Технологии изготовления деталей из композиционных материалов

метки: Изготовление, Изделие, Технология, Материал, Свойство, Форма, Связующий, Отверждение

Композиционные материалы—это материалы, состоящие из двух или более компонентов (отдельных волокон или других армирующих составляющих и связующей их матрицы) и обладающие специфическими свойствами, отличными от суммарных свойств их составляющих компонентов. Компоненты композитов не должны растворяться или иным способом поглощать друг друга. Они должны быть хорошо совместимы. Свойства композиционных материалов нельзя определить только по свойствам компонентов, без учета их взаимодействия.

Композиционные материалы классифицируются обычно по виду армирующего наполнителя: волокнистые (армирующим компонентом служат волокнистые структуры); слоистые; наполненные пластики (армирующим компонентом являются различные частицы).

В свою очередь наполненные пластики могут быть разделены на насыпные (гомогенные) и скелетные (начальные структуры, заполненные связующим).

Армирующие компоненты могут представлять собой различные волокна, порошки, микросферы, кристаллы и “усы” из органических, неорганических, металлических материалов или керамики. Наиболее распространены следующие связующие, используемые в армированных пластиках: полиэфиры, фенолы, эпоксидные компаунды, силиконы, алкиды, меламины, полиамиды, фторуглеродные соединения, ацетали, полипропилен, полиэтилен и полистирол. Связующие могут быть разделены на термопласты (способные размягчаться и затвердевать при изменении температуры) и реактопласты, или термореактивные смолы (связующие, в которых при нагревании происходят необратимые структурные и химические превращения).

В настоящее время наибольшее распространение получили термореактивные связующие.

Рис.1. Схема структуры (а) и армирования непрерывными волокнами (б) композиционных материалов

Рис.2. Схемы армирования композиционных материалов

При разработке и изготовлении новых композиционных материалов, а также при создании конструкций из них приходится учитывать влияние внешних условий (температура, высокая влажность) на эти материалы. Необходимо учитывать и ряд специфических свойств композиционных материалов. Так, учет ползучести, которая является характерным свойством многих композиционных материалов, заставляет проектировщиков отказываться от целого ряда традиционных решений.

Целью создания композиционного материала является объединение схожих или различных компонентов для получения материала с новыми заданными свойствами и характеристиками, отличными от свойств и характеристик исходных компонентов. С появлением такого рода материалов возникла возможность селективного выбора свойств композитов, необходимых для нужд каждой конкретной области применения. Композиционные материалы, оказавшиеся и экономичными, и удобными в проектировании, сегодня используются везде — от производства игрушек и теннисных ракеток до применения в космических аппаратах (теплоизоляция, микросхемы и др.).

Сыпучие материалы. Порошки. Свойства порошков. Устойчивость. ...

... композиционных материалов; улучшению вкусовых качеств пищевых продуктов. Однако с уменьшением размеров частиц порошка усиливаются и его негативные свойства: ... другом. Традиционно к порошкам относят большинство сыпучих материалов, однако в узком смысле термин « ... металлов. Например, высокодисперсный оксид цинка, являющийся основным компонентом цинковых белил, получают окислением паров цинка воздухом ...

Армирующие компоненты могут быть включены в состав армированных пластиков для изменения свойств термо- или реактопластов. Современная промышленность композиционных материалов широко варьирует различные сочетания армирующих компонентов и связующих, выбор которых определяется как техническими параметрами, так и ценой. Армированные пластики наиболее часто используются в двух видах: листовой материал (типичный пример такого материала — это бумага, пропитанная меламинофенольным связующим, или стекловолоконные маты, пропитанные полиэфирным связующим) и прессованные пластики (чаще всего используются пропитанные фенольным или другим связующим минеральные, хлопковые и другие волокна).

Большинство свойств полученных композиционных материалов оказывается более высокими, нежели свойства исходных компонентов. К композитам следует также отнести и различные материалы, конструкционное назначение которых то же, что и одного из компонентов. Такого рода материалами являются, например, покрытые поливиниловой пленкой изделия, используемые в летальных аппаратах; металлопластиковые облицовки и т.д.

