автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Создание высокоресурсных компонентов оборудования и технологии их изготовления из структурированных композитов с использованием физических полей

На правах рукописи

БОЙКОВ Евгений Алексеевич

СОЗДАНИЕ ВЫСОКОРЕСУРСНЫХ КОМПОНЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗ СТРУКТУРИРОВАННЫХ КОМПОЗИТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

Специальности: 05.03.01 -Технологии и оборудование механической

и физико-технической обработки 05.17.06 — Технология и переработка полимеров и композитов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ВОРОНЕЖ 2004

Работа выполнена в Воронежском государственном техническом университете (ВГТУ)

Научный руководитель Научный консультант

доктор технических наук, профессор Лагунов Виктор Семенович доктор технических наук, профессор Старов Виталий Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Газизуллин Камиль Мирбатович;

доктор технических наук, профессор Шутилин Юрий Федорович

Ведущая организация Научная проектно-конструкторская

технологическая организация ОАО "Опытное конструкторское бюро машиностроения" (г.Воронеж)

Защита диссертации состоится "19" мая 2004 г. в 1200 ч. в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д212.037.04 Воронежского государственного технического университета по адресу: 394026, Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

Автореферат разослан апреля 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кузовкин А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы и направления исследования. В связи с интенсификацией эксплуатации технологического оборудования, на отечественных предприятиях и техническим перевооружением производств возросла потребность в новых высококачественных комплектующих агрегатах и механизмах. Одним из важных направлений исследований является повышение надежности, долговечности и безопасности изделий за счет использования деталей, обладающих высокоресурсными свойствами: повышенной износостойкостью, высокими прочностными характеристиками, малым коэффициентом трения и другими. Эти параметры во многом зависят от вида применяемых материалов. Особое и перспективное место среди новых материалов занимают композиционные полимерные материалы (КПМ). Их применяют в качестве основного материала или покрытия в узлах уплотнительной техники, гидро- и пневмосистемах, направляющих узлов роботов и станков, а также при изготовлении подшипников скольжения, механизмов транспортных устройств, оснастки и узлов оборудования, где КПМ незаменимы.

Существует немало способов изготовления изделий из полимерных материалов, предназначенных для технологического оборудования, но большинство из них сложны. При этом полученные известными способами детали не имеют высоких эксплуатационных показателей. Среди прогрессивных технологий, используемых для создания полимерных пленочных высокоресурсных покрытий, выделяется способ, позволяющий управлять структурой сложного полимера посредством формирования надмолекулярных образований за счет термомеханических воздействий. Проведенные нами эксперименты показали принципиальную возможность увеличения (на 25-:-30% и более) отдельных показателей физико-механических свойств деталей из КПМ. Для этого необходимо комбинированное воздействие на структуру материала физических полей, складывающееся из силового, теплового и магнитного внешних воздействий. Это открывает перед разработчиками оснастки, комплектующих и агрегатов технологического оборудования новые широкие возможности по созданию уплотнительных и триботехниче-ских узлов, обладающих высокими эксплутационными показателями, что актуально для многих отраслей промышленности.

Работа выполнялась в соответствие с основным научным направлением факультета ФАРМ ВГТУ ГБ 96.15 «Проблемы современной технологии машиностроения» и является частью комплексных исследований проводимых физико-техническим фа-

ГОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ I 6Н вЛ НОТИСА ] СПтр^туЛ {

о» да

культетом ВГТУ по теме НИР ГБ 96.25 «Вопросы безопасности машиностроительного комплекса».

Цель исследований: создание технологии, обеспечивающей получение высокоресурсных покрытий деталей триботехнических узлов и уплотнительных элементов оборудования на основе композиционных полимерных материалов (КПМ) с управляемой макроструктурой посредством комбинированного воз действия физических полей.

Основные задачи:

1. Анализ существующих конструкций узлов оборудования, технологий изготовления покрытий деталей и обоснование рациональных средств управления процессом формирования многослойных композиционных покрытий из полимеров.

2. Систематизация объектов процесса создания изделий из КПМ для комплектующих оборудования, описания его взаимосвязей, предназначенных для управления процессами жизненного цикла изделий.

3. Установление взаимосвязей основных физико-механических свойств полимерных композиций с технологическими параметрами; процессов их изготовления с учетом воздействия физических полей, являющихся основой физической и математической моделей процесса формирования структурированных полимерных покрытий.

4. Установление закономерностей воздействия комбинированных физических полей на эксплутационные свойства триботехнических узлов, уплотнительных элементов и направляющих оборудования.

5. Создание рациональной технологии и новых средств, обеспечивающих изготовление деталей с полимерными покрытиями, имеющими высокие эксплуатационные показатели.

5. Разработка технологических регламентов получения покрытий деталей и комплектующих оборудования и проведение эксплуатационных испытаний изделий, созданных с применением структурированных полимерных материалов.

Методы исследования: в работе использованы научные основы теплофизики, теоретические основы теории пластичности и строения веществ, теории полимеров, положения теории прочности материалов, теории магнитизма, теория систем, использованы методы математической статистики и планирования эксперимента.

Научная новизна работы включает:

1.Разработку комбинированного (механо-термо-магнитного) способа воздействия физических полей, направленных на формирование

однородной макроструктуры фторопластовых покрытий узлов трения оборудования, обеспечивающих высокие эксплутационные показатели оборудования.

2.Составление физической модели получения монолитного полимерного материала и покрытий на основе многокомпонентных полуфабрикатов.

3.Разработку математической модели процесса формирования структурированных многослойных полимеров.

4.Создание методики систематизации сложных объектов из КПМ с учетом их взаимосвязей на этапах жизненного цикла изделия.

5.Установление основных закономерностей влияния параметров технологического процесса получения структурированных полимерных покрытий на повышение эксплутационных свойств деталей из КПМ.

Практическая значимость и реализация:

1.Технология изготовления узлов трения с высокими эксплуатационными показателями на основе композиционных фторопластовых моноблочных покрытий с управляемой структурой посредством комбинированного воздействия физических полей.

2.Создание технологии и средств управления формированием объемных и плоских изделий из структурированных полимерных покрытий с использованием механо-термо-магнитного воздействия.

3.Разработка методики расчета устройств, обеспечивающих создание стабильного магнитостатического поля для обработки полимеров.

4.Созданы покрытия, обеспечивающие снижение на 25-30 % коэффициента трения триботехнических узлов, что увеличивает срок их эксплуатации.

5.Разработаны и внедрены в производство уплотнительные узлы и направляющие с покрытием из КПМ, прошедшие обработку в физических полях. Ожидаемый экономический эффект более 27000 руб.

6.Разработка рекомендаций по использованию в узлах оборудования композиционных фторопластовых покрытий с повышенными экс-плутационными характеристиками, полученными за счет комбинированного воздействия физических полей.

Личный вклад соискателя включает:

- разработка и теоретическое обоснование комбинированного способа механо-термо-магнитной обработки фторопластовых полимерных покрытий деталей и средств для его реализации на практике;

- установление закономерностей влияния параметров технологического процесса получения структурированных полимерных покрытий под воздействием физических полей на эксплуатационные показатели изделий и установление физических и математических моделей;

- создание методики систематизации объектов композиционных материалов и учета из взаимосвязей на всех этапах жизненного цикла изделия;

- создание методики расчета элементов магнитной системы, средств технологического обеспечения сложных полимерных покрытий.

Апробация работы: Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на Международной научно-технической конференции "Полимерные композиционные материалы и покрытия" (Ярославль, 2002); на V Международной конференции АБМБ-5 "Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов" (Воронеж, 2003); на ежегодных отчетных конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов ВГТУ (Воронеж 1999-2003); на научных конференциях кафедр ВГТУ и семинаре "Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки" (Воронеж, 2003).

Публикации: по материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ из них 5 в центральной печати. Личный вклад автора в работах включает: /1/ - предложена методика расчета магнитопроводов системы; /2/ - проведение опытов и анализ результатов; /3/ -предложил применить постоянное магнитное поле для обработки полимеров; /8/ предложил систему магнитопроводов; /9/ - проведение эксперимента на новых материалах, подтвердивших правильность методики для структурированных КПМ; /10/ -обосновал целесообразность применения для повышения эксплуатационных показателей магнитостатического поля; /11/ - предложил уточненную методику измерения статического поля.

