Введение к работе
Актуальность темы. Сложная структура композиционных изделий задается на стадии сборки и, следовательно, должна сохраняться в процессе формования и вулканизации. Одним из основных требований, определяющих высокие потребительские свойства композиционных изделий, является требование обеспечения высокой адгезионной прочности между элементами структуры, обладающими различными механическими свойствами. Это может быть достигнуто, кроме выбора надлежащих адгезивов, вводимых в рецептуру изделия, высоким давлением формования, однако при этом возможно возникновение сдвиговых деформаций в полости из-за истечения избытка в облой, что неминуемо приводит к искажению заданной структуры и, тем самым, к ухудшению качества изделия. Такие противоречивые требования к ведению технологического процесса значительно сужают круг возможных методов изготовления композиционных изделий с эластомерной матрицей. Например, процесс изготовления приводных ремней, в которых требование к сохранению структуры превалирует над требованием обеспечить прочную связь несущего слоя и эластомерной матрицы, предполагает формование и вулканизацию собранных заготовок на специальном оборудовании в условиях довольно низкого давления формования. Наиболее широкое применение в настоящее время получил метод формования и вулканизации ремней в диафрагменных вулканизаторах. Однако, наряду с низким давлением формования (1-1,5 МПа), этот метод предполагает и образование значительного количества невозвратных отходов при изготовлении безоберточных ремней (до 20 %). Альтернативные методы (вулканизация на челюстных и ротационных прессах) позволяют разрешить только некоторые аспекты проблемы, часто за счет увеличения трудоемкости процесса или снижения качества изделия. Перспективным методом формования и вулканизации ремней является компрессионное формование в пресс-формах с упругими формующими элементами. Однако, многие вопросы, связанные с проектированием таких пресс-форм, выбором параметров формования и вулканизации, расчетом ресурса эксплуатации и требуемой конфигу-рации формующих элементов.до настоящего времени не исследованы. В связи с этим разработка метода расчета и конструирования высокоэффективных компрессионных пресс-форм с упругими формующими элементами, позволяющими существенно уменьшить трудоемкость изготовления и улучшить качество сложных композиционных изделии из эластомеров, в
частности, приводных ремней с использованием традиционного прессового оборудования,является актуальной задачей.
Цель работы. На основе теоретических и экспериментальных исследований процесса компрессионного формования в пресс-формах с упругими формующими элементами разработать на научной основе метод проектирования компрессионных пресс-форм с упругими формующими элементами, обеспечивающий возможность прогнозирования уровня качества изделий при выбранных технологических параметрах формования.
Научную новизну диссертационной работы представляют следующие ее результаты:
дифференциальная реологическая модель слабосжимаемой термовяз-коупругой структурирующейся среды, в которой связь девиаторов напряжений и деформаций описывается моделью Максвелла, а шаровых компонент - уравнением Ван-дер-Ваальса;
математическая модель четырехстадийного процесса компрессионного формования, учитывающая нестационарность и неизотермичность процесса, протекание релаксационных процессов в изделии и формующем элементе и наличие трения скольжения на границе контакта "металл - эластомер", а также результаты анализа процесса формования в пресс-формах с упругими формующими элементами;
методика и результаты определения фрикционных, компрессионных и вязкоупрутих характеристик полимерных материалов,
-методика расчета и конструирования компрессионных пресс-форм с упругими формующими элементами и выбора технологических параметров формования композиционных изделий из эластомеров.
Практическая ценность. Практическую ценность имеет разработанная на основе отмеченных выше результатов методика расчета и конструирования компрессионных пресс-форм с упругими формующими элементами и выбора технологических параметров формования, а также конструкции пресс-форм с упругими формующими элементами для формования и вулканизации приводных ремней. Пресс-формы и технология изготовления клиновых ремней внедрены в производство на АО "Саранский завод "Резинотехника" с экономическим эффектом в 1994 г. - 19,041 млн. руб., 1995 г.- 82,317 млн. руб., 1996 г. - 156,072 млн. руб. Начато опытно-промышленное освоение пресс-формы и технологии компрессионного формования синхронных ремней на указанном
предприятии, при этом ожидаемый экономический эффект от внедрения должен составить в 1997 - 1998 г.г. до 120 млн. руб. / год. Автор защищает:
дифференциальную реологическую модель слабосжимаемой термо-вязкоупругой структурирующейся среды, в которой связь девиаторов напряжений и деформаций описывается моделью Максвелла, а шаровых компонент - уравнением Ван-дер-Ваальса,
методику и результаты определения фрикционных, компрессионных и вязко упругих характеристик материалов,
математическую модель четырехстадийного процесса компрессионного формования, учитывающую нестационарность и неизотермич-ность процесса, протекание релаксационных процессов в изделии и формующем элементе и наличие трения скольжения на границе контакта "металл - эластомер", а также результаты анализа процесса формования в пресс-формах с упругими формующими элементами;
методику расчета и конструирования компрессионных пресс-форм с упругими формующими элементами и выбора технологических параметров формования композиционных изделий из эластомеров;
конструкции компрессионных пресс-форм с упругими формующими элементами для формования приводных ремней.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на научной конференции МГУ им. Н.П.Огарева "XXII Огаревские чтения", секция "Прикладная механика" (г.Саранск, 1994 г.); на Первой Международной конференции "Дифференциальные уравнения и их приложения" (г. Саранск, 1994 г.); на Четвертой Всероссийской конференции "Динамика процессов и аппаратов химической технологии" (г. Ярославль, 1994 г.); на Республиканской научно-технической конференции "Применение прогрессивных технологий, композиционных материалов и покрытий с целью повышения долговечности сборочных единиц при изготовлении и ремонте машин" (г. Саранск, 1994 г.); на Девятой Международной конференции "Математические методы в химии и химической технологии" (г.Тверь, 1995 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем работы. Содержание диссертации изложено на 222 страницах, включающих 161 страницу машинописного текста, 80 рисунков, 3 таблицы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов по работе, списка литературы, включающего 168