В настоящее время наиболее распространенными компонентами при создании материалов являются стеклянные, полиамидные, асбестовые волокна, бумага (целлюлозные волокна), хлопок, сизаль, джут и другие натуральные волокна. Все большее место в технологии производства композитов занимают такие материалы, как углеродные, графитовые, борные, стальные волокна и “усы” (очень короткие армирующие волокна, обычно кристаллические).

Выбор того или иного армирующего наполнителя определяется ценой, составом и технологическими требованиями, предъявляемыми к свойствам армированных пластиков .

2. Технология изготовления композиционных материалов на основе полимеров

2.1 Принципы создания композиционных материалов на основе полимеров

Эксплуатационная долговечность машин и механизмов в ряде случаев определяется надежностью работы узлов трения. Применение фрикционных деталей из цветных и специальных подшипниковых сплавов требует выполнения ряда условий для их надежной работы — смазки, специальных устройств, защищающих узлы трения от воздействия абразивных частиц, загрязнений, агрессивных сред, механических повреждений. Для малонагруженных и низкоскоростных узлов трения техники различного назначения использование подшипников скольжения из металлических сплавов конструктивно не обосновано и экономически нецелесообразно. Современные композиционные материалы на основе полимеров позволяют решить задачу повышения эксплуатационного ресурса и надежности машин, обеспечив при этом значительные материальные выгоды и экономический эффект.

Полимерные материалы в чистом виде нашли ограниченное применение при изготовлении деталей узлов трения вследствие их относительно невысоких эксплуатационных характеристик — высокого коэффициента трения, недостаточной термо- и теплостойкости, низкой износостойкости. Для повышения служебных характеристик полимера используют различные направления: разработку новых связующих с требуемыми характеристиками, модифицирование многотоннажно выпускаемых материалов функциональными добавками, обработку специальными методами.

Металлические и неметаллические материалы и их применение

... пластмассы. Экономическая эффективность применение пластмасс. Композиционные материалы (карбоволокниты, бороволокниты, органоволокниты и металлы, армированные волокнами). Раздел VIII. ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ В СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ. ... термоупрочнением; применение защитных покрытий и т. д.). Пути снижения материалоемкости конструкций на основе использования новых металлических материалов — аморфных ...

Выбор направления создания полимерного композита обусловлен конкретными требованиями: экономическими, конструктивными, технологическими, эксплуатационными и др. Например, применение полимерных подшипников скольжения в автомобилях, сельскохозяйственных машинах, выпускаемых большими сериями, выдвигают на первый план экономические (стоимость, доступность сырья) и технологические (методы переработки в изделия, возможность регенерации технологического брака) аспекты. При использовании полимерных конструкций в единичных образцах техники, особенно эксплуатирующейся в экстремальных условиях, естественно, более важное значение имеют эксплуатационные и конструктивные требования — заданные физико-механические свойства, термо- и теплостойкость и т.п. Очевидно, что и эти методы модифицирования полимерных материалов выбираются, исходя из анализа технико-экономических требований к конструкции.

Обобщение отечественного и зарубежного опыта создания металлополимерных узлов трения позволило выявить основные тенденции в этой области: разработку методов создания материалов с заданными фрикционными свойствами и разработку методов управления поверхностными свойствами материалов непосредственно в процессе фрикционного взаимодействия.

Исследование механизма трения и изнашивания полимеров по металлам позволяет утверждать, что наиболее существенное влияние на фрикционные характеристики оказывают: природа контактирующих материалов, нагрузочно-скоростные и тепловые режимы трения, условия смазки, топография поверхностей трения. Работа узла трения, в частности, во многом зависит от температуры и состава окружающей среды, наличия абразива, воздействия агрессивных и коррозионно-активных сред.

Для снижения коэффициента трения и повышения износостойкости материала в состав связующего обычно вводят от 0,1 до 40% мас. сухих смазок — графита, сульфидов металлов, солей высших кислот, талька, слюды и др. Такие вещества обладают способностью образовывать на поверхностях трения легкоподвижные слои. Данный метод модифицирования нашел наибольшее применение для сшивающихся связующих — фенолформальдегидных, эпоксидных, полиэфирных смол.

