Abstrakcyjny:W odpowiedzi na charakterystykę materiałów kompozytowych węgiel/węgiel, poprzez badania i zastosowanie narzędzi ściernych, materiałów ściernych, uchwytów, trajektorii ruchu itp., w artykule wstępnie podsumowano praktyczną i wykonalną metodę szlifowania pierścieni uszczelniających z podwójną powierzchnią uszczelniającą. Jakość powierzchni części została znacznie poprawiona i stosunkowo stabilna, spełniając wymagania rysunków projektowych i rozwiązując problem płaskiego szlifowania pierścieni uszczelniających z materiału kompozytowego węgiel / węgiel o dużej średnicy, cienkich ściankach i podwójnych powierzchniach uszczelniających.
Słowa kluczowe:materiały kompozytowe węgiel/węgiel; Szlifowanie pierścienia uszczelniającego; Uszczelnienie dwustronne
Materiał z grafitu węglowego jest najczęściej stosowanym materiałem ciernym i ma dobre właściwości parowania z różnymi metalami, niemetalami i powłokami. Jest to jeden z niewielu podwójnych materiałów uszczelniających, który nadaje się do większości sytuacji związanych z tarciem suchym. Materiały kompozytowe węgiel/węgiel to wszystkie materiały kompozytowe wykonane z włókien węglowych i ich tkanin jako materiałów wzmacniających, z węglem jako matrycą oraz przetworzone i karbonizowane. Jego właściwości są znaczące: ciężar właściwy jest mniejszy niż 2,0g/cm3; Doskonałe właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach; Dobra odporność na ablację; Posiadające właściwości innych materiałów kompozytowych, takie jak wysoka wytrzymałość, wysoki moduł, wysokie zmęczenie i pełzanie; Doskonałe właściwości tarcia i zużycia, niski współczynnik tarcia, stabilna wydajność, co czyni go najlepszym kandydatem na różne elementy odporne na zużycie i tarcie.
Pierścień uszczelniający z materiału kompozytowego węgiel/węgiel (zwany dalej pierścieniem uszczelniającym) jest dwustronnym elementem uszczelniającym o dużej średnicy, wysokiej dokładności wymiarowej, dużej dokładności kształtu i niskiej chropowatości powierzchni na obu końcach, co bardzo utrudnia obróbkę . Szlifowanie płaskie jest końcowym procesem obróbki pierścieni uszczelniających i jest kluczem do obróbki pierścieni uszczelniających. Ważne jest, aby używać odpowiednich narzędzi szlifierskich, materiałów ściernych i osprzętu. Jednocześnie istnieją wysokie wymagania dotyczące metod szlifowania i surowe wymagania dotyczące środowiska szlifowania.
Opierając się na charakterystyce materiałów kompozytowych węgiel/węgiel, w tym artykule zbadano i zbadano technologię płaskiego szlifowania pierścieni uszczelniających z podwójną powierzchnią uszczelniającą z perspektywy narzędzi szlifierskich, materiałów ściernych, oprzyrządowania i trajektorii ruchu.
1 Analiza pierścienia uszczelniającego
1.1 Analiza budowy pierścienia uszczelniającego
Pierścień uszczelniający to cienkościenny okrągły element o dużej średnicy (około Φ 180), małej grubości (prawie 1{6}}mm) i wąskiej szerokości (prawie 1{{8} } mm), ma głównie następujące cechy konstrukcyjne: rowek pierścienia czołowego, rowek pierścienia zewnętrznego, wewnętrzna i zewnętrzna okrągła koronka, rowek czołowy, otwór osiowy, otwór promieniowy itp.; Lewa i prawa powierzchnia czołowa to powierzchnie uszczelniające o wysokiej dokładności wymiarowej, chropowatości oraz wymaganiach dotyczących kształtu i położenia, o chropowatości nie większej niż Ra0,2 μm. Płaskość wynosi 0,0009 mm, równoległość nie jest większa niż 0,005 mm, a prostopadłość do wewnętrznego otworu i zewnętrznego koła nie jest większa niż 0,01 mm.
