Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ факторов влияющих на показатели качества кожевенно-меховых материалов на этапах механической обработки и современных методов повышения стойкости рабочих элементов машин 13
1.1 Анализ показателей качества кожевенно-меховых материалов и факторов влияющих на эти показатели 13
1.2 Основные причины возникновения дефектов кожевенных и меховых материалов на механической обработке 15
1.3 Упрочнение поверхности рабочих элементов механической обработки, направленное на повышение их стойкости 22
1.4 Постановка задач диссертации 36
ГЛАВА 2. Объекты исследования, методики упрочнения и оборудование для упрочнения, описание методов экспериментальных исследований 38
2.1 Выбор объектов исследования и их характеристики 38
2.2 Методики исследований свойств меховых материалов 43
2.3 Оборудование и материалы для упрочнения рабочих элементов машин 46
2.4 Методики определения характеристик защитных покрытий и рабочих элементов машин мехового производства 54
2.5 Обработка результатов экспериментов статистическими методами 57
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования влияния упрочненных рабочих элементов машин мехового производства на качество обработки меховых материалов 62
3.1 Исследование процесса конденсации защитных покрытий с упрочняющей фазой 62
3.2 Исследование влияния защитных покрытий на характеристики рабочих элементов машин мехового производства 76
3.3 Исследование влияния предварительной ВЧЕ плазменной обработки поверхности рабочих элементов машин мехового производства на свойства упрочняющего покрытия 80
3.4 Исследование влияния упрочненных рабочих элементов машин мехового производства на их стойкость и качество обрабатываемых меховых материалов 88
3.5 Выводы по главе 98
ГЛАВА 4 Разработка рекомендаций по промышленному применению 100
4.1 Разработка технологического процесса упрочнения рабочих элементов машин мехового производства 100
4.2 Разработка технологий получения полуфабриката шубной овчины и норки с использованием рабочими элементами с повышенной стойкостью технологических машин 103
4.3 Выводы по главе 109
Выводы 111
Список использованных источников
- Основные причины возникновения дефектов кожевенных и меховых материалов на механической обработке
- Методики исследований свойств меховых материалов
- Исследование влияния защитных покрытий на характеристики рабочих элементов машин мехового производства
- Разработка технологий получения полуфабриката шубной овчины и норки с использованием рабочими элементами с повышенной стойкостью технологических машин
Основные причины возникновения дефектов кожевенных и меховых материалов на механической обработке
Получение кожевенных и меховых материалов представляет собой совокупность последовательных разнообразных технологических операций. Выбор конкретной технологии производства кожи и меха зависит от многих факторов: характеристик сырья (вид шкуры, ее толщина, площадь, способ консервирования, наличие и качество волосяного покрова), от требований, предъявляемых к готовым полуфабрикатам (площадь, толщина, гигиенические и эксплуатационные физико-механические свойства, гигроскопичность, термические, водостойкие). [1, 2, 3]
Исходя из выше указанных факторов и требований, предъявляются конкретные параметры физических и химических процессов, ручных и механических операций. В зависимости от соблюдения необходимых параметров в каждом технологическом процессе формируются свойства готовой кожи и меха.
Качество полуфабрикатов из кожи и меха, как конечного продукта во всей технологической цепочке, во первых, зависят от качества сырья [4, 5]. Во-13 вторых, качественные показатели готовой кожи и меха формируются после большого числа технологических операций и определяют ее целевое назначение для дальнейшего использования в виде полуфабриката для скорняжно-пошивочных фабрик, галантерейной и обувной промышленности. В третьих, в технологическом процессе обработки имеется большое количество параметров, отклонение которых от требуемого диапазона отражается на качественных показателях готовой продукции. Поэтому уровень качества кожевенно-меховых материалов, в первую очередь, складывается из уровня качества переработки сырья.
