Содержание к диссертации
Введение
1. Технологические основы создания абразивного инструмента на бакелитовой связке и его свойства 7
1.1. Абразивный инструмент на б акелитовой связке 7
1.2. Совершенствование состава, структуры и свойств абразивного инструмента на бакелитовой связке 10
1.2.1. Анализ существующих рецептур бакелитовых связок и наполнителей 13
1.3. Зависимость физико-механических свойств абразивного инструмента на бакелитовой связке от технологических параметров его производства 20
1.4. Цель и задачи исследования 28
2. Методы исследований 30
2.1. Определение объема испытаний 30
2.2. Метод испытания бакелитовых образцов - восьмерок на разрыв 35
2.3. Методика испытаний абразивных кругов при плоском шлифовании 37
3. Оборудование и материалы 39
3.1. Оборудование 39
3.2. Исходные материалы и приготовление формовочных смесей ... 40
3.3. Составы смесей для производства бакелитового инструмента... 44
4. Теоретические предпосылки разработки технологического процесса изготовления высокоэффективного абразивного инструмента на бакелитовой связке 51
5. Исследование взаимосвязи коэффициента распределения связки с прочностными показателями абразивного инструмента на бакелитовой связке 60
5.1. Расчет коэффициента распределения связки 60
5.2. Расчет навески для одного образца - восьмерки 68
5.3. Размеры прессформы и образцов ~ восьмерок 69
5.4. Коэффициент распределения связки и прочностные показатели образцов - восьмерок смеси № 1 70
5.5. Коэффициент распределения связки и прочностные показатели образцов - восьмерок смеси № 2 89
5.6. Коэффициент распределения связки и прочностные показатели образцов - восьмерок смеси № 3 96
5.7. Коэффициент распределения связки и прочностные показатели образцов - восьмерок смеси № 4 103
5.8. Коэффициент распределения связки и прочностные показатели образцов - восьмерок смеси № 5 ПО
5.9. Коэффициент распределения связки и прочностные показатели образцов - восьмерок смеси № 6 117
5.10. Коэффициент распределения связки и прочностные показатели образцов - восьмерок смеси№ 7 124
5.11. Анализ взаимосвязи коэффициента распределения связки с прочностными показателями абразивного инструмента на бакелитовой связке 131
6. Практическая реализация результатов работы 133
7. Технологический процесс производства высокоэффективного абразивного инструмента на бакелитовой связке 157
Выводы 163
Литература
- Анализ существующих рецептур бакелитовых связок и наполнителей
- Метод испытания бакелитовых образцов - восьмерок на разрыв
- Исходные материалы и приготовление формовочных смесей
- Коэффициент распределения связки и прочностные показатели образцов - восьмерок смеси № 1
Введение к работе
Актуальность исследования. В Президентской концепции на период с 2004 по 2015гг. одной из важных проблем в Российской Федерации признана «Здоровье работающего населения». В ней предусматривается совершенствование взаимоотношений в системе «работодатель - работник - государство». Эти проблемы особенно актуальны среди работников железнодорожного транспорта. Так, несмотря на постоянную и целенаправленную работу по охране здоровья в рамках отраслевой программы «Безопасность труда на железнодорожном транспорте» (2001г.), остаются высокие уровни производственного травматизма, не уменьшается число профессиональных заболеваний. В целом по отрасли, по данным В.А. Капцова, А.П. Мезенцева и В.Б. Пайковой (2002г.), число травмированных железнодорожников составило до 1400 человек, из них 11% со смертельным исходом. Число профессиональных заболеваний колеблется в пределах 150-250 первичных случаев в год. Показатели заболеваемости с временной утратой трудоспособности остаются на достаточно высоком уровне.
Решение проблем охраны здоровья работников железнодорожной отрасли в современных условиях может быть эффективным на основе принципиально новых методов, которые должны быть обоснованы на системном подходе.
