Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Повышение качества маданных швейных игл имеет важное народнохозяйственное значение. Иглы с высокими эксплуатационными характеристиками обеспечивают рост производительности труда, экономию металла и повышение качества изделий легкой и текстильной промышленности.
Применение высокоскоростного технологического оборудования, использование новых текстильных и кожевенных материалов, новых ниток из синтетических волокон предъявляют повышенные требования к качеству машинных швейных игл.
Для производства швейных игл для кожевенной и швейной ПРО-мышленности в нашей стране используется игольная проволока из высокоуглеродистой стали марки- УЮА. Материал, технология изготовления, термическая и поверхностная обработка отечественных швейных игл не претерпевали изменений в течение длительного времени, несмотря на модернизацию оборудования в кожевенной и швейной промышленности. Иглы к швейным машинам, поступающие на внутренний рынок с отечественных заводов-изготовителей, не отвечают требованиям, которые предъявляются к эксплуатационным характеристикам машинных швейных игл при современном развитии оборудования текстильной и легкой промышленности. Возрос импорт швейных игл из Германии, Японии, Индии.
Поэтому возникает необходимость увеличения стойкости отечественных машинных швейных игл путем совершенствования технологического процесса их изготовления, а именно: разработка новых материалов для производства швейных игл, изыскание новых способов их термической обработки и поверхностного упрочнения. Кроме того, в настоящее время имеют место технологические трудности при изготовлении швейных игл, например, при редуцировании и термической обработке.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью настоящей работы является повышение ка-
чества игл к швейным машинам.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
-
Проведен анализ современного состояния технологии изготовления и эксплуатации игл к швейным машинам;
-
Проведено сравнительное исследование машинных швейных игл и игольного полуфабриката отечественного и зарубежного производства:
-
Выявлены причины низкой прочности и стойкости машинных швейных игл;
-
Исследовано влияние микролегирования и различных способов раскисления на механические свойства и структурные характеристики игольной стали;
-
Разработан состав стали для игольной проволоки ;
-
Исследованы причины возникновения технологического брака при редуцировании;
-
Раскрыта физическая сущность криогенной обработки ;
-
Раскрыт механизм упрочнения стали при прямом погружении в криогенные среды:
-
Разработаны и внедрены в промышленность режимы термической обработки машинных швейных игл и другого инструмента текстильной и легкой Промышленности с использованием криогенной обработки;
-
Предложены и внедрены в производство способы дополнительной обработки машинных швейных игл, позволяющие получить иглы с повышенными- эксплуатационными характеристиками;
-
Проведены теоретические и.экспериментальные исследования теплофизических процессов, протекающих при взаимодействии швейной иглы с прошиваемым материалом. Оценено" влияние термофизического воздействия на эксплуатационные характеристики швейных игл.
-
Проведены теоретические и экспериментальные исследования динамики швейной машины с учетом влияния предлагаемых способов обработки игл на скоростной режим швейной машины, эксплуатационную стойкость игл и качество обрабатываемых изделий.
-
Проведено опытно-промышленное испытание машинных швейных игл, изготовленных из игольной стали предлагаемого химическо-
го состава, подвергнутых разработанным режимам термической обработки и поверхностному упрочнению.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Выявлены причины возникновения технологического брака при редуцировании. Разработан новый химический состав стали для игольной проволоки, обладающий повышенными технологическими и эксплуатационными свойствами. Изучены структура и свойства стали после различных режимов термической и поверхностной обработок. Раскрыта физическая сущность криогенной обработки. При криогенной обработке происходит не только аустенит-но-мартенситное превращение, а протекают и другие процессы, вызванные микропластической деформацией, возникающей в стали при прямом погружении в криогенные жидкие среды . Это позволило отнести обработку холодом к деформационно-термической обработке, а не только собственно, термической (согласно действующей системе нормативно-технической документации Госстандарта РФ ГОСТ Р1.4 -93 ГСС РФ ИСО 9000).
Раскрыт механизм упрочнения стали при криогенной обработке. Разработан режим термической обработки швейных игл о использованием криогенного упрочнения.Обоснован выбор метода поверхностного упрочнения игл к швейным машинам для определенных условий их эксплуатации.
Получено уравнение и разработан алгоритм решения уравнения теплопроводности швейных игл при работе с различными материалами использованием модифицированного метода конечных разностей. Рассчитано и экспериментально подтверждено снижение предельных значений температуры нагрева рабочей части игл из игольной стали предложенного химического состава, подвергнутых криогенному и поверхностному упрочнению в процессе обработки изделий, по сравнению с обычными иглами. Теоретически и экспериментально исследована динамика швейной машины с использованием игл после различных видов обработки, что позволило рассмотреть работу машины в период пуска и установившегося движения.
На защиту выносятся следующие научные положения:
1. Вскрытие природы дефекта структуры отечественного игольного полуфабриката и машинных швейных игл. который приводит к образованию трещин при редуцировании и является причиной разрушения игл при эксплуатации. Неметаллические включения, вытянутые
вдоль направления прокатки и волочения, концентрируются в центральной части игл и игольного полуфабриката, формируют осевой дефект. Этот осевой дефект представляет собой неметаллические включения сложного состава: Alzo3. FeO. MnO, Si02 и Hns. Обнаружена повышенная концентрация углерода в неметаллических включениях (на 30 %) по сравнению с матрицей, но идентифицировать их с графитом невозможно. Показано, что осевой дефект не является углеродом отжига и это опровергает существующие в настоящее время представление о природе образования трещин при редуцировании.