В последние годы широкое распространение получил метод повышения фрикционных свойств полимерных материалов путем введения в их состав жидкофазных смазок и смазочных масел. При введении жидких компонентов в пределах, превышающих их совместимость с полимерным связующим, создается возможность выделения избытка жидкости из матрицы. Наличие в зоне трения градиента температур способствует миграции смазочной жидкости с повышенной температурой. Таким образом, на поверхностях трения непрерывно генерируется смазочная пленка. При снижении температуры в зоне трения скорость миграции смазки замедляется, что способствует обеспечению эффекта самосмазывания в течение длительного времени.

Недостатком антифрикционных материалов, содержащих жидкие смазки, является ограниченность ресурса работы узла трения. Это связано с относительно небольшим количеством жидкой смазки, которую можно ввести в полимерный материал без существенного усложнения технологии изготовления и переработки, а также без снижения и сходных физико-механических характеристик полимерного связующего. Частично данные недостатки устраняются при использовании специальных поглотителей жидкой смазки, которые могут адсорбировать значительные объемы жидкости при небольших собственных объемах. Таким образом, появляется возможность перерабатывать композиции, содержащие до 40-50% об. жидкой смазки, на стандартном технологическом оборудовании. В качестве поглотителей (адсорбентов) смазки используют порошки металлов, оксидов, графита, полимеров, силикатов и др. веществ.

Эксплуатационный диапазон применения полимерных антифрикционных материалов часто определяется теплостойкостью полимерного связующего, теплопроводностью композиции. Так, при скачкообразном изменении нагрузочно-скоростных режимов эксплуатации, вызванном экстремальными ситуациями, основной причиной отказа металлополимерного узла трения является тепловое разрушение подшипника.

Интересен метод повышения износостойкости узлов трения, заключающийся во введении в полимерное связующее добавок, способных к полимеризации,— трибополимеров. Образование трибополимерной пленки в зоне трения обеспечивает снижение износа узла. Дефицитность трибополимеризующих присадок и ограниченный диапазон проявления этого эффекта сдерживают развитие этого направления.

Перспективным направлением повышения износостойкости полимерных материалов и композитов на их основе является диффузионное насыщение поверхностных слоев деталей трения целевыми добавками. Это позволяет достичь значительного эксплуатационного эффекта при относительно небольших экономических затратах на модификацию изделий.

В последние годы активное развитие получил трибохимический принцип создания металлополимерных узлов трения. Суть развиваемого принципа состоит в направленном использовании физико-химических процессов в зоне трения с целью обеспечения благоприятного режима эксплуатации узла.

Продукты трибохимических реакций в некоторых случаях могут выполнять роль противоизносных добавок, так называемых ингибиторов изнашивания. Поэтому важнейшей задачей триботехнического материаловедения является создание трибосистем, в которых развиваются физико-химические процессы образования ингибиторов изнашивания. В связи с этим еще на стадии проектирования узла трения необходимо учесть трибохимические аспекты его эксплуатации. Это будет способствовать повышению надежности и долговечности, обеспечению требуемого ресурса работы техники. Реализация трибохимического принципа создания металлополимерных узлов трения позволила разработать группу самосмазывающихся материалов и методов повышения износостойкости узлов трения.

2.2 Изготовление изделий методом контактного формования

Метод контактного формования не требует сложного оборудования, и поэтому он широко применяется при изготовлении объемных и плоских деталей из стеклопластиков в строительстве, машино-, приборо-, автомобиле- и судостроении. При контактном формовании отверждение материала происходит, как правило, при комнатной температуре, однако для ускорения процесса можно применять обогреваемые формы или проводить отверждение при повышенных температурах (60-100 ⁰ С).

Контактное формование изделий из стеклопластика осуществляют в формах, изготавливаемых из дерева, гипса, стеклопластика, металла и т.д. Рабочую поверхность шаблона или формы обезжиривают обычно бензином или ацетоном, контролируя чистоту, гладкость, отсутствие задиров и других дефектов поверхности.

