Файл: Физикотехнологические основы получения композиционных материалов.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 244
Скачиваний: 4
СОДЕРЖАНИЕ
Физико-технологические основы получения композиционных материалов
1.1. Характеристика композиционных материалов
1.2. Классификация композиционных материалов
1.3. Требования, предъявляемые к армирующим и матричным материалам
Изготовление изделий из металлических композиционных материалов
2.3. Способы получения полуфабрикатов и готовых изделий
3.2. Краткая характеристика порошковых материалов
3.3. Приготовление смеси и формообразование заготовок
3.4. Спекание и окончательная обработка заготовок
4. Изготовление деталей из полимерных композиционных материалов
4.3. Способы формообразования деталей в высокоэластичном состоянии
5. Получение деталей из композиционных пластиков
7. Технологические особенности проектирования и изготовления деталей из композиционных материалов
7.1. Технологические требования к конструкциям изготовляемых деталей
7.2. Технологические особенности дополнительной механической обработки заготовок
7. Технологические особенности проектирования и изготовления деталей из композиционных материалов
7.1. Технологические требования к конструкциям изготовляемых деталей
Конструктивные особенности деталей из композиционных материалов обусловлены физико-механическими и технологическими свойствами, способами их получения. Прочностные и точностные характеристики деталей во многом зависят от их конструктивного оформления. Следует всегда стремиться к упрощению конструкции детали как по технологическим и эксплуатационным, так и по экономическим соображениям. Чем проще конструкция детали, тем дешевле технологическая оснастка, ниже себестоимость, выше производительность труда и качество получаемых деталей. Габаритные размеры деталей определяют мощность оборудования (пресса, литьевой машины и т.д.). При проектировании деталей с высокими требованиями к точности размеров необходимо предусмотреть припуск на их дальнейшую механическую обработку.
В конструкциях деталей следует избегать выступов, пазов и отверстий, расположенных перпендикулярно к оси прессования. Их следует заменять соответствующими элементами, расположенными в направлении прессования. Процесс формообразования деталей из композиционных материалов сопровождается значительной усадкой, поэтому в их конструкциях нельзя допускать значительной разностенности, которая вызывает коробление и образование трещин. Разностенность не должна превышать 1:3. В зависимости от габаритных размеров детали, используемого материала и других факторов оптимальной толщиной стенок считается 0,5 - 5 мм, а минимальными радиусами сопряжений - 0,5 - 2 мм.
Отверстия в деталях получают при формообразовании (литьем, прессованием и т.д.) соответствующими стержнями, устанавливаемыми в технологической оснастке (пресс-формах). Наличие стержней вызывает появление напряжений в деталях, так как они затрудняют свободную усадку материала. Отверстия лучше располагать не в сплошных массивах, а в специальных бобышках с тонкими стенками, что снижает усадку и силу обхвата стержней.
В деталях из композиций на основе пластмасс литьем под давлением и прессованием получают наружные и внутренние резьбы, не требующие дальнейшей обработки. Минимальный допустимый диаметр резьбы для деталей из термопластов и пресс-порошков равен 2,5 мм, для волокнистых материалов - 4 мм. Резьбу на деталях из спеченных порошковых материалов получают обработкой резанием.
В конструкциях деталей необходимо предусматривать ребра жесткости, которые позволяют уменьшить сечения отдельных элементов детали, снизить напряжения в местах сопряжения стенок различного сечения, повысить устойчивость и прочность конструкций. Толщина ребер жесткости у их основания должна быть равной толщине основной стенки детали. Для малогабаритных деталей роль ребер жесткости могут выполнять выступы или впадины. Правильная конструкция опорной поверхности повышает жесткость всей конструкции, особенно у крупных корпусных деталей. Для этого сплошные опорные поверхности следует заменять поверхностями с выступающими буртиками. Общее конструктивное оформление детали необходимо выполнять с учетом удобства сборки этой детали с другими деталями изделия. Для свободного извлечения детали из пресс-формы на наружных и внутренних поверхностях ее необходимо предусматривать технологические уклоны. При проектировании конических поверхностей необходимо исходить из удобства извлечения детали, обратная конусность недопустима.
Использование металлической арматуры значительно расширяет область применения деталей из композиционных материалов (особенно на основе пластмасс и резины). Например, в электро- и радиопромышленности прессованием и литьем под давлением получают электрические разъемники, колодки, панели и т.д. Это позволяет резко (в 10 - 100 раз) сократить трудоемкость получения таких изделий по сравнению с аналогичными конструкциями, собранными из отдельных элементов.
Армирование позволяет также повысить точность и прочность получаемых изделий. Арматуру в виде винтов, гаек, штырей и т.п. закрепляют с помощью кольцевых выточек, буртиков или канавок. Для предотвращения проворачивания на наружных поверхностях этих деталей делают рифления, насечку или плоские грани. Мелкую арматуру в виде пластинок (клеммы электрических разъемников) закрепляют с помощью боковых вырезов или отверстий. Проволочную арматуру закрепляют путем расплющивания или загибания второго конца. Конструкция пресс-формы должна надежно фиксировать арматуру и предотвращать возможность затекания материала в гнезда для установки арматуры.
