Способ зачистки деталей из полимерных материалов



Способ зачистки деталей из полимерных материалов
Способ зачистки деталей из полимерных материалов
Способ зачистки деталей из полимерных материалов
Способ зачистки деталей из полимерных материалов

 


Владельцы патента RU 2466017:

Зверовщиков Евгений Александрович (RU)

Заявляемое изобретение относится к обработке изделий из резины и пластмасс в контейнерах с планетарным вращением и может быть использовано в машиностроении и приборостроении для удаления облоя и грата. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности зачистки облоя и грата с полимерных деталей и снижение расхода хладагента. Технический результат достигается в способе зачистки деталей из полимерных материалов, при котором детали и рабочие тела загружают в контейнеры с теплоизолирующим покрытием. Затем охлаждают полимерный материал жидким азотом до хрупкого состояния и сообщают контейнерам, смонтированным в гнездах водила, планетарное вращение, а водилу с контейнерами переносное вращение вокруг оси, перпендикулярной оси водила. При этом определяют удельные теплоемкости материала обрабатываемых деталей (CP1), материала рабочих тел (CP2), материала полимерной облицовки контейнера (CP3) и материала стенок контейнера (CP4) в Дж/кг*К, массу обрабатываемых деталей (m1), массу рабочих тел (m2), массу полимерной облицовки контейнера (m3) и массу контейнера (m4) в кг, температуру окружающей среды (t1), температуру охрупчивания материала обрабатываемых деталей (t2) и температуру наружной стенки контейнера (t3) в К, длительность цикла обработки (τ) в сек, и рассчитывают необходимый объем жидкого азота. 2 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к отделочно-зачистной обработке деталей из резины и пластмасс в контейнерах с планетарным вращением и может быть использовано в машиностроении и приборостроении для удаления облоя и грата.

Известны различные способы удаления облоя и грата с деталей из полимерных материалов путем галтовки их совместно с твердым, как правило, металлическим наполнителем во вращающихся барабанах при охлаждении рабочей загрузки до появления хрупких свойств в полимерных деталях [1, 2].

В известных способах удаление облоя и грата производят в контейнерах, которым сообщают планетарное вращение. При вращении водила под действием инерционных, преимущественно центробежных сил происходит уплотнение рабочей загрузки на периферии контейнеров, а вращение контейнера вокруг собственной оси приводит к ее пересыпанию в объеме контейнера. Облой на изделиях, охлажденных до хрупкого состояния путем подачи хладагента в контейнеры, разрушается при соударениях с рабочими телами, обусловленных пересыпанием рабочей загрузки и ударным взаимодействием рабочих тел (металлического наполнителя) с обрабатываемыми полимерными изделиями.

При определенных параметрах планетарного вращения контейнеров, обработка оказывается неэффективной или полностью прекращается, а стабильность удаления облоя с партии, загруженной в контейнеры, изделий не гарантируется даже на эффективных режимах, так как при пересыпании уплотненной загрузки в объеме контейнера вблизи центра масс загрузки формируется зона относительного покоя (застойная зона), где отсутствует взаимодействие изделий с твердым наполнителем, а следовательно, удаление облоя. При этом также сложно определить необходимое количество хладагента (обычно жидкого азота), необходимого для охрупчивания облоя. При избыточной подаче хладагента происходит охрупчивание всей массы изделий (напр., колец), что приводит к увеличению брака вследствие разрушения колец по сечению, а при недостаточной для охрупчивания облоя массе хладагента снижается или полностью прекращается удаление облоя и требуется повторная обработка значительной части изделий или удаление сохранившегося облоя вручную.

Наиболее близким заявляемому изобретению является «Способ удаления облоя и грата с изделий из полимерных материалов» по патенту №2227781 [3], при котором полимерные изделия загружают вместе с твердым наполнителем в контейнеры, охлаждают до хрупкого состояния и сообщают контейнерам планетарное движение. Для устранения застойной зоны в объеме пересыпающейся в контейнерах уплотненной загрузки водилу, несущему контейнеры, сообщают переносное вращение вокруг оси, перпендикулярной оси водила, кроме того, угловые скорости вращения водила и контейнеров вокруг собственных осей и водила в переносном движении ограничивают расчетными соотношениями. При этом существенно возрастает стабильность обработки.