-
Разработка новой технологии выплавки стали. Установлено. что склонность игольной стали к образованию осевого дефекта зависит от количества алюминия, используемого в качестве раскисли-теля при выплавке стали. Алюминий вызывает скопление глинозема. укрупняет сульфиды. Предложен новый состав, содержащий V о,1% и способ раскисления игольной стали при выплавке, содержание алюминия до 0.0025 %, что обеспечивает устранение осевого дефекта.
-
Обоснование физической сущности криогенной обработки. Криогенная обработка вызывает закономерное изменение структуры и свойств, обусловленное закалкой и деформационно-термическим воздействием глубокого охлаждения до криогенных температур. Предложено считать криогенную обработку не собственно термической, а деформационно-термической обработкой.
-
Вскрытие механизма упрочнения стали при криогенной обработке.
-
Разработка технологического процесса термической обработки и поверхностного упрочнения игл к швейным машинам.
-
Теоретическая модель иглы, состоящая из отдельных участков, отображающих реальную конструкцию иглы и условия ее взаимодействия с материалом. Это позволило разработать метод расчета температурных полей швейных игл и достоверно прогнозировать мак-симальную температуру нагрева рабочей части игл при их эксплуатации. Теоретические расчеты и экспериментальные исследования подтвердим эффективность предложенных технологий обработки игл.
-
Теоретическая динамическая модель швейной машины, которая позволяет оценить скоростной режим швейной машины при использовании игл после различных видов обработки.
В результате решена научно-техническая проблема, имеющая
важное народнохозяйственное значение - повышение качества машинных швейных игл, получение игл с высокими эксплуатационными характеристиками, не уступающими зарубежным аналогам.
Раскрытие физической сущности криогенной обработки позволило выявить механизм упрочнения стали при прямом погружении в жидкие криогенные среды и дает возможность трактовать с новых позиций многие научные факты в области фазовых превращений, являвся теоретической основой для расширения области применения криогенной обработки, создает предпосылки для новых исследований и технических решений в металловедении и термической обработке,
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕПКОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Разработанная инструментальная сталь для игольной проволоки.на химический состав которой получено авторское свидетельство (А. С. 1592381), позволяет избавиться от технологических проблем, возникающих при редуцировании игольной проволоки.Разработан и внедрен в производство более, чем на 10 предприятиях,способ термической обработки с использованием криогенного упрочнения.«а который получено авторское свидетельство (А.С. 1068512).Предложенные меры по дополнительной обработке швейних игл улучшавт их свойства поверхности.повышают стойкость,надежность и эксплуатационные характеристики.
Испытания машинных швейных игл из игольной стали предложенною химического состава.подвергнутых термической обработке с использованием криогенного упрочнения и дополнительной обработке, проводили в лабораторных условиях СПГУТиД. а промышленное апробирование на фабрике "Большевичка" и предприятии учреждения УС 20/2 СИД и СР ГУВД г. Санкт-Петербурга и области.
Работа выполнялась на кафедре "Технологии металлов и машиностроения" Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна по координационным планам научно-исследовательских работ МЧМ СССР 1980-1985 г. и 1985-1990 по решению научной проблемы 5.17.1 "Производство инструментальных сталей", 1.26 "Инструментальные и подшипниковые стали", по программе Госкомвуза РФ "Перспективные материалы и изделия легкой промышленности".
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ, основные результаты доложены и обсуждены на Ні Всесоюзных, республиканских и отраслевых научно-техннче*
ких конференциях и семинарах (Санкт-Петербург, Москва. Запорожье, Волгоград. Махачкала. Рязань, Ярославль. Киев. Пенза, Краматорск).
ПУБЛИКАЦИИ. Материалы диссертации отражены в 22 научных работах и 2 авторских свидетельствах СССР.
В настоящей работе обобщены результаты исследований, выполненных автором самостоятельно, а также, совместно с сотрудниками Артинского механического завода: главным инженером Овчинниковым Р.Я., начальником центральной заводской лаборатории Ляпцевым В.В., старшим инженером Поповым В.Л.; главным инженером ПШО "Большевичка" Васильевой В.Н. и механиком Сергеевым Е.В.; главным инженером завода "Пирометр" Мозоляко А.А.; главным инженером металлургического производства НПО "Кировский завод" Мясниковым К.М.; главным инженером СКБТО Плюта В. Е. и сотрудником Кувшино-вым Г.М.; главным инженером НПО "Полиграфмаш" Макаровым В. К. и сотрудником Камоцкой Е. С.: сотрудниками кафедры "Оборудование и технология термической обработки металлов " СПГТУ, доцентом кафедры "Конструирования и технологии швейных изделия" СПГУТиД Синевой Н.А. и доцентом кафедры "Проектирования машин текстильной и легкой промышленности" Марголиным В. Е.. При этом автору принадлежит постановка проблемы в целом и задач теоретических и экспериментальных исследований, разработка методик и проведение экспериментов, обработка и анализ результатов, руководство и непосредственное участие во внедрении результатов.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, приложений и содержит 300 страниц машинописного текста. 142 рисунка, 56 таблиц и список литературы из 230 наименований.
Похожие диссертации на Теоретические основы и разработка методов повышения качества машинных швейных игл