1.2 Charakterystyka materiału
Półwyrób z materiału kompozytowego węgiel/węgiel pokazano na rysunku 1, z włóknami węglowymi przeplatanymi i ułożonymi w gęstą siatkę oraz cząstkami węgla wypełnionymi między szczelinami włókien węglowych. W porównaniu ze zwykłymi materiałami grafitowymi ma dobrą sztywność i wysoką wytrzymałość, gęstość 1,8-2,{3}} g/cm3 i twardość Shore'a mniejszą lub równą 70.
Materiał kompozytowy węgiel / węgiel to nowy rodzaj materiału o bardzo wysokiej temperaturze, który koncentruje się na badaniach i rozwoju w dziedzinie nowych materiałów. Ma następujące istotne cechy:
Gęstość jest mała (<2.0g/cm3), only 1/4 of that of nickel based high-temperature alloys and 1/2 of that of ceramic materials.
Doskonałe właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach. Kiedy temperatura wzrasta do 2200 stopni, jego wytrzymałość nie tylko nie spada, ale jest nawet wyższa niż temperatura pokojowa, co jest nieporównywalne z innymi materiałami konstrukcyjnymi.
Dobra skuteczność antyablacyjna, jednolita ablacja i może być stosowana w środowiskach o wysokiej temperaturze i krótkotrwałej ablacji powyżej 3000 stopni.
Doskonałe właściwości tarcia i zużycia, z niskim współczynnikiem tarcia i stabilną wydajnością, co czyni go najlepszym kandydatem na różne elementy odporne na zużycie i tarcie.
Posiadające cechy innych materiałów kompozytowych, takie jak wysoka wytrzymałość, wysoki moduł, wysokie zmęczenie i pełzanie.
1.3 Trudności w szlifowaniu płaszczyzn
Szlifowanie ma wiele zalet: wysoką dokładność wymiarową, dużą dokładność kształtu, niską chropowatość powierzchni, lepszą odporność powierzchni części na zużycie oraz lepszą wytrzymałość zmęczeniową powierzchni części. Szlifowanie jest końcowym procesem technologii obróbki pierścieni uszczelniających, a jakość szlifowania bezpośrednio wpływa na kwalifikację gotowych części, a jego znaczenie jest oczywiste. Szlifowanie pierścieni uszczelniających wiąże się z następującymi trudnościami: (1) średnica pierścienia uszczelniającego jest duża, ściana jest cienka, a szlifowanie podwójnej powierzchni uszczelniającej jest trudne; (2) Powierzchnia pierścienia uszczelniającego jest słaba, o słabej jasności, a optyczne wykrywanie płaskich kryształów jest trudne.
2 Badania nad technologią szlifowania płaszczyzn
W odpowiedzi na trudności w szlifowaniu pierścieni uszczelniających węgiel/kompozyt węglowy przeprowadzono wstępne poszukiwania i badania w następujących siedmiu aspektach.
2.1 Narzędzia badawcze
Narzędzie ścierne jest nośnikiem ścierniwa używanym do powlekania i zatapiania materiałów ściernych, umożliwiającym swobodne cząsteczkom ścierniwa osadzanie się w narzędziu ściernym i wywieranie działania tnącego; Jednocześnie jest to narzędzie do szlifowania i formowania, które w określony sposób przenosi swoją dokładność kształtu geometrycznego na przedmiot obrabiany. Istnieje bardzo ważny wymóg dotyczący narzędzi szlifierskich: szczególnie ważny jest dobór twardości narzędzi ściernych, ponieważ zbyt twarda może powodować szybkie pękanie i zużycie cząstek ściernych, a nawet niektóre cząsteczki ścierne są wciskane w części, niszcząc jakość powierzchni obróbka; Zbyt miękka powoduje zbyt głębokie wciśnięcie cząstek ściernych w materiał ścierny. Właściwe dobranie twardości narzędzia ściernego może chwilowo podtrzymać cząstki ścierne i szybko zmienić ich położenie, dzięki czemu każda cząsteczka ścierna ma nowe krawędzie i naroża do udziału w cięciu.
W naszym zakładzie zawsze stosowano żeliwo szare, materiał metaliczny o stosunkowo niewielkich odkształceniach w temperaturze pokojowej, jako materiał narzędziowy do szlifowania uszczelnień z grafitu węglowego. Ma gęstą organizację, jednolitą twardość, odpowiednią zdolność do zatapiania, dobrą odporność na zużycie, małe odkształcenia i umiarkowaną twardość, która nadaje się do stosowania jako narzędzie do szlifowania materiałów z grafitu węglowego.
