автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Разработка и исследование полимерных композиционных материалов, полученных плетельно-пултрузионньм методом

СК1ДК0УКРЛШСШЙ ДЕРЙЛВННЙ УНИВЕРСИТЕТ

b'ffika володаяр ьсодолайокп

Розробка 1 досд1даення пол1мернкх комлоз1ц1йних ттер1ал1в, одержат« плет1яыю~ пултруз1йнш методом.

Спец1альн1сть: 05.02.01,- [¿атер1алоэнавство в

малшнобудувани!

АВТОРЕФЕРАТ

дксертацП на здобуття паукового ступени каздвдата техн1чних наук

Лугаяськ 1996

- г -

ДиоергшЦя являеться рукописен.

робота вмешана на кафедр1 "0п1р матер1ал1в" Сх1дноукра1 нського державного ун1верситету.

Пауков! кер1вники: доктор техШчшк наук, професор Фрегер Гарр1 Юякмович кандидат техн1чних наук Бакст Свген 0вс1йович

0ф1ц1йн1 опонентн:

1. Доктор гвх!;1чних наук, професор Гайдачук В1тал1й

Свгенович

2. Кандидат ?ехн!чних наук, доцент Картаюова Людщиа

1ван1вна

ПровХдне пЛдприсмство - Харк1вський науково-впровадкуваяьний центр "Даастпайп" АО Ф1рма "АТЭК".

Захист в!дбудегьса "У" ^^^ю р. на ааз1данн! спецДаИ-аованно! науково! ради k18.02.03. при Сх1дноукра1нському державному уа1вероитвт1 еа адресов: 348034,м. Луганськ, кв.Молод1хний 20-а

8 дисертац1ею южна оанайомитися в 01бл1отед1 Сх1дноукра1нського державного ун!зерситету еа адресов: 348034, м.Луганськ, кв.Молод1жний, 20-а.

Автореферат роз!сланий

Вчёний секретар спец!ад1еовано1 вчено! оади

кандидат техн!чних наук, доцент .Ц^лУл Ряб1чева Л. А.

Загальна характеристика праЩ. актуальност! 1 досл1дкуваност! тематики.

Широке викорисгання сучасних псШкерних иатер1ал1в в маигаобу-дуванн!, Х1м1чн1й, буд1велън1н 1 1ншкх гачузях промисловост1 ь-ш.е бути эаОеэпечено створенням технолог!чиих процес1в, реал!зуючих бе8перервн! методи виробництва. До. них. з першу чергу, в!дносятьса плет!ннл 1 пултру81я. В периому випадку аабезпечуеться створення потрЮно! структури ;.;атер1алу, яка в!дпов1дае д1ючим навантаяенням. Використання пултруй!иного процесу дас моклив!сть орган ¡.зу ват и ви-сокопродуктивний беоперервний процес, я кий гарантуе висок-/ ягЛстъ . та геометртш! розШри виробу. Об'едиання обох методов з единкй технолог1чнкй процес дозволило б сполучити позитивн! моменти кожного з способ1в формування: створити потр1бну просторову схему арму-вання з наступним беэперервним формуванням довгом!рного виробу. Од-нак, в телер1ш1й час в1дсутн! теоретичн! 1 екслериментальн1 дос-л!дження, як1 дозволяюгь реад!зувати сполучений процес. Не вивчен1 властивост! матер1ал!в, отриманих дани:.', мятодш, не в!дом! обмежен-ня на. структура! 1 технолоПчн! параметр:! формування.

Д1ль 1 основи! вавданнп досд!дяення.

Метою дксертацШо! роботи с досл!дкення ф!зико-нехаи1чних якостей компоа!ц!йних матер1ал1в 1 технолог!чного процесу виготов-лення виро01в на 1х основ! плет1льно-пулгруз1йш1м методом формування.

Для досягненкя дано! мети сформульован! осповн1 задач! роботи:

1. Досл!дяуватн к1нематичн! параметра процесу плетишя при формуванн! кшпоз!цшкого натер!алу, забезпечуюч! досягнення пот-р!бннх структурно-геометричних характеристик виробу.

2. Вибрати рац!ональн! рекими пултруа!йного процесу ! визначи-ти !х вплив на ф!зико-механ!чн! якост! отримачих матер1ад!в.

3. Вивчити силов! параметри плет1льно-иултруэ!йного процесу ! внаначити д1апазон 1х зм!нн, запеэпечуючих отркмання задано! структур« натер1алу, .

4. Досл!даення якост1 натер!ал!в ! типових стркяневих конс-тругаий на 1х основ!, отркманих плет1льно-пултруэ.1йнш методом при р!8них уыовах навантаження. - „

б. Розробитн методику вибору рац!ональних технолог1чиих режи-и!в формування 1з вал1ком структура матер1апу 1 мояшшостей реал1-вац11 технологичного процесу. ';'-у

6. Розробити технолог1чне обладнання 1 • технолог!чний процес виготовлення трубчатих стрижневих вироб!в.

Характеристика метододог!й, метод!в досл!дхення предмет!в 1 об'ект1в.