7.2. Технологические особенности дополнительной механической обработки заготовок
Формообразование заготовок из композиционных материалов в большинстве случаев осуществляется методом копирования, т.е. форма и размеры оснастки (пресс-формы) переносятся (копируются) изготовляемой деталью. Получаемые детали, как правило, не требуют дальнейшей механической обработки.
В отдельных случаях экономически целесообразно изготовлять детали механической обработкой. В качестве заготовок при этом используют листы, трубы, прутки, профили различного сечения. Иногда возникает необходимость в дополнительной обработке заготовок, полученных литьем, прессованием и другими методами формообразования. В зависимости от способа воздействия на заготовку, используемых оборудования и инструмента применяют два основных метода механической обработки: разделительную штамповку и обработку резанием.
Основные операции разделительной штамповки при изготовлении деталей из листовых материалов - вырубка, пробивка, отрезка, разрезка, обрезка и зачистка. Наибольшее практическое применение имеют операции вырубки, пробивки и разрезки.
Операции разделительной штамповки выполняют с подогревом заготовки или без подогрева. В качестве оборудования используют механические или гидравлические прессы.
Обработку резанием (точение, сверление, фрезерование, нарезание резьбы и т.д.) применяют в тех случаях, когда при формообразовании нельзя получить деталь заданных размеров и формы.
Обработка спеченных материалов с пористостью менее 5% ничем существенно не отличается от обработки обычных беспористых материалов. С повышением пористости материала характер процесса стружкообразования меняется. Стружка дробится на отдельные элементы, появляются ударные нагрузки, вибрации, снижается стойкость режущего инструмента.
При обработке резанием пористых материалов необходимо применять остро заточенный режущий инструмент, большие скорости резания и малые подачи. Не рекомендуется применять обычные охлаждающие жидкости, которые, впитываясь в поры, вызывают коррозию. Пропитка маслом пористых заготовок перед обработкой также нежелательна, так как в процессе резания масло вытекает из пор и, нагреваясь, дымит. Нарезать резьбу рекомендуется твердосплавным инструментом. Для улучшения качества резьбы задний угол инструмента следует увеличивать примерно в 2 раза по сравнению с инструментом, предназначенным для нарезания резьбы на заготовках из обычной конструкционной стали.
При обработке заготовок из пористых антикоррозионных материалов нужно обращать внимание на состояние поверхностного слоя. В целях предотвращения возможности закрывания пор необходимо использовать хорошо заточенный и доведенный режущий инструмент. Допустимый износ инструмента по задней поверхности должен быть уменьшен в 1,5 - 2 раза по сравнению с общепринятыми нормами при обработке конструкционной стали. Не допускается шлифование абразивными материалами во избежание попадания абразивных частиц в поры.
Для обработки тугоплавких и жаропрочных материалов применимы электрофизические и электрохимические методы обработки аналогичных литых материалов.
Значительные сложности возникают при обработке МКМ, так как они в своем составе содержат относительно "мягкий" материал матрицы и сверхпрочные и твердые волокна и нитевидные кристаллы. Традиционные способы механической обработки оказываются непригодными. В отдельных случаях для обработки таких материалов применяют лазерные, плазменные, электроэрозионные и другие специальные методы обработки.
При обработке резанием композиционных материалов на основе полимеров происходит разрушение поверхностной смоляной пленки. Это приводит к снижению химической стойкости и повышению влагопоглощения обработанных деталей. Поэтому обработку резанием следует применять только в необходимых случаях.
Особенности строения и физико-механических свойств пластмасс существенно влияют на технологию их обработки, конструкцию режущего инструмента и приспособления. Пластмассы имеют более низкие механические свойства по сравнению с металлом. Эту особенность можно было бы использовать для повышения скорости резания. Однако низкая теплопроводность пластмасс приводит к концентрации теплоты, образующейся в зоне резания. В результате этого происходят интенсивный нагрев режущего инструмента, размягчение или оплавление термопластов, обугливание или прижог реактопластов в зоне резания. При обработке деталей из термопластов максимальная температура процесса не должна превышать 60 - 120°С, а деталей из реактопластов 120 - 160°С. Образующаяся теплота при обработке пластмасс отводится в основном через инструмент.
Стойкость режущего инструмента различная в зависимости от типа обрабатываемого материала и материала инструмента. Незначительный износ наблюдается при обработке термопластов без наполнителя. При обработке реактопластов, особенно со стеклянными и другими подобными наполнителями, стойкость режущего инструмента значительно снижается. Заготовки из термопластов (органического стекла, полистирола, фторопласта и т.д.) можно обрабатывать режущими инструментами из углеродистых и быстрорежущих сталей. Материалы, оказывающие абразивное действие, обрабатывают инструментами, оснащенными твердым сплавом, алмазом, эльбором.