Резюме:В отговор на характеристиките на композитните материали въглерод/въглерод, чрез изследване и прилагане на шлифовъчни инструменти, абразиви, приспособления, траектории на движение и т.н., статията обобщи предварително практичен и осъществим метод на смилане за уплътнителни пръстени с двойна уплътнителна повърхност. Качеството на повърхността на частите е значително подобрено и относително стабилно, отговаряйки на изискванията на проектните чертежи и решавайки проблема с плоското шлайфане за уплътнителни пръстени от въглероден/въглероден композитен материал с голям диаметър, тънка стена и двойни уплътнителни повърхности.
Ключови думи:карбон/въглеродни композитни материали; Шлифоване на уплътнителен пръстен; Двойно лицево уплътнение
Въглеродният графит е най-широко използваният фрикционен материал и има добра производителност на сдвояване с различни метали, неметали и покрития. Това е един от малкото двойни уплътняващи материали, подходящи за повечето ситуации на сухо триене. Въглеродни/въглеродни композитни материали са всички въглеродни композитни материали, направени от въглеродни влакна и техните тъкани като подсилващи материали, въглерод като матрица и обработени и карбонизирани. Характеристиките му са значителни: специфичното тегло е по-малко от 2.0g/cm3; Отлични високотемпературни механични свойства; Добра устойчивост на аблация; Има характеристиките на други композитни материали, като висока якост, висок модул, висока умора и характеристики на пълзене; Отлични характеристики на триене и износване, нисък коефициент на триене, стабилна производителност, което го прави най-добрият кандидат материал за различни устойчиви на износване и триене компоненти.
Уплътнителният пръстен от композитен материал въглерод/въглерод (наричан по-долу уплътнителен пръстен) е уплътнителен компонент с двойна повърхност с голям диаметър, висока точност на размерите, висока точност на формата и ниска грапавост на повърхността от двата края, което го прави много труден за обработка . Плоското шлайфане е крайният процес на обработка на уплътнителни пръстени и е ключът към обработката на уплътнителни пръстени. Важно е да използвате подходящи шлифовъчни инструменти, абразиви и приспособления. В същото време има високи изисквания към методите на смилане и строги изисквания към средата на смилане.
Въз основа на характеристиките на композитните материали въглерод/въглерод, тази статия изследва и изучава технологията на планарно смилане на уплътнителни пръстени с двойна уплътнителна повърхност от гледна точка на шлифовъчни инструменти, абразиви, инструменти и траектория на движение.
1 Анализ на уплътнителен пръстен
1.1 Анализ на структурата на уплътнителния пръстен
Уплътнителният пръстен е тънкостенен кръгъл компонент с голям диаметър (приблизително Φ 180), тънък на дебелина (почти 10 mm) и тясна ширина (почти 1{{8} } mm), той има главно следните структурни характеристики: жлеб на пръстена на челната страна, жлеб на външния пръстен, вътрешна и външна кръгла дантела, жлеб на челната повърхност, аксиален отвор, радиален отвор и др.; Лявата и дясната крайни повърхности са уплътнителни повърхности с висока точност на размерите, грапавост и изисквания за форма и позиция, с грапавост не по-голяма от Ra0.2 μm. Плоскостта е 0,0009 mm, успоредността не е по-голяма от 0,005 mm, а перпендикулярността към вътрешния отвор и външния кръг не е по-голяма от 0,01 mm.
1.2 Характеристики на материала
Заготовката от композитен материал въглерод/въглерод е показана на фигура 1, с въглеродни влакна, преплетени и подредени в плътна мрежеста форма, и въглеродни частици, запълнени между празнините на въглеродните влакна. В сравнение с обикновените графитни материали, той има добра твърдост и висока якост, с плътност от 1.8-2.0g/cm3 и твърдост по Шор по-малка или равна на 70.
Въглероден/въглероден композитен материал е нов тип ултра-високотемпературен материал, който е фокусиран върху изследвания и разработки в областта на нови материали. Той има следните важни характеристики:
Плътността е малка (<2.0g/cm3), only 1/4 of that of nickel based high-temperature alloys and 1/2 of that of ceramic materials.
Отлични високотемпературни механични свойства. Когато температурата се повиши до 2200 градуса, здравината му не само не намалява, но дори е по-висока от стайната температура, което е несравнимо с други структурни материали.
Добра производителност против аблация, равномерна аблация и може да се използва в среда с висока температура и краткотрайна аблация над 3000 градуса.
Отлични характеристики на триене и износване, с нисък коефициент на триене и стабилна производителност, което го прави най-добрият кандидат материал за различни устойчиви на износване и триене компоненти.
Има характеристиките на други композитни материали, като висока якост, висок модул, висока умора и производителност при пълзене.