Согласно современным концепциям, состояние здоровья работающих находится в сложных взаимосвязях как с производственными, так и социально-бытовыми факторами. Для установления ведущих факторов необходимо разработать модель формирования этих закономерностей. Здравоохранение, являющееся сложной многогранной системой, должно строиться с учетом механизмов управления охраной труда на предприятиях отрасли.
Современные условия развития здравоохранения, функционирование медицинских служб и лечебно-профилактических учреждений предопределяют переход к принципиально новым технологиям планирования и управ-
ления. Настоящее время характеризуется существенным изменением социально-экономических условий, переосмыслением целевых установок и критериев социальной жизни, усилением роли науки во всех сферах человеческой деятельности.
Прогнозирование и планирование объема, структуры медицинской помощи в большей степени подвержены неопределенности и неожиданности, появляются новые комбинации социально-экономических факторов. Это требует перехода в стратегическом планировании от методов экстраполяции к методам стратегического анализа, моделирования, основанного на получении информации от различных субъектов системы медицинского обслуживания (Денисов В.Н., Бабенко А.И., 2001).
В настоящее время необходимо четкое планирование объемов и технологий организации медицинской помощи, управление качеством под имеющиеся финансы и рациональное их использование (Царик Г.Н.,2000).
Реформы, происходящие в структуре Министерства путей сообщения РФ, сущность которьж - акционирование железных дорог, изменят состояние дел в ведомственном здравоохранении, что требует разработки новой концепции ведомственной медицины.
Ключевым моментом представляется работа по организации и ведению социально-гигиенического мониторинга на железнодорожном транспорте, где реализация правительственных директив осуществляется в рамках отраслевых документов: Положения о порядке осуществления санитарно-гигиенического надзора на железнодорожном транспорте № ЦУВС-782 от 25.09 2000г.; приказа МПС РФ «О мерах по реализации Постановления Правительства РФ № 426» от 01.06.2000г.
В связи с этим, при ведении отраслевого мониторинга, в числе прочих задач, должно быть обеспечено выявление причинно-следственных связей между состоянием здоровья работников железнодорожного транспорта и воздействия на них факторов среды обитания на основе системного анализа и оценки риска для здоровья.
На сегодня, несмотря на постоянную и целенаправленную работу по улучшению условий и охраны труда трудящихся железнодорожной отрасли, в рамках отраслевой программы « Безопасность труда на железнодорожном транспорте» (2001 г.), регистрируются высокие уровни производственного травматизма, не уменьшается число профессиональных заболеваний.
Так, в 2000 году, несмотря на достигнутое снижение показателей производственного травматизма на 20 % и, в том числе со смертельным исходом на 19 % против 1997 года, общее число травмированных железнодорожников в России составило 1400 человек, в т.ч. со смертельным исходом 159 человек (Капцов В.А., Мезенцев А.П., Панкова В.Б., 2002).
Число профессиональных заболеваний среди работников железнодорожного транспорта в России невелико и колеблется в пределах 150-250 первичных случаев в год. Однако официально регистрируемые формы профессиональных болезней имеют выраженные стадии заболевания, как правило, приводящие к инвалидизации работников и потере профессиональной трудоспособности (Кудрин В.А., Прохоров А.А.,2000; Панкова В.Б., 2001 и др.).
Показатели заболеваемости с временной утратой трудоспособности среди тружеников отрасли остаются высокими, что выразилось, например, в 2000 году в 85,5 случаев и 1117,3 днях нетрудоспособности на 100 работников.
Подобная ситуация обусловлена тем, что на железнодорожном транспорте все еще остается большое число рабочих мест с неудовлетворительными условиями труда. Так, по результатам гигиенической аттестации, проведенной в 1999 г., число рабочих мест, не отвечающих санитарно-гигиеническим нормативам, составило 25,4 %.
Согласно современным концепциям медицины труда, работа и здоровье, работа и болезнь находятся в сложных взаимосвязях. Однако сегодня не вызывает сомнений, что физические, химические, биологические и другие производственно-технологические факторы, если параметры их воздействия превышают санитарно-гигиенические нормативы, рассматриваются как при-
чинные факторы профессиональных болезней.
