Содержание к диссертации
Введение
1. Обоснование требований к материалам, эксплутационным характеристикам триботехнических и уплотнительных узлов оборудования и анализ технологий их получения 9
1.1.Роль вида и структуры материала в повышении работоспособности специальных элементов оборудовании ,..„9
1.2 Требования к рациональным эксплуатационным свойствам материалов и деталей из композиционных полимерных материалов (КПМ) 16
1.3 Анализ свойств, конструкций, структур КПМ и технологий их обеспечивающих 24
1.4 Цели и задачи работы , 35
2. Методики исследования процессов и реализации технологий изготовления структурированных компонентов из кпм для оборудования 38
2 Л Систематизация объектов композиционных структурированных материалов 38
2.2 Обоснование системы технологических факторов, обеспечивающих управление структурой композиционных материалов, используемых для специальных элементов оборудования '. 44
2.3 Описание экспериментальной установки и методик расчета технологических параметров 49
2.4 Методики, используемые для оценки эксплуатационных показателей работоспособности структурированных КПМ и изделий из них 59
2.5 Выводы 69
3. Исследование процесса формирования, установ ление взаимосвязей элементов кпм и модели рование материалов с заданными свойствами 71
3.1 Этапы целенаправленного управления структурой КПМ в жизненном цикле изделия 71
3.2. Исследование влияния магнитостатического поля на свойства компонентов и структуру композиционного материала 91
3.3. Построение модели процесса формирования многослойных полимеров с заданными свойствами 103
3.4 Выводы 112
4. Управление конструкцией кпм, предназначенных для компонентов оборудования 114
4.1 Управление факторами, определяющими конструкцию композиционного материала 114
4.2 Улучшение эксплутационных характеристик деталей из КПМ и примеры практической реализации объемных и плоских структурированных фторопластовых композиций 129
4.3 Выводы 148
Основные результаты и общие выводы 151
Список литературы
- Требования к рациональным эксплуатационным свойствам материалов и деталей из композиционных полимерных материалов (КПМ)
- Обоснование системы технологических факторов, обеспечивающих управление структурой композиционных материалов, используемых для специальных элементов оборудования
- Исследование влияния магнитостатического поля на свойства компонентов и структуру композиционного материала
- Улучшение эксплутационных характеристик деталей из КПМ и примеры практической реализации объемных и плоских структурированных фторопластовых композиций
Введение к работе
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
5 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.У становление 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.
б.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.У становление основных закономерностей влияния параметров технологического процесса получения структурированных полимерных покрытий на повышение эксплуатационных свойств деталей из КПМ.
Практическая значимость и реализация:
1 .Технология изготовления узлов трения с высокими эксплуатационными показателями на основе композиционных фторопластовых моноблочных
7 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.
б.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 1999-2003); на научных конференциях кафедр ВГТУ и семинаре "Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки" (Воронеж, 2003).
Публикации: по материалам диссертации опубликовано И 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; 191 - 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.
Требования к рациональным эксплуатационным свойствам материалов и деталей из композиционных полимерных материалов (КПМ)
Одной из задач любых, исследований, в том числе наших, является определение технических возможностей, проявляющихся в условиях реальной эксплуатации разнообразных деталей из КПМ. Это позволяет не только определить и уточнить области применения полимерных композиций, но и дает возможность прогнозировать, проектировать компоненты оборудования с высокой надежностью и высокими эксшгутационными свойствами.
Проведем анализ имеющихся данных основных физико-механических характеристик композиционных матер налов и изделий из них. Это необходимо, чтобы уточнить требования к условиям изготовления изделий и рациональной эксплуатации оборудования.
Рассмотрим результаты (которые приведены в табл.1), полученные авторами работ /38, 40, 43/ при исследовании прочности на растяжение исходных материалов и композиций. Сравнивая показатели, видим, что не только слой полимеров разной толщины (это моноблоки и пленки), но также различие каркаса и наполнителя (например, фторопластовая или иная ткань) оказывают влияние на прочностную характеристику композиционного материала.
Анализ показывает, что изменения технологических параметров получения композиций существенно сказывается на прочностных показателях изделий. Так, увеличение температуры сварки пленки и основы с 350 до 370 С способствует изменению прочности при растяжении пленки на 14-19% для "Нафтлена" и на 50-52% для "Даклена". Причем существует диапазон рациональных температур сварки (близких для обоих материалов) к 350 С. Показатель прочности при растяжении образцов, полученных при рациональной температуре 350 С на 25% (для "Нафтлена") и 56% (для "Даклена") выше, чем прочность образцов, полученных при температуре 370 С. Вероятно так же, что при этой температуре происходит полное спекание волокон и пленки фторопласта-4 в монолитный блок /34, 41/.