Объем и структура работы: диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих результатов и выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы - 161 страниц текста, включая 54 рисунка, 19 таблиц, библиографию из 107 наименований и 4 приложения на 11 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы. Сформулирована цель, поставлены задачи исследования, раскрыты научная новизна и

практическая ценность работы, методы исследований и уровень обсуждения диссертационных материалов.

В первой главе на примере использования в технике полимерных материалов сделан анализ существующего уровня теоретических и экспериментальных исследований, технологий получения композиционных фторопластовых покрытий разных структур. Из литературных источников и производственного опыта сделано заключение.

Ведущим материалом современных триботехнических узлов, уп-лотнительных устройств и других специфических комплектующих оборудования являются неметаллические композиционные полимеры сложных конструкций. Одним из наилучших материалов покрытий деталей триботехники является фторопласт-4 (Ф-4). Фторопласт удовлетворяет большому перечню жестких эксплутационных требований. Он обладает уникальными свойствами: высокой прочностью при растяжении и сжатии, термостойкостью (в известном диапазоне), восприятием одновременного нагрева и деформаций, способностью удерживать активированные наполнители, имеет высокую магнитную восприимчивость, обладает малым коэффициентом трения. Поэтому его целесообразно применять для подшипников скольжения, уплотнительных конструкций, направляющих промышленных роботов и станков, в других узлах, где применяют композиции на основе тонкослойных покрытий с наполнителями, с арматурными каркасами. Однако в промышленности нет рациональных технологий получения высокоресурсны монолитных многослойных композиций.

Одним из эффективных направлений воздействия на структуру композиционных материалов является применение физических полей, включая комбинацию силового, температурного и магнитного внешних воздействий.

Установлена возможность повышения эксплуатационных свойств изделий за счет формирования особой структуры КПМ, управлением релаксационными процессами в разных типах связей. Особого внимания в покрытиях заслуживают переходные слои с металлическими и неметаллическими основами, поверхности пленок и волокон.

На основании анализа поставлены цель и задачи работы.

Во второй главе изложено научное и методическое обоснование проблемы получения структурированных полимерных материалов с высококачественными эксплуатационными показателями и предложены пути конкретного решения поставленных задач.

Указано, что физико-механические и эксплутационные свойства компонентов триботехнических узлов, уплотнительной техники и направляющих ПР с покрытиями на основе фторопластовых полимеров определяются строением и структурой композиционных материалов. При анализе и синтезе композиционных полимерных материалов (Б), т.е. зКПМ^ использовали принципы системного подхода, рассматривая систему как совокупность переходов от частного к общему и реализацию возможностей конструирования нужной структуры путем влияния на состояние ее компонентов, разрабатываемых отдельно, но соединенных в процессе формирования вместе, в единый моноблок. Поэтому структуру композиционного материала в общем виде, можно записать как выражение:

5ггкпм = {Е а); Кв (;)}> О)

где есть объекты Е (I) и элементы е|,е2,... еп (это наполнители, волокна, пленки, тканая основа) с множеством отношений Я,, (Л) и конкретными взаимосвязями Следовательно,

есть функция множества объектов с конкретными элементами сложного материала и взаимосвязи между ними. Такая систематизация строения сложного полимера учитывает разнообразные формы представления структуры композиционных материалов.

Автором предложено осуществлять целенаправленное управление строением материала, исходя из понятия жизненного цикла изделия из КПМ. При этом введены три основных уровня: У1 - анализ, расчет-прогноз; У11 - методы и действия по реализации технологии изготовления структурированных полимеров; У111 - поддержание стабильных свойств изделий в условиях эксплуатации.

Приняли, что на уровне действий У11 (I, I), выполняющая функция реализации целей управления, формирующих объект, есть Ъ. Это могут быть технологические условия (факторы) процесса создания конструкции материала. Есть также исходная информация У и выработанное решение типа Это виды, составляющие основу композиционного материала со своими параметрами процессов прессования, сварки и т.п. Поэтому х'и У* конкретные, поддерживаемые параметры, например, температура сварки, толщина пленки фторопласта.

Если последовательность операций процесса изготовления КПМ обозначить как управляющий алгоритм оборудования, то управление W есть результат работы алгоритма вида \У = <р (У, г). Следовательно,

заданная структура композиционного материала формируется при реализации множества {г, У, XV, (р Поэтому, например, в процессе совмещения сварки компонентов полимера под нагрузкой Р реализуется технология ГГ-M, при которой из фторопласта-4 (это ткань Д1а, состоящая из волокон Ы), при наличии в пакете пленочных материалов Ш и находящихся на подложке материалов, получим определенную структуру:

81гКПМ 1Х_М {УИФ-4[Да,(В2,Ш)]} ПСМ. (2)

Для получения пластин структурированного полимерного материала покрытий нами применен способ, основанный на комплексном воздействии физико-химических полей на предварительно обработанные полуфабрикаты, собранные в блоки из фторопластовой ткани и пленок из стандартного, а также модифицированного МБА фторопласта. Пакет материалов-полуфабрикатов помещали между плоскопараллельными плитами прессформы, как показано на рис.1.

Рис. 1. Устройство с пакетом полуфабрикатов в разобранном (а) и собранном (б) видах; обозначено: 1,5 — нижняя и верхняя плиты; 2 - тканый материал "Дакпен", "Нафтлеп"; 3 -модифицированный фторопласт; 4 — блочный полимер; б - немагнитное болтовое крепление

При получении КПМ, предварительно специальным образом обработанные и уложенные в пакет тканый материал 2, Ф-4МБА 3 и блочный полимер 4, опрессовывают с усилием Р = (0,5-ь5,0) ±0,1 Н/м, осуществляя уплотнение материалов. Затем в печи при температуре ©=330-ь370°С, в течение 20-т30мин проводят термообработку-сварку. Эти операции определяют основу технологии, названной ГТ-М. Если в дальнейшем осуществить обработку остывающей фторопластовой конструкции магнитостатическим полем (МСП) с напряженностью Н=20-ь80кА/м и провести двух-трехкратное термоциклирование, но при разном времени воздействия (т=5-г-30мин) и напряженности МСП (до 100кА/м), то получим технологию, названную нами (ГГ)МТМО.

Для обработки полимера плоскопараллельным МСП автором предложены методика расчета магнитных параметров и методика выбора элементов магнитной системы, включая экспериментальное определение её параметров. Создана установка, имеющая магнитную систему из подвижных магнитопроводов и средства управления рабочим зазором и контроля напряженности поля от 2 до 200кА/м. На рис.2 показана схема установки для обработки магнитным полем КПМ. Определение потока в зазоре осуществляется датчиком ЭДС Холла, позволяющим провести топографию магнитного поля на участках воздушного зазора. Представленная на рис.3 экспериментальная зависимость использована для вычисления на ЭВМ параметров магнитов.

Адаптированы известные методики, в том числе следующие: определение прочности композита при исследованиях на растяжение и при сжатии; определение адгезионной прочности между полимером и подложкой; адгезионной прочности при испытаниях на расслаивание пленки и ткани (под углом 180°); определение антифрикционных характеристик материала. Измерения прочностных показателей проводили на стандартной разрывной машине РМУ-005-1 (ГОСТ 28840-90) в соответствии с требованиями ГОСТ 11262-80.

1- wi- n

ч | -

4 1 £

--—

Рис. 2. Структурная схема установки для создания магнитных полей: 1,2,3 — маг-нитопроводы; 4,5,6 — полюсные наконечники; 7,8 — постоянные магниты; 9 -контейнер с исследуемым материалам, 51 и 82 — зазоры

Рис. 3. Экспериментальная зависшюсть размагничивания постоянного магнита

Адгезионную прочность измеряли при скоростях движения зажима 10; 40; 80мм/мин. Для определения прочности образцов при сжатии использовали методику А.Д. Ковалева. Измерение адгезионной прочности соединения пленки и тканей проводили двумя способами: при работе покрытий на сдвиг и при отрыве под действием нормальной силы.