На подготовленную оснастку (форму, шаблон) наносится плоской кистью, тампоном или распылителем разделительный слой — адгезионная смазка, которую необходимо просушить при температуре 18 — 20 ⁰ С до исчезновения липкости.

К антиадгезионному средству предъявляется ряд специфических требований: обеспечение легкого съема отвержденного изделия с формы, быстрое высыхание, нетоксичность, неприлипание к изделию, а также возможность получения изделий с глянцевой или матовой поверхностью.

В качестве антиадгезионных средств используют полимерные пленкообразующие материалы, в том числе водные и водно-спиртовые растворы поливинилового спирта, раствор ацетата целлюлозы в ацетоне, каучуке. Их наносят на поверхность форм плоскими кистями или распылением.

Наиболее широко применяют водно-спиртовые растворы поливинилового спирта, скорость высыхания которых регулируется изменением соотношения воды и этилового спирта.

Для повышения стабильности раствора поливинилового спирта в состав раствора вводится мыло.

В промышленности при переработке полиэфирных стеклопластиков с использованием деревянных шаблонов и форм применяют смазку следующего состава.

Таблица №1

Состав смазки при переработке полиэфирных стеклопластиков

Уайт-спирит	100 мас. ч.
Церезин М-80	17,1 мас. ч.
Воск буроугольный	17,1 мас. ч.
Полиэтиленовый воск ПВ-300	4,29 мас. ч.
Полиэтиленовый воск окисленный	4,29 мас. ч.

Смазка обеспечивает до 15-25 съемов изделий. Ее готовят путем растворения смеси сухих компонентов в уайт-спирите в течении 3-4 часов при 80-90 ⁰ С на водяной бане. Для повышения эффективности смазки рекомендуется в состав ее вводить ускорители отверждения.

После высыхания разделительного слоя рабочую поверхность оснастки покрывают равномерным слоем формовочного состава, включающего полиэфирную смолу, красители, загустители, добавки, снижающие ингибирующее действие кислорода воздуха, и т.д. Затем укладывают стеклоткань по длине (ширине) стола, шаблона. Стыки полотнищ стеклоткани шириной не менее 20 мм, необходимо равномерно смещать по длине (ширине) формовочной оснастки во избежание утолщений готовых изделий.

Выклейку заготовки из слоев стеклоткани можно производить различными способами, при этом ткань иногда пропитывают заранее в пропиточных машинах или кистью вручную на специальных рамках, которые могут быть смонтированы в установке кассетного типа.

При изготовлении деталей со сложными контурами применять заранее пропитанную стеклоткань неудобно. Поэтому сухую стеклоткань прикрепляют к столу, первый слой пропитывают формовочным составом, после чего покрывают стеклоткань следующим слоем сухой стеклоткани и приглаживают кистью без связующего до его появления на поверхности ткани. Уплотнение слоев производят валиками. Затем на стеклоткань дополнительно наносят связующее до полной ее пропитки, после чего укладывают последующий слой ткани. Процесс повторяют до получения нужной толщины изделия. Как правило, при изготовлении изделий из стеклопластиков используют несколько видов стеклоткани для повышения прочностных характеристик.

Для получения определенного количества связующего в стеклопластике необходимо контролировать его расход при пропитке. Он зависит от типа стеклоткани.

Примечание. Изготовление композиционных материалов методом автоклавного формования

Пропитанная стеклоткань отверждается непосредственно на оснастке при температуре не ниже 18 ⁰ С и влажности не более 65% в течении 30-60 мин с последующим доотверждением при 60-70 ⁰ . С в течение 2-3 часов. Готовые стеклопластиковые изделия снимают с оснастки через 72-96 часов и обрезают до необходимого размера алмазными кругами. Такой метод широко используется при изготовлении корпусов судов, лодок, кузовных частей автомобилей, резервуаров и других крупногабаритных деталей.

