Повышение долговечности гарнитуры чесальных машин на основе импульсной магнитной обработки и новых конструктивных решений

Повышение качества чешущей гарнитуры чесальных машин имеет важное народно-хозяйственное значение. Чешущая гарнитура с высокими эксплуатационными характеристиками обеспечивает рост производительности труда, экономию металла и повышение качества изделий легкой и текстильной промышленности.

Применение новых высокоскоростных чесальных машин и использование хлопка различной засоренности предъявляют повышенные требования к качеству чешущей гарнитуры.

Для изготовления чешущей гарнитуры в текстильном машиностроении используется проволока из углеродистой стали 50,55 и 65. Материал, технология изготовления, термическая обработка отечественной чешущей гарнитуры не претерпевали существенных изменений в течение длительного времени, несмотря на модернизацию оборудования в прядильном производстве текстильной промышленности. Чешущая гарнитура к чесальным машинам, поступающая на внутренний рынок с отечественных заводов-изготовителей, не отвечает требованиям, которые предъявляются к механическим и эксплуатационным характеристикам пильчатой гарнитуры при современномразвитии оборудования текстильной промышленности. Значительно возрос импорт чешущей гарнитуры в Россию из Германии, Швейцарии, Японии и других стран.

Поэтому возникает необходимость увеличения долговечности отечественной чешущей гарнитуры путем совершенствования техники и технологии ее изготовлениям именно взыскание нового способа ее поверхностного упрочнения. Кроме того, в настоящее время имеют место трудности в технологическом процессе крепления отдельных полосок пильчатой ленты в чешущий блок и недостатки в конструкциях шляпки и сегмента для его крепления.

ЦЕПЬ РАБОТЫ. Цель настоящей работы состоит в совершенствовании конструкции и повышении качества чешущей гарнитуры, шляпок и сегментов чесальных машин, качества прочеса и надежности чесального оборудования за счет улучшения эксплуатационных характеристик чесальной гарнитуры благодаря применению упрочняющей импульсной магнитной обработки и лазерной сварки для крепления отдельных полосок пильчатой ленты в чешущий блокв развитии методов математического моделирования для решения задач проектирования и исследования влияния импульсной магнитной обработки на физико-механические и эксплуатационные свойства чешущей гарнитуры.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Методической и теоретической основой диссертации явились труды ведущих отечественных и зарубежных ученых по технике и технологии чесального производства, теории математического моделирования, магнетизма, упругости, трения и износа, дислокационной теории, методам поверхностного пластического деформирования и т. д.

Микроструктурный анализ проводился с помощью электронного просвечивающего микроскопа с получением изображений методом светлого поля и угольных реплик с образцов с оттенением окисью вольфрама. Фотографирование вершин зубьев пильчатой ленты до и после износа осуществлялось на растровом электронном микроскопе. Рентгенострук-турный анализ проводился на дифрактометре типа ДР0Н-4. Напряжения I рода определялись методом Н. Н. Давиденкова. Исследования на трение и износ осуществлялись на машине трения типа 2070 С11Г-1. Плотность дислокаций, величины микронапряжений и размеры блоков когерентного рассеяния определялись по известным методикам с использованием ЭВМ. Механические свойства чешущей гарнитуры исследовались на специальных приборах фирмы «ГРАФ» (Швейцария) в измерительной лаборатории АО «ИВЧЕСМАШ» по стандартным методикам.

Эксперименты проводились с доверительной вероятностью (ГОСТ 8,011−72) и точностью измерений -1,1*2,3% для одного режима обработки импульсным магнитным полем в зависимости от типа проводимого эксперимента. Численные решения уравнений различных процессов решались с использованием ЭВМ. Обработку и оценку результатов осуществляли методами математической статистики.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА результатов, полученных в ходе выполнения диссертационной работы, заключается в следующем:

1.Разработана методика теоретического исследования условий контакта волокнистой массы с металлической поверхностью и поверхностью пильчатой гарнитуры. Получены уравнения для определения фактической площади контакта волокнистой массы с металлической поверхностью и поверхностью пильчатой гарнитуры. Установлена зависимость фактической площади контакта от параметров пильчатой ленты. Разработан алгоритм расчета фактической площади контакта пары волокнистая масса-пильчатая гарнитура.. .