Недостатками прототипа являются: отсутствие технологических критериев для регламентирования объема жидкого азота, подаваемого в контейнеры, при изменении режимов сложного вращения контейнеров и различных конструктивных параметров центробежных устройств, что приводит к неоднородности качественных показателей обработки полимерных деталей вследствие значительных колебаний температуры охлаждения рабочей загрузки хладагентом, массу (объем) которого определяют экспериментальным путем, а это сопровождается значительным объемом брака при отработке технологии зачистки.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности зачистки облоя и грата с полимерных деталей и снижение расхода хладагента. Технический результат достигается тем, что охлаждение рабочей загрузки до температуры охрупчивания полимерных деталей производят жидким азотом, объем которого при дозированной загрузке в контейнеры определяют по соотношению

где N - мощность, необходимая для уплотнения и пересыпания рабочей загрузки при планетарном вращении контейнера, Вт;

τ - длительность цикла обработки, с;

m1 и m2 - масса обрабатываемых деталей и рабочих тел соответственно, кг;

CP1 и CP2 - удельная теплоемкость материала обрабатываемых деталей и рабочих тел соответственно, Дж/кг*К;

t1 и t2 - температура окружающей среды и температура охрупчивания обрабатываемого материала деталей соответственно, К;

µ - теплота парообразования жидкого азота, Дж/кг (µ=198700 Дж/кг при Т=78К) [5, стр.138];

ρa - плотность жидкого азота, кг/м3азот=804,8 кг/м3 при t=78K и давлении 1 атм) [5, стр. 158];

kП - поправочный коэффициент (kП=1.05-1.1);

ΔVa - дополнительный объем жидкого азота, необходимый для охлаждения внутренней полимерной облицовки и стального корпуса контейнера, м3,

причем

где ρз - насыпная плотность рабочей загрузки, кг/м3;

Н - высота контейнера, м;

r - радиус контейнера, м;

u - коэффициент утяжеления

(, Rв - радиус водила, g - ускорение свободного падения, м/с2);

i - передаточное отношение привода контейнера (i=1.73);

ω1 - угловая скорость, с-1;

α - величина центрального угла уплотненного сегмента загрузки в поперечном сечении цилиндрического контейнера, град;

φc - величина угла, определяющего положение центра масс загрузки, град;

CP3 и CP4 - удельная теплоемкость полимерной облицовки контейнера и удельная теплоемкость материала стенок контейнера соответственно, Дж/кг*К;

m3 и m4 - масса полимерной облицовки контейнера и масса стального контейнера соответственно, кг;

t3 - температура наружной стенки контейнера, К.

Предлагаемый способ позволяет повысить эффективность удаления облоя с резинотехнических и грата с пластмассовых деталей, так как позволяет технически обоснованно определить объем хладагента (жидкого азота), достаточного для перевода полимерных материалов в состояние охрупчивания, необходимое для разрушения излишков материала металлическим наполнителем в контейнерах с планетарным вращением. При этом достигается уменьшение расхода хладагента.

Объем хладагента (жидкого азота) Va определяется с учетом работы, необходимой для уплотнения и пересыпания рабочей загрузки в объеме контейнера, совершающего сложное вращение. При этом считаем, что эта работа трансформируется в тепловую энергию. Часть жидкого азота будет затрачена на охлаждение обрабатываемых полимерных деталей и металлического наполнителя. Поправочный коэффициент kП позволяет учесть потери при загрузке контейнеров и уплотнении крышек, а также потери в подвижных сопряжениях и предохранительном клапане. Второе слагаемое ΔVa позволяет учесть необходимое количество хладагента для охлаждения массы полимерной облицовки и стального контейнера.

Сравнение известных технологических решений с заявляемым показало, что существенным отличительным признаком заявляемого способа является ограничение объема хладагента (жидкого азота) при дозированной загрузке в контейнеры.

Технических решений со сходными отличительными признаками по патентной и научно-технической литературе не обнаружено, следовательно, заявляемый способ обладает существенными отличиями.