Автоклавное формование аналогично процессу вакуумного формования с той лишь разницей, что слоевой пакет подвергается большему давлению и получаются более плотные изделия. Слоевой пакет с эластичной программой отверждается в автоклава при одновременном приложении давления и нагреве. В большинстве автоклавных процессов производится также вакуумирование материала для удаления захваченного воздуха и других летучих. Глубина в автоклаве и давление регулируются таким образом, чтобы вызвать максимальное удаление воздуха но при этом не вызвать чрезмерное течение смолы. Вакуум прикладывается только на начальных стадиях цикла отверждения, в то время как давление в автоклаве поддерживается на протяжении всго цикла нагрева и охлаждения. При отверждении давление 0,35-0,7 М Па.По сравнению с вакуумным формованием этот поцесс позволяет получить ламинаты с более точной толщиной и меньшим содержанием пор.

2.3 Изготовление изделий методами свободного и центробежного литья

Широкое применение метод свободного литья нашел при переработке ненасыщенных полиэфирных смол в производстве деталей радиотехнического назначения, электрического оборудования кабельных муфт, наливных полов, листовых и стержневых заготовок для получения пуговиц, пряжек и бижутерии и т.д.

К заливочным композициям предъявляется следующие требования: они должны иметь невысокую вязкость, умеренную усадку, небольшой экзотермический эффект при отверждении, а в отвержденном состоянии повышенную ударную прочность и в ряде случаев высокие показатели электроизоляционных свойств, улучшенную прозрачность, теплопроводность, износостойкость и химическую стойкость.

Заливку в открытые и закрытые формы осуществляют, как правило, после введения отверждающей системы без применения внешнего давления, но иногда используют простейшие приспособления для заливки под давлением сжатого воздуха 0,02-0,2 МПа.

Необходимое время гелеобразования и отверждения обеспечивается соотношением и количеством компонентов отверждающей системы. Для ускорения отверждения изделий формы нагревают, причем температура нагрева зависит от применяемой системы отверждения.

Ускорение процесса отверждения может быть достигнуто путем обработки смолы токами высокой частоты. При этом достигается повышение твердости на 10-22% и снижение абразивного износа на 11-18%. Свободную отливку можно производить в формах из полиэтилена, пропилена, применение которых не требует нанесения антиадгезионной смазки на рабочую поверхность форм.

Кроме того, применяют также формы из силиконовой резины, особенно при изготовлении декоративных изделий: деталей мебели, багетов, для обрамления картин, статуэток, украшений, пуговиц, пряжек и др.

Изготовление эластичных форм включает следующие процессы: изготовление модели, формы для отливки силиконовой матрицы, крепление модели в форме, приготовление силиконового компаунда и заливка в форму, вулканизация, извлечение матрицы из формы, термообработка матрицы, изготовление копий модели в матрице, размножение силиконовых матриц. Модель-оригинал разрабатывается и изготавливается из любого материала: пластика, дерева, металла, воска, пластилина и т.д. Силиконовый компаунд воспроизводит мельчайшие детали рисунка модели, поэтому не допускаются какие-либо дефекты, в том числе отпечатки пальцев.

После подготовки модели изделие обезжиривают и закрепляют в форму. Форма для отливки силиконовых матриц изготавливается в виде цилиндра или рамки со съемным дном. Для лучшего извлечения силиконовой матрицы из формы, стенки обрабатывают антиадгезионным составом на основе воска, парафина. Допускается применение вазелина и минерального масла. Закрепление модели в форме производится посредством липкой ленты, клея и любым другим способом, но с учетом того, что модель должна плотно прилегать ко дну формы во избежания подтекания силикона под модель.

После смешения компонентов силиконовую композицию дегазируют в вакууме для удаления пузырьков воздуха, захваченного в процессе смешения. При этом объем смеси увеличивается в 2-3 раза, поэтому емкость должна быть заполнена не более чем на 1/3 объема. Когда вспученная композиция возвращается к первоначальному объему, дегазацию прекращают. Если на поверхности модели имеется сложный рисунок, то перед заливкой ее покрывают тонким слоем силиконовой композиции, в которую введен катализатор вулканизации.

