Нижегородский государственный технический университет

Кафедра "Материаловедение и порошковая металлургия"

Техническое задание курсового проекта

Проект композиционного материала для изготовления труб, работающих под нагрузкой

Нижний Новгород

Введение

Исходные данные

Эскиз проектируемого изделия

Обзор технической литературы

Конструкционная часть

1 Теория проектирования композитов

2 Выполнение правил комбинирования

3 Стадии проектирования композита

3.1 Выбор, разработка структуры и рецептуры материала

3.2 Уточнение стадий проектирования КМ

Специальная часть

Технологическая часть

1 Обоснование выбора метода формообразования

2 Обоснование выбора метода тепловой обработки

5.3 Расчет технологических параметров процесса формообразования

3.2 Температура спекания

3.3 Расчет геометрических и силовых параметров процесса формообразования

4 Схема технологического процесса изготовления КМ

5 Проектирование и конструирования технологической оснастки

Практическая часть

Новое техническое решение

Заключение

Список используемой литературы

Приложения

Введение

Изготовление общемашиностроительных деталей в порошковой металлургии занимает основное место. По оценкам, спрос на конструкционные детали, изготовленные из порошковых материалов, превышает 60% всей потребности в порошковых материалах. Наиболее характерные машиностроительные детали - шестерни, кулачки, втулки, храповики, фланцы. Сокращение расхода материала, снижение трудозатрат и энергопотребления - таковы основные преимущества изготовления конструкционных деталей методами порошковой металлургии.

В настоящей работе разрабатывается проект композиционного материала для изготовления труб, работающих в нагруженном состоянии. Для изготовления труб применяют различные пористые материалы, но для того, чтобы пористый материал удовлетворял эксплуатационным свойствам, его необходимо армировать.

Исходные данные

Диаметр наружный: D1 = 50 мм; Диаметр внутренний D2 = 30 мм;

Длина трубы: L = 1000 мм; Пористость: Р = 7%;

Крутящий момент, приложенный к обеим частям трубы: М = 0,4 КН*м;

Напряжение внутреннего давления в трубе: F = 400 Мпа;

Масса трубы: m = 4,34 кг; Рабочая температура: Т = +20…+300 оС

Неуказанные предельные отклонения по IT 14/2

Отклонение плотности спроектированного КМ = 7% по массе

Эскиз проектируемого композиционного изделия

2. Обзор технической литературы

Структура, свойства, применение и получение трубного сортамента композиционным методом и порошковой металлургией.

Из данных ТЗ и предварительных расчетов известно, что для изготовления труб требуется разработать легкий композиционный материал (плотность материала трубы 3,45 г/см3). Анализ справочных данных показывает, что по удельной прочности при учете пористости грубы, фторопласт не удовлетворяют требованиям ТЗ. Таким образом, возникает необходимость армировать порошковое изделие. Физико-механические характеристики коррозионно-стойких промышленных материалов приведены в . Для армирования фторопластовых матриц широко применяют керамические волокна. Стоимость их в настоящее время невысока в сравнении с металлическими. Поэтому в качестве базового варианта проекта КМ выбирается композит с матрицей на основе фторопласта, армированный волокнами из керамики.

Согласно монографии Белова , проницаемые пористые материалы широко применяются в машиностроении, авиационной, нефтяной, химической, металлургической и других отраслях промышленности. Они используются как фильтрующие элементы в фильтрах тонкой очистки жидкостей и газов от примесей и как конструкционные материалы.

Фильтрующие металлические материалы обладают высокой коррозионной стойкостью, удовлетворительными прочностными характеристиками, способностью к регенерации.

Эти свойства позволяют использовать пористые материалы для работы с агрессивными средами, применять пористые материалы в системах с высокими тепловыми и механическими нагрузками, в том числе и динамического характера. Таким образом, пористые фильтрующие элементы, в частности трубы, можно получить различными методами, некоторые из которых представлены в . В табл.1 и табл. 2 представлены физико-механические свойства фторопласта и некоторых видов керамических волокон.

Таблица 1

МатериалСвойства матричного материалаПлотность γ, кг/см3Прочность σ, МПаРабочая температура Т, °Сфторопласт2,1535560

Таблица 2

МатериалСвойства армирующего компонентаДиаметр волокна df, мкмПлотность γ, кг/см3Прочность σ, МПаРабочая температура Т, °СКерамические волокна2804,9115401600

3. Конструкционная часть

3.1 Теория проектирования композитов

Композиционными материалами являются искусственно созданные человеком матричные материалы, содержащие два и более компонента, гетерофазные по строению, однородные в макро- и неоднородные в микро масштабе, обладающие аддитивным комплексом физико-механических свойств, обусловленных сохранением индивидуальности каждого образующего композит компонента.

Необходимость к тенденции развития КМ определяется требованиями, предъявляемыми к современным материалам:

высокая конструкционная и технологическая способность;

способность к утилизации и экологичность;

способность получения материала с низкими затратами;

низкий удельный вес и высокие физико-механические свойства;

способность получения материала с уникальным сочетанием физико-механических свойств.

Проектирование КМ основано на принципе комбинирования, который в свою очередь подразделяется на два принципа:

1.Сочетания, подразумевающие сложение физических и механических свойств отдельных компонентов аддитивным способом;

Совместимости, который дает границы физического и механического сочетания и подразумевает сохранение гетерофазности при получении и эксплуатации КМ, совместимость упругих, прочностных и структурных свойств и химическую совместимость. Основными математическими выражениями принципа комбинирования компонентов и КМ являются:

Зависимости структурных соотношений компонентов. Например, аналитические выражения для КМ, имеющих поры, отражающие связь между кажущимися и истинными долями волокон и матрицы, а также выражения, интерпретирующие диаграммы состояния компонентов и законы диффузии;

Зависимости концентрационных соотношений компонентов. Например, выражение, устанавливающее связь между прочностными и упругим характеристиками однонаправленного КМ через долю волокна в случае поперечного растяжения материала;

σуд.матр < σуд.вол -удельная прочность матрицы и волокна соответственно;

Зависимости, отражающие технологические процессы создания композитов и оказывающие влияние на их проектирование.

2 Выполнение правил комбинирования

Исходя из данных ТЗ, объект проектирования представляет собой деталь типа "оболочка" - цилиндр. Согласно , цилиндр следует считать толстостенным, если толщина его стенки больше 0,1 среднего радиуса цилиндра. Из данных ТЗ следует, что труба является толстостенным цилиндром. Труба нагружена только внутренним давлением, а наружное давление (атмосферное) мало и им можно пренебречь.