Методолог1чною основою досл1джения, визначаючого структуру 1 орган1зац!ю. с концепц!я системного Шдходу до роав'язання проблем ство^ння композЩйних матер!ал!в, синтезу технолог1чного реглан мент»/ виробницг г ряду тшювих вироб!в на 1х основ! !в эастосуван-ням Оезперервного процесу, передбачаочого вплив значимих фактор1в 1 облж 1х сп!льного вшшву на !нтегральн1 показнкки властно отрима-них ^атер!ал!в.

¡Теоретична частина дисертацП базусться на теорП композ!ц!й-них 1|этер1ал1в 1 конструкц!й на 1х основ! 1 класично! теорП течП в'язких р1дин. . - *

Досл!дницька частина вклжчае як натурн! досл!ди в лабораториях 1 яромислових умоваи, так 1 модельн!, при проведенн! яких викорис-товувались статистичк! ыетоди обрсбки результата дослШв.

Достов1рн1сть наукових результата дисертацП п!дтвердауеться достатньою ьСШПстю роэрахункових ! досл!дницьких данях, що. обу-мовлено эастосуваняям апробованнх ыетод!в дослШв, в!дпов!дно прийнятих допущень характеру роэв'язаних вадач.а такси обгрунтова-ним вибором досл!дницького обладнання.

Обгрунтування теоретично! 1 практично! ц!нност1 досл!дкення 1 його науково! новиани. ,

Теоретична ц1нн1сть прац! визначаеться головним чином створен-ням ефективно! методики вибору регламенту технолог!чного процесу, яка враховуе структурно-геометричн! характеристики ыатер!алу, ф!аи-ко-механ!чн! якост! вккористаних компонент!в, к!нематичн! 1 ендов! обмеження процесу.

Практична ц1нн1сть полагай в створенн! беаперервного шют1ль-но-пултрув!йного технолог!чного процесу 1 обладнання для його реа-л!зацП, доэволяе отримувати високоякЮн! композита 1 вироби на !хн!й основ1.

Основними овнакаыи науково! новивни досл!дження е установления законом!рност! якостей композ!ц!йних иатер!ад!в 1 внроб!в на 1х основ!, термосилових параметр!в процесу 1 структурно-геометричннх характеристик метар!аду.

Використання запропонованих автором методик роарахунк!в пара-метр!в технолог1чного процесу, дозволяо створювати технолог1чне обладнання, вабезпечуюче ыШмальн! енерговатрати при бевперервному метод! виробництва.

Р1вень реал!гадГ1 впровадженн.ч наукових розробок

Отриман! результата досл!дження, реал1аовая! при виконанн! досл!диицьких 1 експериментно- конструкторських роб!т по госпо-дарських договорах з АО "Луганськик електроапаратний завод".

Розроблена методика вкбору режим1в технолоПчного процесу може бути використана на Шдприемствах, як1 заимаються питаниями зиго-товлення вироб1в з комлоз1ц1йних матер!ал1в_^в умовах сер1йного виробництва.

5апропонован1 конструкторсько-технолоПчн! р1шення можуть бути рекомендован! для створення обладнання 1 технолог!1 виробництва широко! номенклатур« вироб!в: профШ р!зно1 форми ! розм!р!в перетину, иесуч1 стояки, стрижи!, елементи фермових конструкц!й.

розроблен! труби з композ!ц!йнкх матер1ал1в, вироблен1 8апро-понованим методом, можуть в усп!хом конкурувати а металевими за ра-хунок унижения витрат на монтаж ! демонтаж, з01льиення тривалост! експлуатацП, зменшення енергсвитрат.

На п!дприсмотв! АО "Луганський електроапаратний завод" створено експериментакьне виробництво композитних труб р1аного типорозм!-РУ.

!нформац!я про апробаци! 1 публ!кац11 результатов досл!ддення, структури 1 оОсягу д!сертац!1.

Основн! положения дисертац!йно1 роботи допов!дались ! обгово-рявались на конференщях: "Пол1мери. пластмаси,-резина 1 вироби 8 них'*(м.Ки1в,1995р): "Конструкц!я ! технолог!я отримання вироб!в в неметалевих матер1ал1в,Чм.0бн!нськ.1995р>: "Пол1мерн1 матер!а--лн.Шдприсмство 1 еколог1я"(м.Москва, 1995р); "Прогресивн! пол!мерн1 катер!али,технолог1я 1х виробництва 1 вастосування"(м.Ростов-на Дону, 1995р); II 1-я Рос!йська школа по проблемам проектування неодно-, р!дних конструкц!й"(м.М1ас,1995р) 1 на щор1чних науково-техн!чних конференциях професорсько-викладацького складу Сх1дноукра1нського державного ун1веситету (1994,1996р).

По теы! дисертац!! опубл!ковано 8 роб1т, 8 них 1-депоновано рукопис 1 7 тевис!в допов1дей на науково-техн!чних конференЩях. Б1бл1ограф1чний список опубл!кованих роб!т, в!дображае основн! положения дисертацП, приведений в к!нц! автореферату.

Дисертац1я складаеться !з вступу, п'яти ро8д1л1в, висновк!в 1 рекомендац1й, перел1ку посилання 1 двух додатк1в.