1.3 Трудности при плоско шлифоване
Шлифоването има много предимства: висока точност на размерите, висока точност на формата, ниска грапавост на повърхността, подобрена повърхностна устойчивост на износване на частите и подобрена повърхностна якост на умора на частите. Шлайфането е последният процес на технологията за обработка на уплътнителен пръстен и качеството на смилането пряко влияе върху квалификацията на готовите части и важността му е очевидна. Шлифоването на уплътнителни пръстени има следните трудности: (1) Диаметърът на уплътнителния пръстен е голям, стената е тънка и шлайфането на двойното уплътнително лице е трудно; (2) Повърхността на уплътнителния пръстен е тъмна, със слаба осветеност и оптичното откриване на плоски кристали е трудно.
2 Изследване на технологията на плоско шлайфане
В отговор на трудностите при смилането на уплътнителните пръстени от въглероден/въглероден композит бяха проведени предварителни проучвания и изследвания в следните седем аспекта.
2.1 Инструменти за изследване
Шлифовъчният инструмент е носител на абразив, използван за покриване и вграждане на абразиви, което позволява на свободните абразивни частици да се вграждат в шлифовъчния инструмент и да упражняват режещи ефекти; В същото време той е инструмент за шлайфане и формоване, който предава своята точност на геометричната форма на детайла по определен начин. Има много важно изискване за шлифовъчните инструменти: изборът на твърдост на шлифовъчните инструменти е особено важен, тъй като прекалено твърдите могат да доведат до бързо счупване и износване на абразивните частици и дори някои абразивни частици се притискат в частите, влошавайки качеството на повърхността на машинната обработка; Твърде мекият кара абразивните частици да бъдат изстискани твърде дълбоко в шлифовъчния материал. Правилният избор на твърдостта на шлифовъчния инструмент може временно да поддържа абразивните частици и бързо да промени позицията им, така че всяка абразивна частица да има нови ръбове и ъгли, които да участват в рязането.
Нашата единица винаги е използвала сив чугун, метален материал със сравнително малка деформация при стайна температура, като материал за шлифоващ инструмент за шлайфане на въглеродно-графитни уплътнения. Има плътна организация, еднаква твърдост, подходяща способност за вграждане, добра устойчивост на износване, малка деформация и умерена твърдост, която е подходяща за използване като инструмент за смилане на въглеродно-графитни материали.
2.2 Смилане
Шлифовъчният агент е смес, съставена от абразивни частици, шлифовъчна течност и спомагателни материали. Абразивните частици, използвани за направата на абразиви, обикновено използват микро прах, често използван микро прах от зелен силициев карбид с размер на частиците: W20, W14 за грубо шлайфане, W14, W10 за полупрецизно шлайфане и под W7 за прецизно шлайфане.
В предишния процес на обработка на уплътнителните пръстени от карбон/въглерод, керосинът е използван като смилаща течност. По време на процеса на смилане беше установено, че керосинът не е лесно летлив, а смлените остатъци са лепкави и трудни за почистване. След смилането е необходимо да се изчака дълго време керосинът да изсъхне напълно, преди да се използват оптични плоски кристали за тестване, което губи много време; Освен това композитните материали въглерод/въглерод са особено чувствителни към керосин, което води до намаляване на осветеността след излагане на масло, замъглено показване на светлинна лента и трудност при откриване на плоски кристали.
В отговор на недостатъците от използването на керосинов флуид за смилане, след множество експерименти беше установено, че използването на алкохол като смилащ флуид има значителен ефект върху смилането. Алкохолът се изпарява бързо, уплътнителният пръстен е чист и чипсът не е залепнал. След като алкохолът се изпари бързо, уплътнителният пръстен може да се използва за откриване на плоски кристали, с добра осветеност и ясна светлинна лента, което значително подобрява скоростта на смилане и прави откриването много удобно.
2.3 Приспособление за смилане
Първоначалният дизайн на приспособлението за смилане е интегрирана структура, както е показано от лявата страна на Фигура 2. По време на процеса на смилане беше установено, че след смилането на едната крайна повърхност, другата крайна повърхност беше обърната и шлайфана. Плоскостта на челната повърхност след тестване с плосък кристал беше по-добра от тази на първото и оставаше същата всеки път. Освен това проблемът остава неразрешен при повторното шлайфане на първата челна повърхност.
След внимателен анализ беше установено, че проблемът е в мелничката. Оригиналното шлифовъчно приспособление е интегриран тип, а крайната повърхност, която влиза в контакт с частите, е вътрешен ограничител, който е труден за шлайфане. Обикновената механична обработка не може да постигне точността на качеството на повърхността след шлайфане. Триенето между повърхността на вече шлайфания уплътнителен пръстен и тази повърхност всъщност е износване, което води до лошо качество на крайната повърхност, която влиза в контакт с шлифовъчното приспособление.