Из всех нагрузок находят сложное напряженное состояние по формуле:

(1)

где Тмах - напряжение крутящего момента в трубе;

στ - растягивающие напряжения;

σ - сжимающие напряжения;

στ = -F = -400 MПa

σ = (l+K2/1-K2)·F (2)

где К = rl/r2, rl и r2 - радиусы трубы (3)

К = 25/15 = 1,67

σ = 847,2 МПа

Напряжение меняется по гиперболическому закону. Наиболее опасной точкой с точки зрения прочности является точка, лежащая у внутренней поверхности трубы. Напряжение сжатия трубы от сжимающей силы Р:

BP = (P/S)/100 = (100000/12,56)/100 = 79,62 МПа

Напряжение крутящего момента в трубе:

Тmax = 16·Мкр/πd3·(1-α4),

где α - коэффициент для полого стержня:

α = 0,25 = 0,25 = 0,94

Внутренний диаметр

d= α·D1/1000=0,94·50/1000=0,047 см.

Тогда напряжение крутящего момента

Тmax = (16·0,4·10-3)/(3,14·0,0473·(1-0,944)) = 90,43 МПа

Напряжение растяжения из-за внутреннего давления Р:

Nвн = 2·F = 400·2 = 800 МПа

Находим допускаемое напряжение:

Результирующее напряжение:

Nкм = σэкв/cos45 = 1097,49 МПа

3.3 Стадии проектирования композита

Под давлением технико-экономических причин, главная из которых - расширение сырьевой базы машиностроения, осуществляют постоянное проектирование новых материалов, большей частью КМ. Проектирование КМ проводят последовательным выполнением следующих стадий:

3.3.1 Выбор, разработка структуры и рецептуры материала

На основании данных ТЗ, обзора технической литературы, анализа справочных данных и предварительных расчетов для создания КМ трубы выбрана матрица из фторопласта. Его свойства удовлетворяют требованиям по плотности, прочности и другим характеристикам, а также ограничениям по рабочей температуре и экономическим показателям. Но без армирования материал матрицы не отвечает конструкционным критериям. Необходимо выбрать материал армирующего элемента. Чтобы подобрать подходящий материал арматуры необходимо рассмотреть возможные материалы и методы формообразования композита.

Наиболее целесообразным методом получения труб является экструдирование. При получении КМ этим способом единственным вариантом строения армирующего элемента является дискретные хаотично расположенные волокна. По данным ТЗ наиболее подходящими для армирования будут керамические волокна с прочностью при растяжении σbf =1540 МПа.

Ограничивающим условием размера отдельной частицы или дискретного волокна является соотношение: число частиц (волокно в поперечном направлении) должно быть кратно 100 при делении на минимальный размер формуемого отверстия. Из этого условия определяем диаметр волокна:

(5)

Df = [(0,05-0,03)/2]/l00 = 0,0001 м = 100 мкм

Назначаем наибольший диаметр волокна равным 20 мкм.

Определяем критическую длину волокон. Это такая длина, при которой начинается упрочнение при введении волокон в матрицу. В то же время это минимальная длина волокна, в которую допускается переработка проволоки. Она рассчитывается по формуле:

(6)

где Lкр - критическая длина хаотично дискретного волокна; Df - диаметр волокна; σbf - прочность при растяжении волокна; Тгр - прочность границы "волокно-матрица".

Прочность границы в КМ можно определить по зависимости, полученной из уравнения Юнга , определяющего работу адгезии (работу образования единицы площади поверхности):

(7)

(8)

(9)

где σж - коэффициент поверхностного натяжения (Н/м); Qs - краевой угол смачивания; Lконт - длина контура, ограничивающего действие сил адгезии, сопротивляющихся разрушению границ.

Поскольку волокна хаотичны, Lконт вычисление, как некоторой статической величины, при бесконечном числе вариантов ориентации волокон становится весьма проблематичной задачей. Поэтому рассматриваем самый неблагоприятный случай, когда нагрузка направлена перпендикулярно оси симметрии волокна:

(10)

Подставляем полученную формулу в зависимость для расчета прочности границ, а ее в формулу для определения критической длины волокна:

(11)

(12)

Для жидкостей удельная поверхностная энергия и коэффициент поверхностного натяжения совпадают как по размерности, так и по численному значению. Для твердых тел их значения могут существенно отличаться, что связано с дефектностью кристаллического строения и анизотропией кристаллов. Известно, что с повышением температуры коэффициент поверхностного натяжения линейно убывает с температурой и определяется по формуле:

(13)

где V = 1200000 - мольный объем; К = 2,1 - коэффициент для недиссоциированных жидкостей; Ткр - температура равновесия жидкость-пар; Т - текущее значение температуры (температура тепловой обработки):

В твердой фазе в металлических сплавах угол Qs = 0 градусов, это следует из определения работы когезии. Для учета кристаллической дефектности границ можно положить Qs = 45°. Длина волокна как половина толщины стенки:кр = 0,005 м

(14)

Известно, что при длине дискретных волокон, равной Lкр, разрушение композита происходит вытягиванием арматуры из матрицы. Кроме того, для волокон, у которых длина равна их диаметру, разрушение КМ происходит по механизму разрушения единичной матрицы. Для ужесточения расчета Lкp предполагаем, что разрушение матрицы происходит от сдвиговых напряжений и что они определяют в данном случае прочность границы:

Тгр = 35 · cos45°= 24,85 МПа

Находим расчетную долю волокон:

Определяем реальную концентрацию волокон в КМ по формуле:

Тогда:

Длина контура волокна:

Прочность границ через половину толщины стенки:

Необходимая среда и температура тепловой обработки, обеспечивающие краевой угол смачивания:

3.3.2 Уточнение стадий проектирования KM

По данным ТЗ масса трубы не должна превышать 4,34 кг, объем трубы равен 1256 см3, плотность изделия 3,45 г/см3.

Определим плотность разработанного композита:

(15)

Плотность спроектированного КМ не превышает допускаемое значение ТЗ. Следовательно, в данном курсовом проекте в качестве КМ принимаем композит фторопласт - керамические волокна.

