![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Важнейшие термореактивные полимеры
Наличие наполнителя позволяет сократить расход смолы до ~-50% существенно повысить прочностные и регулировать электрические характеристики, уменьшить величину усадки изделий. В то же время их применение затрудняет формование деталей сложного контура и впрессовывание тонкой металлической арматуры. При переработке в изделие термопластичных полимеров больше; усадки не наблюдается, она колеблется в пределах 0, 2—4%. Поэтому термопластичные полимеры сравнительно редко сочетают с наполнителями.
Методы переработки пластмасс
Пластические массы перерабатываются в изделия одним из следующих методов: прессованием прямым и литьевым, литьем под давлением экструзией, штамповкой, формованием при низком давлении. Прессование прямое и литьевое является наиболее распространенным, отличается простотой, дешевизной и обеспечивает массовый выпуск изделий без существенных доработок. Прямое прессование осуществляется в стальных пресс-формах на прессах, преимущественно гидравлических, под давлением 200— 400 кГ/см2 в зависимости от физических свойств материала. Требуем давление в цилиндре пресса, показываемое манометром, подсчитывают по формуле где P — давление в цилиндре пресса, показываемое манометром, в кГ/см2; S — площадь горизонтальной проекции загрузочной камеры в см2; q — удельное давление прессования в кГ/см2; В — площадь сечения плунжера пресса в см2; k — коэффициент полезного действия пресса. По конструктивным признакам пресс-формы для прямого прессования разделяются на открытые, закрытые и полузакрытые (рис. 116). Пресс-формы открытого типа предназначены для прессования изделий несложного профиля, они дешевы и мало изнашиваются благодаря отсутствию трущихся частей, но отличаются повышенным расходом пресс-материала и не требуют высокой точности в его дозировке. Избыток материала выдавливается через зазор между пуансоном и матрицей, образуя облой.
Рис. 116. Схемы пресс-форм: а—открытого типа (1—пуансон. 2—матрица, 3—выталкиватель, 4—основание, 5 — изделие): б—закрытого типа; в—полузакрытого типа
Пресс-формы закрытого типа позволяют прессовать изделия значительной высоты и сложного профиля, дают большую экономию материала, но требуют точной его дозировки. Пресс-формы полузакрытого типа сочетают в себе достоинства пресс-форм первых двух типов и имеют наибольшее распространение, обеспечивая возможность прессования изделий различной конфигурации повышенной точности. Пресс-формы всех типов могут быть одногнездными или многогнездными, стационарными или съемными. Размеры их рабочей полости выполняются с учетом усадки пластмассы. Обогреваются пресс-формы паром или электричеством. Способ прямого прессования применяется главным образом для деталей из термореактивных пластмасс. Для получения изделий обогреваемая пресс-форма загружается подогретым на 10—15°С выше температуры пресс-формы полуфабрикатом (в виде порошка или таблеток), после чего производится двух-трехкратная подпрессовка и выдержка для отверждения. Готовая деталь извлекается из пресс-формы и последняя очищается для новой загрузки полуфабрикатом. Предварительный (перед прессованием) нагрев термореактивной массы значительно ускоряет процесс прессования. Особенно повышается производительность труда при нагреве таблеток токами высокой частоты. Качество изделий при этом повышается. Появляется возможность получения изделий с тонкими стенками, поскольку таблетки нагреваются равномерно по толщине, тогда как при нагреве в самой пресс-форме вследствие плохой теплопроводности таблеток материал, соприкасающийся со стенками пресс-формы, начинает отверждаться, а внутри таблетка не успевает нагреться до состояния пластичности. Литьевое прессование применяется главным образом для формообразования тонкостенных деталей сложной конфигурации и деталей с тонкой арматурой. Прессуемый порошок загружается в камеру 7 (рис. 117), в которой нагревом приводится в вязкотекучее состояние, после чего пуансоном / под давлением 500—1500 кГ/см2 выдавливается через литник 6 в полость между матрицей 2 и пуансоном 3, имеющую форм детали 5. По сравнению с обычным прессованием производительность ниже, однако при этом достигаются высокие точность размеров и чисто та поверхности.