8

Определяли прочность соединения, закрепленных клеями ВК-9 и Н-88 структурированных полимеров КПМ со сталью 45, алюминиевым сплавом АМГ-6, с подложками из резины марок ИРП 2025 и 3092 и др.

Испытания на влагопоглощение проводили по методу определения водопоглощения, указанному в ГОСТ 4650-80.

Определение антифрикционных характеристик материалов при трении проводили на машине МИ-1М с постоянной скоростью скольжения 0,3м/с при давлении 5 МПа в течение 8 часов непрерывной работы по стандартной методике.

При статистической обработке результатов исследований по формированию структурированных полимеров уточнены и реализованы методы планирования эксперимента в форме центрального композиционного ортогонального плана второго порядка

Исходя из анализа ситуаций, была выдвинута (а в дальнейшем подтверждена)рабочая гипотеза, суть которой такова: при наличии в полимерных материалах двух-трех типов молекулярных связей сложной конструкции наложение комплексного внешнего магнитного поля вызывает усиление и ориентацию надмолекулярных связей в определенном направлении, что может способствовать улучшению эксплуатационных характеристик многокомпонентных полимерных фторопластовых материалов.

В третьей главе представлены исследования процесса формирования покрытий деталей из полимеров разных видов с заданными свойствами. Рассмотрен уровень УНЖЦИКПМ, относящийся к расчету конструкций и формированию требуемого внутриустройства полимерного материала. Выделены основные взаимосвязи объектов структуры, зависящие от базового направления и исследованы пути рационального формирования макроструктур с заданными свойствами.

Современные полимерные тонкослойные покрытия выполняют из тканого материала, лицевая сторона которых имеет переплетение волокон, а изнаночная сторона состоит из жгута волокон Ф-4 с хлопчатобумажными, лавсановыми или стекловолокнами, обладающими высокой адгезионной прочностью к клеям. Их достоинством является возможность покрывать поверхности сложной геометрической формы. Это материалы с макроструктурой 5 и кпм ТПС (тонко-пленочная-сложная). На рис.4 представлено строение покрытия предлагаемого сложного композиционного материала с монолитным слоем, обеспечивающим высокую износостойкость материала. Из него изготовлены различные

уплотнители, футеровочные покрытия гальванических ванн и специальные компоненты, включая телескопические направляющие ПР.

Pitc.4. Схема строения фторопластового сложного КПМ покрытия: 1 -пленка из фторопласта-4; 2 - пленка из модифицированного фторопласта MEA; 3 -тканевая основа; 4 — основание-подложка

До термообработки волокна представляют собой обычное тканое переплетение. В дальнейшем при сварке изменяется объемно-пространственная форма каждого волокна. Микрофотографии показали, что форма этих волокон аналогична форме каната или волокнистого материала типа оболочки с продольно-поперечной намоткой. Благодаря такой форме каждое волокно обладает повышенными прочностными свойствами, при одновременном сохранении высокой эластичности и той же массы. Для реализации вышеуказанной структуры при термообработке проведен теплофизический расчет конструкции фторопластового композита. Количество теплоты по поверхности согласно закону

Фурье определяется как q = — ^-Т^ • (3)

Зная плотность теплового потока, вычисляют общее количество теплоты QT, которое передается через поверхность стенки Fза промежу-

Из условия равенства теплоты найдено количество теплоты, необходимое для прогрева заготовки, по формуле

где т - масса прессформы, с- удельная теплопроводность материала. Подсчитано время, необходимое для прогрева одной заготовки пленки с тканым основанием при условии постоянства коэффициента теплопроводности фторопласта. Расхождение значений теоретических и практических измерений пятью термопарами составило не более 5%.

Установлено, чтобы создать монолитное покрытие вида Б1гКПМ ПСМ на основе Ф-4, требуется целенаправленное управление процессами формирования структуры и сочетание минимум следующих действий и условий наложения на объект физических полей.

1 .Выдержать схему строения композиции из фторопластовых материалов как разной формы (пленки, ткань из волокон типа "Даклен", "Нафтлен"), так и модификаций (марки МБА).

2. Соблюдать "чистую" технологию подготовки пленок заданных толщин (выдерживать заготовки в нескольких растворителях в течение 1,0-г-48,Оч; затем 1,5-ъ2,0ч. в термостате при температуре 80-;-120оС).

3.Проводить процессы предварительной термообработки волокон, благодаря чему образуется множество прядей волокон в оболочке; определенные условия сварки обеспечивают проникновение модифицированного фторопласта в поверхностные слои ткани сверху скрученных между собой прядей, создавая монолитную пленочно-блочную основу.

4.Проводить опрессовку заготовок с тарированным усилием, обеспечивающим требуемые условия деформации пакета, а затем выдерживать стабильное силовое воздействие на стадиях формирования.

5.Повышение физико-механических свойств моноблочных покрытий на 35-50% обеспечивается наложением внешнего магнитного поля.

В указанном перечне базовых операций есть две главнейшие. Первая стадия структурирования полимера - термомеханическое формирование макроструктуры. Вторая стадия структурирования -воздействие магнитного поля на процесс кристаллизации и молекулярного взаимодействия фторопластовых полуфабрикатов, что обеспечивает сближение молекул и микроскопическое течение полимера МБА между волокон. Это снижает количество дефектов в тканевой основе пленки, следовательно, повышаются прочностные показатели всей моноблочной конструкции.

По нашему мнению, упорядочение структуры фторопластового композита после завершения его формирования с улучшением деформационно-пространственных параметров под воздействием накладываемого магнитного поля происходит по схеме механизма функционирования асимметричных частиц, обладающих анизатропной диамагнитной восприимчивостью и за счет приобретения в магнитном поле механического момента. В магнитном поле проходит ориентация участков (сегментов) макромолекул, находящихся в вязко-текучем состоянии, что обуславливается анизотропией магнитной восприимчивости.

Наличие двух факторов - асимметричности геометрических размеров доменов и анизотропной диамагнитной восприимчивости частиц, позволяет описать ориентацию макромолекул полимера в магнитном поле с помощью двух функций распределения их продольных осей по углам ориентации:

Р,

е""")с05 <р

Рг = Р о

1-Л

(1-

ей2'г,)со*<р

(6) (7)

где Р1 и (З2 - коэффициенты, учитывающие интенсивность соответственно магнитного и теплового воздействия, 0( и Ог коэффициенты вращательной диффузии сегмента и домена; ср - угол между вектором магнитной индукции и направления с наибольшей магнитной восприимчивостью.

Предложена физическая модель формирования сложной конструкции композиционного покрытия под воздействием комбинированного процесса физико-химических полей. Она отличается учетом совокупного воздействия сил деформации на всех этапах формирования структуры. Учитываются влияние температуры при термообработке и сварке компонентов, а также воздействия магнитного поля при охлаждении и термоциклировании. В результате этого прочностные показатели КПМ увеличиваются на 23-32%.

Установлено, что материалы со подвергшиеся меха-

но-термо-магнитной обработке (МТМО), увеличивают свои показатели прочности на растяжение ОрИ адгезионную прочность Аст>см. табл.1.

Таблица 1

Способ получения полимера МПа Аст> МПа

по основе по утку по основе по утку

Термомеханический 73,2 38,9 19,4 18,6

Механо - термомагнитный (МТМО) 94,8 51,4 23,9 23,8

Увеличение на, % 29,5 32,1 23,1 28,0

В соответствие с принятой формой записи описание процесса получения Б^КП^ПСМ может для конкретных условий быть таковым: [Ма(«1И)Пн1(50)П„2(100)Тк1(Д)]+[РПр(24-3)©свСЗЗО+350)тсв(104-30)].