Загальний обсяг роботи - 216 стор!нок (116 стор1нок машинописного тексту, 9 таблиць на 8 стор1нках, 106 машонк1в на 70 стор1н-

ках, п*релш пооилань » 187 найменуьань на 16 отор!нках та додатка на б crop. I.

дио^ртанта в_ розробку ноьнх наукових рс-bVJibTaTiji, bHHfOeHHH на sax йот.

Дис^ртантом особксто розробленп математична модель к1нематики пл*т1льного механ1ьму, математична модель термосилового процесу формування матер!аду плетиьно-пудтрузгйним методом, поставлен! та вир1швн1 задач! i оЩнки напружено-деформоваюго стану композитного матер1аяу э осшком структура та умов навантаження.

ОооОисто дисертантом проведен! вс! роэрахунки, виконаний ана-л1з результат!в i Бим1ровань, за пгдсумками якого сформульован! TaKi нов! науков1 положения, винесен! на захист:

а) Математична модель силових характеристик, формування мате-piany може Оути побудоване 8 обл1ком основних впливових фактор!в: зусиль натягування армуючих наповюовач!в, умов теч!1 в'яакого зв'явуючого на ycix етапах формування, режюЛв температурного д!ян-ня на матер1ал в 0б1гр1т1й ф1льср!;

б) Одержання композита в вимагаючими ф18нко-механ!чннык та як1сними покавниками можливо при вабезпеченн! к1нематичних параметра формування, важливШиш 8 яких с критична швидк!сть протягуван- ' ня;

в) Реал18ац1я плет1льно-пултрузхйного процесу можлива при виэ-наченому сполученнх структурно-геометричних характеристик формуючо-

го натер!алу, к1нематичних параметр!в формування та термоснлових характеристик процесу;

г) Протягування виробу при формуванн! эапропонованого методу можливо т1льки при вибор! визначених конструктивних р!шень елеыен-т!в протягуючого ыехаМзму.

3 участю автора розроблен1 конструкт ивно-технаюг!чн1 рШення обладнання i технологи одержання арм!рованих труб р1эноыан1тно1 номенклатура.

Основний 8MlCT роботи

у вступ1 показано актуальн1сть теми дисертацИ, обгрунтовано виб1р о0'ект1в та предмета досл1дження, окреслено коло вир1шуваних питань, подано загальну характеристику роботи.

Перший розд1л роботи присвячений анал1зу л1тературних джерел 'за питаниями створення вироб!в з композЩ!йних матер!ал!в безпе-

рервними методами.

Основною вимогою. пред'являемою до використаних матер1ал1в, с зайеапечення в IX склад1 в1дпов1дних умов навантаження схеми арму-вання. В цьому план1 най01льш прийнятними технолоПчними процесами с плет1ння 1 пултруз1я. В першому випадку, за рахунок зм1нення к1лькост1 носив та форми плетучих ниток, вдаеться реал1зувати в структур1 р1зн1 кути укладення арм1руючого наловнювача та товщу ллет1льних шар1в. При цьому стас модливим орган¡зувлти високопро-дуктиьний та авгоматизований процес безперервного формування виробу. Отже, до теперЮнього часу такий процес реал!зований т1льки для дискретних елемент!в, адэ пов'язано э необх1дн1стю п1дтримки отри-мусмо! структури на оправках обмежено! довжини. На в1дм!ну в1д ць-ого пултруз!йний процес дозволяс зд1йснити Оезперервний процес фор-мування виробу, за рахунок термообробки матер1алу до необх1дного стану в формуючих Ф1льсрах. Отже, при цьому на структурно- геомет-ричн1 параметри формуючого матер! алу накладаеться ряд важливих об-меженъ, пов'язаних э умовами проходження виробу у ф1льер1 та сило-вими характеристиками протягування. Очевидно, що об'еднання обох вказаних процес1в може дозволити реал1зувати позитивн! моментн кол-ного з них 1 отримати складко-армован! структури матер!ап1в при безперервному метод1 виготовлення. Однак, до теперешнього часу так1 прац1 не проводились, а в!дом1 спроби введения в процес пултруэИ однонаправлених вироб1в п!дмоток сп1рально1 арматури, або включения в структуру мат1в, не вир1шують проблем, пов'язаних з опткм1зац1ею структури, властивостей отримуючих матер1ал1в та технолог1чних ре-жим1в 1х Формування. Таким чином, анал1э л1тературних джерел пока-зус, пр для високопродуктивного автоматизованого Оезперервного виготовлення стрижневих вироб!в з псипмерних композ1ц1йних матер1ал!в най01льш доЩльно створення комплексного плет1льно-пултруэ1йного технолог!чного процесу. При цьому, в теперешньому час1, в1дсутн! досл!дження вибору рац1ональних режим1в такого процесу, та взаемозв'язку властивостей одержаних матер!ал1в э параметрами технолог 1чного процесу.

На основ1 огляду 1 анал1зу 1снуючих теоретичних та експеримен-тальних досл!джень, присвячених питаниям створення вироб1в з компо-зШ1йних матер1ал1в, в к1нц1 роздХлу сформульован1 мета 1 завдання Щс1 дисертащйно1 роботи.