Отметим два важных момента, отмеченных в этой работе. Первый это то, что наличие монолитного слоя фторопласт а-4 на лицевой поверхности тканого материала оказывает положительное влияние на увеличение прочности образцов при сжатии. При силовом воздействии из вне на деталь на основе сложного КПМ имеем равномерное пагружение волокон, что способствует равномерному распределению нагрузки между ними.
Второе, установлено, что фторопластовая пленка в КПМ играет роль своеобразного связующего, фактора стабилизирующего прочностные характеристики материала при его нагружении по основе и утку, т.к. уменьшается степень анизотропии механической прочности материала.
Исследуем влияние процесса сжатия на свойства полимерных материалов. Это важно с тех позиций, что при работе в подшипниковых узлах скольжения рабочие поверхности воспринимают немалые контактные нагрузки сжатия, а это сказывается на работоспособности изделия. В качестве критериев оценки целесообразно выбирать следующие показатели: сохранения структуры материала (особенно его тканевой основы); сохранение монолитного фторопластового слоя на лицевой стороне; отсутствие расслаивание на составляющие волокна основы конструкции.
Установлено /7, 39/, что тканевый материал "Нафтлен" имеет прочность при сжатии 430 МПа. До этой наїрузки исходная структура не меняется. При дальнейшем увеличении нагрузки происходит нарушение ткани и разрушение на исходные составляющие волокон. Структура материала "Даклена" обладает более высокими прочностными характеристиками при сжатии, выдерживая нагрузку до 520 МПа.
Наличие дефектов волокон и материала значительно снижают прочностные характеристики детали, причем эти величины могут составлять 45-50% от теоретически расчетной прочности. Следовательно, в перечень требований к дефектам из КПМ должно входить условие - отсутствие дефектов на исход-пых материалах и тканевой основе.
Обоснование системы технологических факторов, обеспечивающих управление структурой композиционных материалов, используемых для специальных элементов оборудования
Нестабильность работы оборудования, в которое входят комплектующие на основе полимерных материалов во многом определяется работоспособностью этих деталей, а в итоге нестабильностью структуры композиционного материала. Поэтому необходимо решать одну из важнейших задач для КПМ — создание структуры композиционного материала Str" , обеспечивающую стабильное сохранение в процессе эксплуатации свойств изделия в оборудовании. Таким образом, возникает задача управления структурой материала на разных этапах жизненного цикла изделия, в том числе, при проектировании, изготовлении и эксплуатации узлов машиностроительного производства. Поэтому особое место в наших исследованиях отводится созданию модели строения КПМ и возможности управления процессом формирования деталей комплектующих агрегатов оборудования с наперед заданными свойствами. Процесс создания и управления структурой композиционного материала с заданными эксплутационными свойствами рассматриваем как функционированием сложной системы /12/. При создании и эксплуатации сложных систем требуется проводить многочисленные исследования и расчеты, связанные с конкретизацией разных факторов. Во-первых, с оценкой показателей, характеризующих свойства системы, включая ее строение. Это внутренние конструкции композиционного материала, и системы из них которые обозначим (Кн], Kin, ... KH J ). По этой схеме запишем, например, антиобледенительное устройство. Оно имеет в соей конструкции следующие компоненты /1/: металлическую панель; эластомерную подложку; фторопластовую ткань; фторопластовую пленку; выступы; нагревательные элементы. Это сложная метадлополимерная конструкция с встроенным нагревательным элементом. Если не считать металлическую панель, то имеем систему, элементы которой можно обозначить так: KHJ - эластомер; Кн2 - ікань; Кнз - пленка; Кн4 нагреватели; К1-15 выступы для крепления. В общем виде систему антиоблсденения запишем так:
Банги КПМ = {Ао; Кні; Кн2; Кн3; Кн4; Кн5; гтх}, (2.2) где А{) - коэффициент; гтх — технологические взаимодействия элементов конструкции КПМ. Второе связано с выбором оптимальной структуры Str0111, КПМ.