Специальная часть

При проектировании КМ и расчете параметров технологического процесса необходимо решать задачи нахождения оптимального значения факторов, влияющих на свойства КМ. К ним принадлежат различные методы расчетов коэффициентов полиномов, полученных при решении систем уравнений, отражающих протекание технологических процессов, например экструдирования. В проекте "КМ" с помощью ПЭВМ решалась задача по нахождению оптимального угла конуса матрицы экструдера через нахождение корней полинома 4 степени, полученного при решении системы уравнений, приведенной в разделе 6 проекта. Вычислительные работы проведены на ПЭВМ. Кроме того, решалась задача по нахождению сложного напряженного состояния в трубе. Определены: диаметр, доли, длина волокон арматуры композита. Определен оптимальный угол конуса матрицы экструдера через нахождение корней полинома . Определены геометрические размеры, подобраны марки стали цилиндра, стержня экструдера и матрицы.

Вычислительные работы проведены на алгоритмическом языке ОВазю. Результаты вычислений угла конуса матрицы экструдера перенесены в шестой раздел курсового проекта. При решении погрешность принималась равной 0,001.

5. Технологическая часть

5.1 Обоснование выбора метода формообразования

На основании данных ТЗ, проведенного обзора технической литературы и расчетов конструкторской части было предварительно выбрано для формообразования изделия горячее экструдирование. Процесс экструдирования трубы представляет собой объемное сжатие и выдавливание через матрицу - мундштук 2 порошка 5, находящегося в объеме, ограниченном цилиндром 1, рабочим плунжером 3, выходным отверстием 4 и стенками стержня 6. В качестве исходного порошкового материала матрицы КМ выбран порошок фторопласт, обеспечивающий временное сопротивление 35 МПа. Составляем таблицу, используя справочные данные . Кинематическая схема экструдирования назначается горизонтальной, т.к. по ТЗ длина трубы составляет 1 м, а вертикальный способ увеличивает высоту производственного здания. Применение горячего экструдирования основывается на следующем:

·снижается удельное давление формообразования;

·не требуется введения пластификаторов;

·разрушаются окисные и образуются прочные межчастичные контакты. В качестве источника нагрева порошковой смеси выбирается косвенный нагрев, т.к. при прямом пропускании электрического тока требуется высокое напряжение. Согласно оно должно быть 6000 В, что неприемлемо по технике безопасности. Для индукционного нагрева характерна неоднородность нагрева сыпучего тела. При индукционном нагреве появляется ряд явлений: поверхностный эффект, эффект близости, кольцевой эффект и др.

5.2 Обоснование выбора метода тепловой обработки композиционного материала

Для создания требуемых физико-механических свойств в формованных металлических композиционных полуфабрикатах применяют спекание. При спекании заготовки трубы выполняется дополнительная функция - происходит не только консолидация межчастичных контактов, но и снимаются внутренние напряжения, накопленные волокнами при деформационных процессах горячего экструдирования.

5.3 Расчет технологических параметров процесса формообразования

5.3.1 Температура горячего экструдирования

Процесс формования является горячим, если он протекает при температуре рекристаллизации основного компонента. Температура горячего экструдирования рассчитывается по формуле:

Тформ = (0,8 - 0,9) · Тпл,(16)

где Тпл - температура плавления основного компонента.

Тформ = 0,825 · 560 = 462°С

3.2 Температура спекания

По аналогии с горячим формованием выбираем температуру спекания 462°С.

5.3.3 Расчет геометрических и силовых параметров процесса формообразования

К геометрическим параметрам формообразования принадлежат размеры оснастки - валков, пресс-форм, матриц и камер экструдера. Одной из задач проектирования технологии КМ является поиск решения, отвечающего минимальным энергетическим потерям, например, на трение. Давление мундштучного формования при постоянной степени обжатия минимально при выдавливании материала через мундштук с учетом конуса 90°. При таком угле, давление экструдирования определяется противодействием сил трения. Высота мундштука при прессовании труб и стержней небольшого диаметра и сечения должна быть в 2,5-4 раза больше диаметра его выходного отверстия.

Рассчитываем высоту матрицы экструдера:

Для определения конусности мундштучного отверстия (угол α на рис.4) рассчитываем площадь формования S. Очевидно, что площадь экструдирования в своей наименьшей величине ограничена диаметром D1, а в максимальном - мощностью гидравлического агрегата и длиной камеры экструзии. Увеличение 3 сопровождается уменьшением хода толкателя и уменьшением мощности нагнетающего насоса. В то же время увеличение 8 сопровождается изменением угла наклона α и потерь на трение. Для поиска оптимальной конусности составим систему уравнений:

·уравнение расчета геометрии конуса

·уравнение сил трения в матрице.

Очевидно, что чем больше сила реакции опоры, тем больше сила трения порошка о матрицу. Для ужесточения расчета давления формования предположим, что материал изотропный и беспористый.

Сила экструдирования вызывает давление

Pэкстр/S.

Площадь экструдирования

S = π · /4.

Сила трения

ТР, PP · sinα ·f,

где f - коэффициент трения.

В механической смеси присутствует фторопласт и керамика, коэффициент трения будет аддитивной величиной. При температуре 462°С коэффициент трения смеси по стали равен 0,06. Коэффициент трения f можно легко отрегулировать применением поверхностной обработки матрицы экструдера. Кроме того, принимая значение f максимально возможным, создаем запас по потерям па трение и на изменение состава КМ при уточнении и экспериментальной апробации материала. Коэффициент полезного действия экструзии, выраженный через потери на трение имеет вид:

,(17)

Обычно КПД формования составляет 75%. Используя его значение, определим РТР как 0,25РР, откуда получаем:

,(18)

или ,(19)

Получаем систему уравнений:

,(20)

и ,(21)

Заменим sinα на tgα/0,5 в уравнении (20) и подставим в него уравнение (21). Подставляя численные значения, получим:

,(22)

Уравнение решается на ПЭВМ, заменив tgα на В и приведя полученное выражение к полиному в канонической форме четвертой степени:

В4 = 4,0257·102

Значение В1 и В2 неприемлемы из-за своей отрицательной величины. Вычисляем arctgα для корня ВЗ и В4.

Получаем угол мундштука 69° и 2,56° соответственно.

Рассчитываем значение внутреннего диаметра экструдера:

По результатам вычислений подходят оба значения, но с технической стороны выбираем DВН = 1094 мм.

Используя полученные значения DВН и tgα получим f = 0,17. Рассчитываем площадь поперечного сечения в зоне вдавливания:

Рассчитываем объем конусной части:

Рассчитываем давление экструдирования. Для выдавливания пористых заготовок давление экструзии можно оценивать, используя континуальные представления и условия пластичности. Так, приближенное значение давления экструзии можно представить выражением:

где Q = 7% - пористость; dl и DВН - диаметры выдавливаемого отверстия и экструзионной камеры.