2.Разработана методика теоретического исследования износа зубьев пильчатой гарнитуры. Установлены характер и степень влияния параметров пильчатой ленты на характеристики трения волокнистой массы по поверхности зубьев гарнитуры, а также на распределение нормальных напряжений по высоте зуба. Получено уравнение и разработан алгоритм решения уравнения интегральной массовой интенсивности изнашивания зубьев гарнитуры.

3. Разработаны и исследованы конструкции шляпки и сегмента чесальной машины для установки и крепления в них чешущих блоков гарнитуры, а также способы изготовления чешущих блоков для шляпки и сегмента. Установлена зависимость величины разновысотности вершин зубьев о профиля пильчатой ленты и способа её базирования при изготовлении чешущего блока. Разработаны два новых профиля пильчатой ленты.

4. Разработана математическая модель расчета параметров магнитного поля в зоне вершины зуба пильчатой ленты. Установлена зависимость величины плотности магнитной энергии от направления магнитного поля относительно оси зуба и заполнения пространства между зубьями воздухом или ферромагнитным порошком.

5. Раскрыта физическая сущность и выявлен механизм упрочнения импульсной магнитной обработкой. Эта. обработка вызывает закономерные изменения структуры и физических свойств, обусловленные образованием новой субзеренной структуры, снижением граничной энергии и перераспределением дислокаций как внутри субзерен, так и на их границах. .

6. Разработаны условия обработки импульсным магнитным полем, обеспечивающие формирование антифрикционного поверхностного слоя и управление комплексом его параметров (механических, физических, структурных), отличающихся равномерностью распределения по поверхности и глубине слоя, а также стабильностью во времени при эксплуатации. Установлено, что глубина упрочненного импульсной обработкой слоя зависит от качества предшествующей термообработки. Обоснован выбор метода поверхностного упрочнения гарнитуры импульсным магнитным полем путем сравнения с другими методами упрочнения для определенных условий эксплуатации в производстве.

7. Получена зависимость степени упрочнения от величины исходного зерна, режимов магнитной обработки. Установлена связь между величиной граничной энергий субзерен, толщиной граничного слоя, количеством дислокаций в субграницах и внутри субзерен от режимов импульсной магнитной обработки.

8. Рассчитано и экспериментально подтверждено снижение износа рабочей части зубьев гарнитуры, упрочненных магнитной обработкой, по сравнению. с обычной гарнитурой. Рассмотрен дислокационный механизм возникновения микротрещин в металле. Установлено, что импульсная магнитная обработка повышает износостойкость зубьев гарнитуры при одновременном сохранении в заданных режимах работы ее проникающей способности.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

Полученные в работе теоретические и экспериментальные разработки позволяют осуществлять проектирование и изготовление гарнитур с высокими эксплуатационными характеристиками.

Разработаны конструкции шляпки и сегмента с целью крепления на них сварных блоков чешущей гарнитуры.

Разработан комплекс оборудования для экспериментального исследования режимов сварки пильчатой гарнитурысозданы составы паст для сохранения твердости вершин зубьев в околошовной зоне.

Сконструированы и изготовлены магнитно-импульсные установки, позволяющие упрочнять пильчатую ленту как в стационарном режиме, так и во время движения на автоматической линии при ее изготовлении или при навивке ленты на чесальные барабаны.

Разработан алгоритм определения интенсивности изнашивания гарнитуры.

Создан комллекс оборудования для экспериментального исследования эксплуатационных характеристик гарнитуры.

Разработаны технологические основы импульсного магнитного метода упрочнения, обеспечивающего формирование стабильных параметров качества поверхностного слоя зубьев гарнитуры.

Получены аналитические и графические зависимости механических и эксплуатационных характеристик чешущей гарнитуры от режимов импульсной магнитной обработки.

Создана расчетно-экспериментальная методика для прогнозирования изменения физико-механических свойств металла гарнитуры под действием импульсного магнитного поля.

Проведена модернизация линий по изготовлению пильчатой ленты на АО «ЙВЧЕСМАШ» .

