Сушка импрегнированных абразивных инструментов
Представлены результаты экспериментальных исследований кинетики сушки импрегнированных абразивных кругов. Разработана методика расчета конвективной сушки импрегнированных абразивных кругов и конструкция промышленного сушильного аппарата....
Збережено в:
| Дата: | 2004 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2004
|
| Назва видання: | Промышленная теплотехника |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61522 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Сушка импрегнированных абразивных инструментов / С.П. Рудобашта, Н.П. Жуков, В.М. Дмитриев, А.В. Чурилин // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 5. — С. 32-36. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-61522 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-615222014-05-08T03:01:21Z Сушка импрегнированных абразивных инструментов Рудобашта, С.П. Жуков, Н.П. Дмитриев, В.М. Чурилин, А.В. Теория и практика сушки Представлены результаты экспериментальных исследований кинетики сушки импрегнированных абразивных кругов. Разработана методика расчета конвективной сушки импрегнированных абразивных кругов и конструкция промышленного сушильного аппарата. Наведено результати експериментальних досліджень кінетики сушіння імпрегнованих абразивних кругів. Розроблено методику розрахунку конвективного сушіння імпрегнованих абразивних кругів та конструкцію промислового сушильного апарата. The experimental results of drying kinetics investigation for imbedded abrasive disks are presented. The calculation methodology of convective drying of imbedded abrasive disks and design of industrial drying device are developed. 2004 Article Сушка импрегнированных абразивных инструментов / С.П. Рудобашта, Н.П. Жуков, В.М. Дмитриев, А.В. Чурилин // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 5. — С. 32-36. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61522 66.063.2.011 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Теория и практика сушки Теория и практика сушки |
| spellingShingle |
Теория и практика сушки Теория и практика сушки Рудобашта, С.П. Жуков, Н.П. Дмитриев, В.М. Чурилин, А.В. Сушка импрегнированных абразивных инструментов Промышленная теплотехника |
| description |
Представлены результаты экспериментальных исследований кинетики сушки импрегнированных абразивных кругов. Разработана методика расчета конвективной сушки импрегнированных абразивных кругов и конструкция промышленного сушильного аппарата. |
| format |
Article |
| author |
Рудобашта, С.П. Жуков, Н.П. Дмитриев, В.М. Чурилин, А.В. |
| author_facet |
Рудобашта, С.П. Жуков, Н.П. Дмитриев, В.М. Чурилин, А.В. |
| author_sort |
Рудобашта, С.П. |
| title |
Сушка импрегнированных абразивных инструментов |
| title_short |
Сушка импрегнированных абразивных инструментов |
| title_full |
Сушка импрегнированных абразивных инструментов |
| title_fullStr |
Сушка импрегнированных абразивных инструментов |
| title_full_unstemmed |
Сушка импрегнированных абразивных инструментов |
| title_sort |
сушка импрегнированных абразивных инструментов |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| publishDate |
2004 |
| topic_facet |
Теория и практика сушки |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61522 |
| citation_txt |
Сушка импрегнированных абразивных инструментов / С.П. Рудобашта, Н.П. Жуков, В.М. Дмитриев, А.В. Чурилин // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 5. — С. 32-36. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Промышленная теплотехника |
| work_keys_str_mv |
AT rudobaštasp suškaimpregnirovannyhabrazivnyhinstrumentov AT žukovnp suškaimpregnirovannyhabrazivnyhinstrumentov AT dmitrievvm suškaimpregnirovannyhabrazivnyhinstrumentov AT čurilinav suškaimpregnirovannyhabrazivnyhinstrumentov |
| first_indexed |
2025-07-05T12:30:59Z |
| last_indexed |
2025-07-05T12:30:59Z |
| _version_ |
1836810146249965568 |
| fulltext |
Теория и практика сушки
УДК 66.063.2.011
РУДОБАШТА С.П.1, ЖУКОВ Н.П.2, ДМИТРИЕВ В.М.2, ЧУРИЛИН А.В.2
1 Московский государственный агроинженерный университет
2 Тамбовский государственный технический университет
СУШКА ИМПРЕГНИРОВАННЫХ АБРАЗИВНЫХ
ИНСТРУМЕНТОВ
Наведено результати експеримента-
льних досліджень кінетики сушіння ім-
прегнованих абразивних кругів. Розроб-
лено методику розрахунку конвективно-
го сушіння імпрегнованих абразивних
кругів та конструкцію промислового су-
шильного апарата.