Используя методы планирования эксперимента, получены математические модели (ММ) взаимосвязи параметров процесса изготовления КПМ и показателей материала. Созданы математические модели и установлены степенные зависимости влияния технологических факторов процесса получения КПМ на разрушающие напряжения растяжения Ср=Г (Н, в, т) и напряжения отслаивания Ла=Г(Н, ©, т) полимерных фторопластовых материалов. Рабочие диапазоны: температура сварки ©=330-к370°С; напряженность магнитостатического поля Н=20-ь80кА/м; время воздействия МСП т=5-ь30мин. Например, для вышеуказанного процесса ММ прочности при растяжении и адгезионной прочности покрытия с металлической поверхности подложки равно: стр, 1(4с)= 151,161-0,310* Нп+0,390*тп+0,0003* Нп2+0,003* Нп*тп-0,039**тп2 (8) Лап(10с) = -199,066+0,677* Нп+7,956*тп-0,0002* Нп2-0,020* Нп*тп-0,020*тп2 (9)

Исследования этой главы позволили доказать теоретически, и подтвердить практически выдвинутую нами гипотезу о возможности упорядочения макроструктуры сложного пленочного полимерного материала посредством физических полей. Предложенный метод МТМО является основой новой технологии комплексного воздействия (механического, теплого и магнитного) комбинированных полей, которая обеспечивает получение покрытия на изделиях сложных форм.

В четвертой главе рассмотрены примеры управления факгора-. ми уровней уцЖЦИКпм конструкциями и свойствами изделий, улучшения эксплуатационных характеристик объемных и плоских структурированных фторопластовых покрытий и деталей из КПМ. За

базовый выбран композит состоящий из пленок Ф-4

толщиной Ь=10; 50;100мкм (ГОСТ 10007-80), Ф-4МБА, И=50 мкм (ГОСТ 6-05-40-73) и ткань "Даклен" (ТУ6-06-9-41-75). Качество покрытий КПМ оценивали по эксплуатационным характеристикам полученных материалов, равномерности покрытия, его сплошности и т.п.

Установлено, толщина фторопластовой пленки от 50до 240 мкм незначительно влияет на прочность покрытия. Важным в эксплуатационных условиях является скорость объекта (исследовали диапазон 10 -80мм/мин). При этом существуют области скоростей, где эксплуатационные характеристики на выше по отношению к показателям узлов машин, работающих с малыми скоростями. Структура йг*™" псм(1,2) обладает уникальными свойствами — повышенным сопротивлением к разрушению. Результаты испытаний КПМ по определению ко-

эффициента трения Г и интенсивности изнашиваемости показаны в табл.2.

Таблица 2

_Антифрикционныехарактеристики при усилии 20МПа_

Магнитная обработка ( есть - нет) Коэф. трения, Г Интенсивн. Изнашиваем, 1*10"**

по основе по утку угол 45®

1М-Т: Нет 0,25 0,89 1,13 0,98

II МТМО: Есть 0,15 0,58 0,67 0,54

Изменение, на % 66,6 56,3 69,1 81,5

Покрытия деталей, полученные по технологии II МТМО, обеспечивают увеличенные износостойкости и коэффициента трения в 1,5 -1,8 раза, по сравнению с технологией изготовления деталей необработанных магнитным полем.

Созданная нами технология ПМТМО адаптирована к существующей в промышленности технологиям изготовления деталей.

Решение задачи повышения работоспособности телескопических цилиндрических направляющих роботов позволило уменьшить неравномерность износа и увеличить срок службы до 35%, если использовать композиционные покрытия, полученные способом II МТМО.

На рис. 5 представлен уплотнительный сальник гидравлической системы выталкивателя заготовок кривошипного пресса. Своеобразие его изготовления заключается в том, что первоначально необходимо изготовить покрытие из фторопластового композита, а затем нанести его на поверхность при помощи совместной вулканизации. Детали простой формы с неглубокой вытяжкой можно изготавливать из плоских заготовок в прессформах для вулканизации резины. Податливость и эластичность волокнистых фторопластовых композитов позволяет реализовать такую технологию. На рабочей поверхности (1) содержится несколько слоев фторопластовой пленки. На поверхности (2) два слоя: пленка Ф-4 и модификатор МБА.

Технология изготовления уплотнительного элемента формы (рис. 5,6) иная. Первоначально необходимо изготовить композитное фторопластовое покрытие по форме самого элемента, а затем вторым переходом осуществить вулканизацию на эластичный корпус. Производственные испытания показали высокую работоспособность уплотнительных элементов с композитным фторопластовым покрытием, изготовленным по технологии II МТМО. Они продолжительное время выдерживают

давление до 300 МПа. При этом уменьшаются энергопотери на трение в 2,5 - 3,5 раза, и ресурс времени работы увеличивается в 2^2,5 раза. Отметим, что оптимальной скоростью для моноблочных покрытий является значения не более 0,1 м/с, что приемлемо для многих уплотнитель-ных систем.

1 . 3

2 - -казяжкртвг а) 4

Рис. 5. Сальник гидравлической системы выталкивания заготовок (а); уплотнительный элемент (б) содержащие фторопластовые композиционные материалы Б1гКПМПСМ(1,2): 1 - многослойный блок га Ф-4 ; 2 — тканая основа;3 — резиновая основа;4 — КПМ сложной структуры

Высокие эксплутационные показатели проявились у созданных по технологии МТМО монолитных фторопластов в плоских изделиях, в частности, в роли эластичных нагревательных элементах для гальванических ванн. При этом обеспечивается равномерный нагрев жидкости, благодаря чему достигается высокий коэффициент (~1) использования нагревательной поверхности; исключается необходимость перемешивания электролита, что стабилизирует гальванический процесс, повышает качество процесса.

Установлено влияние магнитного поля на повышение работоспособности и антифрикционных свойств покрытий блоков, используемых в устройствах для перемещения крупногабаритных изделий в сборочном производстве. Композиционные покрытия, полученные по технологии НМТМО, наклеивали на армированное несущее резиновое основание. Фотография блока представлена на рис.б.Установлено, что повторная дополнительная обработка СМП способствует восстановлению однородности покрытия. Это стабилизирует физико-механические свойства; снижается коэффициент

трения ЮШ(йр), возрастает износостойкость Эп2(Тст). Под действием магнитного поля на уровне УшЖЦИкпМ через надмолекулярную структуру фторопласта происходит стабилизация физико-механических

свойств полимерного покрытия, что влияет на повышение триботехни-ческих свойств изделий, имеющих КПМ покрытия.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Разработана технология изготовления и созданы высокоресурсные триботехнические узлы, уплотнительные конструкции и другие комплектующие машин и оборудования на основе композиционных фторопластовых полимерных покрытий с управляемой макроструктурой посредством воздействия физических полей.

1.Изготовление высокоресурсных компонентов, агрегатов машин и оборудования с использованием способа механо-термо-магнитного воздействия, позволяющего получать детали с покрытиями с управляемой макроструктурой полимера и используемые для узлов трения.

2.Предложено системное описание объектов процесса получения специальных компонентов оборудования с фторопластовыми покрытиями. Проведена систематизация объектов и взаимосвязей между ними, обеспечивающая возможность осуществлять управление формированием структур из КПМ.

3.Предложено осуществлять целенаправленное управление физико-механическими свойствами поверхностных слоев деталей оборудования. Введены три основных уровня жизненного цикла изделия: УГ -анализ, расчет-прогноз; УГГ - действия по реализации технологии изготовления покрытия детали оборудования со структурированием; УГГГ -поддержание стабильных эксплутационных показателей оборудования и технологической оснастки.

4.Теоретически обосновано и исследовано воздействие магнитного поля на направленную ориентацию макромолекул полимерного композиционного материала; спроектирована система для магнитного воздействия на компоненты оборудования, включающая в себя постоянное магнитное поле, для которой рассчитаны параметры установки, обеспечивающие напряженность оптималыгую для магнитной обработки деталей, изготавливаемых способом МТМО.

5.Исследованы закономерности и установлены взаимосвязи основных физико-механических свойств полимерных композиций с технологическими параметрами процессов изготовления покрытий деталей посредством применения комплексных физических полей, обеспечивающих уплотненное строение композиционного материала по типу макроструктуры 5{ГКПМ псм 0,2).

6.Предложена физическая модель формирования сложной конструкции композиционного материала для покрытий разнопрофильных деталей под воздействием комбинированных полей, отличающаяся учетом совокупного воздействия на всех этапах сил деформации, влияния температуры сварки компонентов и магнитного поля, воздействующего при охлаждении и термоциклировании.