На фиг.1 приведена принципиальная схема осуществления способа зачистки облоя с деталей из полимерных материалов в контейнерах с планетарным вращением при дозированной заливке хладагента. Рабочую загрузку 1, состоящую из полимерных деталей, металлического наполнителя (стальных шаров), помещают в цилиндрический стальной контейнер 2, снабженный слоем теплоизоляции 3, заливают дозированно хладагент, закрывают герметичной крышкой 4 с клапаном 5 для сброса избыточного давления и сообщают планетарное вращение со скоростью ω1 вокруг оси 6 водила (см. фиг.2) и скоростью ω2 вокруг собственной оси. При этом для устранения застойных зон в объеме контейнера водилу планетарного механизма сообщают дополнительное вращение со скоростью ω3 вокруг оси 7, перпендикулярной оси вращения водила. При сложном вращении контейнера происходит уплотнение рабочей загрузки и контактное взаимодействие охлажденных до состояния охрупчивания полимерных деталей с рабочими телами (стальными шарами). Учитывая пониженную прочность излишков полимерного материала, возникших при изготовлении деталей прессованием, облой и грат при контакте со стальными шарами разрушается при циклическом многократном пересыпании в объеме контейнера. Длительность цикла обработки не превышает 1…2 мин в зависимости от конфигурации обрабатываемых полимерных материалов и размеров облоя или грата. По окончании обработки выгружают содержимое контейнера на сепарирующее устройство для разделения полимерных деталей и металлического наполнителя. Обработанные детали контролируют и сортируют, а металлический наполнитель повторно загружают в контейнеры с новой партией деталей и цикл обработки повторяют.

ПРИМЕР.

Обработке подвергались различные детали из резины марки СКН-26. Детали загружались в цилиндрический контейнер с внутренним диаметром D=0,2 м, высотой Н=0,2 м. Радиус водила Rв=0,155 м. Объем обрабатываемых тел составлял 1.5 дм3, насыпная плотность деталей 0,9 кг/дм3. В качестве наполнителя использовались металлические шары диаметром 6…8 мм, в количестве 0,25 дм3, насыпная плотность рабочих тел 4,1 кг/дм3. Теплоемкость резины 2180 Дж/кг*К [6, с.74], теплоемкость стали 486 Дж/кг*К [7, с.629], теплоемкость полиуретана 1380 Дж/кг*К [9]. Объем полиуретановой облицовки 1,7 дм3, объем металла стенок 0,85 дм3. Плотность полиуретана 1,2 кг/дм3 [8, с.57], плотность стали 7,859 кг/дм3 [7, с.617]. Обработка производилась при ω1=10 с-1. Центральный угол уплотненного сегмента загрузки α=170°. Угол положения центра масс загрузки в поперечном сечении контейнера φс=20°. Передаточное отношение привода контейнера i=1.73.

Количество жидкого азота для первоначальной дозированной загрузки в контейнер составило 4,2 дм3 с учетом охлаждения контейнера. Количество жидкого азота для последующих дозированных загрузок 2,7 дм3. После обработки в течение 60 с количество деталей с неполностью удаленным облоем не превышало 8%. Исследованиями установлено, что при использовании расчетного количества жидкого азота процент брака составляет 6-8%. Количество жидкого азота (2,7 дм3) было при этом рассчитано таким образом, чтобы не допустить превышения температурой загрузки контейнера температуры хрупкости резины в течение цикла обработки, составлявшего 60 с. Уменьшение количества жидкого азота менее расчетного (2-2,5 дм3), при прочих равных условиях обработки, привело к резкому увеличению количества необработанных деталей (до 25%), что связано с повышением температуры внутри контейнера, что приводит к неполному охрупчиванию облоя. Сравнение теоретических результатов с практическим расходом хладагента показало, что расход несколько выше теоретического. Поправочный коэффициент kП для учета этого эффекта достаточно стабилен.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Авт. свид. №306016 М. кл. В24С 17/12. Способ удаления облоя с изделий из полимерных материалов / Ю.А.Иванов, А.П.Синютин, Г.Я.Васильев. - Опубл. в БИ №19, 1971 г.

2. Авт. свид. №1657395 (СССР) М. кл. В29С 37/02. Способ удаления облоя с деталей из полимерных материалов / А.А.Бабурин, Г.Б.Вязов и В.А.Минаков. Опубл. в БИ №23, 1991 г.

3. Патент №2227781 (РФ) М. кл. В29С 37/02. Способ удаления облоя и грата с изделий из полимерных материалов / Зверовщиков В.З., Зверовщиков А.Е., Переседов Д.И., Ломакин В.А. - Опубл. в БИ №19, 27.04.2004 г.

4. Сячин Е.Т. Конструкторско-технологическое обеспечение рациональных условий обработки деталей приборостроения в планетарных барабанах / Интенсификация и автоматизация отделочно-зачистной обработки деталей машин и приборов: Тез. докл. науч.-техн. конф. - Ростов-на-Дону, РИСХМ, 1988. - С.151.

5. Сычев В.В., Вассерман А.А. Термодинамические свойства азота. - М.: Изд-во стандартов, 1977. - 352 с.