Третье, обусловлено выбором оптимальных эксплутационных показателей, назовем их (ЭП). Или могут быть, например, малый коэффициент трения f, обозначим как ЭП (fmin): высокая износостойкость Ттах. В общем виде обозначим это как ЭП (Tj) или другие ее параметры, число которых (I). Подобное описание объекта может быть выполнено лишь при наличии учета математического закона процесса функционирования или математической модели (ММ) процесса формирования ММ(фр) или жизненного цикла КПМ ММфр КПМщти.
Используя кибернетический подход к описанию системы, примем, что всякое целенаправленное поведение рассматривается, как управление. Итак, имеем организованное воздействие W на систему SJQTJVJ. Примем, что процесс управления формирования КПМ происходит в среде X, где есть объекты Y и субъекты С. Субъект ощущает на себе воздействие среды X и объекта Y. Если состояние среды X он изменить не может, то состояние объекта Y в процессе управления воздействием W - изменяется. В этих условиях состояние объекта Y влияет на состояние потребностей субъекта. Потребность субъекта обозначим так C={Ci,C2,... QJ, где С; - состояние і— потребности субъекта, которая выражается числом (1,к) насущностей, т.е. актуальность этой потребности. Причем, свое поведение субъект строит так, чтобы минимизировать насущность своих потребностей. Поэтому необходимо решать задачу многокритериальной оптимизации вида /50/: Q (X, W) - min ( і = 1, К), г є R, (2.3) где R — ресурсы субъекта. Следовательно, имеем взаимосвязь потребностей с состоянием среды X и поведением W субъекта.
Принимаем, что на уровне наших действий, обозначенных как уровень YII (I, J), выполняющая функция реализации целей управления, формирующих объект, есть Z. Это могут быть технологические условия (факторы) процесса создания конструкции материала. Допустим, что есть также исходная информация Y и выработанное решение типа Y = {X , Y }, т.е. конкретные виды, составляющие основу композиционного материала и конкретные параметры процессов спекания, прессования и т.п.
Следовательно, X и Y конкретно установленные, поддерживаемые, регистрируемые параметры, и температура, толщина пленки фторопласта и т.д. Если последовательность операций или технологический регламент процесса изготовления КПМ обозначим как управляющий алгоритм ф установки (оборудования), то управление W есть результат работы алгоритма вида: W = p(Y,Z), (2.4) или иначе: заданная структура композиционного материала формируется при реализации множества: {Z,Y,W,(p2}. (2.5)
С помощью модели объекта можно построить управление W конкретного КПМ, указать и реализовать условия переводящие объекты КПМ в целевое состояние Z, и в итоге получить КПМ с заданными свойствами.
Укажем также следующее: модель, например, ММ, связывающая входы X и W с выходом Y, определяется структурой Str и параметрами P={Pl,P2,... Pk }. Поэтому можно записать MM={Str, Р}. Таким образом, нам необходимо иметь оптимальную структуру Str, т.е. модель объекта с точностью до значений ее параметров Р. Если есть оператор преобразования F структуры, параметры которого внесены в переменное Р, то параметры становятся переменными модели:
Исследование влияния магнитостатического поля на свойства компонентов и структуру композиционного материала
Предварительные опыты подтвердили нашу гипотезу о влиянии магнитостатического поля на многослойные пленочные фторопластовые полимеры. Представим результаты этих исследований, относящихся ко второму уровню, Известные способы термомагнитной обработки заключаются в нагреве и охлаждении полуфабрикатов и изделий в магнитном поле, но эти исследования относятся к воздействию на полистирол, полиэтилен, капрон, реактопласт, смол и т.д. Исследований по влиянию магнитных полей (МП) на фторопластовые покрытия пока недостаточно.
Покрытия из фторопластовых волокон, чаще всего, содержат в себе тканевые материалы толщиной 0,4-н1,0 мм, имеющие с лицевой стороны переплетение из волокон фторопласт-4, а с изнаночной - фторопластовые и адгезионно-активные волокна. В опытах использовали материал "Даклен".