Для совершенствования мер профилактики и социальной защиты работающих в неблагоприятных условиях труда необходима оценка факторов и потенциального ущерба здоровью членов трудового коллектива, определение реальных путей сокращения потерь здоровья. Важным элементом служит отработка технологии планирования стратегии и тактики охраны здоровья работников железных дорог и создание необходимого банка данных для этого.
Несмотря на проведение в последние годы целого ряда работ с использованием разного рода информации для планирования мер по охране здоровья работающих, до настоящего времени недостаточно представлены материалы по методическим аспектам формирования модели и технологий решения проблем охраны здоровья железнодорожников на основе элементов стратегического планирования, что и обусловливает актуальность данного исследования.
Цель исследования: разработка организационно-функциональной модели оптимизации системы планирования мероприятий в охране здоровья работников Западно-Сибирской железной дороги на основе социально-гигиенической оценки потерь здоровья и причинно-следственных взаимосвязей с условиями и мерами по охране труда.
Задачи исследования:
Разработать методику социально-гигиенической оценки системы планирования мероприятий по охране здоровья работников железнодорожного транспорта.
Проанализировать заболеваемость по обращаемости с временной утратой трудоспособности, травматизма, инвалидизации и профессиональной патологии работников основных служб Западно-Сибирской железной дороги.
Установить причинно-следственных связи и оценить влияние условий труда на потери здоровья работников основных профессий Западно-Сибирской железной дороги и роль системы по охране труда.
Провести экспертную оценку в системе взаимодействия служб по
охране здоровья работников железнодорожного транспорта
5. Разработать модель оптимизации планирования мер по охране здоровья работников железнодорожного транспорта и оценить ее эффективность.
Научная новизна исследования заключается в том, что впервые:
разработана методика социально-гигиенической оценки системы планирования мер по охране здоровья работников железнодорожного транспорта;
установлены причинно-следственные связи потерь здоровья работников Западно-Сибирской железной дороги с условиями и системой охраны труда;
разработана модель оптимизации планирования мер по охране здоровья работников железнодорожного транспорта с оценкой ее эффективности.
Практическая значимость. Комплексный анализ показателей здоровья работников основных профессий дороги используется в практической работе служб по охране труда, отдела гигиены труда, оздоровительного центра дорожной клинической медицины, в отделениях профилактики дорожной поликлиники. Материалы используются при аттестации рабочих мест, при разработке мер по охране труда. Модель оптимизации является основой алгоритма при принятии управленческих решений в железнодорожной отрасли.
Проведенное исследование позволило обосновать ряд положений, которые выносятся на защиту:
методический подход к социально-гигиенической оценке системы планирования мер по охране здоровья работников железнодорожного транспорта, включающий причинно-следственные взаимосвязи потерь здоровья, условий труда, элементов охраны труда в основных службах;
обоснованность приоритетов в охране здоровья работников Западно-Сибирской железной дороги на основе согласования мнений различных групп экспертов, результатов аттестации рабочих мест и принимаемых
управленческих решений по охране труда администрациями отделений;
целесообразность разработанной модели по оптимизации планирования мероприятий в охране здоровья работников железнодорожного транспорта, включающей прототип социально-трудового процесса, алгоритм движения работников с учетом нарушений состояния здоровья, технологию планирования стратегии оздоровления и оценку эффективности управления охраной здоровья трудового коллектива.
Объем и структура работы. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста и состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов и предложений. Работа иллюстрирована 18 таблицами и 6 рисунками, имеет 7 приложений. Список литературы включает 209 источников.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на научно - практических конференциях: «Гигиенические проблемы охраны здоровья населения регионов Сибири» (Кемерово, 2002), «Вопросы санитарно-эпидемиологического благополучия Алтайского края» (Барнаул, 2003), «Проблемы гигиены и эпидемиологии в Сибири» (Кемерово, 2003), «Проблемы развития железнодорожного транспорта» (Новосибирск, 2003), «Гуманизация производственной среды и экологии человека» (Барнаул, 2004), «Актуальные проблемы здоровья населения Сибири: гигиенические и эпидемиологические аспекты» (Омск, 2004).