6. Лукомская А.И. Механические испытания каучука и резины. - М, Высшая школа, 1968. - 140 с.

7. Сорокин В.Г. Стали и сплавы. Марочник. - М, Интермет инжиниринг, 2001. - 608 с.

8. Энциклопедия полимеров. Том 3. Глав. ред. В.А.Кабанов. М., изд. «Советская энциклопедия», 1977.

9. http://www.dpva.info/Guide/GuidePhysics/GuidePhysicsHeatAndTemperature/SpecificHeat/SpecificHeatTable/

1. Способ зачистки деталей из полимерных материалов, при котором детали и рабочие тела загружают в контейнеры с теплоизолирующим покрытием, охлаждают полимерный материал жидким азотом до хрупкого состояния и сообщают контейнерам, смонтированным в гнездах водила, планетарное вращение, а водилу с контейнерами - переносное вращение вокруг оси, перпендикулярной оси водила, отличающийся тем, что определяют удельные теплоемкости материала обрабатываемых деталей (CP1), материала рабочих тел (CP2), материала полимерной облицовки контейнера (CP3) и материала стенок контейнера (СP4) массу обрабатываемых деталей (m1), массу рабочих тел (m2), массу полимерной облицовки контейнера (m3) и массу контейнера (m4), температуру окружающей среды (t1), температуру охрупчивания материала обрабатываемых деталей (t2) и температуру наружной стенки контейнера (t3), длительность цикла обработки (τ), и рассчитывают необходимый объем жидкого азота по следующему соотношению:

где N - мощность, необходимая для уплотнения и пересыпания рабочей загрузки при планетарном вращении контейнера, Вт;
µ - теплота парообразования жидкого азота, Дж/кг;
ρa - плотность жидкого азота, кг/м3;
kп - поправочный коэффициент, (kп=1,05-1,1),
измеренные параметры имеют следующие размерности Ср в Дж/кг·К, m в кг, t в К и τ в с.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обработке изделий из резины и пластмасс в контейнерах с планетарным вращением и может быть использовано в машиностроении для удаления облоя и грата.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении накладок сцепления автомобилей. .

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к струйной галтовке деталей. .

Изобретение относится к обработке материалов и может быть использовано для зачистки от облоя пластмассовых деталей. .

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано во всех областях народного хозяйства для зачистки облоя на пластмассовых деталях. .

Изобретение относится к области механической обработки изделий из полимерных материалов и может быть применено в приборостроении. .

Изобретение относится к технологии изготовления резинокордных оболочек диафрагменного типа, имеющих гермокамеру с кольцевой арматурой, в частности, когда необходима привулканизация резины не по всей высоте кольцевой арматуры и требуется обрезка непривулканизованной резины, как правило, на заданной от кромки арматуры высоте и под заданным углом. Техническим результатом предлагаемого устройства является обеспечение точной обрезки выпрессовочной резины на заданной высоте с заданным углом реза, улучшение качества обрезки без повреждения поверхности кольцевой арматуры. Устройство для обрезки выпрессовочной резины на кольцевой арматуре выполнено в виде вращающейся каретки, на которой смонтирован кронштейн с режущей головкой, установленной под заданным углом и оснащенной дискообразным ножом, имеющим возможность установки на заданной высоте и горизонтального перемещения его до соприкосновения с арматурным кольцом. Устройство содержит пружину, выполненную поджатой в рабочем положении и обеспечивающую постоянное усилие контакта дискообразного ножа с поверхностью арматурного кольца. 3 ил.

Изобретение относится к ремонту шины. Шероховальный инструмент для стачивания поверхности шины содержит вращающие средства для вращения шероховального круга, шероховальный круг, с возможностью вращения прикрепленный к вращающим средствам, и ограничитель глубины стачивания, прикрепленный к вращающим средствам. Ограничитель глубины стачивания содержит два вращающихся направляющих ролика, прикрепленных с возможностью вращения к ограничителю глубины и расположенных на расстоянии друг от друга вдоль общей оси вращения, так что шероховальный круг расположен между указанными двумя направляющими роликами. Шероховальный круг выполнен с возможностью прохождения на заданное расстояние за пределы диаметра указанных направляющих роликов, соответствующее необходимой глубине стачивания, при этом ось вращения шероховального круга расположена по существу перпендикулярно общей оси вращения направляющих роликов. Обеспечивается восстановление области шины в случае ее повреждения в процессе эксплуатации. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх