СПОСОБ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПОЛИАМИДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF HIGH-FREQUENCY PROCESSING OF POLYAMIDE PARTS AND DEVICE TO THIS END

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления относится к обработке деталей из пластических масс, в частности, из полиамида.
80% аварийных остановок подвижного состава ОАО РЖД связано с выходом из строя буксовых узлов, одним из основных элементов которого являются подшипники с полиамидными сепараторами.
Проблемность сепараторов изготовленных из полиамида заключается в их гидрофильности, водопоглощение достигает нескольких процентов (в отдельных случаях до 8%) и существенно влияет на прочность и ударную вязкость. Деформационно-прочностные характеристики полиамидов, после сушки образцов восстанавливаются (см. кн. «Технические свойства полимерных материалов»: Уч.-справ, пос./ В.К. Крыжановский, В.В. Бурлов, А.Д. Паниматченко, Ю.В. Крыжановская. - СПб., изд-во «Профессия», 2003 г.стр.43-44, 110).
Поэтому задача заключается в том, чтобы создать эффективную технологию сушки полиамидов, с помощью высокочастотной обработки, обеспечивающую восстановление необходимых механических свойств ответственных конструкционных изделий, в том числе сепараторов подшипников, изготовленных из полиамида.
Аналогичный способ сушки представлен в патенте RU №2338135, МПК F26B 7/00 (заявлен 07.11.2008 года дата публикации: 10.11.2008 г.).
В данном патенте указан способ сушки натрия йодистого.
Сущность способа включает: предварительное обезвоживание исходного сырья до массовой доли влаги 5-7%, охлаждение до температуры 60-65°C и окончательную сушку при подводе энергии электромагнитного поля и давлении среды 25-30 мм. рт.ст. Окончательную вакуумную сушку проводят в атмосфере паров четыреххлористого углерода.
Разработать аналогичный способ удаления повышенной влажности из полиамидных сепараторов в вакууме при подводе энергии электромагнитного поля возможно, но стоимость установки будет весьма большой, а высокие затраты при эксплуатации и обслуживании сделают ее неконкурентоспособной.
Известно также «Устройство для диэлектрического нагрева длинномерного материала» (патент RU №2073315 МАК Н05В 6/46, заявлен 11.03.1993 г., дата публикации: 10.02.1997 г.).
Сущность устройства состоит в том, что для диэлектрического нагрева длинномерного материала, содержащее два идентичных длинномерных плоских электрода, между которыми находится нагреваемый материал, два выходных зажима, высокочастотного генератора, расположенные напротив середины длины электродов симметрично относительно них и две идентичных группы проводников, связывающих выходные зажимы генератора, один из которых соединен с общей шиной, с соответствующими длинномерными электродами. Они подключены идентичным образом симметрично относительно концов электродов и на равных расстояниях по длине электродов, при этом расстояние от концов электродов до ближайших из концов проводников составляет половину расстояния между соседними концами проводников. Проводники выполнены в виде симметричной, относительно общей шины n-ступенчатой m-канальной разветвляющей системы с идентичными параметрами проводников в каждой ступени. Два проводника первой ступени разветвления расположены симметрично относительно экранирующего их от общей шины дополнительного проводника, оба конца которого и середина одного проводника первой ступени разветвления соединены с общей шиной
Между серединой другого проводника первой ступени, подключенной к несоединенному с общей шиной выходному зажиму генератора и серединой упомянутого дополнительного проводника включен индуктивный элемент.
Данное способ и устройство использовать для сушки сепараторов изготовленных из полиамида практически невозможно из-за громоздкости установки, сложности ее изготовлении. При эксплуатации данная установка требует больших временных затрат на подготовительные работы, наладку оснастки и приспособлений.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится «Способ высокочастотной сварки деталей из пластмасс и устройство для его осуществления» (Патент RU №2396171 МПК В29С 65/04, заявлен 22.12.2008 г., дата публикации: 10.08.2010 г.).