= (dl + d2)/2;

σт - предел текучести экструдируемой смеси;

σт = σт · (фторопласт) · (1 - Vfpeaл) + σт (кв) · Vfpeaл

σт = 28·(1 - 0,4371) + 1232·0,4371 = 2460 МПа

Рассчитываем давление Р, прикладываемое к штоку экструдера:

Кроме давления и температуры, важным параметром экструзии является скорость выдавливания. Скорость выдавливания материала через мундштук не должна превышать 5-10 м/с. Применение более высоких скоростей приводит к появлению неравномерной пористости изделия, неравномерной усадке и короблению изделий при последующем спекании.

4 Схема технологического процесса изготовления КМ

Схема технологического процесса изготовления труб из композиционного материала показана на рис.6. Схема технологического маршрута представляет собой графическое изображение 14 последовательности операций изготовления КМ от исходных компонентов до готовой продукции. В описании технологического процесса дается подробное изложение правил, требований к каждой стадии, этапу и операции получения КМ. Исходным материалом получения волокон КМ являются керамические волокна. Для матрицы используется порошок фторопласт. После поставки материалов используется заводской входной контроль.

Для волокна проверяются:

·химический состав спектральным анализом;

·механические характеристики.

Для порошка проверяются:

·химический состав (аналитическим методом и спектральным анализом). Потерю массы при прокаливании в водороде определяют по ГОСТ 18897-73, содержание воды по ГОСТ 18317;

·гранулометрический состав по ГОСТ 18318-73,

·прессуемость по ГОСТ 25280-82.

После входного контроля проволоку режут на короткие волокна. Используют станок К1 А62 и цеховое приспособление ДЛЛ.ООО.946.00.0г. У готовых волокон контролируется длина 40 - 3202 мкм. наличие трещин и искривления, качество среза. Углы искривлений не должны превышать 30°. Трещины на поверхности и смятие торцов (последние не больше, чем 1,5 диаметра волокна) не допускаются. После проведения контрольных операций осуществляют смешивание компонентов. Используется V-образный смеситель. Взвешивание компонентов проводят на весах ГОСТ 2371-79. Колебание состава допускается не более 1 г на 1 кг шихты или компонента. Время смешивания составляет 4 ± 0,01 часа.

Горячая экструзия проводится на установке формования ГОСТ 7029-89. Температура процесса 462°С. Контроль температуры осуществляется термоэлектропреобразователем ГОСТ 3044-77 с помощью прибора КСП-3. Давление 4-105 МПа контролируется по приборам установки экструзии. Скорость выдавливания составляет 6 м/с. Резка горячего полуфабриката производится на рычажных ножницах цехового изготовления. Из пресса заготовка передается на рольганг захватом вручную.

Выборочный контроль горячесформованных изделий. Проверяется плотность, пористость. Твердость по ГОСТ 9012-50. Визуально контролируется отсутствие макродефектов проплавления, трещины, раковины и сколы не допускаются. Объем контрольных работ составляет 0,01% от объема готовой продукции.

Схема технологического процесса изготовления пористых труб из композиционного материала: матрица фторопласт - волокна керамические.

5.5.Проектирование и конструирование технологической оснастки

Существует широкий спектр формообразующих машин (пресса, прокатные станы, установки интрузии, экструзии и вакуумирования и т.д.). В производственных условиях для реализации технологического процесса необходимо дополнение их оснасткой, как правило, индивидуальной для каждой детали. Задачей инженера, занимающегося технологией КМ, является разработка технологической оснастки (ТОС). Разработка ТОС регламентирована и опирается на ЕСК(Т)Д РФ.

5.1 Выбор конструкции формующей оснастки

Ориентировочный выбор конструкции оснастки осуществляется на этапе выбора метода формования. При проектировании ТОС для КМ и порошковых материалов учитывают программу выпуска изделий, степень сложности изделия, допуска и физический механизм уплотнения. Зная геометрические и силовые параметры процесса и учитывая необходимость получения заданных свойств КМ, проводят выбор рациональной конструкции ТОС. При этом руководствуются правилом: формование КМ должно проводится в конструкции ТОС максимально уменьшающей число и трудоемкость последующих операций, связанных с получением формы и размеров детали.

Для экструзии композиционных смесей, исходя из профиля изделия, проектируют геометрию отверстия матрицы.

5.2 Расчет геометрии и прочности элементов формообразующей ТОС

Расчет геометрических размеров оснастки для горячей экструзии композиционной смеси: порошок фторопласта - дискретные волокна из керамики.

В расчете геометрических параметров ТОС сначала необходимо определить усадку полуфабриката при спекании. Композиционная смесь при спекании создает гетерофазную структуру. Используя концентрационные соотношения матрицы и арматуры, определим тип структуры КМ армированного хаотично-ориентированными волокнами. Данные для расчета являются: весовая доля волокон (0,06); весовая доля матрицы, пористость, диаметр и длина волокна. Данные показывают, что волокна не оказывают влияния на кинетику спекания, т.к. их размер незначительный. Матрица представляет собой однокомпонентную систему, следовательно, при спекании будет происходить усадка.

На величину усадки оказывает влияние способ нагрева. Предполагаем, что размеры после выбранной тепловой операции не будут отличаться существенно от размеров полуфабриката после экструзии.

Для расчетов геометрических размеров цилиндра исходными являются: внутренний диаметр DВН = 1094 мм, температура процесса Т = 462°С. Определим наружный диаметр цилиндра DНР.

Для случая несоставного цилиндра соотношение наружного и внутреннего диаметров определяется соотношением:

где [а] - временное сопротивление материала матрицы; Рб - боковое давление, которое равно 0,3·Рштока = 330 МПа.

Для поиска необходимой марки стали для изготовления цилиндра экструдера воспользуемся программой ПЭВМ. "СТАЛЬ" [НГТУ].

В результате предварительных вычислений получены данные: необходима марка стали с прочностью [а] = 2706,51 МПа, требуемая толщина стенки экструдера Нст = 82 мм, а наружный диаметр цилиндра равен DНВ = 1259 мм.