Представлены результаты экспери-
ментальных исследований кинетики
сушки импрегнированных абразивных
кругов. Разработана методика расчета
конвективной сушки импрегнированных
абразивных кругов и конструкция про-
мышленного сушильного аппарата.
The experimental results of drying ki-
netics investigation for imbedded abrasive
disks are presented. The calculation meth-
odology of convective drying of imbedded
abrasive disks and design of industrial dry-
ing device are developed.
а – коэффициент температуропроводности;
C – концентрация;
D – эффективный коэффициент диффузии;
E – относительная концентрация;
l – определяющий размер тела;
Т – температура;
v – скорость подачи сушильного агента;
W – среднеобъемное влагосодержание;
β – коэффициент массоотдачи;
ρ0 – плотность материала;
τ – время;
ν – кинематический коэффициент вязкости;
с
0
βBi ρm
i p.
l
D A=
n
– число Био;
Gu = c м.т.
с
T T
T
− – число Гухмана;
Lu = D a – число Лыкова;
Nu = сβ l D – число Нуссельта;
Pr = ν D – число Прандтля;
Re = vl ν – число Рейнольдса;
АИ – абразивный инструмент.
Индексы:
m – диффузионный;
к – конечный;
м.т. – мокрый термометр;
н – начальный;
с – среда;
э – эффективный.
Введение
Операции абразивной обработки составляют в
технологических процессах изготовления деталей
машин и приборов до 60-70 %. Так, в машино-
строении из общего парка металлорежущих стан-
ков 12-15 % являются шлифовальными, хонинго-
вальными и суперфинишными, а на заводах мас-
сового производства их значительно больше: в ав-
томобильной промышленности – до 30 %, в под-
шипниковой – до 65-70 % [1].
Повышение эффективности и качества абра-
зивной обработки является актуальной задачей,
решение которой позволит получить значитель-
ный экономический эффект.
В настоящее время особое внимание привле-
кают пути повышения эффективности и качества
абразивной обработки, связанные с совершенст-
вованием инструмента.
Одним из методов, улучшающих эксплуатаци-
онные свойства абразивного инструмента, являет-
ся его импрегнирование.
Изучен достаточно широкий диапазон импрег-
наторов [2]. Среди них наиболее перспективными
признаны органические соединения на углеводо-
родной основе, обеспечивающие низкоэнергети-
ческую интенсивность химического взаимодейст-
вия с обрабатываемым металлом [3].
При выборе импрегнатора следует учитывать
следующие требования. Импрегнатор, введенный
32 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 5
Теория и практика сушки
в поры абразивного инструмента (АИ), должен
обладать способностью улучшать показатели опе-
рации шлифования, обеспечивать смазку в про-
цессе абразивной обработки, не снижать качества
обработанной детали, не оказывать коррозирую-
щего действия на станок, сохранять стабильность
при хранении, удовлетворять требованиям пожар-
ной безопасности, минимально загрязнять воздух
и сточные воды, не оказывать вредного воздейст-
вия на организм человека.
Всем вышеперечисленным условиям отвечают
водные полимерные дисперсии акрилатного и
стирольного типов [4, 5]. При этом процессы мас-
сопереноса при пропитке АИ импрегнатором и
сушке от водной составляющей дисперсии играют
существенную роль в обеспечении качества гото-
вой продукции.
Ввиду того, что процесс импрегнирования АИ
водными дисперсиями предложен лишь в послед-
нее время, то особенности тепломассообмена при
сушке АИ изучены недостаточно. Это предопре-
делило цели и задачи данного исследования.
Исследование кинетики сушки
импрегнированных абразивных
инструментов
При определении диффузионных свойств им-
прегнированных АИ использовался зональный
метод, относящийся к группе методов нестацио-
нарного режима [6].