При определенном техническом уровне производства для относительной оценки разрабатываемой продукции устанавливаются показатели качества готовой продукции, основным из которых является показатель сортности. Сортность готовой продукции определяется количеством и величиной пороков и дефектов на кожевенно-меховых материалах. [5, 6] Многие дефекты, которые образуются внутри технологической цепочке производства , проявляются и на качестве готовой продукции, это приводит к снижению сортности кожевенно-меховых материалов, а, следовательно, и себестоимости. Различие цен между ближайшими сортами может составить до 30% [7]. Кроме того, спрос на кожевенно-меховые материалы разной сортности неодинаков, например, в элитных кожах для мебели технологические дефекты недопустимы. Выпуск конкурентоспособной продукции максимально высокой сортности является важной задачей кожевенно-мехового производства.
Учитывая, что на кожевенные и меховые предприятия поступает сырье шкуры животных, его одного типа не позволяет решить задачу повышения конкурентоспособности продукции. выделка требует проведения большого количества технологических процессов и операций. Многочисленные механические и физико-механические операции требуют использовать целую гамму соответствующего оборудования. При этом улучшение качества проведения операций на оборудовании Анализ дефектов на всех этапах производства по причинам их возникновения [8, 9] показывает, что основные производственные факторы влияющие на качество готовой продукции можно делить по категориям. По степени значимости прежде всего - это:
Данные результаты исследований не является постоянным для всех предприятий кожевенной и меховой промышленности и зависят от контроля качества технологических процессов и операции, технического уровня производства.
Полученное соотношение факторов показывает, что на этапах выделки определяющее влияние на формирование качества оказывает технический уровень и состояние используемого технологического оборудования. Учитывая, что механические операции используются от подготовительных до отделочных этапов производства кожи и меха выбор направления исследования операций механической обработки является целесообразным.
Проблемы улучшения качества кожевенных и меховых материалов при механических операциях рассматриваются достаточно давно [10-13]. Обзор и анализ выполненных исследований в этом направлении показывают, что необходимо создать прикладных методов увеличения качества и стойкости рабочих элементов машин кожевенно-мехового производства. [14-16]
Методики исследований свойств меховых материалов
Определение пластичности кожевой ткани шубной овчины Кожевая ткань хорошо выделанных меховых шкур должна быть мягкой и пластичной на ощупь. Мягкость и пластичность кожевой ткани определяют на практике органолептическим методом.
Количественный метод оценки пластичности не разработан, но в ГОСТ 1821 показано, что кожевая ткань выделанной шкурки должна быть мягкой, пластичной и должна иметь хорошую потяжку по всем направлениям. Известно, что чем пластичнее кожевая ткань, тем выше качество мехового материала. При органолептическом методе оценки кожевой ткани ее сминают и сгибают, имитируют комплекс деформаций: кручение, растяжение, изгиб, сдвиг.
Экспертную оценку образцов осуществляли с привлечением рабочих, технологов и конструкторов ООО «Руно» и ООО «Меховщик». Мягкость пластичность и степень очистки кожевой ткани оценивали органолептически. Данный вид оценки качества часто используется в меховой промышленности для контроля операции разбивки. После тщательного осмотра, растяжения, изгибания и ощупывания шкуры выставлялась оценка в баллах от 1 до 5.
Очистку и активацию поверхности стальных подложек перед нанесением защитного покрытия осуществляли на экспериментальные установке, схема которой показана на рисунке 2.4.
Генератор высокочастотный. Генератор расположен в отдельном шкафу. 8 шкафу размещены высокочастотные цепи генератора: батарея конденсаторов анодного контура, лампа генераторная, регулятор мощности, анодный и сеточный дроссели, колебательный контур, регулятор обратной связи а так же расположены: высоковольтный выпрямитель, электроконтактор и трансформатор. Схема генератора одноконтурная, настроена на частоту 13,56 МГц при емкостном нагрузке. Мощность потребляемая - до 20,0 кВт.
Плазмотрон с плоскими электродами для получения плазмы ВЧЕ разряда представляет собой две водоохлаждаемые медные пластины диаметром 40 см. Электроды размещены в вакуумной камере. Между электродами размещается приспособление для закрепления образцов.
Вакуумная камера изготовлена в виде цилиндрической емкости, дверце которой отодвигается по специально изготовленной консоли. Загрузка изделий в рабочее пространство камеры осуществляется через дверцу. При закрытии крышки в вакуумной камере пластины-электроды устанавливаются в рабочее место.
Откачная вакуумная система состоит из двух роторных насосов типа ДВН-250 и ДВН - 600 и механического золотникового насоса типа НВЗ-63 со скоростями откачки 50 л/с и 150 л/с 63 л/с соответственно.
Системе натекания газа в рабочее пространство камеры входит редуктор для понижения давления на баллонах со сжатым газом, манометра и ротаметра для определения расхода газа, натекателя игольчатого регулирования расхода.
Система водоснабжения установки используется для обеспечения заданного температурного режима деталей и узлов.
При помощи диагностического оборудования контролируют основные параметры установки: уровень ВЧ напряжений, мощности, потребляемой установкой, расход плазмообразующего газа и давление [123].
Для установления закономерностей по очистки и активации поверхности перед нанесением защитных покрытий используется такой показатель, как мощность разряда ВЧ-установки. Мощность разряда регулируется технологическими параметрами установки. Типовая зависимость параметров установки при использовании плазмообразующего газа - аргона, [124], то есть зависимость мощности разряда от силы тока при заданных значениях напряжений на аноде показаны на рисунке 2.5.
Исследование влияния защитных покрытий на характеристики рабочих элементов машин мехового производства
Адгезия покрытия, возникающая в стадии формирования покрытия, главным образом, зависит от механизма взаимодействия ионно-плазменных конденсатов с поверхностью подложки. Поэтому высокий уровень подготовки поверхности обеспечит получение защитных покрытий более высокого качества.
Для исследования формирования покрытия на начальных стадиях роста в вакуумной камере использовали экран для улавливания капельной фазы, который специально разработан и запатентован в составе коллектива авторов в РФ [145]. Схема экрана показана на рисунке 3.16
Конденсацию проводили испарением одного титанового катода. Варьировали время конденсации от 5 до 60 секунд. Полученные конденсаты исследовали методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) на сканирующем зондовом микроскопе Ntegra фирмы NT MDT. С помощью АСМ-исследований установлено, что формирование покрытия на начальных стадиях роста (рисунок 3.17) идет по механизму Фольмера-Вебера. [146]
На рисунке видно стадии формирования покрытия из паро-плазменной фазы: при конденсации 5с образовались островки с латеральными размерами 10-30 нм, при конденсации в течение 10 секунд образовались островки с латеральными размерами около 30-50 нм, а при 60 с образуется «фундамент» вертикальных столбчатых кристаллов с размерами 80-100 нм.
Такой механизм осаждения покрытия предполагает конденсацию и рост покрытия по островковой модели – модели Фольмера-Вебера. Прежде чем образуется сплошное покрытие, формирование проходит в нескольких этапов [147, 148, 149]:
1) взаимодействие атома с поверхностью (адсорбция атома). Характеризуется переходом физически адсорбированных атомов в дефекты поверхности (поры, трещины, межзеренные границы) и в кристаллическую решетку твердого тела;
2) миграция по поверхности и образование зародышей. Миграцию атомов на поверхности можно объяснить тем, что после взаимодействия с поверхностью атом стремится занят более выгодную, с энергетически точки зрения, место. Сталь состоит из зерен кристаллической структуры, и как правило в решетках кристаллов бывают незаполненные связи или дефекты на поверхности, что приводит к высоким уровням свободной энергии. То есть можно предположить, что дефекты и межграничные области являются центрами зародышеобразования;
На шероховатой поверхности центры зародышеобразования концентрированы не на вершинах микронеровностей, а в большей степени, во впадинах и на плоскостях. [150, 151] Так как именно на таких местах существуют высокие уровни свободной энергии (рисунок 3.18).
Предварительное удаление вершин микронеровностей и увеличение свободной энергии поверхности позволит повысить количество центров зародышеобразования и следовательно адгезию покрытия к подложке.