2.4 Стъпки на смилане
Преди шлайфане на уплътнителния пръстен, челната повърхност трябва да се сплеска, за да се гарантира, че грапавостта на челната повърхност не е по-голяма от Ra{{0}}.8 μm. Успоредността между двете крайни повърхности не трябва да надвишава 0.005 mm. Специфични стъпки на шлайфане: (1) Шлифовъчен инструмент: Преди шлайфане на уплътнителния пръстен, шлифовъчната плоча трябва да бъде вградена с абразив и шлайфана, за да се постигне грапавост от Ra0,1 μM; (2) Шлифовъчни части: Използвайте приспособления за смилане върху шлифовъчна плоча според определена траектория на движение, като двете ръце упражняват постоянна и постоянна сила, и незабавно почистете шлифовъчната плоча, за да отстраните остатъците и мръсотията; (3) Почистете частите: След като частите са шлифовани, носете ръкавици и внимателно избършете остатъците от шлайфането и мръсотията с чиста копринена кърпа или памучна вата.
2.5 Траектория на движение
Изисквания за траекторията на движение на шлайфане: Тя трябва да може да гарантира, че всички точки на обработваната повърхност имат еднакви (или подобни) условия на рязане; В същото време е необходимо също така да се гарантира, че всички точки на повърхността на шлифовъчния инструмент имат еднакви (или подобни) условия на рязане. Изискванията са както следва: (1) Заготовката се движи успоредно на равнината на шлифовъчната плоча, като се гарантира, че ходовете на всички точки върху заготовката са еднакви, за да се постигне добра равнинност; (2) Движението на смилане трябва да се стреми към стабилност и да избягва големите ъгли на кривина, доколкото е възможно; (3) Движението на детайла обхваща цялата повърхност на шлифовъчния инструмент, за да се улесни равномерното износване на шлифовъчния инструмент; (4) Опитайте се да избягвате периодичното повторение на траекторията на движение на всяка точка от детайла.
След експеримент и проучване е подходящо да се използва синусоидална писта за смилане. След смилане за определено време, завъртете уплътнителния пръстен на 90 градуса ~180 градуса, за да предотвратите неравномерно износване на частите.
2.6 Изисквания за средата на смилане
Шлифоването е крайната обработка и резултатите от нея определят качеството на обработката на детайла. Изискванията за средата на смилане на уплътнителния пръстен са относително високи. Вратите и прозорците на операционната зала трябва да бъдат добре уплътнени, а операционната зала да се поддържа чиста и без прах. Температурата и влажността трябва да се контролират стриктно, а естествената светлина трябва да е достатъчна за тестване.
По време на процеса на плоско смилане на композитни материали въглерод/въглерод, те са много чувствителни към малки твърди частици като прах и примеси. Малки твърди частици като прах и примеси могат лесно да оставят драскотини по повърхността на материала, което да повлияе на качеството на смилане и дори да доведе до бракуване в тежки случаи.
2.7 Предпазни мерки
Поради тънката стена, големия диаметър и високите изисквания за точност на тази част, трябва да се обърне специално внимание на следните четири точки по време на процеса на смилане:
Налягането на смилане трябва да е ниско. Поради неравномерния контрол на силата на ръката е лесно да се причини деформация на частите и получената плоскост на повърхността не може да отговори на изискванията. Когато шлайфате, не забравяйте да не прилагате натиск върху шлифовъчното приспособление вертикално с ръка, а да прилагате натиск успоредно на шлифовъчната плоча.
По време на прецизното смилане се използва методът на сухо смилане, без да е необходимо добавяне на смилащ агент към плочата за смилане.
По време на сухо смилане трябва да се отбележи, че след няколко кръга на смилане плоската плоча ще бъде залепена от смления прах, което ще доведе до загуба на режещия ефект, което е еквивалентно на феномена на залепване на ножа. Поради това е необходимо да се почиства редовно с чист спирт, да се смила многократно и накрая да отговаря на изискванията за размер.
3 Заключение
Чрез експерименти със смилане върху уплътнителни пръстени от композитен материал въглерод/въглерод беше предварително обобщен практичен и осъществим метод на плоско смилане. След практическа проверка на обработката, качеството на повърхността на шлайфането на уплътнителния пръстен е значително подобрено, отговаряйки на изискванията на проектните чертежи, подобрявайки възможностите за пробно производство и обработка на нашата единица и поставяйки солидна основа за бъдеща обработка на свързани материали.
Повече за WBMВалцуване матрици:
Като един от производителите на професионални инструменти, осигурява подвижна матрица с висока твърдост, бърза доставка и добро обслужване.
https://www.bearingroller.com/tools/rolling-dies.html