В другому роздШ дисертацП приведени досл1дження процесу плетйня поверхневих шар1в матер1алу та запропоновал1 конструктива р1шення окремих вузл!в плет1льного обладнання.

- а -

Одним з основних вимог до структури матер1алу с досягнення в поверховому шар! максимально1 ловерхово1 пЦльност!. При цьому вона може бути досягкена при визначенн! взаемоав'язку ыш к1нематичниш параметрами процесу: кутовы швидкосИ обернення веретен га ось о вою подачею виробу. В ро0от1 аная!зуеться форма джгутхв в шар1, вихсдя-ч1 в досл1Джень умов укладання арматури для щ1льного покриття поверх^. Зокрема для шару одержан вираз для потр1бпого кута арму; вання, при якому можливо одержання плетеного шару пост1йно! поверх-Нево1 щ1льност1:

N1

а » агссоБ — ; • (1)

пО

де: К- число веретен плет!льно1 машини; Т -ширина стр!чки оп-л!точно1 арматури; О- д!аметр вироба,

Взаемозв'явок к!нематичнкх параыетр1в в цьому випадку мае вид:

у О-О

1 / ЯК*- По

- / -5-5-1 - — ; (2)

ПО у М-Т- УПР

Тут: п0- частота обертання веретен довкола центра плет1иня; Упр-швидкхсть протягування виробу.

На мал Л показана залемпсть граничного значения ширина стр1ч-ки опл1точно1 арматури в!д кута армирування та д!аметра виробу.

Кр1м цього, була досл1джена фэрма поверху джгут!в в процес1 плет1ння. Встановлено, що ця поверхня може бути представлена одно-порошившим г1перболо1дом обертаиня. В робот! виБначен! параметр Ще1 поверхн! в залеясност! в1д кШкост! веретен, що дозволяе проводите проектування пристро1в формування виробу в плет!льно-пултру-в1йному технолог1чному процес1.

- Суттевою особлив1стю утворення плетеного шару с вплив геомет-ричиих параметр!в (к1льк!сть джгут!в, кут плетхння, д1аметр виробу) на форму перетину джгут!в у шар1 та м1ра наповнення. В робот1 одержан! висновки для м!ри наповнення 30 1 20 структур шар1в, ви8начен1 граничн! значения для шар1в 8 максимальною поверховою вЦ.дьн1стю. Для 20 структури вирахувати стушнь наповнення модна так:

0,907 Т

V----(3)

21Й)

к , .

f.0

Т,мм

AO

. 1.0

30-

Р*0,036

60 c¿,

Lías. 1 ЗШна граничного вцаЧошш ширили аршфуючо1 стр1чка при oaesltnii- в оалеавсот! • в!д нута араушшя та д!шэтру вщхэбу.

&JO.

6 Oct

Шд.2 ЗаделнЮть степон1 наповнення вару. цако1иально1 поверхнево! ц1льц1ст1 в!д кута аркування.

Виконан! експериментальн1 досл!дження ступеня наповнення при р1вних сп1вв!днотеннях повэдовашх 1 оСпл1?очних шар1в показали д1йсно гарний зб1г, щр дозволило рекомендувати 8апропоновану методику для оц!нки структурних парамегр1в матер!алу. На мал.2 показано зм1ну ступеня наповнення плетеного шара 20 в залежност1 В1д кута армирування, при цьому виб1р ширини стр!чки опл1точно! арматури в кожному випадку виэначаеться в в!дпов1дност1 1з гагежностями (1) 1 (2).

Остання частина розд1лу прсвячена анал1зу коиструкц1й веретен та вибору оптимального кострукторсько-технолог1чного рШення цього, наШлып важливого елемента плетельноЗ машини. Враховуючи, що найб!льш допустимими с веретена 1з"акс1альним 1 рад!альним сх!дом арматури, показан! конструкт 1 обох тил!в веретен.

Трет!й розд!л роботи присвячений вибору рац!ональних парамет-р!в ■ технологичного процесу пултруз1йного формування складноармова-них трубчатих стршшхв. На основ! анал!зу л1тературних джерел, присвячених дослЦхенню пултруз!йних процес!в, визначен1 можлнв! - д!апазони зм!нення температурних та часових параметр1в формування, сформульован! основн! вимоги до використованих компонент!в - забез-печення эмочувально! зд1бност! пол!мерним зв'язуючим наповнювача, життеадатн!сть зв'язуючого, змога пол!мер!зац!! в коротка пром!жки часу 1 т.д. Виб1р необх!дних параметр!в проводився на основ! експе-риментальних досл!джень м1ри отвердгння эв'язуючого в аалежност! в!д швидкост! протягування виробу та температури ф!льсри. На мал.З показан! насшдки досл!даень для трубчатого стрижня диаметром 20мм. АнаШ даних показав, що найб!льш оптимальним, в точки вору досяг-нення лайб1дыгаго ступеня отверд!ння, е швидк!сть протягування 0,4м/хи.при температур! ф1льсри Т=200-220°С.