Диссертация выполнена в соответствии с планом научных работ ГУ НЦКЭМ СО РАМН (гос.рег. № 0120.0 500749)
Анализ существующих рецептур бакелитовых связок и наполнителей
Бакелитовая связка - это полимерное вещество представляющее собой искусственную фенолформальдегидную смолу [3,47-50].
Фенол (С6Н5ОН) и крезол (СНзСбНіОН) при нагревании вступают в реакцию с формальдегидом (СНгО) с выделением воды. Для получения смол вместо формальдегида, являющегося при нормальной температуре газом, применяют его водный раствор формалин. Для ускорения реакции и придания смолам желаемых свойств в смесь фенола (или крезола) с формалином вводят катализаторы.
При избытке фенола и применении в качестве катализатора кислот получают смолы, называемые новолаками или новолачными смолами, которые со храняют плавкость и растворимость при длительном хранении (до нескольких лет), а также при нагревании до 200 - 250 С. При меньшем содержании фенола в смеси и обычно в присутствии щелочных катализаторов (едкого натра, аммиака и других) получают резольные смолы, называемые также резолами, которые при нормальной температуре могут быть жидкими или твердыми. Они растворимы в спирте, ацетоне и фурфуроле. При нагревании вязкость резолов сначала уменьшается (твердые резольные смолы при нагревании плавятся), затем вязкость растет, а растворимость падает, и они превращаются в резитолы. При длительном хранении это превращение происходит даже при комнатной температуре. Резитолы лишь частично растворимы в спирте и ацетоне, но значительно набухают в этих жидкостях. При комнатной температуре резитолы твердые, хрупкие. При нагревании они размягчаются, но не плавятся.
При дальнейшем нагревании получаются резиты — твердые, прочные, нерастворимые продукты. Резиты; не плавятся и заметно не изменяют своих свойств при нагревании до 200 С, но при температуре около 300 С разлагаются. Они не растворимы в органических растворителях, обладают низкой водо-поглощаемостью. Крепкие щелочи разлагают резиты, вследствие чего при работе абразивными инструментами на бакелитовой связке нельзя применять сильно щелочные охлаждающие жидкости.
Для изготовления абразивных инструментов применяется смесь порошкообразной новолачной смолы с уротропином (на 100 весовых частей смолы 6 — 10 весовых частей уротропина) - порошкообразный бакелит; жидкая резольная смола - жидкий бакелит и в отдельных случаях твердые резольные смолы.
Порошкообразный бакелит представляет собой порошок с частицами размером 85-63 мкм и меньше, белого или светло желтого цвета. Порошкообразный бакелит характеризуется температурой плавления новолачной смолы, из которой бакелит изготовлен, содержанием в нем свободного фенола, скоростью бакелизации, величиной потерь при термообработке, степенью измельчения и механической прочностью.
Жидкий бакелит представляет собой вязкую коричневато-бурую жидкость. Жидкий бакелит растворим не только в чистом спирте и ацетоне, но и в их смесях с водой. Наименее вязкие сорта бакелита растворимы при нагревании в воде (при охлаждении бакелит выделяется из раствора).
Существует мнение [51], что необходимо применять для отдельных групп инструмента строго определенные марки пульвербакелитовых связующих, так как изменение содержания уротропина на 1,5% (при среднем содержании 7,3%) приводит к изменению механической прочности образцов на 10%, твердости на одну степень и водостойкости инструмента на 5-10%.
