ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2023-3-472-481XAWJFSipolytech-728Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGТехнологический процесс исследования маслонаполнения деталей из полиамидных материаловTechnological study of oil-filled polyamide partshttps://orcid.org/0000-0002-5831-3216БычковскийВ. С.BychkovskiyV. S.

Бычковский Владимир Сергеевич, ассистент кафедры автоматизации производственных процессов

664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15

Vladimir S. Bychkovskiy, Assistant Professor of the Department of Automation of Production Processes

15, Chernyshevsky St., Irkutsk 664074

bikovskii_vs@mail.ruИркутский государственный университет путей сообщенияРоссияIrkutsk State Transport UniversityRussian Federation202302102023273472481Copyright © Бычковский В.С., 20232023Бычковский В.С.Bychkovskiy V.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/728

Цель  работы  –  разработка  технологии,  обеспечивающей  повышение  эксплуатационных  свойств поверхностного слоя готовых полиамидных деталей с целью увеличения износостойкости без изменений их нагрузочной  способности.    Для  изучения  процесса  пропитки  образца  из  полиамида-6  смесью  моторного  масла  и гексана использовались натурные экспериментальные методы исследования по разработанному алгоритму на лабораторной установке. В работе применялся программный код для управляющей платы, работающий совместно с программным комплексом PowerGraph, необходимым для обработки полученных данных. В ходе проведенного исследования выбран метод сушки образцов размерами 4х50х50 мм в электрическом поле высокой частоты (до 2500 Гц), позволяющий равномерно за короткое время нагреть и удалить влагу из полимера. Использован закон Дарси, описывающий процесс пропитки полиамида маслом. С целью повышения эффективности пропитки, понижения вязкости наполнителя определен его состав: смесь моторного масла М-8В и гексана в пропорциях от 8:2 до 4:6, соответственно. Разработана и автоматизирована установка на основе оборудования УЗП-2500 с внедрением в нее управляющей платы и датчиков для замеров показаний о силе анодного тока и температуры полиамидного образца. Также в установку встроено регулирующее устройство мощностью высокочастотного генератора, работающего в диапазоне тока 0,25…0,35 А. При использовании режимов обработки (температура полиамидного образца – 75ºC, содержание гексана в смеси – 40%) определен метод контроля температуры сушки путем отключения высокочастотного генератора на 700 мс. Проведенные исследования позволяют разработать новый технологический процесс маслонаполнения полиамидных деталей, работающих в узлах трения, на заданную глубину при известных значениях скорости пропитки. Полученные результаты направлены на повышение износостойкости поверхностного слоя готовых полиамидных деталей, применяемых в тележках железнодорожных вагонов, испытывающих на себе трение и износ, с целью увеличения ресурса их работы.

The work develops a technology that provides an increase in the operational properties of the surface layer of finished polyamide parts in order to increase wear resistance without affecting their load-bearing capacity. To study the impregnation of a polyamide-6 sample with a mixture of motor oil and hexane, full-scale experimental research was carried out following the algorithm developed using a laboratory unit. In the work, the program code for the control board was used that operates in conjunction with the PowerGraph software for processing the acquired data. During the study, a method for drying samples with the dimensions of 4x50x50 mm in a high-frequency electric field (up to 2500 Hz) was selected in order to heat and remove moisture from the polymer evenly within a short period. Darcy's law describing the process of impregnating polyamide with oil was used. In order to increase the efficiency of impregnation and reduce the viscosity of the filler, its optimal composition was determined: a mixture of M-8B engine oil and hexane at a ratio from 8:2 to 4:6, respectively. A setup based on the UZP-2500 device was developed and automated by introducing a control board and sensors to measure the strength of the anode current and temperature of a polyamide sample. In addition, a regulating device with the power of a high-frequency generator operating in the current range of 0.25–0.35 A was built into the unit. Under the processing modes (the temperature of the polyamide sample is 75°C; the hexane content in the mixture is 40%), a method for controlling the drying temperature was established by switching off the high-frequency generator for 700 ms. The research results allow a new technological process of oil filling in polyamide parts operated in friction units to a given depth at known values of the impregnation rate to be developed. These results can help to increase the wear resistance and, consequently, the service life of the surface layer of finished polyamide parts used in railway wagon trucks exposed to friction and wear.