2.2 Mieszanka ścierna
Środek ścierny to mieszanina złożona z cząstek ściernych, płynu ściernego i materiałów pomocniczych. Cząsteczki ścierne używane do wytwarzania materiałów ściernych na ogół wykorzystują mikroproszek, powszechnie stosowany zielony mikroproszek z węglika krzemu o wielkości cząstek: W20, W14 do szlifowania zgrubnego, W14, W10 do szlifowania półprecyzyjnego i poniżej W7 do szlifowania precyzyjnego.
W dotychczasowym procesie przetwarzania pierścieni uszczelniających z kompozytu węgiel/węgiel jako płyn szlifierski stosowano naftę. Podczas procesu mielenia stwierdzono, że nafta nie jest łatwo lotna, a gruz jest lepki i trudny do oczyszczenia. Po zmieleniu trzeba długo czekać, aż nafta dobrze wyschnie, zanim użyje się do testów płaskich kryształów optycznych, co jest stratą czasu; Ponadto materiały kompozytowe węgiel/węgiel są szczególnie wrażliwe na naftę, co powoduje spadek jasności po wystawieniu na działanie oleju, niewyraźne wyświetlanie pasma światła i trudności w wykrywaniu płaskich kryształów.
W odpowiedzi na wady stosowania płynu szlifierskiego nafty, po wielu eksperymentach stwierdzono, że użycie alkoholu jako płynu szlifierskiego ma znaczący wpływ na szlifowanie. Alkohol szybko odparowuje, pierścień uszczelniający jest czysty, a frytki nie są lepkie. Po szybkim odparowaniu alkoholu pierścień uszczelniający może być użyty do wykrywania płaskich kryształów, z dobrą jasnością i jasnym pasmem świetlnym, co znacznie poprawia prędkość szlifowania i sprawia, że wykrywanie jest bardzo wygodne.
2.3 Osprzęt szlifierski
Wstępny projekt uchwytu szlifierskiego jest strukturą zintegrowaną, jak pokazano po lewej stronie rysunku 2. Podczas procesu szlifowania stwierdzono, że po szlifowaniu jednej powierzchni czołowej, druga powierzchnia czołowa została odwrócona i zeszlifowana. Płaskość powierzchni czołowej po teście płaskiego kryształu była lepsza niż w przypadku pierwszej i za każdym razem pozostawała taka sama. Co więcej, problem pozostał nierozwiązany podczas ponownego szlifowania pierwszej powierzchni czołowej.
Po dokładnej analizie stwierdzono, że problem tkwi w uchwycie szlifierskim. Oryginalne urządzenie do szlifowania jest typu zintegrowanego, a powierzchnia czołowa, która styka się z częściami, jest wewnętrznym ogranicznikiem, który jest trudny do szlifowania. Zwykła obróbka mechaniczna nie może osiągnąć dokładności jakości powierzchni po szlifowaniu. Tarcie między powierzchnią już oszlifowanego pierścienia uszczelniającego a tą powierzchnią jest w rzeczywistości zużyciem, co skutkuje złą jakością powierzchni czołowej stykającej się z uchwytem szlifierskim.
2.4 Etapy szlifowania
Przed szlifowaniem pierścienia uszczelniającego powierzchnię czołową należy spłaszczyć, aby chropowatość powierzchni czołowej nie była większa niż Ra{{0}},8 μm. Równoległość między dwiema powierzchniami czołowymi nie powinna przekraczać 0,005 mm. Poszczególne etapy szlifowania: (1) Narzędzie szlifierskie: przed szlifowaniem pierścienia uszczelniającego, tarcza szlifierska musi zostać osadzona w materiale ściernym i wyszlifowana, aby uzyskać chropowatość Ra0,1 μM; (2) Szlifowanie części: użyj uchwytów do szlifowania na płycie szlifierskiej zgodnie z określoną trajektorią ruchu, obiema rękami wywierając stałą i stałą siłę, i niezwłocznie wyczyść płytę szlifierską, aby usunąć zanieczyszczenia i brud; (3) Wyczyść części: Po wyszlifowaniu części załóż rękawice i delikatnie zetrzyj resztki szlifowania i brud czystą jedwabną szmatką lub watą.