Вулканизация силиконовой формы длится 6-24ч при 20-25 ⁰ С. Когда композиция в процессе вулканизации потеряет липкость и наберет твердость, силиконовую матрицу извлекают из формы и отделяют от модели. Для повышения ее долговечности требуется термообработка при температуре 140-160 ⁰ С. В процессе термообработки происходит довулканизация, удаляются летучие продукты реакции, стабилизируются свойства. Чтобы не произошла деформация матрицы из-за быстрого нагрева, температуру необходимо повышать, начиная с 80 ⁰ С со скоростью 10-20 ⁰ С/час.

После термообработки в матрице из полиэфирной смолы отливается необходимое количество копий модели, по которым производится размножение силиконовых матриц. Для изготовления изделий свободной заливкой используются композиции на основе смол ПН-1 и ПН-12.

Количество компонентов отверждающей системы (ускорителя и инициатора) подбирается экспериментально, чтобы обеспечить время гелеобразования 13-16 мин (в течении которого смола сохраняет текучесть).

Этого времени достаточно для заливки 20-25 форм. Стирол или 3% раствор парафина в стироле вводится в композицию при отливке изделий в эластичных силиконовых формах с целью снижения поверхностной липкости. композиционный материал полимер стеклопластик

Полиэфирная композиция заливается тонкой струей в силиконовые формы, нагретые до температуры 100-120 ⁰ С. После заливки рекомендуется поместить их в сушильный термошкаф с температурой 110± 10 ⁰ С, через 10-20 мин из форм извлекаются заготовки изделий и матрица без промывки готова к последующей заливке.

В условиях мелкосерийного производства для изготовления изделий из ненасыщенных полиэфирных смол методом свободной заливки могут быть использованы установки типа УОС-2-1 с производительностью переработки полиэфирной композиции 50-70 кг/час. Принцип работы установок состоит в следующем: композиция с ускорителем заливается в одну емкость, а с инициатором в другую, затем композиции шнековыми насосами подаются в смеситель проточного типа, где перемешиваются. Из смесителя композиция, способная к быстрому отверждению, подается к форме. На установке возможна одновременная заливка двух форм.

2.4 Технологический регламент изготовления композиционных материалов на основе ненасыщенных полиэфирных смол

Технологический регламент изготовления композиционных материалов на основе ненасыщенных полиэфирных смол разработан на основе результатов научно-исследовательских работ и предусматривает использование композиционных материалов при производстве абразивного инструмента.

Технологический процесс изготовления шлифовальных кругов на гибкой связке состоит из следующих стадий:

• o подготовка сырья и форм;
• o приготовление формообразующей смеси;
• o изготовление и хранение кругов;
• o разборка форм и выемка кругов.

Подготовка сырья и форм

1. Сырье проверить на соответствие ГОСТам, ОСТам, ТУ.

2. Приготовление смазки для форм.

3. Подготовка форм.

Формы осмотреть. Раковины, царапины, грязь на формообразующих поверхностях форм не допускаются.

Формы установить на рабочем столе. Старую смазку удалить и кистью нанести тонкий и равномерный слой смазки на формообразующую поверхности форм.

Для получения равномерного слоя необходимо смазку предварительно размешать до однородной массы.

Температура воздуха рабочего помещения должна быть не ниже +20 ⁰ С.

Приготовление формообразующей массы.

Приготовление массы производить в металлической емкости при перемешивании на лопастном смесителе.

1. Подготовка сыпучих компонентов.

2. Подготовка связующего.

3. Смешение сыпучих компонентов со связующим.

Изготовление и хранение кругов.

1. После перемешивания, массу из рабочей емкости перелить в разливочный ковш.

2. Из ковша смесь заливать в формы, совершая круговые движения по периметру форм и укладывая один слой последовательно на другой до полного заполнения форм массой.

3. Освободившиеся рабочую емкость и ковш разливочной машины очистить от остатков формообразующей массы, используя салфетки обтирочные, смоченные ацетоном.

4. Сразу же после заливки форм начинается полимеризация кругов, которая происходит с выделением тепла.

5. Через 15-20 мин ножом удалить с формы излишки формообразующей массы.

6. Круги хранить в сухом помещении при температуре выше +10 ⁰ С. Круги складировать рядами или в подвешенном состоянии на штырях.

Контроль качества.