7.Установлены зависимости и определены математические модели степенного вида, отражающие влияние технологических факторов процесса получения КПМ ( в рабочих диапазонах: усилия прессования

Р=1+5МПа; температура сварки 0 =330-ь370^С; напряженность магни-тостатического поля Н=20-г80кА/м; время воздействия МСП х =5-К30мин), на разрушающие напряжения растяжения Стр =f (Н, 0, т) и напряжения отслаивания ACT=f(H, 0, т) фторопластовых покрытий деталей и технологической оснастки. Установлены оптимальные технологические режимы и регламенты процесса МТМО, необходимые для формирования пленочных фторопластовых моноблочных покрытий агрегатов оборудования и механизмов, обеспечивающих увеличение на 25-;-30% ресурсы работоспособности изделий.

8.Разработаны рекомендации по реализации в мелкосерийных условиях технологического процесса получения фторопластовых покрытий для специальных компонентов оборудования. Проведенные промышленные испытания изделий показали, что для уплотнителей гидросистем, подшипников скольжения, телескопических направляющих оборудования, транспортных блоков, термоэлементов гальванических установок, интенсивность изнашивания снизилась на коэффициент трения снизился на 26^-34%, срок службы изделий увеличился на 55-5-65%. Акты внедрения прилагаются.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Бойков Е.А., Волчихин В.И., Лагунов B.C. Экспериментально-теоретический расчёт параметров системы из постоянных магнитов для изготовления композиционных материалов // Техника машиностроения. М., 2003. №3. С.84-86.

2. Бойков Е.А., Лагунов B.C., Рябцев В.А. Расчет распределения давления в области контакта недеформируемых цилиндрических тел при линейном износе // Техника машиностроения. М., 2003. №3. С.60-63.

3. Бойков Е.А, Лагунов B.C. Влияние постоянного магнитного поля на макроструктуру фторопластовых полимерных материалов / Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов AEMF-5: Тр. Междунар. науч.-техн. конф. Воронеже, 2003. С. 149-150.

4. Бойков Е.А. Использование постоянных магнитных полей при изготовлении фторопластовых композиционных материалов // Техника машиностроения. М, 2003. №3. С. 34-35.

5. Бойков Е.А. Модель конструкции и процессов управления свойствами композиционных материалов, используемых в технологической оснастке / Инновационные технологии и оборудование: Тр. Междунар. науч. конф. Воронеж: ВГТУ, 2003. С. 114-117.

6. Бойков Е.А. Взаимосвязь объектов процесса формирования структуры с эксплуатационными параметрами композиционных полимерных материалов / Инновационные технологии и оборудование: Тр. Междунар. науч. конф. Воронеж: ВГТУ, 2003. С.120-121.

7. Бойков Е.А. Систематизация объектов композиционных структурированных материалов на этапах их создания и эксплуатации / Инновационные технологии и оборудование: Тр. Междунар. науч. конф. Воронеж: ВГТУ, 2003. С. 122-124.

8. Бойков Е.А., Лагунов B.C. Применение постоянных магнитных полей для изготовления фторопластовых композитов / Полимерные композиционные материалы и покрытия: Тр. Междунар. науч.-техн. конф. Ярославль, 2002. С. 100-101.

9. Способы повышения эксплуатации характеристик фторопластовых композиционных волокнистых материалов / Е.А.Бойков, В.С.Лагунов, О.Н.Котляров, А.А.Панин//Машиностроитель. М., 2001. №1. С.31-34.

10. Нетрадиционные технологии изготовления фторопластовых композитов с использованием магнитного поля и устройства для их реализации / В.И.Волчихин, Е.А.Бойков, В.С.Лагунов, А.А.Панин // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: Тр. межвуз. науч.-техн. конф. Воронеж: ВГТУ, 2001. С.40-41.

11. Бойков Е.А., Лагунов B.C., Панин А.А. Методика измерения статического электричества // Техника машиностроения. М., 2000. №2.

С.52.

ЛР № 066815 от 25.08.99. Подписано в печать 16.04.2004. Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 90 экз. Заказ №

Воронежский государственный технический университет 394026 Воронеж, Московский просп., 14

• - 79 6Í

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К МАТЕРИАЛАМ, ЭКСПЛУТАЦИОННЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ И УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ УЗЛОВ ОБОРУДОВАНИЯ И АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ.

1.1 .Роль вида и структуры материала в повышении работоспособности специальных элементов оборудовании.

1.2 Требования к рациональным эксплуатационным свойствам материалов и деталей из композиционных полимерных материалов (КПМ).

1.3 Анализ свойств, конструкций, структур КПМ и технологий их обеспечивающих.

1.4 Цели и задачи работы.

2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ И РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРУКТУРИРОВАННЫХ КОМПОНЕНТОВ ИЗ КПМ ДЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ.

2.1 Систематизация объектов композиционных структурированных материалов.

2.2 Обоснование системы технологических факторов, обеспечивающих управление структурой композиционных материалов, используемых для специальных элементов оборудования.

2.3 Описание экспериментальной установки и методик расчета технологических параметров.

2.4 Методики, используемые для оценки эксплуатационных показателей работоспособности структурированных КПМ и изделий из них.

2.5 Выводы.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ, УСТАНОВ

ЛЕНИЕ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ КПМ И МОДЕЛИРОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ.

3.1 Этапы целенаправленного управления структурой КПМ в жизненном цикле изделия.

3.2. Исследование влияния магнитостатического поля на свойства компонентов и структуру композиционного материала.

3.3. Построение модели процесса формирования многослойных полимеров с заданными свойствами.

3.4 Выводы.

4. УПРАВЛЕНИЕ КОНСТРУКЦИЕЙ КПМ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ

ДЛЯ КОМПОНЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ.

4.1 Управление факторами, определяющими конструкцию композиционного материала.

4.2 Улучшение эксплутационных характеристик деталей из КПМ и примеры практической реализации объемных и плоских структурированных фторопластовых композиций.

4.3 Выводы.

Основные результаты и общие выводы.

Актуальность темы и направления исследования. В связи с интенсификацией эксплуатации технологического оборудования на отечественных предприятиях и техническим перевооружением производств возросла потребность в новых высококачественных комплектующих агрегатах и механизмах. Одним из важных направлений исследований является повышение надежности, долговечности и безопасности изделий за счет использования деталей, обладающих высокоресурсными свойствами: повышенной износостойкостью, высокими прочностными характеристиками, малым коэффициентом трения и другими. Эти параметры во многом зависят от вида применяемых материалов. Особое и перспективное место среди новых материалов занимают композиционные полимерные материалы (КПМ). Их применяют в качестве основного материала или покрытия в узлах уплотнительной техники, гидро- и пневмосистемах, направляющих узлов роботов и станков, а также при изготовлении подшипников скольжения, механизмов транспортных устройств, оснастки и узлов оборудования, где КПМ незаменимы.

Существует немало способов изготовления изделий из полимерных материалов, предназначенных для технологического оборудования, но большинство из них сложны. При этом полученные известными способами детали не имеют высоких эксплуатационных показателей. Среди прогрессивных технологий, используемых для создания полимерных пленочных высокоресурсных покрытий, выделяется способ, позволяющий управлять структурой сложного полимера посредством формирования надмолекулярных образований за счет термомеханических воздействий. Проведенные нами эксперименты показали принципиальную возможность увеличения (на 25-5-30% и более) отдельных показателей физико-механических свойств деталей из КПМ. Для этого необходимо комбинированное воздействие на структуру материала физических полей, складывающееся из силового, теплового и магнитного внешних воздействий. Это открывает перед разработчиками оснастки, комплектующих и агрегатов технологического оборудования новые широкие возможности по созданию уплотнительных и триботехнических узлов, обладающих высокими эксплутационными показателями, что актуально для многих отраслей промышленности.

Работа выполнялась в соответствие с основным научным направлением факультета ФАРМ ВГТУ ГБ 96.15 «Проблемы современной технологии машиностроения» и является частью комплексных исследований проводимых физико-техническим факультетом ВГТУ по теме НИР ГБ 96.25 «Вопросы безопасности машиностроительного комплекса».