8 метою находження можливостей п!двищення продуктивное^ процесу були проведен! досл1дження температурних пол!в в робочому канат ф!льсри та можливост! управл!ння ними, за рахунок вм!нення положения нагр!вальних елеменИв по довжин! ф!льсри. Приведен! в цьому роздШ насл!дки еспериментальних досл!джень дозволили виОрати раЩональне значения температури нагр!вашьних елемент!в, м!сце 1х розташування по довжин! формуюч1й ф1лъери та рекомендувати опти-мальн! значения швидкост! протягування.

Четвертий розд!л присвячений досл!дженмо залежност! вусилля опору руху формуючого матер!алу в!д основних технолог!чиих параметра процесу. Анал!в силових фактор!в показус, шр повне зусилля визначаеться сувокупн!ст1{| зусиль на окремих д!лянках: поперечно! п!д-

0.66

0,33

%'2?0ЯС / Тн-220'С

и- ^

- /п

тн = <ео'с \/пр, "/мин

о,г

оа

о.б

,Ма4.3 Зааеян1сть степей 1 ватверд1ння ававугщого в!Д швидкоотГ протягування 1 температуря нагр!вщк1:в.

Ц<р, ьфш

Мал. 4 Залежн1сть критично1 швидкост1 в1д кроку обмотки та початко-вой степс¡¡1 наповноиня.

мотки, нлет1ння, ф!лъсрному вузл1. При цьому» кр!и о ид тертя руху матер 1алу, стоять на завад! сит эчеплення полуфабриката - матерХа-лу а оправкою. В эагальному випадку повне вусилля протягування вив-начасгься:

(

Рпр-ДР| ; (4)

Виникаюче на егал! поперечно! п!дмотки зусилля визначасться 8 баланс/ обсяг1в ф!льтруючого ев'язуючого. При цьому. в структур! матер!алу виникас тиснения зв'язуючого, розм!р якого може бути виз-начений 8 урахуванням умов формування виробу. В робот! розглянут1 два основн1х випадки формування - коли шбидкЮть протягування УПр б!льие 1 менше швидкосп ф!льтрац!1 вв'явуючого У® в зворотному руху повадовжньому напрям!. Поск!льки, для отримання як!сного матер1-алу найб!льш важить випадок, при я кому УПр>У©, роэм1р тиску визначасться таким чином:

2я3 УпрИ^^иСс!,,2-«!2) (<?к-<?п) То---------- ; (Б)

ЯТу'З Ьс1нс1вн2Фк(1-|Ри) (^|?1/(|р|гФк) -I)2

Величини, як! входить до (б), виэначають основн! структурн1 (Фк.Ч>н.с}н.й.йвн.91) та технолопчн! (Упр,т» .Ьо.КбД) параметри иа-тер1ала 1 технолог!чного процесу. Тод! зусилля оп1ру руху на ц!й д!лянц! визначасться таким чином:

Р1 =д а (Т0/2 +р ") ; (6)

Розм!р критичного вначення швидкост! протягування, при як1й реаШусться в казан ий вице випадок руху" эв'яэуючого 8найдеться 8 вираэу:

(1-фн)Чнг N

упр--- . (7)

8ц Кб^Ф^и / ЬЬ^г

де г - кут обмотки; И- вусилля натягування обмоточно1 арматури.

На мал.4 показано ем!нення УКр в залелетост! в!д крону обмотки I та вих!дного ступеня наповнення повэдовжно1 арматури фи.

Анал!е зусиль, дИочих при плет1нн! показав, щр вусилля опору

на ц1й д!лянц! технолог1чно1 л1н11 виэначиться складаючий вусилля натягування опл!точно1 арматури I силами тертя, викликаними в'явлениям тиску в- структур!:

п яТо'Ы Рг -—Нгсо5й151пу+-- ГТр+я ; (8)

г г

Тут: п- к1льк1сть носИв; 1г - довжина, на протяв! котро! д!с тиск То'; (1- д1аметр оправки; N1- эусилля натягу опл!точно1 арматури; с<1- кут нахилу опл1точних ниток.

Коеф!ц1ент прилипания р.який входить до (б) та (8), являс собой дольову силу опору в'язко! течП зв'язуючого, в!дпов1дно закону Ньютона:

¿У (IV и>

р - И- -А(Тк)- ехр - ; (9)

<11 с1Ь КТк

де:т>- динатчна в'язк1сть; dV/clt- град1снт пвидкост!; А(ТК )-якась функц1я температури; иг енерПя активац!! в'язко! течП; К-пост1йна Больцмана; Тк- температура

Визначення коеф1ц1ента р проводилось експериментально, на спе-ц1альн1й установи!, яка дозволяе вим1ряти зусклля опору з урахуван-ням довжини вим1рювально1 ф!льсри та ступеня наловнення контрольного аразка матер!алу. При цьому:

ТаТ

р -ро ехр— ; (10)

КТк

•

псст1йна га вираховувалась за насл1дками в!прбування зразк1в в р1зним ступенем наловнення,. а р0- п!д час дослШв в ф!льсрах р!з-но1 довжини. Заледн!сть коеф!ц!снта в!д швидкост1 руху препрега при р1зних температурах показана на мал.б.