1. Каждое изделие осматривается визуально. Не допускается наличие трещин и сколов.

2.5 Механическая обработка полиэфирных материалов

Материалы на основе полиэфирных смол могут подвергаться всем видам механической обработки, хотя это сопряжено с определенными трудностями. Механический перенос закономерностей процесса резания металлов и рекомендаций по отдельным видам их обработки на процесс резания пластмасс, как показала практика, невозможен, поскольку пластмассы — особая по сравнению с металлами группа материалов, имеющая специфические свойства, обуславливающие особенности процесса их резания. Детали из полиэфирных материалов при изготовлении прессованием, литьем, формованием изменяют свои размеры и формы вследствие усадки при отверждении и остывании, поэтому обработка резанием является необходимой, широко распространенной и важной операцией в общем технологическом процессе изготовления изделий из этих материалов.

Полиэфирные материалы, как правило, содержат пигменты, наполнители дисперсные и волокнистые, в том числе стекловолокно, что вызывает быстрый износ инструмента. Этому способствует низкая теплопроводность полиэфирной смолы.

При механической обработке полиэфирных материалов предпочтительнее применять резцы из твердых сплавов группы ВК по сравнению со сплавами групп ТК и ТТК.

Для твердых сплавов группы ВК с различным содержанием кобальта (ВК-3, ВК-4, ВК-6, ВК-8, ВК-10) наибольшая стойкость отмечена при использовании резцов, оснащенных пластинками из ВК-6, что более чем в 4 раза превышает срок службы твердосплавных резцов из ВК-8. Стойкость резцов, оснащенных пластинками из мелкозернистых твердых сплавов ВК6М и ВК60М, в 7-9 раз превосходит стойкость инструмента из ВК-8. Стойкость резцов из быстрорежущей стали Р18 в 2-3 раза меньше, чем из ВК-8 и вольфрамовых сплавов КНТ-20 и ТН-20.

Стойкость резцов из быстрорежущей стали можно повысить нитроцементацией, нанесением тонкого поверхностного слоя карбонитридов на установках `Булат’.

При разрезании листов, труб и стержней из стеклопластиков толщиной до 30 мм наибольшая производительность обработки отмечена при использовании алмазных кругов, оснащенных синтетическими алмазами АСВ и АСК зернистостью 400/315 или 250/200. Рекомендуемая скорость резания V=60-65 м/с, подача S=6 000-7 000 мм/мин.

Стойкость алмазных кругов составляет около 50 ч, а с применением охлаждающей среды она увеличивается примерно в 2 раза.

Для шлифования пластмасс наиболее пригодны карборундовые круги средней твердости на керамической или бакелитовой связке с размером зерна абразива 0,8-0,5 мм для черновой обработки и 0,25-0,16 мм для чистовой. Часто применяют также шлифовальную шкурку с теми же размерами зерен абразива. Окончательную обработку поверхности перед полированием производят шкурками с самыми мелкими абразивными зернами № М-20, М-40.

Разработаны специальные абразивные круги, которые позволяют повысить производительность шлифования пластмасс. В качестве абразивного материала в них использовано раздробленное (оконное, тарное) стекло, а в качестве связки — бакелитовая смола. Абразивные круги из стеклянных зерен способны самозатачиваться в процессе шлифования. Объясняется это тем, что зерна из стекла имеют худшие механические характеристики, чем электрокорунд и карбид кремния, и легко разрушаются вследствие откалывания от зерен небольших частиц и выкрашивания затупившихся зерен. Вместо них в работу вступают новые обнажившиеся зерна, и режущие свойства круга поддерживаются на протяжении всего периода стойкости.

Внедрение стеклянных абразивных кругов в производство показало, что они по стойкости превосходят металлообрабатывающие в 10-20 раз и дают более низкую шероховатость поверхности. Для получения поверхностей особо высокого качества или придания им стойкости к окружающей среде, применяют полирование, которое придает изделию товарный вид. Полирование производят на полировальных кругах или в барабанах диаметром 500-700 мм, причем используют мягкие и твердые круги. При работе с твердыми кругами из войлока и фетра исправляют глубокие дефекты — риски, царапины, штрихи и т.п. Составляются эти круги из двух прокладочных дисков на каждые три рабочих диска, а их толщина равна 60-100 мм.