Цель исследований: создание технологии, обеспечивающей получение высокоресурсных покрытий деталей триботехнических узлов и уплотнительных элементов оборудования на основе композиционных полимерных материалов (КПМ) с управляемой макроструктурой посредством комбинированного воздействия физических полей.

Основные задачи:

1 .Анализ существующих конструкций узлов оборудования, технологий изготовления покрытий деталей и обоснование рациональных средств управления процессом формирования многослойных композиционных покрытий из полимеров.

2.Систематизация объектов процесса создания изделий из КПМ для комплектующих оборудования, описания его взаимосвязей, предназначенных для управления процессами жизненного цикла изделий.

3.Установление взаимосвязей основных физико-механических свойств полимерных композиций с технологическими параметрами процессов их изготовления с учетом воздействия физических полей, являющихся основой физической и математической моделей процесса формирования структурированных полимерных покрытий.

4.Установление закономерностей воздействия комбинированных физических полей на эксплутационные свойства триботехнических узлов, уплотнительных элементов и направляющих оборудования.

5.Создание рациональной технологии и новых средств, обеспечивающих изготовление деталей с полимерными покрытиями, имеющими высокие эксплуатационные показатели.

6.Разработка технологических регламентов получения покрытий деталей . и комплектующих оборудования и проведение эксплуатационных испытаний изделий, созданных с применением структурированных полимерных материалов.

Методы исследования: в работе использованы научные основы теплофизики, теоретические основы теории пластичности и строения веществ, теории полимеров, положения теории прочности материалов, теории магнетизма, теория систем, использованы методы математической статистики и планирования эксперимента.

Научная новизна работы включает:

1.Разработку комбинированного (механо-термо-магнитного) способа воздействия физических полей, направленных на формирование однородной макроструктуры фторопластовых покрытий узлов трения оборудования, обеспечивающих высокие эксплуатационные показатели оборудования.

2.Составление физической модели получения монолитного полимерного материала и покрытий на основе многокомпонентных полуфабрикатов.

3.Разработку математической модели процесса формирования структурированных многослойных полимеров.

4.Создание методики систематизации сложных объектов из КПМ с учетом их взаимосвязей на этапах жизненного цикла изделия.

5.Установление основных закономерностей влияния параметров технологического процесса получения структурированных полимерных покрытий на повышение эксплутационных свойств деталей из КПМ.

Практическая значимость и реализация:

1.Технология изготовления узлов трения с высокими эксплуатационными показателями на основе композиционных фторопластовых моноблочных покрытий с управляемой структурой, посредством комбинированного воздействия физических полей.

2.Создание технологии и средств управления формированием объемных и плоских изделий из структурированных полимерных покрытий с использованием механо-термо-магнитного воздействия.

3.Разработка методики расчета устройств, обеспечивающих создание стабильного магнитостатического поля для обработки полимеров.

4.Созданы покрытия, обеспечивающие снижение на 25-30 % коэффициента трения триботехнических узлов, что увеличивает срок их эксплуатации.

5.Разработаны и внедрены в производство уплотнительные узлы и направляющие с покрытием из КПМ, прошедшие обработку в физических полях. Ожидаемый экономический эффект более 27000 руб.

6.Разработка рекомендаций по использованию в узлах оборудования композиционных фторопластовых покрытий с повышенными эксплутационными характеристиками, полученными за счет комбинированного воздействия физических полей.

Личный вклад соискателя включает:

- разработка и теоретическое обоснование комбинированного способа механо-термо-магнитной обработки фторопластовых полимерных покрытий деталей и средств для его реализации на практике;

- установление закономерностей влияния параметров технологического процесса получения структурированных полимерных покрытий под воздействием физических полей на эксплуатационные показатели изделий и установление физических и математических моделей; создание методики систематизации объектов композиционных материалов и учета из взаимосвязей на всех этапах жизненного цикла изделия;

- создание методики расчета элементов магнитной системы, средств « технологического обеспечения сложных полимерных покрытий.

- создание методики систематизации объектов композиционных материалов и учета из взаимосвязей на всех этапах жизненного цикла изделия;

- создание методики расчета элементов магнитной системы, средств технологического обеспечения сложных полимерных покрытий.

Апробация работы: Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на Международной научно-технической конференции " Полимерные композиционные материалы и покрытия", (Ярославль, 2002); на V Международной конференции AEMF-5 "Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов", (Воронеж, 2003); на ежегодных отчетных конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов ВГТУ (Воронеж 19992003); на научных конференциях кафедр ВГТУ и семинаре "Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки" (Воронеж, 2003).

Публикации: по материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ из них 5 в центральной печати. Личный вклад автора в работах включает: III - предложена методика расчета магнитопроводов системы; /2/ - проведение опытов и анализ результатов; /3/ -предложил применить постоянное магнитное поле для обработки полимеров; /8/ -предложил систему магнитопроводов; /9/ - проведение эксперимента на новых материалах, подтвердивших правильность методики для структурированных КПМ; /10/ -обосновал целесообразность применения для повышения эксплуатационных показателей магнитостатического поля; /11/ - предложил уточненную методику измерения статического поля.

Объем и структура работы: диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих результатов и выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы - 161 страниц текста, включая 54 рисунков, 19 таблиц, библиографию из 107 наименований и 4 приложений на 11 страницах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Разработана технология изготовления и созданы высокоресурсные триботехнические узлы, уплотнительные конструкции и другие комплектующие машин и оборудования на основе композиционных фторопластовых полимерных покрытий с управляемой макроструктурой посредством воздействия физических полей.

1 .Изготовление высокоресурсных компонентов, агрегатов машин и оборудования с использованием способа механо-термо-магнитного воздействия, позволяющего получать детали с покрытиями с управляемой макроструктурой полимера и используемые для узлов трения.

2.Предложено системное описание объектов процесса получения специальных компонентов оборудования с фторопластовыми покрытиями. Проведена систематизация объектов и взаимосвязей между ними, обеспечивающая возможность осуществлять управление формированием структур из КПМ.

3.Предложено осуществлять целенаправленное управление физико-механическими свойствами поверхностных слоев деталей оборудования. Введены три основных уровня жизненного цикла изделия: YI - анализ, расчет-прогноз; YII - действия по реализации технологии изготовления покрытия детали оборудования со структурированием; YIII - поддержание стабильных эксплутационных показателей оборудования и технологической оснастки.

4.Теоретически обосновано и исследовано воздействие магнитного поля на направленную ориентацию макромолекул полимерного композиционного материала; спроектирована система для магнитного воздействия на компоненты оборудования, включающая в себя постоянное магнитное поле, для которой рассчитаны параметры установки, обеспечивающие напряженность 2СМ-1 ООкА/м, оптимальную для магнитной обработки деталей, изготавливаемых способом МТМО.

5.Исследованы закономерности и установлены взаимосвязи основных физико-механических свойств полимерных композиций с технологическими параметрами процессов изготовления покрытий деталей посредством применения комплексных физических полей, обеспечивающих уплотненное строение композиционного материала по типу макроструктуры sti-КПМ псм

1,2).

6.Предложена физическая модель формирования сложной конструкции композиционного материала для покрытий разнопрофильных деталей под воздействием комбинированных полей, отличающаяся учетом совокупного воздействия на всех этапах сил деформации, влияния температуры сварки компонентов и магнитного поля, воздействующего при охлаждении и термоциклировании.