Представляет интерес разработка новых порошкообразных бакелитовых связующих [52]. При горячем прессовании изделий потенциальные прочностные возможности новых видов связующих и их теплостойкость таковы, что при оптимальной рецептуре и технологии изготовления изделий можно получать обдирочные круги, работающие на высоких скоростях резания и больших усилиях прижима.
Следует отметить, что от равномерности помола пульвербакелита в процессе приготовления абразивных масс зависит равномерность покрытия всей поверхности абразивных зерен слоем смолы [53].
При изготовлении абразивных инструментов в качестве связующего применяются термореактивные фенолформальдегидные смолы и композиции — пульвербакелит и жидкий бакелит, изготавливаемые на основе синтетического фенола и формальдегида специально для абразивной промышленности [54].
Было замечено, что при содержании связующего до 10%, в отдельных случаях происходит выкрашивание и локальное разрушение вставок. Получены свидетельства о влиянии содержания связующего в материале вставок на работоспособность композиционных кругов [55], причем с увеличением содержания связующего прочность материала вставок возрастает. При содержании связующего до 20% обеспечиваются плавность и стабильность работы круга в режиме самозатачивания без вибраций. Дальнейшее
Метод испытания бакелитовых образцов - восьмерок на разрыв
Представление об уровне точности и надежности оценок дают доверительные интервалы. Вероятность Р = 1 - а; с которой доверительный интервал при многократном повторении опыта накрывает истинное значение параметра, называется доверительной вероятностью.
При определении доверительных интервалов уровни доверительной вероятности принимают равными 0,9; 0,95; 0,99. Величина а называется уровнем значимости критерия и представляет вероятность браковки нулевой гипотезы в том случае, если она верна (вероятность ошибки 1-го рода).
Уровень значимости обычно принимают равным 0,05 или 001, реже 0,1 и 0,001. Значения ошибок выбирают в пределах Да= 0,01 + 0,05, Д0 = ОД - - 0,5, вероятности ошибок 1-го и 2-го рода принимают равными а = 0,05 + 0,1 и Р = 0,05 -0,1.
Значениями коэффициента вариации при определении объема испытаний задаются на основании уже имеющихся данных по аналогичным материалам.
После определения значения коэффициента вариации для рассматриваемого материала корректируют объем испытаний. В связи с этим при отборе образцов необходимо предусмотреть некоторый запас. Далее, значение искомой величины определяется как среднее арифметическое [92,93].
Для определения необходимого объема механических испытаний бакелитовых образцов - восьмерок на разрыв, значения ошибок Да и Да, значения вероятности ошибки а, значение коэффициента вариации величины (механиче 33 ской прочности образца на разрыв) у принимаются средними в существующих пределах, так как определяемые свойства носят нестабильный характер и отсутствуют данные по испытаниям аналогичных материалов. В расчетах принимаются следующие значения: - доверительная вероятность Р = 0,95; - уровень значимости критерия (вероятность ошибки 1-го рода) а = 0,05; - коэффициент вариации величины (механической прочности на разрыв) у = 0,05; - предельная относительная ошибка (допуск) при определении среднего значения Да = 0,03; - предельная относительная ошибка (допуск) при определении среднего квадра-тического отклонения Дя = 0,3; - значение квантиля принимается равным zP = zo,975 1 »96.
Так как целью испытаний является определение механических свойств бакелитового образца, то необходимое количество опытов найдем, пользуясь формулами (2.3) и (2,4).
Таким образом, окончательно, число образцов для определения механической прочности на разрыв принимается равным 23.
Значение механической прочности образцов на разрыв определяется как среднее арифметическое.
Чтобы определить необходимое число кругов для проведения испытаний на нахождение коэффициента шлифования значения ошибок Да и Дст, вероятности ошибки а, коэффициента вариации величины (количества кругов) у выбираются в существующих пределах близкими к средним значениям данных величин, так как определяемые характеристики носят нестабильный характер.