ВЫВОДЫ.

1. Установлено изменение величины коэффициента трения пары войлок-металл в зависимости от режимов импульсной магнитной обработки: с увеличением напряженности магнитного поля величина коэффициента трения падает, а с увеличением времени обработки магнитным полем — увеличивается.

2. Значение величины коэффициента трения меньше у мартенсита и троостита и больше у зернистого перлита и сорбита.

3. Экспериментами установлено, что упрочнение зубьев пильчатой ленты лазерной, плазменной, электроискровой, химико-термической обработкой приводит к увеличению износостойкости гарнитуры. Однако из-за возникающих в результате упрочнения отрицательных побочных явлений (увеличение хрупкости вершины зуба, увеличения твердости основания ленты, изменение профиля зуба), влияющих на качество прочеса, а также из-за ужесточения требований по технике безопасности в цехе, увеличения расходов на изготовление пильчатой ленты — внедрение вышеуказанных методов упрочнения в условиях АО «Ивчесмаш» практически невозможно.

4. Установлено, что импульсная магнитная обработка увеличивает износостойкость пильчатой гарнитуры. Незначительная стоимость импульсной магнитной установки (около I млн. рублей), простота технологии позволяют использовать этот метод на автоматических линиях по изготовлению пильчатой ленты в условиях АО" Ивчесмаш" .

Обработка импульсным магнитным полем с использованием ферромагнитного порошка увеличивает износостойкость пильчатой гарнитуры по сравнению с МИО без порошка.

Износостойкость пильчатой гарнитуры, обработанной ШО после закалки на производственной линии, выше, чем у пильчатой ленты, закаленной в магнитном поле, и выше, чем у ЦОПЛ, обработанной № 0 после закалки на производственной линии, выше чем у пильчатой ленты, закаленной в магнитном поле, и выше, чем у ЦМШ1, обработанной Ш0 последовательно во время закалки и после закалки.

5. Установлен характер износа вершин зубьев типов ГВ 2875×0,8 и СД 4065×0,9, обработанных и необработанных импульсным магнитным полем в разных режимах, а также характер износа зубьев, упрочненных другими методами, по сравнению с характером износа зубьев импортной гарнитуры.

6. Исследованы условия контакта волокна и зубьев гарнитуры.

7. Проведен расчет интенсивности изнашивания зубьев пильчатой гарнитуры.

8. Исследована износостойкость игольчатой гарнитуры обработанной импульсным магнитным полем.

Установлен характер износа вершин иголок игольчатой гарнитуры для различных режимов упрочнения магнитным полем.

9. Исследован дислокационный механизм возникновения микротрещин в металле, упрочненным импульсным магнитным полем.

Установлено, что магнитно-импульсная обработка увеличивает критическое разрушающее напряжение и уменьшает возможность образования новых и развитие уже имеющихся микротрещин за счет увеличения напряжения сопротивления движению дислокаций в сплаве.

10. Производственные испытания на текстильных предприятиях пильчатой гарнитуры, обработанной импульсным магнитным полем, показали увеличение ее износостойкости в 1,5.2 раза и улучшение качества чесальной ленты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В работе решена научно-техническая проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение-формообразование и управление качеством поверхностного слоя и точностных параметров зубьев пильчатой гарнитуры в процессе импульсной магнитной обработки и разработке новых конструктивных решений в целях повышения долговечности гарнитуры чесальных машин до уровня зарубежных аналогов.

•Проведенные теоретические и экспериментальные исследования по решению проблемы повышения долговечности гарнитуры чесальных машин позволили сделать следующие выводы:

I.Исследованы особенности эксплуатации чесальной гарнитуры в текстильной промышленности, выявлены основные факторы, снижающие эксплуатационные характеристики, и причины выхода из стр< гарнитуры. Установлено, что основным фактором, снижающим долговечность гарнитуры, является износ зубьев гарнитуры, приводящий к снижению ее проникающей способности и увеличению разновысотно-сти вершин зубьев, и тем самым к ухудшению качества прочеса волокнистой массы. Причиной преждевременного износа гарнитуры является низкое качество поверхностного слоя зубьев.