Ранее проведенные исследования [118] показали, что ионы инертного газа с энергией 50-100 эВ при плазменной обработки в ВЧЕ разряде очищают поверхность с температурным воздействием не превышающей 100 С. Кроме того, при определенных режимах уменьшается параметр шероховатости металлической поверхности. Как следует из физической модели ВЧЕ плазменной обработки [125] при пониженном давлении, именно слой положительного заряда (СПЗ) - d вокруг подложки является причиной эффекта полировки (рисунок 3.17)
Вершины микронеровностей имеют максимальное значение плотности зарядов электрического поля. Ионный поток в СПЗ, в соответствии с искривлением силовых линий электрического поля вблизи к поверхности, фокусируется на вершинах неровностей и бомбардируя распылет их, то есть реализуется режим избирательной обработки поверхности. Таким образом, на шероховатой поверхности можно создать дополнительные центры зародышеобразования. Для подтверждения данной модели полировки бомбардировкой низкоэнергитическими ионами проводили обработку в плазме ВЧ емкостного разряда пониженного давления на промышленной частоте – 13,56 МГц подложек из инструментальной стали марки У8 с исходным параметром шероховатости поверхности Ra 0,18 мкм и твердостью 51 HRC. [152] Поверхность образцов исследовали на конфокальном лазерном микроскопе LEXT фирмы «Olympus». Сканировали поверхность стали до и после обработки в одном и том же участке, по проведенной линии строился рельеф поверхности (рисунок 3.20). а б
Рельеф поверхности стали У8 до ВЧЕ плазменной обработки (а) и после (б) (увеличение 2500). Режимы обработки: о=20 минут, Wp=1,8 кВт, Pk=25-28 Па, плазмообразующий газ-аргон, G=0,06 г/с. По рельефу (рисунок 3.20) наглядно видно уменьшение шероховатости.
Для определения влияния ВЧЕ плазменной обработки пониженного давления на механизм роста покрытия после предварительной плазменной обработки на стальных подложках проводились исследования формирования защитного покрытия на начальных стадиях роста. На подложках из стали марки У8 осаждали покрытие (Ti,Hf)N в течение 10 и 35с Полученные покрытия исследовали методом атомно-силовой микроскопии на сканирующем зондовом микроскопе Ntegra фирмы NT MDT. Результаты показаны на рисунке 3.21.
Разработка технологий получения полуфабриката шубной овчины и норки с использованием рабочими элементами с повышенной стойкостью технологических машин
Совершенствование мехового производства на современном этапе заключается в повышении качества и уменьшение себестоимости выпускаемой продукции. Изучение потребностей современной меховой промышленности позволило выявить технические недостатки и направления, по которым возможно дальнейшее совершенствование производства меховых изделий.
Существенное повышение ресурса рабочих элементов машин механической обработки позволяет обеспечить увеличение их производительности при стабильно высоком качестве обработки продукции, а так-же снижение затрат на текущее обслуживание машин.
В существующей технологии получения шубной овчины ООО «Руно» предлагается провести операцию разбивки с ножами с защитным покрытием, полученным по разработанной технологии нанесения. Схема технологии получения шубной овчины показана на рисунке 4.2.
Схема технологического процесса производства шубного полуфабриката По данной схеме получена опытно-промышленная партия шубной овчины. Далее исследовались нормируемые стандартами физико-механические показатели для полуфабриката на соответствие нормам указанным в ГОСТах. Результаты исследований приведены в таблице 4.1
Физико-механические показатели свойств шубной овчины, выделанной с применением упрочненных ножей.