Метод основан на решении дифференциально-
го уравнения массопроводности [7]. Полученное
решение позволяет найти зависимость эффектив-
ного коэффициента диффузии от концентрации,
используя кривую кинетики изотермической суш-
ки. При этом необходимо исключить внешне
диффузионное сопротивление (Bim > 100). Весь
исследуемый интервал изменения концентраций
нW W− к разбивается на m концентрационных
зон, в каждой из которой эффективный коэффи-
циент iD принимается постоянным. Для i-той зо-
ны определяется время изменения концентрации
от н, iW до к, iW , относительные концентрации
iE и рассчитываются значения по формуле: iD
2
21
τ
1ln
µ
i
i
s j
lj j
i
ED
=
=
∑
, (1)
где – первый корень характеристического
уравнения для j-ой координаты; τ
µ j
i – время изме-
нения концентрации, мин.
Керамические корундовые круги, пропитанные
полимерной дисперсией и представляющие собой
материалы со значительным внутридиффузион-
ным сопротивлением, в процессе сушки быстро
прогреваются, так как основная часть теплоты
расходуется на нагрев [6]. Перенос влаги внутри
высушиваемых АИ описывается основным урав-
нением массопроводности, аналогичным уравне-
нию Фика для диффузии в растворах.
При рассмотрении процессов сорбции-
десорбции низкомолекулярных веществ полимер-
ными материалами различают «нормальную» и
«аномальную» диффузию [6]. При температуре
сушки АИ (333…353 К) латексная основа импрег-
натора находится в высокоэластичном состоянии.
Диффузия низкомолекулярных веществ в полиме-
рах, находящихся в высокоэластическом состоя-
нии, в большинстве случаев подчиняется закону
Фика. Коэффициент диффузии для таких систем
зависит только от концентрации. Время релакса-
ционных процессов при температурах выше тем-
пературы стеклования является очень небольшим
по сравнению со скоростью диффузии. Поэтому
при сорбции–десорбции не проявляются какие-
либо аномальные временные эффекты.
Зональный метод определения концентрацион-
ной зависимости эффективного коэффициента
диффузии применим для материалов, перенос
влаги в которых подчиняется закону Фика. Для
обоснования применимости этого метода при ис-
следовании процесса сушки импрегнированных
кругов необходимо определить характер процесса
десорбции воды из них. «Нормальность» или
«аномальность» сорбции или десорбции можно
установить на основе анализа кинетических кри-
вых этих процессов, построенных в координатах
н и
н
, τ
W W
W
− .
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 5 33
Теория и практика сушки
Исследованию подвергались широко приме-
няемые абразивные корундовые круги марок
25А12СМ26К5, 25А16СМ26К5, 25А25СМ26К5,
25А32СМ26К5, 25А40СМ26К5, характеризую-
щиеся одинаковым объемом пор (40,5 %), но раз-
личным размером абразивного зерна (вследствие
чего менялись размеры пор и их извилистость).
Так же исследовались абразивные круги марок
25А25ПСМ16К5, 25А25ПС16К5, 25А25ПСТ16К5,
характеризующиеся одинаковым размером абра-
зивного зерна и различным объемом пор (42 %, 39
%, 36 % соответственно).
В качестве импрегнатора выбрана дисперсия
(40 % масс.) сополимера этилакрилата, диметак-
рилового эфира этиленгликоля и метилолметак-
риламида в водной среде (Эмукрил М).
Экспериментальные кривые кинетики сушки
импрегнированного круга снимались при темпе-
ратурах сушильного агента Т = 20…80 ºС. Каждая
кривая сушки является результатом осреднения 4-
5 опытов, проведенных в одинаковых условиях.
Высокую скорость подачи воздуха (до 10 м/сек)
применяли для интенсивного прогрева образца
(при испытаниях цельных кругов большого раз-
мера) и снятия внешнедиффузионного сопротив-
ления.
Для выделения изотермических участков кри-
вых сушки, используемых при расчете зависимо-
сти коэффициента диффузии от концентрации,
непосредственно измеряется температура в образ-
це.
Кинетика нагрева влажных абразивных кругов
в процессе сушки получена экспериментально.
Измерение температуры осуществляли в среднем
сечении круга на расстоянии L от центра,
2
R - r
L r= + , (2)
где R – радиус абразивного круга, м; r – радиус
посадочного отверстия, м.
Полученные данные по кинетике нагрева
влажных АИ в процессе сушки позволяют выде-
лить изотермические участки на кривых кинетики
сушки.
На основании данных по кинетике сушки в ус-
ловиях, близких к изотермическим, можно про-
вести анализ процесса десорбции для исследуе-
мых систем.
Кривые десорбции, построенные в координатах
н и
н
τ,W W
W
− , (W – среднеобъемное влагосодер-
жание, соответствующее наступлению условий
сушки, близких к изотермическим), представлены
на рис. 1. Кривые десорбции имеют следующие
особенности.
1. Количество удаляемой влаги в начальный
период времени линейно зависит от τ . Линей-
ная зависимость сохраняется в пределах 20-30 %
от всего интервала изменения влагосодержания
АИ.
2. На криволинейных участках кривых кинети-
ки десорбции нет точек перегиба.
Процессы сорбции-десорбции, кривые кинети-
ки которых имеют аналогичный вид, подчиняются
закону Фика. В таких системах коэффициент
диффузии зависит только от концентрации рас-
пределяемого вещества (при постоянной темпера-
туре процесса).
Отклонений от закона Фика не наблюдается и
при более поздних стадиях сушки, т.к. концентра-
ция и градиенты концентраций малы. Этим можно
объяснить «нормальную» десорбцию воды из
пленок сополимера.
На основании проведенного анализа можно
сделать вывод о применимости зонального метода
для кинетического расчета процесса конвективной
сушки импрегнированных АИ.
С использованием кривых кинетики изотерми-
ческой сушки импрегнированных АИ были най-
Рис. 1. Кривые десорбции импрегнированного
круга 25А12ПСМ26К5, снятые при различных
температурах: 1 – 20 ºС; 2 – 40;3 – 60; 4 – 80.
0.2
0.4
0.6
0.8
0 5 10 15 τ , мин0,5
н
н
W
WW −1
1 2 34
34 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 5
Теория и практика сушки
дены зависимости эффективного коэффициента
диффузии от концентрации распределенного ком-
понента и температуры (рис. 2).
Для проверки выполнения условия снятия
внешнедиффузионного сопротивления (Bim > 100)
на основании полученных данных по значениям
коэффициентов эффективной диффузии были рас-
считаны значения чисел Bim (рис. 3) для соответ-
ствующих интервалов температур сушильного
агента по формуле:
0
β
Bi
ρ
c
m
i p.n
l
D A
= , (3)
где Ap.n – коэффициент распределения функции
равновесия при значениях концентраций у по-
верхности материала [6].
Коэффициенты массоотдачи определяли из
соответствующего критериального уравнения
А.В. Нестеренко [8]:
0,33 0,135Nu Pr Re Gum
m mA= , (4)
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
0 2 4 6 8 1 0 С , %
D э ·1 0 1 0 , м 2 /с
5
4
3
2
1
Рис. 2. Температурно-концентрационные зави-
симости эффективного коэффициента диф-
фузии влаги Dэ для импрегнированных АИ.
Температура сушки Т = 80 ºС.
1 – 25А12ПСМ26К5Б, 2 – 25А16ПСМ26К5Б,
3 – 25А25ПСМ26К5Б,4 – 25А32ПСМ26К5Б,
5 – 25А40ПСМ26К5Б.
0
20
40
60
80
100
120
140
Bim·10-2
10 20 30 40 50 60 70 80 T, ºC
1
2
3
4
5
6
7
8
Рис. 3. Значения чисел Bim при сушке
импрегнированных кругов марок:
1 – 25А12ПСМ26К5, 2 – 25А16ПСМ26К5,
3 – 25А25ПСМ26К5, 4 – 25А32ПСМ26К5,
5 – 25А40ПСМ26К5, 6 – 25А25ПСМ16К5,
7 – 25А25ПС16К5, 8 – 25А25ПСТ16К5.
где А, m – коэффициенты, зависящие от гидроди-
намического режима процесса тепломассообмена.
Значения чисел Bim в указанных интервалах тем-
ператур находятся в пределах (1…15)⋅103. Эти
данные свидетельствуют о том, что в опытах по
определению диффузионных свойств пленок со-
полимера Эмукрил М рассматривалась чисто
внутренняя задача переноса влаги.
В результате проведенных исследований уста-
новлено, что импрегнированные АИ характери-
зуются значительным внутридиффузионным со-
противлением (рис. 2), скорость процесса массо-
переноса при их конвективной сушке лимитиру-
ется только диффузионными свойствами АИ. Раз-
работаны методика расчета процесса конвектив-
ной сушки импрегнированных АИ и конструкция
промышленного сушильного аппарата, в котором
реализовывались квазиизотермические условия
процесса (Lu = (0,1…0,26)⋅10-4) при условии
снятия внешнедиффузионного сопротивления
(Bim = (3…34)⋅103).