маслонаполнение полимеров и композитовавтоматизированная системаалгоритм про- ведения исследованияВЧ-сушка полимероврежимы обработкиoil filling of polymers and compositesautomated systemresearch algorithmhigh frequency drying of polymersprocessing modesReferencesСкачков А.Н., Юхневский А.А., Мешков В.В., Горлов И.В., Горлов А.И. Триботехнические испытания нового материала для вкладыша скользуна пассажирского вагона // Транспорт Российской Федерации. 2015. № 3. С. 69–71. EDN: UCCVUJ.Skachkov A.N., Yukhnevskiy A.A., Meshkov V.V., Gorlov I.V., Gorlov A.I. Tribotechnical testing of a new material for the side bearing liner of a passenger car. Transport Rossijskoj Federacii. 2015;3:69-71. (In Russ.). EDN: UCCVUJ.Ярославцев В.М. Технологические решения проблем обработки ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. 2005. № S2. С. 41–62. EDN: WDTWYT.Yaroslavtsev V.M. Technological solutions to the processing issues of composite material rocket and aerospace structures. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta imeni N.E. Baumana. Seriya: Seriya Mashinostroyeniye = Herald of the Bauman Moscow State Technical University, Series Mechanical Engineering. 2005;S2:41-62. (In Russ.). EDN: WDTWYT.Бычковский В.С., Филиппенко Н.Г., Лившиц А.В., Баканин Д.В., Фарзалиев Э.Ф. Автоматизированный способ контроля наполнения маслом полимерных и композиционных материалов // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2021. Т. 68. № 4. С. 9–16. https://doi.org/10.22314/2658-4859-2021-68-4-9-16. EDN: NTDJOF.Bychkovskiy V.S., Filippenko N.G., Livshits A.V., Bakanin D.V., Farzaliev E.F. Automated method for controlling oil filling of polymer and composite materials. Elektrotekhnologii i elektrooborudovanie v APK. 2021;68(4):9-16. (In Russ.). https://doi.org/10.22314/2658-4859-2021-68-4-9-16. EDN: NTDJOF.Bychkovsky V., Bakanin D., Filippenko N., Butorin D., Kuraitis A., Larchenko A. Contact method of volume control of temperature of a polymer sample at high-frequency heating // Journal of Physics: Conference Series. Series: International Scientific Conference Energy Management of Municipal Facilities and Sustainable Energy Technologies. 2020. Vol. 1614. P. 012053. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1614/1/012053. EDN: ILAHBS.Bychkovsky V., Bakanin D., Filippenko N., Butorin D., Kuraitis A., Larchenko A. Contact method of volume control of temperature of a polymer sample at high-frequency heating. Journal of Physics: Conference Series. Series: International Scientific Conference Energy Management of Municipal Facilities and Sustainable Energy Technologies. 2020;1614:012053. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1614/1/012053. EDN: ILAHBS.Филиппенко Н.Г., Лившиц А.В. Автоматизированные исследования процесса пропитки эластомеров // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2022. Т. 69. № 1. С. 72–78. https://doi.org/10.22314/2658-4859-2022-69-1-72-78. EDN: QDIYUJ.Filippenko N.G., Livshits A.V. The automated research of the impregnation process of elastometers. Elektrotekhnologii i el ektrooborudovanie v APK. 2022;69(1):72-78. https://doi.org/10.22314/2658-4859-2022-69-1-72-78. EDN: QDIYUJ.Чернец М., Шилько С., Корниенко А., Пашечко М. Трибоанализ антифрикционных материалов на основе полиамидов для металлополимерных подшипников скольжения // Трение и износ. 2023. Т. 44. № 2. С. 103–113. https://doi.org/10.32864/0202-4977-2023-44-2-103-113.Chernets M., Shil’ko S., Kornienko A., Pashechko M. Triboanalysis of antifrictional materials based on polyamides for metal-polymer sliding bearings. Trenie i iznos = Journal of Friction and Wear. 2023;44(2):103-113 (In Russ.). https://doi.org/10.32864/0202-4977-2023-44-2-103-113.Владимирова А.А., Воробьев А.