Рассчитываем геометрические размеры цилиндра экструдера. Осталась неопределенной величина полной высоты цилиндра (Lп). Она складывается из длины хода толкателя (LТ) и высоты захода плунжера (НД). Последняя, обычно, равна 1/3 высоты матрицы экструдера. Назначаем НД = 66 мм. Полная длина хода толкателя в свою очередь складывается из длины хода толкателя в режиме выдавливания Lв.эк. и длины хода толкателя при уплотнении Lу. Первая рассчитывается по формуле:

Вторая вычисляется исходя из определения объема Vц, занимаемого не сформованным порошком. Этот объем равен произведению коэффициента уплотнения Кz на объем сформованного изделия и вычисляется по формуле:

Длина хода толкателя экструдера при уплотнении смеси рассчитывается по формуле:

Из законов теплопередачи следует, что наиболее эффективным будет тот случай нагрева цилиндра от окружной стенки, когда отношение его диаметра к высоте больше единицы.

Рассчитываем число порций порошка под выдавливание, находящихся в зоне нагрева, по формуле:

Темп толкателя не вычисляем. Проводим вычисления полной длины толкателя. Подставляя численные выражения, получаем:

Рассчитываем геометрические размеры матрицы (мундштука) экструдера. Исходными данными для расчета являются: диаметр выходного отверстия dl = 50 мм; внутренний диаметр цилиндра DВН = 1094 мм; наружный диаметр цилиндра DНР = 1259 мм; угол входной образующей конуса мундштука α = 68°; высота конуса матрицы Нм = 200 мм. Полная высота матрицы складывается из высоты конуса матрицы Нм, удвоенной высоты выходного конуса Нк и величины заходной части НЗ. Последнюю назначают равной величине толщины стенки цилиндра НЕТ, если он не составной, или принимают равной толщине стенки первого внутреннего цилиндра, если спроектирована конструкция с натягом. При горячем формовании величиной упругого последействия можно пренебречь. Таким образом, при Lк → 0 величина Нк назначается равной 2,5 мм. Определяем НП по формуле:

Проводим расчет геометрии стержня.

Рабочая длина стержня складывается из матричной части НП, длины стержня в зоне нагрева Lв.эк., длины стержня в зоне уплотнения порошка Lц.эк., высоты захода плунжера НД. Для получения заготовки трубы диаметр матричной части назначается d2. На длине стержня в зоне уплотнения предусматривается конус длиной

заканчивающийся диаметром

.

Рабочий конец стержня изготавливается сферическим, с радиусом К = а2/2. Геометрия опорной части элементов ТОС в проекте не рассчитывается.

Вычисляем рабочую длину стержня по формуле:

При экструзии максимальное давление развивается в зоне выхода выдавливаемого материала, где стержень имеет диаметр d2. Стержень за счет сил трения испытывает растяжение. Для ужесточения расчета следует полагать, что напряжение растяжения равно давлению экструдирования. В соответствии с критерием наибольших линейных деформаций, напряжение в стержне: Для изготовления стержня выбираем сталь ХВСГФ. Проводим проверочный расчет по формуле:

Таким образом, сталь ХВСГФ пригодна для изготовления стержня.

Назначаем покрытия и поверхностную обработку на рабочих элементах экструдера.

На рабочих поверхностях матрицы и стержня назначают покрытие из нитрида титана, т.к. для него коэффициент поверхностного натяжения f составляет 0,003 при этом оно обладает противозадирными свойствами. Назначаем допуска и посадки. Для отверстия матрицы d1 и стержня d2 необходимо предусмотреть износ.

На диаметре d3 стержня и DВН, обеспечивающем свободное скольжение плунжера относительно внутренней стенки цилиндра, необходимо учесть интенсивное изнашивание последних порошком и упругое расширение. Используя назначаем посадки и допуски.

Из расчетов максимальных напряжений (рис. 1) конструкционной части проекта "КМ" следует, что опасными являются напряжения растяжения. Таким образом, для практической проверки проектных решений необходимо изготовить по технологической схеме рис.3 образцы для испытаний порошковых КМ на растяжение по ГОСТ 25601-80.

Контрольные операции по проверке технологических стадий изготовления призматического образца назначается по п.6.4. проекта "КМ". Формование горячим экструдированием заменяем на горячее двустороннее прессование в целях снижения затрат на эксперименты. Для контроля степени разупрочнения арматуры при горячем прессовании проводим изучение ширины дифракционных максимумов отражений, полученных с поверхности металлических волокон стали.

7. Новое техническое решение

С целью увеличения краевого угла смачивания и ряда других свойств была произведена замена материала волокна с Т1С на А1203. Изменившиеся свойства представлены в таблице 3:

Таблица 3. Сравнение свойств полученного КМ в зависимости от типа волокна.

Свойства материалаТ1СА120,Удельная прочность материала волокна σуд.г, МПа313,65608,59Реальная доля волокон VFr0,140,22Рекомендуемая длина волокна LKR.1, мкм4283,932819,09Длина волокна по прочности LKR.2, мкм619,71969,81Прочность границ через половину толщины стенки TgrP22,463,85MTla краевой угол смачивания qs2, рад0,600,74Удельные энергетические затраты, кДж/кг1380950

При изменении марки волокна произошел рост ряда свойств, что привело к улучшению эксплуатационных свойств. Также уменьшилась себестоимость выпускаемой продукции.

Заключение

По данным ТЗ необходимо было разработать КМ для изготовления пористой грубы (П = 7%) с внешним диаметром 50 мм и внутренним диаметром 30 мм, нагруженного внутренним давлением 400 МПа и крутящим моментом 0,4 кН·м.

В результате расчетов был разработан КМ с матрицей из фторопласта и хаотично ориентированными керамическими волокнами. Выбран метод формообразования и тепловой обработки изделия из композита, рассчитаны параметры выбранного технологического процесса формообразующая оснастка.

Расчеты конструкционной и технологической частей, а также выбор марок сталей для ТОС были проведены на ПЭВМ.

Список использованной литературы

1.Материалы в машиностроении. Выбор и применение: Справочник в 5-ти томах. Т. 1. Цветные металлы и сплавы / Колл. Авт. Под ред. Лужникова Л.П., М.: Машиностроение, 1967. - 304 с.

2.Материалы в машиностроении. Выбор и применение: Справочник в 5-ти томах. Т. 2. Специальные стали и сплавы / Колл. Авт. Под ред. Лужникова Л.П., М.: Машиностроение, 1968. - 364 с.

.Карпинос Д.М. Композиционные материалы: Справочник. Киев: Наукова Думка, 1985. - 587 с.

.Белов С.В. Пористые металлы в машиностроении. - 2-е изд., перераб. и доп., М.: Машиностроение, 1987. - 247 с.