В расчетах принимаются следующие значения: - доверительная вероятность Р = 0,95; - уровень значимости критерия (вероятность ошибки 1-го рода) а = 0,05; - коэффициент вариации величины (количества кругов) у = 0,05; - предельная относительная ошибка (допуск) при определении среднего значения Да = 0,03; - предельная относительная ошибка (допуск) при определении среднего квадра-тического отклонения Да = 0,4; - значение квантиля принимается равным zp = zo,975= 1 96.
Необходимое для проведения испытаний количество кругов найдем при помощи формул (2.3) и (2.4). Г2 2 Д а Z2 ;_«/ 2А2 ?
Таким образом, количество кругов необходимое для определения коэффициента шлифования, принимается равным 14.
Так как в данном случае речь идет о различных видах кругов, то для обеспечения необходимого объема испытаний берется по 14 кругов каждого вида.
Для определения необходимого числа подходов с одного круга для нахождения коэффициента шлифования, значения ошибок Да и Дст, вероятности ошибки а, коэффициента вариации величины (числа подходов с одного круга) у принимаются в существующих пределах.., В расчетах принимаются следующие значения: - доверительная вероятность Р = 0,95; - уровень значимости критерия (вероятность ошибки 1-го рода) а = 0,05; - коэффициент вариации величины (числа подходов с одного круга) у = 0,04; - предельная относительная ошибка (допуск) при определении среднего значения Да= 0,03; - предельная относительная ошибка (допуск) при определении среднего квадра-тического отклонения Д0 = 0,5; - значение квантиля принимается равным zP = z0,975= 1,96. Необходимое число подходов с одного круга для нахождения коэффициента шлифования найдем при помощи формул (2,3) и (2.4). п — z i oc/ и 7 z2/-а, п х=],5 + J IO 2 Л т Таким образом, число подходов с одного круга для определения коэффициента шлифования принимается равным 10. Значение коэффициента шлифования определяется как среднее арифметическое на одном круге. И далее, как среднее арифметическое значение со всех кругов данного вида.
Исходные материалы и приготовление формовочных смесей
Для абразивного инструмента на бакелитовой связке, являющегося поли мерным композиционным материалом, представляет интерес механизм разрушения абразивного тела.
Одной из наиболее важных характеристик конструкционного материала является его сопротивление распространению трещин или вязкость разрушения. В любом материале всегда есть внутренние дефекты (поры, трещины), которые под действием сравнительно небольших трещин, зависит надежность работы конструкций.
Одним из напряжений могут увеличиться и привести к разрушению. От того, насколько хорошо материал сопротивляется распространению наиболее важных факторов, влияющих на прочность композиционных материалов, армированных дискретными частицами, являются дефекты микроструктуры (поры, микротрещины). Разрушаться частицы могут не одновременно, а последовательно из-за наличия в них дефектов.
Наиболее дефектные частицы разрушаются при малых напряжениях, далеких от предела прочности, частицы с меньшими дефектами разрушаются при больших напряжениях, а в целом прочность композита будет меньше рассчитанной. То же самое можно сказать о случае, когда матрица имеет недостаточный запас пластичности, что приводит к появлению трещин на границе раздела и в объеме матрицы, то есть к преждевременному разрушению композита.
Технологические дефекты, неоднородность в распределении наполнителя по объему, форме, анизотропии свойств приводят к тому, что реальные характеристики армированных композитов отличаются от расчетных.
В процессе проведения настоящих исследований были изучены следующие литературные данные, которые посвящены вопросам изучения механизма разрушения полимерных композитов.
Существует возможность прогнозирования релаксационных свойств полимеров на основе данных сканирующих методов измерений, когда сканирование осуществляется по температуре [115]. На основе ряда экспериментов по релаксации напряжения и ползучести, проведенных в изотермических, и неизотермических условиях, определялись релаксационные параметры полимерного материала, позволяющие прогнозировать его свойства в широком интервале температур, напряжений и деформаций.
Проводилось изучение эффективных характеристик и предельного сопротивления композитов, представляющих собой смеси вязкоупругих материалов [Пб]. Определены предельные механические характеристики исследованных композитов в широком интервале составов и скоростей деформирования. Показано, что предел текучести композита АБС+поликарбонат в ряде случаев может быть выше пределов текучести исходных компонентов.
В работе [117] рассмотрены особенности эрозионного разрушения композитных материалов в зависимости от их состава, схемы армирования и условий взаимодействия.
Сопоставлялись закономерности разрушения без существенной деформации (хрупкость) и в сочетании с ползучестью (эластичность); критической ползучести без разрыва химических связей (вынужденно-эластическая) и в сочетании с разрывом химических связей в основной цепи (хрупкоэластическая) [118]. При сочетании ползучести (разрыв межмолекулярных связей) с разрушением (разрыв химических связей) любой из этих процессов может быть ведущим — в зависимости от величины напряжения. Кроме того, значения граничных напряжений связаны с физическими константами материала (энергия активации, силовой фактор, координаты "полюса") и не зависят от температуры и времени нагружения.
Известен метод определения характеристик трещиностойкости композитных материалов с полимерной матрицей при длительном статическом на-гружении [119]. Он основывается на экспериментальном определении кривых роста или раскрытия трещины во времени при заданных уровнях постоянной нагрузки.
Прочность и сопротивление хрупкому разрушению полимерного материала ПМ-4 исследовались в широком диапазоне изменения скорости нагружения [120]. Для рассматриваемого материала характерен переход от вязкого типа разрушения к хрупкому при увеличении скорости деформации: и понижении температуры. Для оценки склонности материала к хрупкому разрушению была использована концепция критического размера врожденного дефекта. В качестве меры трещиностойкости пластика использован материальный масштаб длин трещин. Критерий хрупковязкого перехода сформулирован в виде равенства критического размера врожденного дефекта материальному масштабу длин трещин.
Одним из методов моделирования процесса накопления повреждений в волокнистых композитах с полимерной матрицей, является метод, базирующийся на совместном использовании структурного и феноменологического подходов [121]. На основе разработанного метода установлены возможные смены механизмов разрушения углепластиков при изменении скорости нагру-жения. Обнаружено, что переход от разрушения вследствие постепенного накопления повреждений к разрушению от распространения макроскопической трещины обусловлен изменением условий перераспределения нагрузки в структуре материала. Определены границы применимости феноменологических моделей наследственного типа к описанию процессов деформирования и разрушения композитов при различных эксплуатационных условиях.
Нами рассматривается абразивный бакелитовый инструмент как представитель композиционного материала и механизм разрушения абразивного тела основывается на следующей рабочей гипотезе [122].
При разрыве абразивного тела под действием внешних растягивающих усилий возможны следующие идеализированные случаи: поверхность разрыва проходит по поверхности зерен, то есть происходит отрыв зерен от связки (рис. 4.2.-а); происходит разрыв мостиков связки (рис. 4.2.-6); поверхность разрыва пересекает зерна, то есть зерна разрываются (рис. 4.2.-в). Кроме того, возможен смешанный случай, когда разрыв происходит частично по границе связка — зерно, частично по связке и зернам (рис. 4.2.-г).
Наблюдения многочисленных случаев разрыва опытных восьмерок на бакелитовой связке показали, что поверхность разрушения проходит, преимущественно, через мостики связки. Условия, когда поверхность разрушения проходит через связку, принято называть нормальными.
Коэффициент распределения связки и прочностные показатели образцов - восьмерок смеси № 1
В условиях испытательного центра абразивов и шлифования Волжского института строительства и технологий (ИЦ ВНИИАШ ВИСТех) проведена экспериментальная проверка эксплуатационных показателей первой партии опытного абразивного инструмента на бакелитовой связке. В частности, проведены опытно - промышленные испытания абразивного инструмента.
Испытаны шлифовальные круги 1-150x25x32 мм из электрокорунда нормального зернистостью 80 на бакелитовой связке, в соответствии с ТУ 2 — 036 — 701 - 88 «Круги обдирочные и шлифовальные типа 1. Технические условия».