7.Установлены зависимости и определены математические модели степенного вида, отражающие влияние технологических факторов процесса получения КПМ ( в рабочих диапазонах: усилия прессования Р=1+5МПа; температура сварки 0 =330+370^0; напряженность магнитостатического поля Н=20+80кА/м; время воздействия МСП т =5+30мин), на разрушающие напряжения растяжения Стр =f (Н, 0, т) и напряжения отслаивания

ACT=f(H, 0, т) фторопластовых покрытий деталей и технологической оснастки. Установлены оптимальные технологические режимы и регламенты процесса МТМО, необходимые для формирования пленочных фторопластовых моноблочных покрытий агрегатов оборудования и механизмов, обеспечивающих увеличение на 25+30% ресурсы работоспособности изделий. 8.Разработаны рекомендации по реализации в мелкосерийных условиях технологического процесса получения фторопластовых покрытий для специальных компонентов оборудования. Проведенные промышленные испытания изделий показали, что для уплотнителей гидросистем, подшипников скольжения, телескопических направляющих оборудования, транспортных блоков, термоэлементов гальванических установок, интенсивность изнашивания снизилась на 33+45%, коэффициент трения снизился на 26+34%, срок службы изделий увеличился на 55+65%. Акты внедрения прилагаются.

1. Адаменко Н.А., Трыков Ю.П., Фетисов А.В., Седов Э.В.Ударно-волновая обработка дисперсного фторопласта-4 // Материаловедение. 2000г. №12. С.43-48.

2. Адлер Ю.П., Маркова Е.П., Грановский Ю.В. Планирование экспериментов при оптимальных условиях. М.: Машиностроение, 1989. 238с.

3. Ахназарова С.Л., Кафиров В.Ц. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. М.: Наука, 1985. 327 с.

4. Барашков Н.Н. Полимерные композиты: получение, свойства, применение. М.: Наука, 1984.128 с.

5. Бартенев Г.М., Френкель С.Я. Физика полимеров. Л.: Химия, 1990. 432с.

6. Белов С.В. Безопасность жизнедеятельности. М.: Высшая школа. 1999. 448 с.

7. Белый В.А., Егоренков Н.И., Плескачевский Ю.М. Адгезия полимеров к металлам. Минск: Наука и техника, 1981.198 е.

8. Белый В.А., Егоренков Н.И., Плескачевский Ю.М. Адгезия полимеров к металлам. Минск: Наука и техника, 1971.286 с.

9. Берлин А.А., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. М.: Химия, 1988. 319 с.

10. Бойков Е.А. Взаимосвязь объектов процесса формирования структуры с эксплуатационными параметрами композиционных полимерных материалов // Инновационные технологии и оборудование: Межвузовский сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2003. Выпуск 1. С. 120-121.

11. Бойков Е.А. Систематизация объектов композиционных структурированных материалов на этапах их создания и эксплуатации //

12. Инновационные технологии и оборудование: Межвузовский сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2003. Выпуск 1. С.122-124.

13. Бойков Е.А., Волчихин В.И., Лагунов B.C. Экспериментально-теоретический расчёт параметров системы из постоянных магнитов для изготовления композиционных материалов // Машиностроитель. 2003.9. С.84-86.

14. Бойков Е.А., Лагунов В.С, Котляров О.Н., Панин А.А. Способы повышения эксплуатации характеристик фторопластовых композиционных волокнистых материалов // Машиностроитель. 2001. №1. С.31-34.

15. Бойков Е.А., Лагунов B.C., Панин А.А. Методика измерения статического электричества // Техника машиностроения. 2000. №2.С.52.

16. Бойков Е.А., Лагунов B.C. Применение постоянных магнитных полей для изготовления фторопластовых композитов // Полимерные композиционные материалы и покрытия: Тез. докл. Междунар. науч. конф. Ярославль, 2002. С. 100-101.

17. Васин В.Е. Адгезионная прочность. М.: Химия, 1987. 208с.

18. Веттегрень В.И., Броников С.В., Фринель С.Я. О физической природе температурной зависимости прочности полимеров // Высокомолек. соед. — 1984. Т 26А. № 5. с. 939 945.

19. Волков С.С., Соколов В .А. Сварка фторопластов. М.: Химия, 1992. 90 с.

20. Волькенштейн М.В. Конфигурационная статистика полимерных цепей. Л.: Наука, 1968.611 с.

21. Волькенштейн М.В. Молекулярная оптика. Л.: Энергия. 1961.744 с.

22. Вонсовский С.В. Магнетизм. М.: Наука, 1971.1032 с.

23. Воюцкий С.С. Аутогезия и адгезия высокополимеров. М.: Ростехиздат, 1988.130 с.

24. Гольдман А.Я. Прогнозирование деформационно прочностных свойств полимерных и композиционных материалов. Л.: Химия, 1988. 271 с.

25. Горяинова А.В., Божков Г.К. Фторопласты в машиностроении. М.: Машиностроение, 1972. 233с.

26. Горяинова А.В., Божков Г.К., Тихонова и.С. Фторопласты в машиностроении. М.: Машиностроение, 1981.233 с.

27. Гуль В.Е. Полимерные пленочные материалы. М.: Химия, 1986. 248 с.

28. Гуль В.Е. Структура и прочность полимеров. М.: Химия, 1971. 344 с.

29. Гуль В.Е., Кулезиев В.Н. Структура и свойства полимеров. М.: Высшая школа, 1986. 352 с.

30. Дерягин Б.В., Кротова Н А. Адгезия твердых тел. М.: Наука, 1986. 35 с.

31. Бойков Е.А. Использование постоянных магнитных полей при изготовлении фторопластовых композиционных материалов // Техника машиностроения. 2003. №3. С.34-36.

32. Зверев М.П., Половихина Л.А. Свойства волокон полифенов //Химические волокна. 1979. №3. С. 15-17.

33. Жорин В.А., Махоткин В.Е., Ениколонян Н.С. Ферромагнитные свойства графитосодержащих полимеров после пластического течения под высоким давлением // Высокомолекулярные соединения. 1988. Т. 30. № 3. С. 199-202.

34. Жорин В.А., Махоткин В.Е., Ениколопян Н.С. Возникновение магнитных свойств в бикомпонентных смесях на основе акриламида в результате пластического течения под давлением // Высокомолекулярные соединения. 1988.Т.30. № 3. С. 202 205.

35. Испытательная техника для исследования механических свойств материалов / А.П. Волощенко, М. М. Алексюк, В. Г. Гршценко и др.; Под ред. А.С.Писаренко. М.: Машиностроение, 1984.154 с.

36. Каменев Е.И., Мясников Г.Д., Платонов М.П. Применение пластических масс: Справочник. Л.: Химия, 1985. 87 с.

37. Ковалев А.Д., Михайлов П.Е. Антифрикционные волокнистые материалы. Л.: Энергия, 1985.15с.

38. Козлов Г.В., Солдатов Д.С. Ангармонические эффекты и физико -механические свойства полимеров. Новосибирск: Наука, 1994. 257с.

39. Корбанова Н.И., Микулова И.Д., Марченко Е.И. Токскология фторорганических соединений и гигина труда в их производстве. М.: Медицина, 1985.183с.

40. Корягин С.И. Теория адгезии и экспериментальные методы исследования прочности сцепления // Пластические массы. 1997 г. № 3. С. 17 — 21.

41. Кутьков А. А. Износостойкие и антифрикционные покрытия. М.: Машиностроение, 1986.151 с.

42. Лагунов B.C. Композиционные тонкослойные материалы на основе фторопласта-4. Воронеж: ВГУ, 1992.140 с.

43. Лагунов B.C. Новые фторопласто — тканевые композиционные материалы // Технология и организация производства. Киев, 1991. № 1. С. 51- 53

44. Лагунов B.C., Рябцев В.А., Бойков Е.А. Расчет распределения давления в области контакта недеформируемых цилиндрических тел при линейном износе // Техника машиностроения. 2003. №3. С.60-63.

45. Маре Г., Драсфельд К. Биомолекулы и полимеры в постоянных магнитных полях //Сильные и сверхсильные магнитные поля и их применение. М.: Высшая школа, 1998. С.180 262.

46. Металлополимерные материалы и изделия / Под ред. В.А. Белого. М.: Химия, 1979.312 с.

47. Молчалов А.А. Моделирование и проектирование сложных систем. Киев: Высшая школа, 1988. 359 с.

48. Молчанов Ю.М., Кисис Э.Р., Родин ЮЛ. Структурные изменения полимерных материалов в магнитном поле // Механика полимеров. 1973. №4.С.737 738.

49. Москатов К.А. Термическая обработка пластмассовых и резиновых деталей машин. М.: Машиностроение, 1986. 200 с.