Сущность данного способа
Для герметизации соединений «крышка-корпус» пластмассовых аккумуляторных батарей с отсеками, образованными перегородкой внутри корпуса, соединяемые детали охватывают по периметру высокопотенциальным и заземленным электродами рабочего конденсатора, подключенным к высокочастотному генератору, одновременно прилагают давление. Внутри корпуса образуют второй рабочий конденсатор, разность потенциалов создают за счет наведенной ЭДС и при этом предусматривают регулирование разности потенциалов во втором рабочем конденсаторе.
В данном способе решается задача герметизация соединения «крышка - корпус», изготовленных из пластмасс. В нашем случае задача состоит в том, чтобы восстановить прочностные характеристики изготовленных из полиамида изделий с использованием высокочастотной обработки.
Целью предлагаемого изобретения является восстановление прочностных характеристик сепаратора подшипника, изготовленного из полиамида.
Цель достигается тем, что производят высокочастотную обработку сепаратора роликового подшипника из полиамида путем охвата деталей высокопотенциальными и заземленными электродами рабочего конденсатора, подключенного к высокочастотному генератору, при одновременном приложении давления, при этом охват обрабатываемой детали электродами осуществляют по верхней, нижней и внутренним боковым поверхностям перегородок, создавая пространственную схему 2×n рабочих конденсаторов (где, n-количество электродов), одновременно подключают к высокочастотному генератору, тем самым образуют разность потенциалов между соседними электродами и между верхней высокопотенциальной плитой и электродами, подключенными через нижнюю контактную группу к нижней заземленной плите и нижней заземленной плитой и электродами, подключенными через верхнюю контактную группу к верхней высокопотенциальной плите. Нагрев производят до температуры начала рекристаллизации полиамида, которая определяется возникновением ступени в показаниях анодного тока на амперметре, установленном на высокочастотном генераторе, после чего отключают высокочастотный генератор. Так как части верхнего и нижнего ободов, находящиеся под контактами верхней и нижней контактной группы, не подвергаются разогреву, цикл обработки повторяют, повернув деталь (например сепаратор) вокруг оси на один электрод.
Давление пресса осуществляют при соединении контактных групп с электродами и высокопотенциальной и заземленной плитами.
Устройство для высокочастотной обработки деталей (сепаратора) из полиамида, содержащее высокопотенциальный и заземленный электроды, рабочий конденсатор, высокочастотный генератор, при этом имеет на нижней заземленной плите и на верхней высокопотенциальной плите установленные контактные группы, соединяющие электроды соответственно с нижней заземленной и верхней высокопотенциальной плитой, причем к каждому электроду подведен один из контактов верхней или нижней группы контактов, причем в качестве электродов используются металлические тела качения подшипников.
Контакты верхней и нижней контактной группы плотно облегают часть наружной поверхности электродов.
Сущность изобретения поясняются чертежами
На фигуре 1 представлена схема устройства для высокочастотной обработки деталей, изготовленных из полиамида
На фигуре 2 представлена схема устройства для высокочастотной обработки деталей, изготовленных из полиамида (вид А). (Нижняя заземленная плита и часть электродов не показаны).
На фигуре 3 представлена схема устройства для высокочастотной обработки деталей, изготовленных из полиамида (при опущенной верхней высокопотенциальной плите)
На фиг.1, фиг.2 устройство содержит подвижную верхнюю высокопотенциальную плиту (1) и нижнюю заземленную плиту (2), на них установлены: на подвижной верхней высокопотенциальной плите - верхняя контактная группа (3), на нижней заземленной плите - нижняя контактная группа (4).
Сепаратор (5) состоит из перегородок (6), верхнего обода (7) и нижнего обода (8). Электроды (9), вставлены в сепаратор (5). Пресс (10) находится в поднятом состоянии.
На фиг.3 показаны рабочие конденсаторы и разности потенциалов на них, образованные в результате собранного и подключенного к высокочастотному генератору, технологического устройства для высокочастотной обработки деталей (пресс (10), находится в опущенном, рабочем состоянии).
v
v
Рабочий конденсатор С и разность потенциалов на нем U - образованы между верхней подвижной высокопотенциальной плитой (1) и нижней заземленной плитой (2).