Як показали проведен! досл!ди, форма вх!дноН частини ф!льери виявляс суттсвий вплив на розм!р опору руху. 3 розгляду умов руху ев * язуючого при вход! у ф!льеру (мал.6) складений баланс перемШе-них обсяПв зв'язуючого:

х-[41(XI) -Ч1(х>3 « dW , (11)

де: х-час руху зв'язуючого; 41- пот1к зв'язуючого в перерезах X 1 Х1 ; сМ - в1дф1льтрований пот!к зв'язуючого.

В (11) при принятому эакон1 зм1ни форми каналу у«!1 (х) виводи-лися поточн! значения ступеня наловнення та тиску зв'язуючого Т(х).

M

Wa

•• I

405

I,

,1: !i <11

t'2Q

t*Sûj

^ г? . o¿ 0.4. o.e .

Кал. 5 SaaeaHloTb коеф1ц1снту щшшшнвя В1д швидкост! руху виробу.

Пс/Т Г

G

К

tffadxy

»U)

Л

c/is

che

S ' S KS S

%

Мая.6 До роэрахуику вусилдя onlpy у вах!дн1й частин! Ф1дьсри.

Методом 1терац1й в кожн1й точЩ энаходилися величини тиску та проект 1 эускль на в1сь виробу. Повне зусилля опору на ц1й д1лянц1 „^находиться 8 виразу:

де: а- координата, в!дпоз!дна точц1 контакту формуемого виробу 8 Ф1льсри; Л31- елементарна частка площ! поверхн1 ф1льсри. Епюра ро8под!лу т1ску Т(Х1) по довжин1 заходно! частки ф1льери наведена на мая.7,

Для визначення эус1лля опору руху в Ф1льер1 розглянута задача навантаження цил!ндрично! оболонки внутр!шн!м тиском ц, розм1р яко-го вибираеться таким чином,щоб компенсувати обсягову усадку ав'язу-ючого при термообробц! та зм!нення геометричних розм1р1в за рахунок терм1чного роэш!рення матер1ала. Зусилля опору визначаеться таким чином:

Тут: Кф1ф - частка довжини ф!льери, на як1й реая!эуеться сухе тертя; Гтр- коеф1Щснт тертя,

Зм!на зусилля Р4 в залежност! в1д структуриих парачетр!в ма-тер1алу - ступеня наповнення та кута 'армирування,виведен1 на мал.8.

Визначив складов! повного зусилля опору руху Р1...Р4 та, маючи на уваз!, щр на 1нш1й частин1 внутр1тньо1 оправки реал1зуеться в'язка теч1я эв'язуючого, визначена коеф!ц!снтом прилипания, знахо-диться повне зусилля протягування. Теоретичн! досл!дження пор1вню-вались э експер!ментальннми даними, як! получен! за допомогою спец!ального тензометричного вим1рювального пристосування. Як сл!д з наведених даних (табл.1) получен1 теоретичн! залежност! доотатньо адекватно описують експер!ментальн1 насл1дки.

В п'ятому розд!л! роботи приведен! результата теоретико-еко-пер1ментального досл1дхення ф1эико-механ1чних характеристик компо-8ит!в, обговорюсться загальна методолог!я вибору рац1ональних тех-нолопчних параметр!в формування, приведен! насл1дки впровадлсення.

+

(12)

Р - К 1 я { '

(13)

- 1б -

Мал.8 Зм1нення вусилля onlpy в ф1льер1 в еалежност1 в!д кута арму-вання 1 отецен! наповненкя в!робу.

ливють втратн ст!йкост1 одерианих трубчатих стризиив, заключаться в тому, що на в1дм1ну в!д однонаправленнх, руйнуючих оляхом розша-рування, оп1сля усунекня навантаження вони повертаються до початко-вого стану без остаточних деформатй.

0ц1тса несучо! зд!бност1 трубчатих стркжн1в при дП внутр1шно-го тиску та розтягуючо1 сили проводилася з використанням структурно! тесрИ м!цност1, яка враховус поеталне руйнування в процес! на-вантаъення. Декотр! наслгдки теоретичннх та експер!ментальких досл1дкень приведен! в табл.2. Отримат дан! дозволили рекоиендува-ти цо методику роэрахунку для оц1нкн несучо! зд!бност!.

Оеоблкву увагу прид!лено питанию вибсру структурк 1 влзстивос-тей материалу з урахуванням умов протягування вироб!в. Оск!льки захват вирсбу в протягуючому механ!зм! робиться за рахуиок бокового обтиску в спетальких лодементах, розглянута задача навантаження цШндричжл обадонки поперечним вертикальним навантаженням q -кь-согз. 3 урахуванням ан!готроп11 властивостей ыатер1алу отриманг вирами для налруження 1 деформац!й. На мал.11 показано зм!нення мак-симальних напруг в поперечному розр!з! оболонки в плосзяа роз'еднання ложемент1в в зачежност1 мд кута армирування плетеного шару. Аналог!чн1 залелност! одержан! ! при досл1дженк1 вплнву сп1вв!дношення поперечних ! поздовжн!х шар!в. 3 використанням структурно! теорИ м!цн!ст! розрахован! розм!ри зуснль в1дпов1дн1 витрит! суц1льност! та н!цност!. Проведен! теоретичн1 та екс-пер1ментальн! досл!джеккя дозволили всталовити взасмосв'язок эусил-ля притиску з зусиллям протягування та розробити рекшендац!! по конструкц!! елемент!в протягувального пристрою, на мал.12 приведен! експер!ментальн1 зусилля тргшдноутворювння в1д довкини ложемента протягувального механ!зму. Як видно з получених даяих, в залежност1 в1д структурних параметр1в визначаеться необх!дна довжина ложемента.

Декотр! насл!дки досл1джень трубчатих вз!рц!в на поперечне тискання показан! в табл.3.

В К1нц1 розд!лу дасться загальна методолог1я вибору основних технолоПчних режим!в формування матер!ала плетШно-пултру81йним методом, враховуюча обмеженн!сть на структурно-геометриям! парамет-ри матер1алу, к!нематичн! характеристики обладнання, оптимальн1сть термообробки на р!зних етапах процесу 1 силов1 параметри формуван-ня..

На основ! проведених досл!джень розроблено технолог!чне обладнання для виробництва стрижней д!аметром !/2",3/4",1", п!д робоч1

- во -

SOC?

/аа

.svo

сС"--

Liaa.il 8и1на ыакошалъних напрут в структур! матер1аяу в валеа-hoctI в!д кута плег1ння щшрщюсо шару.

А . ——sггайЖ ¿60' j

Р -{-

-—1-»- 1 1 ! 1 —--l- 30' I

рз е) 1 ' Л i, Сз С **ЮХ

я/ ох о,з e^tcn*^

Мая. 12 SaaezBlotb вусялля притеснения в моыент втрати ионод1тност1 в!д довжини лоиемента i кута армування вовн1шнього раду. Pl. Р2. Ра - роарахунков! вусилля протягування.

тиски lMIa. ПродуктивШсть установки складае 150 м/зм!ну. В те-neplnraift час установка упроваджена на електроапаратному завод! м.Луганську. -

Таблица 2.

8м1неиня руйШвиого тиску ! тиску,в1дпов1даючему утрат! геометричност! в заяеяност1 в1д структуриих параметр!в матер1алу.

hz hi : ;Герметичн1сть дг,МПа : М1цн1сть МПа

i QrT : Чгэ : v Д : ЧрТ = qp3 : v ,%

30 0,97 1,05 7,3 2,42 2.0 4,3

1. 45 1,12 1.03 11,0 3,23 2,7 5,5

60 1,26 1.08 6.6 4,08 3.95 5.9

30 1,11 1.25 4,7 4,51 з;85 6,2

8 45 1,32 1,35 8,2 5,86 6.0 7,1

60 1,35 1.50 2,5 7,47 7,25 10,2

Таблица 3.

Насл1дки випробувань трубчатих вз!рц!в напоперечний обтиск. (0 26,4 ММ, 1захв."350 мм)

h2

ct,° : Ртрт,Н

: Ртрэ ,Н : Перем1щення захвату, мм

hi: : . D Э • 'TP : v,7. : V)T : % : \>

30 3320 3300 11,6 0,447 0,71 7.2

0.1 45 3430 3650 8,4 0,361 0,55 4,3

60 3810 3960 10,3 0,292 0,25 5,7

30 4270 4050 12,1 0,352 0,5 4,2

1,0 45 4565 5400 10,7 0,339 0,41 6.0

60 5300 6450 11,1 0,288 0,32 5.3

- гг -

Основн! висковки 1 рекомендацП.

1. На основ! анал!за !снуючих ыетод!в безперервного Формування полШерш« конпозЩ1йних матер1ал1в, запропоновано технодог1чний процес, об'еднуотий шшт1ння 1 пултруз!ю, цо дозволяв отршуватк ыегер!али з складноармованою структурою та високиыи експдуатац!йни-т характеристиками.

2. На основ1 анаЛву к!нематики процеоу плетИпш встановлен1 днал1тичн! залежиостг параметров процесу в1д основних структур--'ио-геометричних характеристик метёр!ала, • як! дозвсшпоть отримати

необх!дну структуру матер1алу а максимальною поверхневою щ1льн1стю оплетених шар!в.

■ 3. Дскшдження впливу режим 1 в пултруз1йного процесу на ф!ви-ко-механ!чн1 характеристики матер!ал1в, дозволило визначитл рац!оналън! параметри процесу, вабезпечукш досягнення в вироС1 не-обх1дного ступеня отвердшня зв'язуючого та властивостей матер!алу при проведена! безперервного плет!льно-пултруа!йного процесу форму-вання.

4. Анал1тично вквначен! силов! параметри плет!льно-пулт~ руз1йного процесу та д!апазон 1х 8М1нення, запеэпечуюч! одержання' задано! структура ! ф!аико-механ!чних властивостей матер1ад!в.

