1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
Современное реновационное производство предусматривает решение целого комплекса организационно-технологических задач, связанных с восстановлением рабочего ресурса объектов материального производства, использованием изделий по новому назначению с минимальными затратами энергии и материалов, либо с утилизацией их с минимальной экологической вредностью.
Качество эффективного решения реновационных задач во много зависит от качества выполнения подготовительных операций, таких как: мойка, очистка от загрязнений, являющихся результатом эксплуатации изделий, разборка, дефектация и другие. Наибольшие трудности при выполнении подготовительных операций в условиях реновационного производства вызывают очистные работы в силу их сложности и высокой продолжительности., связанной со степенью загрязнённости поверхностей, обуславливающей определённую многоэтапность их выполнения [1,2,6]. Так, например, загрязнения автотранспортных средств включают пыль и дорожную грязь, растительные остатки и ядохимикаты, продукты коррозии, топливо, масла и продукты их термического разложения: нагар, накипь, смолистые и лаковые отложения. Следует отметить, что загрязнения охватывают как открытые, доступные для очистки поверхности, так и труднодоступные места деталей, требующих применения специальных средств и способов их удаления.
Существующие на сегодняшний день в отечественной и зарубежной практике способы и средства очистки поверхностей не решают в полной мере эту проблему. Поэтому совершенствование технологического процесса очистки, разработка и применение более эффективного оборудования и технологических жидкостей (ТЖ) имеют немаловажное значение для выполнения моечно-очистных подготовительных операций для решения реновационных задач, направленных на продление жизненного цикла изделий [3,5].
Опыт, накопленный в НИИ «Вибротехнология» по разработке и внедрении в технологию изготовления деталей машин вибрационных технологических систем на операциях отделочно-зачистной обработки позволяет рассматривать их в качестве перспективного средства для выполнения моечно-очистных операций в реновационном производстве. Об актуальности этого направления свидетельствуют широкие технологические возможности вибрационных технологий, а также эффективное практическое применение их в металлообработке [1-20].
Целью настоящих исследований являлось установить особенности механохимической очистки деталей в условия вибрационных технологических систем.
2 Материалы и методы
Основным технологическим оборудованием, реализующим процесс вибрационной механохимической очистки, является вибрационная установка, оснащённая 4-мя рабочими камерами U-формы с объёмом 10 дм3 (рис. 1).
Рисунок 1 ‒ Вибрационная установка УВГ- 4x10
В качестве обрабатывающей среды использовались:
‒ искусственные гранулированные среды, состоящие из фарфоровых шаров диаметром 6-12 мм, абразивных формованных гранул ПТ10х10, ПТ15х15; природные гранулированные среды, состоящие из дроблённых гранул минерала “Байкалит”; гранулированные среды, полученные из древесины, пластмасс, резины, войлока, фетра, кожи;
‒ технологические жидкости в виде комбинированных в различном сочетании водных растворов кальцинированной соды, нитрида натрия, фосфорной кислоты, хромового ангидрида, ацетона, хлорного железа, медного купороса, обеспечивающие химическое, пассивирующее и ингибирующее воздействие на поверхность обрабатываемых деталей.
Исследования проводились на цилиндрических образцах, изготовленных из стали 45, алюминиевого сплава Д16Т, латуни ЛС62, Ст. 3, покрытых следами загрязнений в виде коррозии, окалины, масла, а также на деталях автотранспортных средств, бывших в эксплуатации.
Объём загрузки рабочей камеры обрабатывающей средой и деталями не превышал 0,75Vр.к. (где Vр.к ‒ объем рабочей камеры). Обработка образцов осуществлялась при непрерывной промывке технологической жидкостью.
Степень удаления твёрдых загрязнений, определялась путем взвешивания образцов до и после очистки на аналитических весах АД-200 с точностью 0,0002 г. Оценка очистки масляных загрязнений проводилась методом смачивания поверхности водой. Результаты обработки образцов подвергались статистическому анализу, на основе которого устанавливались закономерности вибрационной механохимической очистки в зависимости от условий обработки.
3 Результаты исследований
На рис. 2-5 представлены результаты исследований эффективности вибрационной механохимической очистки (ВМХО) поверхности образцов от загрязнений при различных амплитудно-частотных режимах обработки.
условия очистки: частота колебаний рабочей камеры 33.3 Гц, обрабатывающая среда ‒ абразивные гранулы ПТ10х10 и 5 % водный раствор кальцинированной соды
Рисунок 2 ‒ Зависимость продолжительности ВМХО образцов из Ст3 от амплитуды колебаний рабочей камеры
условия очистки: частота колебаний рабочей камеры 33,3 Гц, обрабатывающая среда ‒ абразивные гранулы ПТ10х10 и 5 % водный раствор кальцинированной соды; материал образцов:
1 ‒ сталь 45; 2 ‒ дуралюминий Д16Т; 3 ‒ латунь ЛС62
Рисунок 3 ‒ Влияние амплитуды колебаний рабочей камеры на степень ВМХО образцов из различных материалов от твердых загрязнений
условия очистки: амплитуда колебаний рабочей камеры ‒ 3 мм, обрабатывающая среда ‒ абразивные гранулы ПТ10х10 и 5 % водный раствор кальцинированной соды
Рисунок 4 ‒ Зависимость продолжительности ВМХО образцов из Ст3 от частоты колебаний рабочей камеры
условия очистки: амплитуда колебаний рабочей камеры ‒ 3 мм, обрабатывающая среда ‒ абразивные гранулы ПТ10х10 и 5 % водный раствор кальцинированной соды; материал образцов: 1 ‒ сталь 45; 2 ‒ дуралюминий Д16Т; 3 ‒ латунь ЛС62
Рисунок 5 ‒ Влияние частоты колебаний рабочей камеры на степень ВМХО образцов из различных материалов от твердых загрязнений
Амплитудно-частотные характеристики, как показано в вышеприведенных исследованиях, определяют в основном интенсивность процесса очистки и, как следствие, его производительность. Что же касается качества очистки, то здесь определяющую роль играет обрабатывающая среда, представляющая собой комбинацию твердых гранул и технологической жидкости, от вида и состава которых зависит технологический эффект очистки поверхностей от загрязнений. Для его оценки была проведена следующая серия экспериментальных исследований в соответствии с технологическими регламентами (ТР), приведёнными в табл. 1. Результаты ВМХО по установленным регламентам загрязнённых после эксплуатации поршней двигателя Д50, изготовленных из сплава А110В, проиллюстрированы на рис. 6 и 7.
Таблица 1 – Технологические регламенты ВМХО
|
ТР |
Вид гранулированной среды |
Технологическая жидкость |
Режимы очистки |
|
1 |
Смесь гранул металлорезиновых (10-30 мм) и абразивных ПТ10x10 в соотношении 3:1 |
Водный раствор: 1,5 % едкий натр, 2 % прогресс и 2 % кальцинированной соды |
Частота колебаний рабочей камеры 33 Гц, амплитуда колебаний А = З мм. |
|
2 |
Смесь металлорезиновых гранул (10-30 мм) и фарфоровых шариков (6 -12 мм) в соотношении 3:1 |
||
|
3 |
Металлорезиновые гранулы |
||
|
4 |
Резиновые гранулы (10-30 мм) |
||
|
5 |
Резиновые гранулы прямоугольной формы (10-30 мм) |
||
|
6 |
Древесные гранулы ( 20-30 мм) |
||
|
7 |
Смесь резиновых гранул (10-30мм) и фарфоровых шариков (6 -12 мм) в соотношением 3:1 |
Na2CO3, (30 г/л); NaOH (40 г/л); Na2O·2SiO2 (15 г/л) |
|
|
8 |
NaOH (30 г/л); NH2SO2OH (10 г/л) |
||
|
9 |
Na2CO3 (30 г/л); Na3PO4 (20 г/л); прогресс (10 г/л) |
||
|
10 |
NaOH (20 г/л); Na2CO3 (З0 г/л); Na3PO4 (15 г/л) |
||
|
11 |
Na3PO4 (25г/л); NaOH (15г/л); NaNO3 (20г/л); Na2O·2SiO2 (5г/л) |
||
|
12 |
Na2CO3 (50г/л); Na2O·2SiO2 (15г/л) |
1-6 технологические регламенты, приведенные в табл. 1
Рисунок 6 – Зависимость степени ВМХО поршней от продолжительности обработки и вид обрабатывающей технологической жидкости
7-12 технологические регламенты, приведенные в табл. 1
Рисунок 7 ‒ Зависимость степени ВМХО поршней от продолжительности обработки
и состава обрабатывающей гранулированной среды
4 Обсуждение и заключение
Проведённый комплекс экспериментальных исследований подтвердил, что процесс очистки поверхности в условиях вибрационных технологических систем является результатом синтеза одновременно протекающих в рабочей камере под воздействием низкочастотных колебаний механических и химических эффектов.
Установлено, что увеличение амплитуды колебаний приводит к повышению силового ударно импульсного воздействия гранул на обрабатываемую поверхность и, как следствие, к росту величины удаления с неё твердых загрязнений. Увеличение частоты колебаний рабочей камеры способствует интенсификации процесса очистки, обусловленной ростом количества актов ударноимпульсно взаимодействия гранул с очищаемой поверхностью. Таким образом, управление амплитудно-частотными параметрами колебаний позволяет обосновать вид вибрационной технологической системы для выполнения операций очистки деталей от загрязнений в условиях реновационного производства, выбор наиболее рациональных режимов и производительность ВМХО.
Наилучший технологический эффект очистки от твердых загрязнений, таких как нагар, масляно-грязевые отложения, окалина, как показал сравнительный анализ, достигается при использовании в качестве обрабатывающей гранулированной среды, состоящей из резиновых гранул с металлическими сердечниками и абразивных гранул ПТ10x10. Такая комбинация обрабатывающей среды позволяет практически полностью удалить загрязнения из труднодоступных мест, а также микронеровностей обрабатываемых поверхностей деталей. Делается это без разрушения исходной шероховатости.
Предложенный и исследованный набор технологических жидкостей для ВМХО позволил выделить основные составляющие химические элементы, присутствие которых в водном растворе обеспечивает эффективную очистку поверхностей от масляных загрязнений. Представленные результаты исследований не являются исчерпывающими и в каждом конкретном случае в зависимости от свойств загрязнений и обрабатываемого материала могут быть откорректированы как по составу химических элементов, так и по их количественному содержанию, которые должны дополнительно отрабатываться путём экспериментальных и натурных испытаний.
В заключение следует отметить, что результаты проведенных исследований и установленные на их основе закономерности являются исходной предпосылкой для разработки подготовительных технологических операций, связанных с выполнением моечно-очистных переделов реновационного производства.