.Сопротивление материалов / Под. Ред. Акад. АН УССР Писаренко Г.С. / 5-е изд., перераб. и доп. Киев: Высшая школа. Головное изд-во, 1986. - 775с.

.Определение работоспособности и технологических параметров композитов с использованием ПЭВМ / НГТУ; Сост.: И.М. Мальцев, В.К. Сорокин, Ю.А. Шоткин., Н.Новгород. 1994. - 16 с.

.Композиционные материалы: Справочник / В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. М.: Машиностроение, 1990. - 512 с.

.Термостойкость спеченных гетерофазных материалов / Чоба А. В., Егоров Ф.Ф., Пасичный В.В. / Порошковая металлургия. 1990. №11.-е. 19.

.ГОСТ 25601-80.

.ГОСТ 26698-83.

.ГОСТ 18898-73.

.Краткий справочник по физике. Изд. 2-е / Корякин Н.И., Быстрое К.П., Киреев П.С..М.: Высшая школа, 1964. - 574 с.

.ГОСТ 19427-74. Обработка данных и программирование. Правила выполнения. Схема алгоритмов и программ. М.: Изд. Стандартов.

.Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ПЭВМ. М.: Наука. Главн. ред. физ.-мат. литературы. 1987. - 240 с.

.Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения: Справочник / И.М. Федорченко, И.И. Францевич, И.Д. Радомысельский и др.; Отв. Ред. И.М. Федорченко. Киев: Наукова думка, 1985. - 624 с.

.Райченко А.И. Основы процесса спекания порошков пропусканием электрического тока. М.: Металлургия, 1987, - 128 с.

.Радомысельский И.Д. Пресс-формы порошковой металлургии. Расчет и конструирование. Киев: Техника, 1970. - 127 с.

Приложения

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Расчет конструкционной части курсового проекта KM по заданию -Т

Плотность материала трубы [г/см^3] g= 3.455414

Объем трубы

3.14*(((D1/2)^2)-((D2/2)^2))*L V= 1256.000000

Максимальный размер диаметра арматуры

=(D1-D2)/20 0.10

Площадь поперечного сечения

3.14 * (D1 ^ 2 - D2 ^ 2) / 4

Площадь поперечного сечения

[см^2]= 12.5600

Напряжение сжатия трубы BP [МПа]= 79.6178

Крутящий момент приложен к обоим концам трубы

Коэффициент а - для полого стержня a={1-(D2/D1)^3}^0.25

Коэффициент а - для полого стержня a= 0.94

Внутренний диаметр из формулы крутящего момента определяется по

Внутренний диаметр из формулы крутящего момента Dвн = 0.0470

Напряжения крутящего момента в трубе Tmax рассчитано по формуле:

Напряжения крутящего момента в трубе Tmax [МПа]= 90.4345224115

Напряжения растяжения из-за внутреннего давления

2*F [МПа]= 800.00

Расчет сложного напряженного состояния проводим по формуле:

Результирующее напряжение сдвига в трубе

Мпа 779,2175181355

Напряжение растяжения в трубе, рассчитанное через напряжение сдвига

Мпа = 1097,4894621626

Определяется по формуле

BNHJ/cos45о

Программа расчета трубного изделия из композита

Приложение 5

Свойства стали ХВСГФ

σТ = 3100 Мпа

σВ = 3200 Мпа= 1%

Ф = 5%= 20= 627кр1 = 80 ммкр2 = 80 мм

σ*(-1) = 0 Мпа

σ = 0 Мпа= 0 кг/м3

Стоимость = 240

Приложение 6

Рисунок 1 - схемы напряжений и эпюры напряжений в трубе

.цилиндр

.матрица

.плунжер

.выходное отверстие

.порошок

.стержень

.толкатель

Рисунок 2 -схема экструдирования

1.экструдер

2.резаки

.валки-электроды

.заготовка

.ральганг

.электросиловая установка

.механический червяк

.V - образный смеситель

Рисунок 3 - схема оборудования

Рисунок 4 - определение конусности мундштучного отверстия

1.HRC 45…50

2.Материал круг 180 11 ГОСТ 7417-75 ХВСТФ ГОСТ 5950-73

3.Поверхность полировка до зеркальности в направлении прессовки

4.Размагнитить

композиционный материал труба фторопласт

В современной промышленности вряд ли найдется такая отрасль, где не использовались бы те или иные композиционные материалы (КМ). Для материаловедения весьма актуальной является задача получения КМ с требуемым комплексом свойств. Решение данной задачи в значительной степени связано с изучением процессов самоорганизации, устойчивости и распада различных неравновесных полиструктурных систем, к которым с полным основанием могут быть отнесены КМ. Главным признаком композитов является способность образовывать в процессе формирования специфические структуры из частиц наполнителя и матрицы. В результате новый составной материал приобретает неаддитивные, иногда уникальные свойства, не присущие составляющим КМ в отдельности. К таким структурам, прежде всего, могут быть отнесены кластерные, решеточные и каркасные.

Из всех физико-механических показателей КМ прочность является одной из наиболее сложнопрогнозируемых величин. Она непосредственно определяется вероятностными процессами возникновения и развития структурных повреждений в нагруженных композитах. Природа экстремального изменения прочности при повышении содержания наполнителя в КМ интересна и мало изучена. Тем не менее, характер ее изменения находит вполне ясное описание в довольно простых математических моделях дисперсно-наполненных композитов, предлагаемых А.Н. Бобрышевым, В.Т. Ерофеевым, В.Н. Козомазовым .

Физико-механический показатель прочности КМ с дисперсным наполнителем непосредственно зависит от процентного соотношения объема матрицы и наполнителя. С повышением содержания наполнителя в КМ развиваются два одновременных альтернативных процесса в большей мере обусловленных возникновением границы раздела между фазами в композите и поэтому обязанных проявлению комплексных свойств, не присущих компонентам в отдельности.

С одной стороны, протекает процесс упрочнения композита за счет введения в матрицу дисперсных частиц. Такое упрочнение преимущественно осуществляется в результате близкодействующего взаимодействия отдельных частиц наполнителя, способствующего переводу матричного материала в контактном пространстве между частицами наполнителя из его объемного состояния в пленочное с более высокой прочностью и структурированностью.

С другой стороны, в композите проявляется процесс разупрочнения, развивающийся с повышением содержания наполнителя. Прежде всего, источником дефектов является поверхность раздела фаз. Кроме того, с повышением содержания наполнителя в КМ проявляется пустотность, вызванная дефицитом связующего материала.