На рис. 4 представлена схема аппарата конвек-
тивной сушки АИ.
Сушилка состоит из следующих основных эле-
ментов: 1 – корпус; 2 – мотор-редуктор; 3 – ре-
менная передача; 4 – абразивный инструмент
(блок); 5 – распределительное устройство подвода
и отвода сушильного агента; 6 – патрубок для до-
полнительного ввода свежего сушильного агента;
7 – центробежный вентилятор; 8 – патрубок для
частичного отвода отработанного сушильного
агента; 9 – калорифер.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 5 35
Теория и практика сушки
Заключение
1. Проведено исследование кинетики сушки
влажных импрегнированных абразивных кругов.
Показана правомерность применения основного
уравнения массопроводности для описания про-
цесса миграции влаги в рассматриваемых систе-
мах: абразивный круг – импрегнатор, а следова-
тельно, и целесообразность расчета кинетики
процесса на основе этого уравнения.
2. Получены температурно-влажностные зави-
симости коэффициента диффузии влажных им-
прегнированных АИ. Обнаружено увеличение ко-
эффициентов диффузии с повышением влажности
импрегнированных кругов, объяснимое пласти-
фицирующим воздействием воды на полимерные
плёнки, адсорбированные на стенках пор АИ и
образовавших перегородки в узких местах пор во
время сушки дисперсии.
3. Исследована кинетика нагрева влажных, им-
прегнированных полимерной дисперсией, абра-
зивных кругов с большой величиной внутри диф-
фузионного сопротивления в поздних стадиях
конвективной сушки. Обнаружено, что подобные
системы быстро прогреваются до температуры
среды и процесс сушки протекает практически в
условиях равенства температур среды и сложной
системы, состоящей из АИ, импрегнированного
сополимером. Кинетика сушки АИ лимитируется
только диффузионными свойствами высушивае-
мого материала, обладающего значительным
внутридиффузионным сопротивлением
А А
АА
1
2
34
4
9
8
6
5
7
Рис. 4. Конвективная сушилка с рециркуляцией
теплоносителя.
(Dэ = (1…80)⋅10-10 м2/с).
4. В результате проведенных исследований
разработана методика расчета промышлен-
ного аппарата для сушки импрегнированных
абразивных кругов, в котором реализуются
квазиизотермические условия процесса сушки
(Lu = (0,1…0,26)⋅10-4) при условии снятия
внешнедиффузионного сопротивления (Bim =
= (3…34)⋅103). Сушильный аппарат рекомендован
к использованию на машиностроительных заво-
дах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Оробинский В.А. Абразивные методы обработки
и их оптимизация /В.А. Оробинский.– 2-е изд.
перераб. и дополн.– М.: Машиностроение,
2000.– 314 с.
2. Островский В.И. Импрегнированный абразив-
ный инструмент / В.И. Островский.– М.: НИИ-
Маш, 1983.– 72 с.
3. Гороховский Г.А. Полимеры в технологии обра-
ботки металлов/ Г.А. Гороховский.– Киев.: Нау-
кова думка, 1975.– 224 с.
4. А.с. № 1604590 СССР, МКИ В24D 3/34. Способ
импрегнирования абразивного инструмента на
основе корунда / Н.Ф. Майникова, С.М. Опа-
рин, Ю.В. Воробьев, В.А. Рощин. БИ № 41,
1990.
5. А.с. № 1726222 СССР, МКИ В24D 3/34. Способ
импрегнирования абразивного инструмента на
основе корунда/ Н.Ф. Майникова, С.М. Опарин,
Ю.В. Воробьев, В.А. Рощин. БИ № 14, 1992.
6. Рудобашта С.П. Массоперенос в системах с
твердой фазой/ С.П. Рудобашта.– М.: Химия,
1980.– 248 с.
7. Рудобашта С.П. Диффузия в химико-
технологических процессах / С.П. Рудобашта,
Э.М. Карташов.– М.: Химия, 1993.– 208 с.
8. Лыков А.В. Тепломассообмен: Справочник– М.:
Энергия, 1978.– 480 с.
Получено 14.07.2004 г.
36 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 5
|