Б. Залропонован1 конструктивно-технолог1чн1 р!шення окремих елементхв технолог!чного обладнання, доэвлили реал!8увати плет1ль-но-пул7руз1йний процес для виготовлення труОчатих стрикневих ви-роб1в/'р18номан1тно1 номенклатури.

уё. 3 урахуванням структури, властивостей матер1алу 1 ыоашивоо-.теи реал!зацП технолог!чного процесу безперервного форыувалня зап-ролонована методика вибору рацЮйальних режим!в плет1льно-пулт- . руэ!йного технолог1чного процесу, дозволяе одержувати вироби а ви- ; сокими експлуатаЦ!йними характеристиками.

7. Проведен! експерШентаяьн! досд1дження ф!8ико-механ1чних властивостей та м!кроструктури ыатер1ал!в показали, що аапропонова-ний технолог1чний процес 1х формування еабеапечуе досягнення : потр!бних характеристик матер!&д1в та високу якЮть отриыаних ви-роб!в. ""

Список публ!кац!й, ¡до в1дображають основн! положения дисертадИ

1. Фрегер P.E..Рыбка В.Н. Применение плетельно-пултрузионной технологии для изготовления труб на основе полимерных композиционных материалов// Тез.докл.научно-техн.конф."Полимеры.пластмассы, резина и изделия из них ".- Киев.-1995.-С.23.

2. Фрегер Г.Е., Рыбка В.Н. Разработка технологии и .оборудования для непрерывного производства профильных изделий из композитов// Тез.докл.научно-техн.конф." Полимеры,пластмассы, резина и изделия из них ".- Киев.-1995.-С.71

3. Фрегер Г.Е. .Бакст Е.Е., Рыбка В.Н. Исследование композитов .полученных плетельно -пултрузионным методом / ВУГУ - Луганск, 1995 - 17с. - Деп. 20.05.95, Н1585-УК95.

4. Рыбка В.Н., Фрегер Г.Е. Исследование термосилового процесса пултрудированных сплошюармированных композитных систем// Тез.докл.научно-техн.конф."Полимерные материалы : производство и экология".- Москва.-1995.-С.40.

5. Фрегер Г.Е., Рыбка В.Н. Создание пултрудированных изделий из композитов с пространственной схемой армировашш//Тез.докл. Ill Российской школы по проблемам проектирования неоднородных конструкций. - Миасс.- 1995.-С.85.

6. Фрегер Г.Е., Рыбка В.Н. Особенности непрерывного формования изделий из ПМК плетельно-пултрузионным методом//тез.докл.XIV науч-но-техн.конф." Конструкции и технология получения изделий из неметаллических материалов",- Обнинск.-1995.-С.65.

7. Фрегер Г.Е., Бакст Е.Е., Рыбка В.Н. Разработка технологи-* чес кого процесса непрерывного производства стеклопластиковых профилей плетельно-пултрузионньгм методом//Теэ.докл.научно-техн.конф. " Прогрессивные полимерные материалы, технология их переработки и. применение". - Ростов-на-Дону.-1995.-С.11.

8. Фрегер Г.Е., Бакст Е.Е..Рыбка В.Н. Разработка плетельно- пултрузионной технологии непрерывного производства изделий из КМ//Тез.докл. научно-техн.конф."Ресурсо,энергосберегающие и экологически чистые технологии в производстве изделий из КМ". - Киев.-1996.-С. 106.

АННОТАЦИЯ

Рыбка В.Н. Разработка и исследование полимерных композиционных материалов,полученных плетэльно-пултрузиокным методом. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.02.01 - материаловедение в машиностроении, Восточноукраинский государственный университет, Луганск, 1996.

Защищается 8 научных работ.В диссертации на основе теоретичес-. ких и экспериментальных исследований предложена методика выбора структурных характеристик полимерных композиционных материалов при изготовлении их непрерывным плетельно-пултрузионньм методом,Установлена взаимосвязь свойств материалов с основными технологическими /параметрами.Разработана методика расчёта термосиловых характеристик процесса.

■ Произведено промышленное внедрение результатов исследований -создана установка для изготовления труб различного размера иэ эпоксидных композитов.

Rybka V.N. Working out and,investigation of polymer composite materials obtained by braid-paltrusion method.

Dissertation on. the competition of the candidate of technical' sciences for speciality 05.02.01. - "Structure of materials and their properties In industry", Eastukralnlan State Unlvercity, Lugansk, 1996.

There are difended eight articles. Technique of choice of structural characteristics of polymer composite materials by continuous- jbrai d-pu 1trusi ve method on the basis of theoretical and experimental reseaches has been offered in this work. Interrelation between material properties and main, technological., parameters has been set up. Method of calculation of thennopower characteristics of the process has been worked out.

Industrial introduction of the reseach results has been made -a plant for producing various sizes of pipes from epoxy composites has bien created.

KjhwobI cioBa: HOMnosHUlftHi MarrepiaaH, nyjiTpyeiH, naeTiHUH, QTpyKTypa, $opMyBaHH3, enoKCHflHe aBgaypue, apMyml HanoBmoBaul.___

ABSTRACT

Подп.к печати «¡9.05.96г.'Формат 60x64 I/I6. Печ.л.1 Тираж 100 экз. Заказ 262 '______________