Дополнительное исследование опытно-промышленной партии шкур шубной овчины в ОТК позволило сравнить качество с контрольной поверхностью кожевой ткани. Результаты исследований указаны в таблице 4.2. Таблица 4.2 – Результаты исследований качества в ОТК для шубной овчины
Показатели требований ОТК Контрольная партия Опытная партия Удельное количество механических дефектов в партии, дм2 1,4 0,8 Количество шкур опытно-промышленной партии по сортности1 сорт2 сорт3 сорт4 сорт 16%62%14%8% 20% 74% 4% 2%
Исследования показывают, что уменьшение механических дефектов кожевой ткани за счет применения экспериментальных разбивочных ножей способствуют повышению сортности шкур шубной овчины. В опытно-промышленной партии количество шкур 1 и 2 сортов больше на 20 и 16 % соответственно по сравнению с контрольной. Учитывая различие цен между ближайшими сортами на не менее 5,0% можно повышая конечную цену продукции увеличить рентабельность предприятии.
Экономическая эффективность от внедрения технологического процесса упрочнения разбивочных ножей в производство полуфабриката шубной овчины составила 810 тыс. руб. в год (приложение 5).
Так же разбивочные ножи с защитным покрытием рекомендуется использовать на машинах РМ-2, МРП и МРК а также РММ-150 для разбивки шкур меховой овчины, каракуля, мерлушки, кролика и всех видов пушнины снятой с тушки методом пластом.
В результате проведенных исследований в ООО «Бермар» операции строгания шкурок норки на машине ДМ3-30 предложено использовать во время мездрения и строжки меховых шкурок дисковые ножи с защитным покрытием, полученным по разработанной технологии нанесения. На рисунке 4.3 показана схема технологии производства шкурок норки с использованием упрочненных ножей.
По данной схеме получена опытно-промышленная партия шкурок норки. Далее проверялась химических и физико-механических показателей данных шкурок на соответствие нормам существующей технологии ООО «Бермар» и указанными в ГОСТах. Результаты исследований показателей приведены в таблице 4.3
Основные характеристики полуфабриката шкурок норки Наименование показателя ГОСТ 10322 Контрольная партия Опытная партия Температура сваривания кожевой ткани, 0С 65-80 66 66 Массовая доля влаги в кожевой ткани, %, не более 14 11 11 Предел прочности кожевой ткани при растяжении, МПа Не нормируется 38 40 Удлинение кожевой ткани при напряжение 4,9 МПа, в % Не нормируется 17 17 Результаты испытаний (таблица 4.3) готовых шкур норки опытно-промышленной партии основных характеристик показали соответствие нормам технологии ООО «Бермар» и требованиям ГОСТ 10322.
Дефекты на кожевой ткани, приводящие к ухудшению эксплуатационных свойств волосяного покрова не допускаются. Поэтому рабочие на машине ДМ3-30 стараются не повреждать кожевую ткань. При мездрении и строгании шкур опытно-промышленной партии механические дефекты на поверхности не выявлены. Дополнительный контроль обработанных шкурок норки автором повлияло на качество проведения операции строгания рабочими.
При контроле качества операции строгания замечено, что после обработки 30-35 шкурок промышленным дисковым ножом время строгания одной шкурки норки увеличивается, тогда как время строгания экспериментальным дисковым ножом не увеличивается. В связи с этим посчитано среднее время строгания одной шкурки опытно-промышленной партии (рисунок 4.4).
Как показывают результаты подсчета времени строгание в период работы затупления ножа с защитным покрытием уменьшает время строгания одной шкурки почти в 2 раза.
Так как строгание и мездрение на машине ДМ3-30 требует ручной подачи и перемещения шкур по лезвию ножа рабочим и для избегания от возникновения дефектов приходится сконцентрироваться на работе все время, что делает обработку тяжелым трудом. Повышенное напряжение наступает в период затупления, особенно когда рабочий не знает, когда именно насупает момент замены ножа. У дискового ножа с защитным покрытием окончательное затупляение режущей кромки можно определить по обнажению металла, что облегчает визуальный контроль по замене ножа на машине ДМ3-30.
Таким образом, использование дисковых мездрильных ножей с защитным покрытием в производстве шкурок норки позволит уменьшить простои машины ДМ3-30, вызванные заточкой или заменой ножа, уменьшить затраты на заточку и покупку нового ножа. Уменьшается вероятность возникновения брака в промышленной партии и облегчается труд работающих на машине ДМ3-30.
