Введение к работе
Актуальность работы. В различных областях народного хозяйства широко применяют химико-технологические процессы пропитки (импрег-нирования) и последующей термообработки различных материалов, полуфабрикатов и изделий с армирующим каркасом, слоистых или с покрытиями. В резинотехнических производствах - это автомобильные и авиационные шины, конвейерные ленты, приводные ремни, рукава, оболочки, мембраны; в машиностроительных - абразивные инструменты (АИ) и т д.
Импрегнирование («заполнение пор») АИ специальными веществами с последующей сушкой является одним из перспективных направлений совершенствования абразивного инструмента на керамической связке (его выпуск составляет около 70 % производства всех АИ). При этом повышаются эффективность процесса шлифования и качество шлифованных поверхностей, улучшаются эксплуатационные свойства АИ.
Однако до настоящего времени недостаточно полно изучены свойства импрегнирующих составов, структурно-сорбционные и диффузионные характеристики АИ при их пропитке импрегнаторами и последующей сушке, вопросы аппаратурно-технологического оформления вышеназванных процессов.
В связи с эгим исследование кинетики и разработка аппаратурно-технологического оформления процессов пропитки (импрепіирования) и сушки абразивного инструмента с целью повышения эффективности процесса и качества абразивной обработки является актуальной задачей.
Работа выполнялась в соответствии с планом НИР ТГТУ, отраслевой целевой программой Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» на 2003, 2004 гг. и грантом Минобразования РФ по фундаментальным исследованиям в области машиностроения «Теория и методы создания энерго- и ресурсосберегающего оборудования многоассортиментных автоматизированных химических производств» (шифр 97-24-12.2-13) на 1998 - 2000 гг.
Цель работы. Выбор импрегнатора, исследование кинетики и разработка аппаратурно-технологического оформления химико-технологических процессов импрегнирования и сушки абразивного инструмента, обеспечивающих повышение эффективности процесса и качества абразивной обработки поверхности деталей машин и приборов в машиностроительном производстве.
Для достижения поставленной цели в диссертации сформулированы и решены следующие задачи:
- предложен и обоснован подход к усовершенствованию АИ на керамической связке, заключающийся в импрегнирований пор шлифовальных кругов из электрокорунда белого водными эмульсиями'сополимеров акрилат-
Автор выражает благодарность зав. кафедрой «Гидравлика и теплотехника» профессору Жукову Н.П. и доценту кжЬклпы ТММ и ПМ Майковой Н.Ф. за цен-
ные указания и научные консультации в xf);M6ulMWM/UWtA9 боты
ІГЯЩЇІ
ного и стирольного типов, последующей термообработке импрегнированного инструмента методом конвективной сушки, позволяющим значительно улучшить эксплуатационные свойства шлифовального инструмента, а также повысить эффективность и качество процесса абразивной обработки поверхности деталей;
подобран ряд импрегнаторов, улучшающих эксплуатационные свойства наиболее широко применяемых АИ, не оказывающих корродирующего действия на станки и вредного воздействия на организм человека, сохраняющих стабильность при хранении и удовлетворяющих требованиям пожарной безопасности;
предложены и проанализированы способы закрепления импрегнато-ра в порах АИ с помощью поверхностно-активных веществ (ПАВ) или операции термофиксации;
выполнен комплекс экспериментальных исследований по структурным характеристикам шлифовальных кругов из электрокорунда белого, по реологическим свойствам импрегнаторов и кинетике пропитки АИ водными эмульсиями Эмукрил М, Эмукрил С, Эмукрил 2М;
изучены закономерности тепломассопереноса при сушке импрегнированного АИ;
экспериментально определены температурно-концентрационные зависимости эффективного коэффициента диффузии воды в импрегнированных АИ, имеющих наиболее широкое применение в точном приборо- и машиностроении;
получены опытные уравнения для расчета коэффициента диффузии шлифовальных кругов из электрокорунда белого в зависимости от температуры и влагосодержания материала;
на основе двухуровневой математической модели предложено описание кинетики сушки АИ в промышленном аппарате;
разработана методика технологического расчета и рекомендации по аппаратурному оформлению процессов пропитки и конвективной сушки импрегнированных шлифовальных кругов в условиях машиностроительных производств;
проведены эксплуатационные испытания импрегнированных АИ в заводских условиях, подтвердившие повышение коэффициента шлифования, теплопроводности и температуропроводности АИ, снижение контактной температуры при шлифовании, дисбаланса шлифовальных кругов, их влагопро-ницаемости, поверхностных фрикционных свойств и количества прижогов обрабатываемого металла.
Научная новизна. Обоснован подход к усовершенствованию АИ на керамической связке, экспериментально исследованы и оптимизированы режимы процессов пропитки, термофиксации и сушки абразивного инструмента при применении в качестве импрегнатора водной полимерной эмульсии сополимера этилакрилата, диметакрилового эфира этиленглико-ля и метилолметакриламида;
* j. ** .
4г * -ч«^. -~ -
Выполнено экспериментальное исследование диффузионных и струк-турно-сорбционных свойств шлифовальных кругов из электрокорунда белого при их пропитке и конвективной сушке.
Определены температурно-концентрационные зависимости эффективного коэффициента диффузии воды в импрегнированных АИ.
На основе анализа выявленных закономерностей тепломассопереноса при сушке импрегнированных абразивных кругов составлена и обоснована математическая модель, описывающая кинетику процесса.
Практическая ценность. Предложенный способ усовершенствования АИ, включающий их импрегнирование и конвективную сушку, позволяет достигнуть существенного улучшения эксплуатационных свойств стандартных абразивных инструментов: повышения коэффициента шлифования на 30...50 %; в 1,5 - 2,0 раза увеличивается теплопроводность и на 20...30 % температуропроводность АИ, что приводит к снижению контактной температуры при шлифовании и, как следствие, к отсутствию прижогов обрабатываемой поверхности.
Разработаны методика технологического расчета и аппаратурное оформление процессов пропитки и сушки АИ.
Результаты экспериментальных исследований могут быть использованы для проектирования сушильных аппаратов, применяемых в различных областях промышленности.
Теоретические и практические результаты диссертационной работы в виде разработанных методик и способов повышения эксплуатационных свойств АИ приняты к использованию ОАО «Тамбовмаш», ОАО «Тамбовский завод "Комсомолец" им. Н.С. Артемова», ОАО «Завод подшипников скольжения», ОАО «Тамбовский завод "Электроприбор"», ОАО «Алмаз» г. Котовск, и ФГУП «Тамбовский завод "Октябрь"».
Экспериментальные установки, методики проведения экспериментальных исследований и расчета сушильных аппаратов положены в основу методических пособий к практическим и лабораторным занятиям по дисциплинам «Машины и аппараты химических производств», «Математическое моделирование, оптимизация и проектирование технологических процессов и оборудования», которые используются при подготовке инженеров по специальности 240801 - «Машины и аппараты химических производств» и магистров по направлению 150400 - «Технологические машины и оборудование».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: V, VI, VII и IX научных конференциях ТГТУ (Тамбов, 2000, 2001, 2002, 2004 гг.); IV и V Международных тепло-физических школах (Тамбов, 2001, 2004 гг.); II Международной научно-практической конференции «Компьютерные технологии в науке и производстве» (Новочеркасск, 2001 г.); XIV Школе-семинаре под руководством академика РАН А.И. Леонтьева (Рыбинск, 2003 г.); VII Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения» (Сочи, 2004 г.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 16 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитируемой литературы, содержащего 185 источников и семи приложений. Содержание диссертации изложено на 220 страницах машинописного текста, включая 50 рисунков и 47 таблиц.