Рецептура абразивной композиции, из которой изготавливались круги, представлена в табл. 6.1. Она является базовой для изготовления опытных шлифовальных кругов.
В опытных кругах изменялось содержание криолита. Были приготовлены смеси с добавлением порошкообразного органического наполнителя, который частично или полностью заменил собой в смеси криолит.
Были изготовлены четыре рецептуры, содержание наполнителя в которых составило: - 1 тип— 100% криолита; - 2 тип - 75% криолита и 25% органического наполнителя; - 3 тип - 50% криолита и 50% органического наполнителя; - 4 тип - 100% органического наполнителя. Цель испытаний - оценка влияния содержания органического наполнителя (фруктовая косточка) на эксплуатационные показатели шлифовальных кругов.
Проведены сравнительные испытания серийных шлифовальных кругов (100% криолита), кругов с 75% криолита и 25% органического наполнителя, кругов с 50% криолита и 50% органического наполнителя и кругов со 100% органического наполнителя.
Испытаниям подвергались круги 1-150x25x32 мм из электрокорунда нормального зернистостью 80 на бакелитовой связке. В качестве обрабатываемого материала были использованы образцы 180x3x20 мм из стали У8.
Проведены сравнительные испытания образцов - восьмерок на разрыв, которые были изготовлены из тех же четырех типов смесей, что и шлифовальные круги и рассчитаны коэффициенты распределения связки.
Анализ данных рис. 6.1, 6.2 и табличных значений показывает, что увеличение коэффициента распределения связки приводит к повышению прочностных свойств образцов — восьмерок, что проявляется в увеличении механической прочности на разрыв (рис. 6.1), повышение содержания органического наполнителя в смеси повышает прочностные показатели (рис. 6.2).
В связи с:этим, выбранные составы смесей для изготовления опытно -промышленных партий абразивного инструмента, с тенденцией уменьшения содержания криолита при замене его органическим наполнителем и дальнейшем увеличении концентрации органического наполнителя, являются рациональным и правильным подходом. Это отмечено в работе [131] и докладе [132].
Испытания опытных абразивных кругов были проведены на плоскошлифовальном станке модели 3701, со следующими режимами шлифования: - скорость круга (VKp) - 35м/с; - продольная скорость стола (Vcr) -13,5 м/мин; - подача круга на глубину - 0,01 мм/дв.ход. Шлифование проводилось в воздушной среде (без охлаждения). Эксплуатационные показатели кругов оценивались по следующим критериям (ГОСТ 2424 - 83): - режущая способность кругов QM (мм3/мин-мм); - скорость изнашивания кругов Qa (мм /мин мм); - коэффициент шлифования Кш = —— (мм3/мм3). Наличие прижогов, трещин определялось визуально. Цикл шлифования составлял 60 секунд. Необходимое количество испытаний и измерений определялось известными методами статистического анализа [89 - 93]. Результаты сравнительных испытаний шлифовальных кругов представлены на рис. 6.3, 6.4, 6.5.
Анализ полученных результатов показал, что показатели шлифовальных кругов, с добавлением органического наполнителя (фруктовой косточки), имеют более высокие значения режущей способности и коэффициента шлифования по сравнению с исходными кругами.
При увеличении содержания органического наполнителя в круге с 25% до 100% коэффициент шлифования увеличивается с 10% до 53%. При этом скорость изнашивания круга снижается в 1,4 раза.
Полученные результаты показали, что с увеличением коэффициента распределения связки эксплуатационные показатели, а именно режущая способ ность шлифовальных кругов увеличивается (рис. 6.6). Действие: органического наполнителя можно объяснить следующими факторами. Введение фруктовой косточки, как дополнительного мелкодисперсного компонента и нейтрального по отношению к другим компонентам формовочной смеси, действует как армирующий фактор, увеличивающий жесткость конструкции. .