Обработку волокон проводили по вышеизложенным методам с некоторыми уточнениями: волокна ацетилировали в течение 36 ч. в растворителе, отжимали, кондиционировали, а в целях стабилизации подвергали недлительной термообработке. Набранный в пакет пленки фторопласта-4, фторо-пласт-4МБА и ткань, помещенные в прессформу, подвергали сжатию с Р=6
МПа и сваривали (нагревали до 350 С, общий диапазон 330 3700 с) в течение 1 2-Ї-15 мин. Затем полученную монолитную композицию помещали на 5-т-ЗО минут под воздействие постоянного магнитного поля напряженностью 20-5-80 кА/м. После изготовления пластин из них вырубали образцы (рис. 3.4,а) и в соответствии с ГОСТІ 1262-80 "Пластические массы. Метод определения прочности при растяжении" и подвергали испытанию на прочность при растяжении (разрушающее напряжение при растяжении - ар), а так же на адгезионную прочность (напряжение отслаивания A j). Опыты проводили в соответствии с матрицей планирования экспериментов (см. 2 гл.). При этом уровни технологических факторов варьировали в выбранных диапазонах. Результаты подвергали статистической обработке и получили математические зависимости выходных показателей от технологических факторов. В табл. 3.3 представлены уровни факторов: температура сварки 0, С (Xi); напряженность постоянного магнитного поля ПМП — Н, кА/м (Х2); время воздействия ПМП - т, мин. (Хз). Результаты однофакторных зависимостей в диапазоне технологических параметров подтвердили, что физико-механические свойства полимера под воздействием магнитного поля изменяются.
При этом материалы со структурой Str nMnCM подвергшиеся меха-но-термо-магнитной обработке (МТМО), увеличивают свои показатели прочности на растяжение и адгезионную прочность в разных условиях более, чем на 20- 30%. Конкретные значения величины разрушающих напряжений при растяжении o pf МПа и напряжения отслаивания А МПа представлены в табл. 3.4 / 15/.
По нашему мнению, под воздействием накладываемого магнитного поля происходит упорядочение структуры фторопластового композита. После завершения его формирования улучшаются деформационно-пространственные параметры КПМ. Схема механизма подобна функционированию асимметричных частиц, обладающих анизатропной диамагнитной восприимчивости А% и приобретающих в магнитном поле механический момент, т.е. как это происходит с макромолекулами полиэтилена.
В работах / 8,64/ доказаны следующие положения, которые мы используем для описания механизма воздействия магнитного поля.
В магнитном поле проходит ориентация участков (сегментов) макромолекул, находящихся в вязко-текучем состоянии, что обуславливается анизотропией магнитной восприимчивости и ориентацией структурных элементов (доменов), а также ассиметричностью их геометрических размеров.
Улучшение эксплутационных характеристик деталей из КПМ и примеры практической реализации объемных и плоских структурированных фторопластовых композиций
Известные области применения, определяемые преимуществами фторопласта и композиций из него (см. рис. 1.1.), постоянно расширяются, тем более с получением новых результатов, например, установленных нами достоинствах КПМ, изготовленных при использовании IIМТМО технологий.
Совершенствование конструкций машин вызывает необходимость проведение расчетов их ответственных узлов. Одним из важных узлов подъемно-транспортных устройств являются колодочные тормоза. Их конструкция предполагает применение двух недеформируемьгх цилиндрических тел одинаково радиуса, причем при вращении одного из них относительно другого и самоустановке второго тела в плоскости вращения. В связи с необходимостью проектирования подобных устройств, где целесообразно применение фторопластов, требуется провести расчет распределения давления в области контакта недеформируемьгх тел и.дать рекомендации по применению фторопластового материала в качестве покрытия, обеспечивающего равномерный минимальный износ колодок.
Методика расчета приведена в работе /34 Л Исходили из следующих предложений и допущений. Пусть один цилиндрический образец (рис.4.6 ) шарнирно закреплен на неподвижной оси и нагружен силой. Q. Сила приложена к оси шарнира образца 1. Образец 1 находится в контакте с вращающимся цилиндром 2. Скорость вращения цилиндра 2 постоянна и равна со. Силу Q можно определить проекциями Qx и Q на оси координат xOiy.
Ось х: проходит через точку Оз,которая является центром вращения цилиндра Рис. 4.6 —Схемы для определения давления в области контакта недеформируемьгх цилиндрических тел: а) общая схема; б) расчетная схема.