Тема: Композиционные материалы на основе термореактивных связующих

и ориентированных армирующих наполнителей

Термин «композиционные материалы» появился в то время, когда потребовалось наиболее емкое название нового класса материалов, состоящих из армирующего компонента и связующего. Современные композиционные материалы не только имеют широкий спектр физико-механических свойств, но и способны к направленному их изменению, например повышению вязкости разрушения, регулированию жесткости, прочности и т. д.

Особенность волокнистой композиционной структуры заключается в равномерном распределении высокопрочных, высокомодульных волокон в пластичной матрице. Материалы с волокнистыми наполнителями подразделяются на пластики с короткими волокнами, в том числе штапельными, рублеными нитями или жгутами и с непрерывными элементарными волокнами, жгутами, прядями, нитями, лентами. У слоистых материалов матрица армирована последовательно чередующимися слоями наполнителя.

Наполнители влияют на самые разнообразные свойства полимерных композиционных материалов и определяют возможные способы переработки полимерных композиционных материалов в изделия. Характер и степень влияния наполнителя на свойства полимерных композиционных материалов зависят от природы, структуры, содержания наполнителя в полимерных композиционных материалов, формы, размера, взаимного расположения частиц или волокон, их пространственной ориентации, прочности сцепления со связующим .

Характерным размером волокон наполнителя является диаметр, для элемента слоистой структуры – толщина слоя; характерным размером связующегоявляется толщина прослойки.

Как известно, пространственная ориентация для изометрических частиц не имеет значения, а для анизометрических – имеет важное значение , т. к. от ориентации зависят свойства полученного композиционного материала.

Наполнение полимеров позволяет практически неограниченно направленно регулировать технологические и эксплуатационные свойства материалов. Свойства наполненных полимерных материалов конструкционного назначения, способы их получения и переработки в изделия в значительной мере определяются природой полимерной матрицы и наполнителя, их объемным соотношением, характером взаимного распределения и взаимодействием на границе раздела.

При изготовлении изделий из композиционных материалов предварительно определяются технологические свойства полимерных связующих: вязкость, время гелеобразования.

Определение времени гелеобразования является одним из важных параметров – оно характеризует продолжительность хранения пропитанного материала (препрега ) и температуры переработки материала в изделия. Общая продолжительность процесса получения композиционного материала от момента получения замеса связующего не должна превышать утроенного времени гелеобразования при комнатной температуре.

Данные лабораторные работы направлены на обучение студентов методам контроля качества получаемых композиционных материалов и исследованию структуры полученных материалов, что в конечном счете определяет свойства материала при его эксплуатации.

Задание № 1. Определение количества компонентов и изготовление пластин композиционного материала

Цель работы : на основе заданных компонентов изготовить композиционный материал с заданной структурой и соотношением компонентов.

I . ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАДАНИЯ №1

Один из основных компонентов армированных пластиков – связующее – представляет собой полимер с различными добавками. Связующим пропитывается армирующий волокнистый наполнитель. После отверждения связующее склеивает между собой волокна или слои наполнителя, обеспечивая их совместную работу в пластике.

Для получения армированных пластиков широко применяются связующие на основе полиэфирных, эпоксидных и модифицированных фенолоформальдегидных смол. В качестве наполнителей применяются ориентированные материалы: ленты, ткани, нити, ровинги .

Процесс изготовления пластин композиционного материала состоит из последовательных стадий:

– определение типа связующего и наполнителя;

– расчет соотношения компонентов композиционного материала;

– изготовление связующего – смешивание компонентов в заданных пропорциях;

– разрезка наполнителя на заготовки в соответствии с размерами формы;

– нанесение связующего на слои наполнителя и последовательное соединение пропитанных слоев;

– укладка набранного пакета между плитами пресса и отверждение в соответствии с заданными режимами.

1. Расчет массы компонентов в композиционном материале

Ход работы . Первоначально определяют необходимый объем V КМ (м 3) пластины композиционного материала.

где l , b , h – длина, ширина, толщина пластины композиционного материала. Толщину выбирают в зависимости от стандарта на испытания композиционного материала (h = 2–8 мм).

Зная объем материала, определяют его массу m КМ, кг

где ρ КМ – плотность композиционного материала, кг/м 3 .

Плотность материала ρ КМ (кг/ 3) определяют осреднением, зная соотношение компонентов (задано преподавателем).

где ρ а – плотность арматуры, кг/м 3 ; ρ с – плотность связующего, кг/м 3 (определяется по правилу смеси); P а , P с – объемное содержание арматуры и связующего в композиционном материале соответственно, доли ед.

Степень наполнения для технологического процесса задается в массовых долях, а для расчетов – в объемных долях. Связь между массовым С и объемным Р содержанием компонентов выражается соотношениями:

Предполагают, что пористость отсутствует, т. е. равна нулю.

Массу компонентов (г) для изготовления пластины композиционного материала определяют из их массового соотношения:

где m а, m с – масса наполнителя и связующего соответственно, кг; C а, C с – массовое содержание наполнителя и связующего соответственно; доли ед.

где m а - масса арматуры, г; – масса одного слоя арматуры, г, определяется расчетным путем или взвешиванием; γ а – поверхностная плотность слоя армирующего материала, г/м 2 .

Полученное значение N а округляют до целого (ближайшего большего).

Пересчитывают массу связующего для поддержания заданной степени наполнения.

После расчета учитывают технологические отходы, например остатки связующего на инструменте, для чего количество связующего увеличивают примерно на 20%.

Аналогично проводят расчет компонентов для всех видов композиционных материалов. По результатам расчетов заполняют технологическую карту получения композиционного материала табл. 1).

2. Изготовление пластины композиционного материала

Оборудование и материалы : компоненты для приготовления связующего (по заданию преподавателя), тканый наполнитель, ножницы, весы, жесткие пластины для укладки слоев, муфельная печь.

Ход работы . Из компонентов изготавливают плиту композиционного материала с размерами 250× 250 мм методом послойной укладки.

Разрезанный наполнитель послойно пропитывают полученным связующим, тщательно прокатывают роликом для удаления воздушных пузырей и укладывают на пластину, смазанную антиадгезивом или покрытую слоем масляной бумаги.

Связующее равномерно распределяют по поверхности наполнителя, не допуская его отжима. После набора необходимого пакета из пропитанных слоев сверху укладывают жесткую пластину и, при необходимости, грузы. Отверждение проводят по режимам, как для отверждения соответствующего типа связующего (приложение 1).