50. Москвитин Н.И. Физико-химические основы процессов склеивания и прилипания. М.: Лесная промышленность, 1984. 215 с.

51. Наполнители для полимерных композиционных материалов: Справочное пособие / Под ред. П.Г. Бабаевского. М.: Химия, 1981. 736 с.

52. Нарисава Икуо. Прочность полимерных материалов. М.: Химия, 1987. 397с.

53. Новые методы получения композиционных материалов. New pathways to processing composites / Mehrabin Robert// High Temp./ High Perorm. Compos : Symp., Reno, New, 1989. C.3 21.

54. Лагунов B.C. Особенности изготовления и свойства полимернотканевых композиционных материалов // Пластические массы. 1991.№10. С. 35-37.

55. Паншин Ю.А., Маклевич С.Г., Дунаевская Ц.С. Фторопласты. М.: Химия, 1982. 317 с.

56. Планирование эксперимента, идентификация, анализ и оптимизация многофакторных систем / Под ред. В.И. Денисова. Новосибирск: НЭТИ, 1990.122 с.

57. Подшипники из тефлона для вращающихся валов Nouvelle tecnique pour Is coussinets d'arbres tour nants en " P.T.F.E.// En tran et syst. 1988 . № 4. C. 31.

58. Полимеры в узлах трения машин и приборов: Справочник / Под ред. А.В.Чигинадзе. М.: Машиностроение, 1988. 55с.

59. Полякова К.К., Конопляный B.C. Защитные покрытия труб. М.:Металлургия, 1975. 213с.

60. Постоянные магниты: Справочник /Под ред. А.Б. Альтман. М.: Энергия, 1990. 486 с.

61. Промышленные полимерные композиционные материалы / Под ред. П.Г.Бабаевского. М.: Химия, 1988. 427 с.

62. Пугачев А.К., Росляков О.А. Переработка фторопластов в изделие: технология и оборудование. Л.: Химия, 1988. 427 с.

63. Родин В.В., Горбачева Н.В., Новицкий М.Н. Характеристика комплексов и смесей полимеров методами магнитного резонанса //Пластические массы 1999. №12. С.61-72.

64. Родин Ю.П. Постоянные магнитные поля и физико — металические свойства полимеров // Механика композиционных материалов. 1991. № 3. С. 490-503.

65. Родин Ю.П., Молчанов Ю.М., Харитонова Н.В. Анизотропия прочностных свойств пластиков и их композитов, обработанных в магнитном поле // Механика композитных материалов. 1984. № 3. С.SOS-SOS.

66. Родин Ю.П., Мочалов Ю.М. Влияние постоянного магнитного поля на структуру компонентов эпоксидного композита // Механика композиционных материалов. 1992. № 6. С. 315 — 319.

67. Рузинов Л.П. Планирование эксперимента в химии и химической технологии. М.: Химия, 1988.280 с.

68. Рузинов Л.П. Статистические методы оптимизации химических процессов. М.: Химия, 1988.245 с.

69. Садыков Х.Х., Негматов С.С. О способах обработки полимерных покрытий в магнитном поле // Механика композиционных материалов. 1989. №9. С. 104-119.

70. Самсонов Г. Н. , Родин Ю.Г. Оценка структурных изменений в сферопластике при действии постоянного магнитного поля // Механика композиционных материалов. 1991. № 2. С. 112-115.

71. Саттон У. Волокнистые композиционные материалы. М.: Мир, 1988. 230с.

72. Сварка полимерных материалов: Справочник / Под ред. К.И. Зайцева. М.: Машиностроение, 1988. 312 с.

73. Свойства и применение антифрикционных самосмазывающихся материалов. М.: Наука, 1980.200 с.

74. Семенов А.П., Савинский Ю.Э. Металлофторопластовые подшипники. М.: Машиностроение, 1976.231 с.

75. Симонов А.Г. Влияние термообработки на свойства полимерных пленочных материалов // Пластические массы. 1991. № 6. С.4 6.

76. Международный стандарт ИСО 9001. Системы менеджмента качества. Требования.

77. Сливинская Г.В. Электромагниты и постоянные магниты. М.: Высшая школа, 1987. 318 с.

78. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М.: Высшая школа, 1985. 271 с.

79. Справочник конструктора — машиностроителя / Под ред. А.И. Анурьев. М.: Машиностроение, 1980. 599с.

80. Стадник А.Д., Мирошниченко Ф.Д. О влиянии магнитного поля на некоторые свойства полимеров.// Исследования по молекулярной физике и физики и твердого тела.1987. С.146-149.

81. Стадник А.Д., Мирошниченко Ф.Д. Эффекты воздействия постоянных магнитных полей на макромолекулы.// Биофизика. 1986. Т. 21, № 1. С.78-179.

82. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник/ Под ред. Е.В. Аметистова. М.: Энергоиздат, 1982. 512 с.

83. Теплотехнический справочник / Под ред В.Н.Юренева. М.: Энергия, 1985.Т.1. 683 с.

84. Технология пропитки волокон термопластом, FIT — Technologia, 150 — cm Prepregs und Injecten - Semebietzt auch in den USA // Ciba - geidy Kunst. Aspente. 1988. №7. C. 4.

85. Фикляев B.C. Фтороорганические соединения — перспективные машиностроительные материалы // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1996. № 5. С. 8-11.

86. Филатов И.С., Бочкарев Р.Н. Некоторые особенности оценки качества полимерных и композиционных материалов // Пластические массы. 1992. № 6. С.61-62.

87. Фролов К.В. Методы совершенствования машин и современные проблемы машиноведения. М.: Машиностроения, 1984.224 с.

88. Фтороуглеродистые пластинки. Каталог справочник / Под ред. В.М. Перова. Черкассы: НИИТЭХИМ, 1984. 52 с.

89. Хартман К.С, Лецкий Э.К, Шефер В.В. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М.: Мир, 1989. 552 с.

90. Цисман В.А. Химия и технология полимеров. М.: Химия, 1984.121 с.

91. Цыплаков О.Г. Волокнистые композиционные материалы. М.: Машиностроение, 1986. 140 е.

92. Цыплаков О.Г. Конструирование изделий и композиционно волокнистых материалов. Л.: Машиностроение, 1984. 140 с.

93. Чегодаев Д.Д., Наумова З.К., Дунаевская Ц.С. Фторопласты. Л.: Госхимиздат, 1980.192 с.

94. Шерышев М.А. Формирование полимерных листов и пленок. Л.: Энергия, 1989г. С. 61.

95. Шестаков В.М. Работоспособность тонкослойных покрытий. М.: Машиностроение, 1989.159 с.

96. Энциклопедия полимеров. М.: Советская энциклопедия, 1972. Т. 1.22с.

97. Fumihiko О., Masahiro Н., Seichi N., Isamu S. Магнитная ориентация жидкокристаллических полимеров // Кобуси ромбуисю.1989. № 2. С.101-106.

98. А.с. 1242494 СССР, МКИ3 C08J 9/42. Способ изготовления композиционного материала / В.СЛагунов и др. (СССР).№3842867/23-05; Заявлено 15.01.85; Опубл. 1986. Бюл.№25. 3 с.

99. А.с. 590383 СССР, МКИ3 F6C 33/00. Антифрикционная ткань / В.С.Смирнов и др. (СССР).№2319403/2812; Заявлено 15.12.76; Опубл. 1978. Бюл.№4. 5 с.

100. ГОСТ 11629-85. Пластмассы. Метод определения коэффициента трения.

101. ГОСТ 4650-80. Пластмассы. Методы определения влагопоглощения в холодной и кипящей воде.

102. ГОСТ 6433.3-71. Материалы электроизоляционные. Метод определения электрической прочности при переменном (частоте 50 Гц) и постоянном напряжениях.

103. ГОСТ 6768-85. Резины. Определение прочности соединения на расслаивание.

104. Пат. 3068053 США, МКИ5 F 16 С 33/00; Н. Кл. 308-238. Антифриккционный слой / F Сохоп. G.J. Harris № 9,038; Заявлено 16.02.60; Опубл. 11.12.62.