При определении скоростей износа, а также расчете распределения давления в области рассматриваемых тел (даже без учета деформаций), примем 131 некоторые допущения. Так, износ кинематической пары образец-цилиндр характеризуется смещением оси х и углом є поворота образца. Тогда износ U образца и угол р дуги АВ контакта образца и цилиндра в данный момент времени будут определяться зависимостями U = U{xt,0) и р{х,є), где /? - угол, определяющий положение точки на образце. Износ Uj во всех точках цилиндра постоянен, поэтому радиус изношенного цилиндра г = R - и2, где R - радиус цилиндра. Из рис. 4.6 следует: (4.1): гдел-лл,;-V / v- / -ПО ЛЯрНЫе координаты точек дуги контакта АОВО в системе координат, связанной с образцом; - вспомогательные углы; - начальное расстояние между осями цилиндра и образца.
При получении выражения (4.1) предполагалось, что при износе точка 01 (ось вращения образца) движется вдоль радиуса цилиндра (оси х). Выражения (4.1) справедливы для любой точки дуги контакта. Они позволяют определить по известным значениям 1 и и2 для любой точки дуги АВ угол 0, который вычисляется по формуле
Система позволяет определить по известным значениям F,ety X и другим величинам и функциям вектор Е, затем по (4.3) - скорость износа (Р) И по (4.8) - давление P(fi). Эта система линейна и неоднородна. Если ее решение существует (определитель матрицы D отличен от нуля), то оно единственно.
Для решения системы уравнений (4.8) составлена программа, реализующая метод Гаусса с выбором главной строки и допускающая использование сеток, содержащих до 300 узлов при вычислении коэффициентов матрицы. Для определения Р( /?) в начале износа, когда U = О» ІІ2 = 0, є О, х - О, в ранее полученных формулах принято 0о = во=ао;Р = в = а. В качестве примера мы рассматривали решение поставленной задачи при следующих условиях: R=25 мм, L=30, b=10 мм; =24, «0=12, f=0,15, ki=I0"10 мм2/Н, ( =320 Н, &—15 с . Распределение давления в области контакта представлено на рис.4.7 кривой 1. Там же кривой 2 показано распределение Р для L=25 мм и прочих неизменных параметров.
Из рис.4.7 видно, что вид функции р(Р) существенно зависит от выбора L. Итак, задача распределения, при которой р(/7) симметрична относительно прямой /3 = а, является актуальной. Ее решение позволяет уменьшить неравномерность износа и тем самым повысить срок службы фрикционных и антифрикционных фторопластовых прокладок. Особенно этот материал может быть эффективен, если использовать композиционные покрытия, полученные способом IIМТМО.
Теперь рассмотрим наиболее перспективные направления улучшения эксплутационных характеристик, изделий из КПМ предлагаемых нами для использования в промышленности при изготовлении деталей из сложных полимеров. Исходим из того, что одним из наиболее перспективных способов повышения механической и адгезионной прочности деталей из полимера яв ляется использование конструкции композиции на основе волокнистой структуры.
Тканые материалы из фторопласта-4 состоят из двух слоев — лицевого и изнаночного. В лицевом слое переплетаются только нити фторопласта-4, а в изнаночном — фторопластовые нити и адгезионно-активные нити, например, стеклянные, полимерные, графитовые, металлическая проволока. Мы установили, что тканые фторопластовые материалы являются наиболее технологичными при изготовлении из них изделий с использованием известных технологических приемов, как прессование, склеивание, сварка.
Однако, материалы данного класса крайне затруднительно использовать в виде покрытий, так как, например, при контакте с агрессивными средами, из-за наличия свободных объемов между волокнами тканого материала возможно проникновение агрессивного реагента к подложке.
Проблемой также может быть неравномерное нагружение фторопластовых волокон в тканом материале, что приводит к нарушению поверхностей КПМ на наиболее нагруженных участках. Поэтому необходимо увеличить стабильность структуры тканых фторопластовых материалов за счет равномерного нагружения нитей тканевой основы.
Одним из способов стабилизации структуры фторопластовых тканых материалов является закрепление монолитной фторопластовой пленки определенной толщины на лицевой стороне тканого материала, выполненного из нитей фторопласта-4. В этом случае фторопластовая пленка, обладая химическим соответствием с фторопластовыми нитями, будет являться своеобразным связующим, которое стабилизирует структуру и будет способствовать равномерному нагружению нитей в тканом материале. Достаточная адгезионная прочность соединения нитей и пленки фторопласта может быть достигнута сваркой. Учитывая, что фторопласт-4 при температурах переработки не имеет вязкого расплава, наиболее эффективно применение термоконтактной сварки.
Похожие диссертации на Создание высокоресурсных компонентов оборудования и технологии их изготовления из структурированных композитов с использованием физических полей