Другим фактором, снижающим точность изготовления и наладку узлов чесальной машины, является разновысотность вершин зубьев шляпочной и сегментной гарнитуры, приводящей к уменьшению стабильности разводки между гарнитурами шляпки (сегмента) и барабана и тем самым к увеличению периодических колебаний линейной плотности чесальной ленты. Причинами разновысотности вершин зубьев гарнитуры шляпки и сегмента являются недостатки в их конструкциях и способах изготовления.

2. Разработаны модели волокнистой массы, металла и пильчатой гарнитуры. Создана расчетно-экспериментальная методика определения фактической площади контакта волокнистой массы и металлической поверхности. Получены зависимости для определения фактической площади контакта волокнистой массы с металлической шероховатой, с металлической шероховатой волнистой поверхностями, с поверхность®пильчатой гарнитуры. Разработан алгоритм расчета фактической площади контакта пары волокно-металл и пары волокно-пильчатая гарнитура.

Получена аналитическая зависимость для расчета интегральной массовой интенсивности изнашивания зубьев гарнитуры. Разработан алгоритм и программа расчета интенсивности изнашивания. Разработан дислокационный механизм возникновения м роста микротрещкн в поверхностном слое металла.

3. Разработан способ крепления отдельных полосок пильчатой ленты в чешущий блок посредством установки полосок на магнитную плиту и последующей сварки лазерным лучом, а также конструкция шляпки для установки в ней чешущего блока. Разработаны новые профили пильчатой ленты и способ изготовления чешущего блока для сегментов чесальных машин.

Выявлено, что при разработанных способах изготовления пильчатой гарнитуры разновысотность вершин зубьев определяется лишь допуском на изготовление пильчатой ленты.

4. Проведены сравнительные исследования по упрочнению зубьев гарнитуры различными методами. Установлено, что оптимальной является обработка импульсным магнитным полем.

Лабораторные и натурные исследования на текстильных предприятиях показали, что импульсная магнитная обработка существенно улучшает эксплуатационные свойства пильчатой гарнитуры: повышается в 2 раза ее износостойкость при сохранении в заданных режимах ее проникающей способности.

5. Разработана математическая модель расчета параметров магнитного поля в зоне вершины зуба пильчатой ленты. Сконструированы и изготовлены установки для импульсной магнитной обработки пильчатой ленты как в стационарном режиме, так и в условиях движения на автоматической линии при ее изготовлении.

6. Разработана расчетно-экспериментальная методика и получены аналитические зависимости, описывающие связь физико-механических и эксплуатационных свойств гарнитуры с режимами импульсной магнитной обработки, позволяющие прогнозировать изменение этих характеристик. В результате исследований установлены оптимальные значения параметров процесса и режимы импульсной магнитной обработки.

7. Раскрыта физическая сущность магнитной обработки, при которой в упрочненной стали протекают следующие процессы:

— формирование внутри зерен исходной структуры новых субзерен, сопровождаемое уменьшением поверхностной энергии;

— перераспределение дислокаций как внутри субзерна, так и на его границах;

— микропластическая деформация;

— перераспределение напряжений первого рода.

8. Раскрыт механизм упрочнения стали при импульсной магнитной обработке. Измельчение зерна исходной структур! и создание организованных дислокационных построений внутри субзерен и на юс границах, препятствующих выходу подвижных дислокаций при действии приложенного напряжения, приводят к увеличению сопротивлени сдвига, то-есть к увеличению ее прочности.

9. Разработаны и проверены в производственных условиях на.

АО «Ивчесмаш» рекомендации по совершенствованию технологии изготовления пильчатой ленты и блоков пильчатой гарнитуры, направленные на повышение их качества. Результаты исследований внедрены на АО" Ивчесмаш" и испытаны на текстильных предприятиях. Экономический эффект на заводе получен за счет снижения процента брака пильчатой ленты по причине скола и изгиба вершин зубьев, а на текстильных предприятиях — за счет увеличения срока службы пильчатой гарнитуры, снижения расходов на ее приобретение и установку, сокращения времени простоя чесального оборудования, улучшения качества чесальной ленты.