пep1...n
пep1...n
Рабочие конденсаторы перегородок (6) C, и разность потенциалов на них U, образованы между электродами (9), соединенными с верхней высокопотенциальной плитой (1), и электродами (9) соединенными с нижней заземленной плитой (2).
oб1...n
oб1...n
Рабочие конденсаторы верхнего обода (7) C и разность потенциалов на них, U, образованы между верхней высокопотенциальной плитой (1) и электродами (9), соединенными с нижней заземленной плитой (2). Рабочие конденсаторы нижнего (8) обода образованны между нижней заземленной плитой (2) и электродами (9), соединенными с верхней высокопотенциальной плитой (1).
v
об1...n
пep1,..n
Таким образом, все рабочие конденсаторы С, С и C включены параллельно, что позволяет производить обработку всех соединенных с электродами конструкционных элементов сепаратора, за один цикл.
Обработка деталей, изготовленных из полиамида, осуществляется следующим образом. Между подвижной верхней высокопотенциальной плитой (1) и нижней заземленной плитой (2) на нижнюю контактную группу (4) устанавливают обрабатываемую деталь (пример полиамидный сепаратор (5), роликового подшипника) со вставленными в нее электродами (9). Сверху устанавливают верхнюю контактную группу (3). Опускают пресс (10) на собранное технологическое устройство и включают генератор. Режим обработки контролируют по показателю анодного тока амперметра, установленного на высокочастотном генераторе. Плотное прилегание верхней (3) и нижней (4) контактных групп к электродам (9) гарантирует конструкция контактов контактной группы (радиус закругления R) и давление на контактные группы, осуществляемое прессом (10).
пep1...n
oб1...n
пep1...n
об...n
После подключения устройства к высокочастотному генератору в местах контактов с электродами (9) на поверхностях изделия образуются разности потенциалов U на перегородках (6) сепаратора и U на ободах сепаратора (5) в конденсаторах C и С. Напряженность электрического поля в конденсаторах приводит к разогреву конструкционных элементов перегородок (6) и верхнего (7) и нижнего (8) ободов сепаратора (5) соответственно. Для разогрева частей верхнего (7) и нижнего (8) ободов, находящихся непосредственно под контактами верхней (3) и нижней (4) контактной группы, необходимо повторить процесс обработки, повернув деталь (сепаратор) вокруг оси на один электрод. После чего деталь извлекается и идет в сборку.
Метод высокочастотной обработки обеспечивает испарение влаги из деталей, тем самым, повышая диэлектрическую проницаемость материала. Учитывая, что диэлектрическая проницаемость материалов пропорциональна влажности, то нагрев продолжается до тех пор пока сохраняется повышенная влажность. Благодаря низкой теплопроводности полиамида при нагреве до температуры начала рекристаллизации, основной объем материала не будет выведен из кристаллического или стекловидного состояния.
Был проведен ряд опытов по сушке полиамида на установке УЗП 2500 в соответствии с описанной методикой и технологическим устройством.
Использовались сепараторы и электроды (ролики) подшипников модели 2726 АО "Степногорский подшипниковый завод" (бывший ГП3-16), с наработкой более 50000 км (демонтированными в межремонтный период, при проведении полной ревизии букс в ЛВЧД-7 г.Иркутска ВСЖД ОАО РЖД). Материал сепараторов подшипников - Армамид ПА СВ 30-1ЭТМ. Время обработки изменялось от 60 до 120 сек, при номинальной анодном токе 0,6-0,7А, контролируемым по амперметру, установленному на высокочастотном генераторе.
Результаты представлены в табл.1
Таблица 1
Время сушки, с
0
60
80
100
120
Относительная влажность, %
5,6
2,05
1,6
1,75
0,7
Прочность при разрыве, МПа
136,7
137,2
139,3
141,4
144,3
Анодный ток, А
0,65
0,7
0,7
0,7
0,6
Из приведенных данных видно, что относительная влажность при начальных показателях 5,6% после обработки уменьшилась до 0,7%, а прочностные характеристики увеличились на 7,6%, что позволяет делать вывод о практической значимости данной методики.