2.5 Trajektoria ruchu
Wymagania dotyczące trajektorii ruchu szlifowania: Powinien być w stanie zapewnić, że wszystkie punkty na powierzchni obróbki mają takie same (lub zbliżone) warunki skrawania; Jednocześnie należy również zadbać o to, aby wszystkie punkty na powierzchni narzędzia szlifierskiego miały takie same (lub zbliżone) warunki skrawania. Wymagania są następujące: (1) Przedmiot obrabiany porusza się równolegle do płaszczyzny płyty szlifierskiej, upewniając się, że skoki wszystkich punktów przedmiotu obrabianego są takie same, aby uzyskać dobrą płaskość; (2) Ruch szlifierski powinien dążyć do stabilności i unikać w jak największym stopniu dużych kątów krzywizny; (3) Ruch przedmiotu obrabianego obejmuje całą powierzchnię narzędzia szlifierskiego, aby ułatwić równomierne zużycie narzędzia szlifierskiego; (4) Staraj się unikać okresowych powtórzeń trajektorii ruchu dowolnego punktu na obrabianym przedmiocie.
Po eksperymencie i eksploracji należy użyć toru sinusoidalnego do szlifowania. Po szlifowaniu przez pewien czas obróć pierścień uszczelniający o 90 stopni ~ 180 stopni, aby zapobiec nierównomiernemu zużyciu części.
2.6 Wymagania dotyczące środowiska szlifowania
Szlifowanie jest obróbką końcową, a jego wyniki decydują o jakości obróbki części. Wymagania dotyczące środowiska szlifowania pierścienia uszczelniającego są stosunkowo wysokie. Drzwi i okna sali operacyjnej powinny być dobrze uszczelnione, a sala operacyjna powinna być utrzymywana w czystości i wolna od kurzu. Temperatura i wilgotność powinny być ściśle kontrolowane, a do badania powinno wystarczyć naturalne światło.
Podczas procesu szlifowania płaskiego materiałów kompozytowych węgiel/węgiel są one bardzo wrażliwe na małe twarde cząstki, takie jak pył i zanieczyszczenia. Małe twarde cząstki, takie jak kurz i zanieczyszczenia, mogą z łatwością pozostawić rysy na powierzchni materiału, wpływając na jakość szlifowania, a nawet prowadząc w ciężkich przypadkach do złomowania.
2.7 Środki ostrożności
Ze względu na cienką ściankę, dużą średnicę i wysokie wymagania dotyczące precyzji tej części, podczas procesu szlifowania należy zwrócić szczególną uwagę na następujące cztery punkty:
Ciśnienie szlifowania powinno być niskie. Ze względu na nierównomierną kontrolę siły ręki łatwo jest spowodować odkształcenie części, a uzyskana płaskość powierzchni nie spełnia wymagań. Podczas szlifowania należy pamiętać, aby nie wywierać nacisku na uchwyt szlifierski pionowo ręką, ale wywierać nacisk równolegle do tarczy szlifierskiej.
Podczas szlifowania precyzyjnego stosuje się metodę szlifowania na sucho, bez konieczności dodawania środka ściernego do płyty szlifierskiej.
Podczas szlifowania na sucho należy zwrócić uwagę, że po kilku cyklach szlifowania płaska płyta utknie w zmielonym proszku, co spowoduje utratę efektu cięcia, co jest równoznaczne ze zjawiskiem zakleszczania się noża. Dlatego konieczne jest regularne czyszczenie czystym alkoholem, wielokrotne mielenie, a na końcu spełnienie wymagań dotyczących wielkości.
3 Wniosek
Dzięki eksperymentom szlifowania pierścieni uszczelniających z materiału kompozytowego węgiel/węgiel wstępnie podsumowano praktyczną i wykonalną metodę szlifowania płaskiego. Po praktycznej weryfikacji przetwarzania, jakość powierzchni szlifowania pierścienia uszczelniającego została znacznie poprawiona, spełniając wymagania rysunków projektowych, zwiększając możliwości produkcji próbnej i przetwarzania naszej jednostki oraz kładąc solidny fundament pod przyszłe przetwarzanie powiązanych materiałów.
Więcej o WBMToczące się matryce:
Jako jeden z profesjonalnych producentów narzędzi zapewnia matryce do walcowania o wysokiej twardości, szybkiej dostawie i dobrej obsłudze.
https://www.bearingroller.com/tools/rolling-dies.html