А. Установление оптимального материала для сепаратора подшипника буксового узла вагона метрополитена // Прогрессивные технологии, применяемые при ремонте рельсового подвижного состава: сб. тр. конф. (г. Санкт-Петербург, 30 ноября 2022 г.). 2022. С. 40–45. EDN: GGIYWR.Vladimirova A.A., Vorob'ev A.A. Search for the optimal material for the bearing separator of the subway car axle box unit. In: Progressivnye tekhnologii, primenyaemye pri remonte rel'sovogo podvizhnogo sostava: sbornik trudov konferencii = Advanced technologies used in rail rolling stock repair: collected articles of the conference. 30 November 2022, Saint-Petersburg. Saint-Petersburg; 2022, р. 40-45. (In Russ.). EDN: GGIYWR.Ларченко А.Г. Автоматизированное выявление дефектов в изделиях из полиамидных материалов методом высокочастотного излучения // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2014. № 1. С. 160–165.Larchenko A.G. Automatic detection of defects in the product of a polyamide materials by a method of high radiation. Sovremennye tehnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie = Modern technologies. System analysis. Modeling. 2014;1:160-165. (In Russ.).Mamada S., Ohta T., Okamura Yo. Autonomous damage detection system for damaged axle bearings of railway car bogies // Quarterly Report of RTRI. 2023. Vol. 64. Iss. 3. P. 193–198. https://doi.org/10.2219/rtriqr.64.3_193.Mamada S., Ohta T., Okamura Yo. Autonomous damage detection system for damaged axle bearings of railway car bogies. Quarterly Report of RTRI. 2023;64(3):193-198. https://doi.org/10.2219/rtriqr.64.3_193.Лачинов А.Н., Давлетгареев Х.И., Яхин А.Р., Юсупов А.Р., Карамов Д.Д., Галиев А.Ф. Подвижность носителей заряда вдоль границы раздела полимер/полимер // Известия Уфимского научного центра РАН. 2023. № 2. С. 28–33. https://doi.org/10.31040/2222-8349-2023-0-2-28-33. EDN: PXPANP.Lachinov A.N., Davletgareev H.I., Yakhin A.R., Yusupov A.R., Karamov D.D., Galiev A.F. Charge mobility along the polymer. Izvestia Ufimskogo Nauchnogo Tsentra RAN = Proceedings of the RAS Ufa Scientific Centre. 2023;2:28-33. (In Russ.). https://doi.org/10.31040/2222-8349-2023-0-2-28-33. EDN: PXPANP.Буторин Д.В. Математическое моделирование процесса высокочастотной сушки партии полимерных изделий, изолированных от электродов рабочего конденсатора с обеих сторон // Colloquium-Journal. 2018. № 7-3. С. 14–23.Butorin D.V. Mathematical modeling of high-frequency drying of polymer products insulated on both sides from the working capacitor electrodes. Colloquium-Journal. 2018;7-3:14-23. (In Russ.).Антипов Ю.Н., Дмитренко Е.В., Коваленко А.В., Горяной С.А., Рыбаков А.А., Семенов С.Е., Филипчук Т.Н. Технология производства газонефтепроводных труб способом высокочастотной сварки на ПАО «Интерпайп НМТЗ» // Автоматическая сварка. 2014. № 3. С. 43–49. EDN: TDMVCH.Antipov Yu.N., Dmitrenko E.V., Kovalenko A.V., Goryanoj S.A., Rybakov A.A., Semenov S.E., Filipchuk T.N. High-frequency welding production technology of gas and oil pipeline pipes at PJSC Interpipe NMTZ. Avtomaticheskaya svarka. 2014;3:43-49. EDN: TDMVCH.Fesharaki P.J., Boutaous M., Xin Shi He. Numerical and experimental study of polymers microwaves heating // Key Engineering Materials. 2022. Vol. 926. P. 1890–1899. https://doi.org/10.4028/p-92u0g5.Fesharaki P.J., Boutaous M., Xin Shi He. Numerical and experimental study of polymers microwaves heating. Key Engineering Materials. 2022;926:1890-1899. https://doi.org/10.4028/p-92u0g5.Jinesh K.J., Pankaj S. Recent trends in welding polymers and polymer–metal hybrid structures // Light Weight Materials / eds. K. Kumar, B.S. Babu, J.P. Davim. 2021. P. 39–71. https://doi.org/10.1002/9781119887669.ch3.Jinesh K.J., Pankaj S. Recent trends in welding polymers and polymer-metal hybrid structures. In: Kumar K., Babu B.S., Davim J.P. (eds.). Light Weight Materials. 2021, p. 39-71. https://doi.org/10.1002/9781119887669.ch3.Sater N.A., Grigorov A., Tulska A., Nahliuk M., Lazorik P. Theoretical basis of application of the parameter of dielectric permeability of hydrocarbon feedstock during its processing // EAI International Conference on Automation and Control in Theory and Practice. EAI ARTEP 2023. EAI/Springer Innovations in Communication and Computing / eds. M. Balog, A. Iakovets, S. Hrehova. Cham: Springer, 2023. Р. 139–150. https://doi.org/10.1007/978-3-031-31967-9_11.Sater N.A., Grigorov A., Tulska A., Nahliuk M., Lazorik P. Theoretical basis of application of the parameter of dielectric permeability of hydrocarbon feedstock during its processing. In: Balog M., Iakovets A., Hrehova S. (eds.). EAI International Conference on Automation and Control in Theory and Practice. EAI ARTEP 2023. EAI/Springer Innovations in Communication and Computing. Cham: Springer; 2023, р. 139-150. https://doi.org/10.1007/978-3-031-31967-9_11.Бородаев И.А., Желтухин В.С., Сизов А.С., Сысоев В.А. Математическое моделирование обработки сверхвысокомолекулярного полиэтилена высокочастотной плазмой пониженного давления // Низкотемпературная плазма в процессах нанесения функциональных покрытий. 2019. Т. 1. № 10. С. 53–56. EDN: CMOUZX.Borodaev I.A., Zheltuhin V.S., Sizov A.S., Sysoev V.A. Mathematical modeling of low-pressure high-frequency plasma processing of ultra-high molecular weight polyethylene. Nizkotemperaturnaya plazma v processah naneseniya funkcional&a pos;nyh pokrytij. 2019;1(10):53-56. EDN: CMOUZX.Нельсон У.Е. Технология пластмасс на основе полиамидов / пер. с англ. С.Г. Куличихина, Р.З. Маркович; под ред. А.Я. Малкина. М.: Химия, 1979. 256 с.Nelson U.E. Nylon plastics technology.1979, 256 р. (Russ. ed.: Tekhnologiya plastmass na osnove poliamidov. Moscow, Himiya; 1979, 256 р.)Колесников В.И., Мясникова Н.А., Мясников Ф.В., Мантуров Д.С., Новиков Е.С., Данильченко С.А., Авилов В.В. Трибологические и физико-механические свойства маслонаполненных композитов на основе фенилона // Трение и износ. 2018. Т. 39. № 5. С. 462–470. EDN: FRPKDH.Kolesnikov V.I., Myasnikova N.A., Myasnikov P.V., Manturov D.S., Novikov E.S., Danilchenko S.A., Avilov V.V. Tribological and physicomechanical properties of oil-filled, phenilon-based composites. Trenie i iznos = Journal of Friction and Wear. 2018;39(5):365-370. (In Russ.). EDN: FRPKDH.Булатова В.И., Молчанов В.И. Набухание наполненных резин в полярных средах // Материалы студенческой научной конференции за 2016 год: в 2 ч. Ч. I. Технические науки. Воронеж, 2016. С. 559.Bulatova V.I., Molchanov V.I. Filled rubber swelling in polar environments. In: Materialy studencheskoj nauchnoj konfe rencii za 2016 god. Tekhnicheskie nauki = Proceedings of the student scientific conference 2016. Engineering Sciences. Voronezh; 2016, р. 559. (In Russ.).Петрова П.Н. Федоров А.Л. Исследование механизмов формирования износостойких маслонаполненных композитов на основе политетрафторэтилена, полученных путем пропитки пористых заготовок // Вестник Северо-восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. 2010. Т. 7. № 4. С. 52–58.Petrova P.N., Fedorov A.L. Researching formation mechanism of polytetrafluoroethylene-based wear-resistant oil-filled composites obtained by porous half-product impregnation. Vestnik severo-vostochnogo federal'nogo universiteta im. M.K. Ammosova = Vestnik of North-Eastern Federal University. 2010;7(4):52-58. (In Russ.).Eguchi K., Ishibashi T. A high voltage generation using a hybrid Marx generator with Fibonacci operation // Energy Reports. 2023. Vol. 9. P. 256–264. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.10.415.Eguchi K., Ishibashi T. A high voltage generation using a hybrid Marx generator with Fibonacci operation. Energy Reports. 2023;9:256-264. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.10.415.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.