При работе с мягкими полировальными кругами, детали подвергают окончательному полированию.

Рабочие поверхности кругов покрывают полировальными композициями, основной частью которых являются абразивные материалы — пемза, наждак, карборунд, мел, глина, оксид хрома и др. Полировальные пасты выпускают с абразивами четырех градаций по дисперсности (четырех цветов).

Самое грубое полирование получено при использовании пасты с абразивом дисперсностью 60-65 мкм (паста красного цвета), желтая паста содержит абразив размером 40-45 мкм, зеленая — 30-35мкм и серая паста, самая тонкая, — 20-25 мкм.

Если после полирования на поверхности изделий остается жирная пленка, то необходимо применять составы для удаления полировальных паст. Составы содержат водные растворы и эмульсии с мягким абразивом, растворители, поверхностно-активные вещества и др.

При составлении рецептур полировальных паст необходимо учитывать, что при полировании светлоокрашенных изделий в пасту вводят только светлые компоненты, не оставляющие следов на обрабатываемой поверхности, а для восстановления первоначального цвета в местах обработки можно применять цветные пасты. Минимальный припуск на полирование 0,12-0,30 мм.

Выводы

Так, технология изготовления материалов на основе ненасыщенных полиэфирных смол и изделий из них включает следующие операции: подготовку сыпучих исходных компонентов; подготовку связующего; смешение сыпучих компонентов со связующим; дегазацию композиционного материала; заливку композиционного материала в формы; формирование изделия.

Изделия можно получать методом прямого или литьевого прессования при минимальном давлении прессования, так как композиции обладают высокой текучестью. Используя композицию, можно изготавливать армированные изделия путем пропитки полиамидных, хлопчатобумажных, стеклянных и других тканей, что позволяет получить особо прочные конструкции при сохранении высоких антифрикционных свойств. Изделия антифрикционного назначения, имеющие цилиндрическую форму, особенно крупногабаритные, целесообразно изготавливать методом центробежного литья при скорости вращения формы 120 — 400 мин ^-1 .

Для ускорения процесса формирования изделий форму рекомендуется подогреть до 40 — 80 ⁰ С, для чего можно использовать горячую воду или термошкаф. Время отверждения композиционных материалов можно изменять в широких пределах. Процесс отверждения идет с выделением тепла, что следует учитывать при изготовлении крупногабаритных изделий во избежания их коробления и растрескивания.

Композиционные материалы на основе ненасыщенных полиэфирных смол допускают обработку любыми видами режущего инструмента, что позволяет изготавливать изделия с высокой точностью оформляющих размеров. Достоинством композиционных материалов такого типа является возможность использования отходов в технологическом цикле. Разработан метод регенерации отходов композиций на основе ненасыщенных полиэфирных смол путем увеличения длительности резиноподобного состояния с последующим измельчением их на вальцах. Измельченные активированные отходы могут быть использованы в качестве наполнителя композиционных материалов, что позволяет в 3 — 5 раз снизить расход связующего и в значительной мере решает проблему утилизации промышленных полимерных отходов.

Литература

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/izgotovlenie-izdeliy/

1. Справочник по композиционным материалам. Под ред. Дж. Любика т1, т2. — М.: Машиностроение, 1988.

2. Струк В.А. Антифрикционные материалы на основе полимерных связующих. — Гродно, 1996.

3. Композиционные материалы. Справочник под общей ред. В.В.Васильева, Ю.М. Тарнопольского. — М.: Машиностроение, 1990.

4. Новые материалы в технике и науке.- М., Наука, 1976.

5. Портной К.И., Солибенов С.Е., Светлов И.Л., Чубаков В.М. Структура и свойства композиционных материалов. — М.: Машиностроение, 1979. — 255с.

6. Гуль В.Е., Кузнецов В.Н. Структура и механические свойства полимера. — М.: Высшая школа, 1979. — 352с. Композиционные материалы на основе сшивающихся