Таблица 1. Технологическая карта на изготовление композиционного материала

Материал	Изделие, образец, заготовка				Кол-во, масса, г
	Размеры, мм			Объем, см 3

Компоненты	Норматив	Состояние,		Кол-во, г
Наполнитель
Связующее

Задание № 2. Определение соотношения компонентов в полученном материале

Цель работы : научиться определять соотношение компонентов в материале методом выжигания и гравиметрическим методами.

I . ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАДАНИЯ №2

Одним из основных показателей структуры композиционного материала, который влияет на свойства полученного изделия, является соотношение компонентов. Массовое содержание компонентов в композиционных материалах на основе термореактивного связующего определяется методами выжигания, растворения или гравиметрическим методом.

Метод растворения основан на удалении из образца композиционного материала связующего под воздействием растворителя, а метод выжигания – под воздействием повышенных температур (для высокотемпературостойких наполнителей). Расчеты по данным методам предполагают отсутствие пор в исходном материале. Если материал пористый, то необходимо проводить расчеты с учетом этого параметра. Наиболее быстрым и неразрушающим методом контроля степени наполнения является гравиметрический .

II . ВЫПОЛНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

1. Определение соотношения компонентов по методу выжигания

Оборудование и материалы : образцы композиционного материала, весы с точностью до 0,001 г, муфельная печь, эксикатор, тигли.

Ход работы . Готовят не менее трех образцов композиционного материала любой формы и размеров. Масса образца не должна превышать 5 г.

Тигли прокаливают в муфельной печи при температуре 650± 5° С в течение 20 мин и охлаждают в эксикаторе.

Образцы композиционного материала взвешивают на электронных весах с точностью до 0,001 г и помещают в предварительно взвешенные с такой же точностью тигли. Тигли с материалом переносят в муфельную печь при температуре 650± 5° С на 15–20 мин, чтобы выжечь связующее. Затем тигли помещают в эксикатор и охлаждают до комнатной температуры, после чего взвешивают с той же точностью.

Массовые доли наполнителя и связующего в процентах определяют из соотношений:

где m а – масса остатка после прокаливания, г; m км – исходная масса образца композиционного материала, г.

Для определения объемного содержания арматуры Р а необходимо знать плотность композиционного материала и арматуры

где ρ КМ , ρ а – плотности композиционного материала и арматуры соответственно, г/см 3 .

Приведенные расчеты предполагают отсутствие пор в исходном материале. Если материал пористый, то необходимо проводить расчеты с учетом пористости. Если известна плотность матрицы, то можно определить объемное содержание пор P p

где ρ км , ρ а , ρ с

За результат принимают среднее арифметическое значение всех экспериментов. По результатам эксперимента заполняют протокол. Сравнивают полученное значение степени наполнения с заданной изначально, делают вывод.

2. Определение содержания компонентов гравиметрическим методом

Оборудование и материалы : образцы композиционного материала, весы с точностью до 0,001 г.

Ход работы . Берут образцы композиционного материала любой формы и размеров. Определяют плотность композита по одной из стандартных методик: гидростатическим взвешиванием или методом прямого обмера и взвешивания. Плотности исходных компонентов берут из справочника или определяют экспериментально.

Объемное содержание арматуры рассчитывают по соотношению

где ρ КМ , ρ а , ρ с – плотности композиционного материала, арматуры и связующего соответственно, г/см 3 .

Гравиметрический метод является точным только в случае полного отсутствия в композите пустот.

За результат принимают среднее арифметическое не менее трех результатов эксперимента. Сравнивают полученное значение степени наполнения с заданной изначально, делают вывод.

Сравнивают результаты определения соотношения компонентов по предлагаемым методикам и делают вывод.

Форма отчета по заданию №2

По результатам эксперимента заполняют протокол.

ПРОТОКОЛ № ____ от _____________

Определения содержания компонентов в композиционном материале.

1. АППАРАТУРА: (применяемое оборудование и приборы, тип, марка, основные характеристики)

2. МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)

3. ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, количество, метод изготовления)

4. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура)

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:

5.1. Метод выжигания

Материал	№ образца	m т , г	m км , г	m а , г	C a	P a	C c	P c	P p
Коэффициент вариации, %

Испытания провел:

5.2. Гравиметрический метод

Материал	№ образца	ρ км , г/см 3	ρ а , г/см 3	ρ с , г/см 3
Среднее арифметическое значение
Среднее квадратическое отклонение
Коэффициент вариации, %

Испытания провел:

Литература

1. Любин, Дж. Справочник по композиционным материалам: в 2 т. / под ред. Дж. Любина . – М.: Машиностроение, 1989. – 2 т.

Задание № 3. Изучение структуры композиционного материала на основе термореактивного связующего и армирующего наполнителя

Цель работы : изучить структуру композиционного материала на основе термореактивного связующего и армирующего наполнителя.

I . ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАДАНИЯ №3

Качество композиционного материала описывают расположением наполнителя, отклонением слоев от заданной ориентации и толщиной прослойки связующего.

II . ВЫПОЛНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

Оборудование и материалы : пластины композиционного материала, изготовленного в задании № 1 данной работы.

Ход работы. Изучают, описывают и зарисовывают структуру полученного материала по следующим параметрам:

– наличие непропитанных участков;

– наличие областей с избытком связующего ;

– наличие пузырей и раковин;

– искривление волокон наполнителя;

– отклонение от прямолинейности волокон;

– толщина прослоек связующего .

Для непропитанных участков, областей с избытком связующего, пузырей и раковин определяют их суммарную площадь и отношение к общей площади поверхности материала. Материал считается качественным, если дефекты составляют не более 5% от общей площади поверхности материала.

При определении толщин прослоек проводят исследование торцевых поверхностей под микроскопом. Толщина прослоек и распределение наполнителя должны быть равномерными, без искривлений.

Результаты исследования заносят в табл. 2 и делают вывод о качестве полученного материала.

Таблица 2

Соотношение компонентов				ρ км , кг/м 3	Пористость, %	Средний угол отклонения от осевой линии, град	Толщина прослоек связующего, мм
Теоретич .		Эксперимент.
С а	С с

Литература

1. Композиционные материалы: справочник / под ред. В. В. Васильева. – М.: Машиностроение, 1990. – 510 с.

2. Композиционные материалы: справочник / под ред. Д. М. Карпиноса . – Киев: Наукова думка, 1985. – 591 с.