращения (циркуляции) всей массы рабочей среды. Влияние частоты колебаний рабочей камеры на процесс очистки поверхности деталей. Обработка производилась при амплитуде колебаний А = Змм; частота колебаний изменялась от 1000 до 2500 кол/мин, продолжительность очистки - 120 мин (40 минут для каждого эксперимента, но при разной частоте колебаний). Исследовали образцы из стали 45, дуралюминия Д16Т, латуни ЛС62 и Ст.З. В качестве рабочей среды применялись абразивные гранулы ПТ15х15. Обработка осуществлялась при непрерывной промывке абразивной среды 5%-ным раствором кальцинированной соды, загрузка рабочей камеры средой составляла 0,75Ур.к. Величину съема твердых загрязнения определяли взвешиванием образцов до и после очистки на аналитических весах АД-200 с точностью 0,0002 г. Математическая обработка результатов экспериментов позволила определить уравнение, характеризующее зависимость съема твердых загрязнения от частоты колебаний: где щ - частота колебаний, кол/мин; С, a, b - эмпирические коэффициенты, имеющие определенные значения для каждого из обрабатываемых материалов (табл. 4.6).