Литьевым прессованием обычно изготовляют изделия из порошкообразных пластмасс. Пластмассы с волокнистым наполнителем этим способом перерабатываются с трудом и при этом теряют до 50% прочности. 1—литьевой пуансон; 2—матрица; 3—пуансон; 4—вкладыш; 5—деталь; 6—литник; 7—камера с литниковым остатком Литье под давлением осуществляется на специальных литьевых машинах (рис. 118). Из бункера 5 в нагревательный цилиндр непрерывно подается порошкообразная формуемая масса поступающая при помощи плунжера 4 в обогреваемую приемную камеру 3. В зоне расположения нагревателей 6 эта масса переходит в пластическое состояние и под давлением плунжера через отверстие в сопле 2 поступает в полость пресс-формы. После охлаждения пресс-формы (обычно водой, поступающей в пуансон и матрицу по особым каналам) готовая деталь вынимается. Технологические режимы литья зависят от типа полимера, литьевой машины конструкции формы и изготовляемого изделия. Так, рабочее давление создается в пределах 500—1500 кГ/см-. температура колеблется в пределах 150—300°С. Способом литья под давлением изготовляются главным образом детали из термопластов (полистирол, полиамиды, этролы и др.). Применение этого способа для изготовления деталей из термореактивных материалов затруднительно, поскольку последние при нагреве находятся в пластическом состоянии очень малый промежуток времен;
Точность размеров детали зависит от точности пресс-формы, ее из носа и изменения рабочего пространства при нагреве, точности дозировки пресс-порошка и усадки полимера.
Рис. 118. Схема литья под давлением: 1—литьевая форма; 2—сопло; 3—приемная камера; 4— плунжер; 5—бункер; 6—электронагреватели; 7—кожух; 8—деталь
Литье под давлением отличается высокой производительностью; его недостатком является наличие в готовых изделиях внутренних напряжений вследствие неравномерного охлаждения полимера, что отражав; на механических свойствах изделий и их поведении при эксплуатации. Чтобы деталь легко удалить из пресс-формы, ее стенки необходим делать с уклоном. Для внешних поверхностей эти уклоны должны быть не менее 5', для внутренних — не менее 10'. Максимальная величина уклона до 2°. Толщина деталей должна быть по возможности одинаковой во всех сечениях во избежание внутренних напряжений из-за неравномерного нагрева и охлаждения.
Разнотолщинность при прессовании принимается не более 1: 3, а при литье под давлением 1: 5, при этом от большего сечения к меньшему должен быть плавный переход. Допускаемая толщина стенок для термореактивных материалов должна быть не более 8—10 мм, а для термопластичных — 3—4 мм. Острые углы и грани скругляются, так как наружные незатупленные углы легко скалываются, а внутренние способствуют образованию трещин. Рис. 119. Армирование деталей из пластмасс, конструктивные варианты заделки арматуры в пластмассу: а и б—резьбовой металлической втулкой или болтом для крепления смежной детали; в—металлическими втулками (подшипниками) для установки осей; г—проводниками и контактами
Отверстия в изделиях формуются знаками, закрепленными в пресс-форме (диаметр не менее 0, 25 мм). Резьба шагом более 0, 5 мм легко выполняется в пресс-материале. Более мелкую резьбу получают запрессовкой резьбовых или гладких металлических втулок с последующим нарезанием на них резьбы на станке. Помимо резьбовых втулок, в детали из пластмасс могут быть впрессованы армирующие элементы из других материалов (металлов, стекла, фарфора и др.) для местного упрочнения, создания электропроводящих цепей, крепления к другим конструктивным элементам и т. д. Для прочного удержания в деталях на арматуре предусматриваются рифление, накатка, проточка, выступы, отверстия. На рис. 119 приведены примеры армирования деталей из пластмасс. Прессованием из пластмасс можно получать детали с точностью размеров 4—5-го класса и чистотой поверхности При конструировании деталей следует предусматривать минимальную механическую обработку, так как она связана с большими трудностями и значительно повышает себестоимость. Экструзия — процесс, во многом сходный с литьем под давлением, осуществляется на специальных машинах — экструдерах. Методом экструзионного формования получают различные профили, трубы, а также пленки и листы из термопластичных полимеров. В качестве экструдеров наибольшее применение нашли червячные прессы (шнек-машины) непрерывного действия, обладающие высокой производительностью. Схема рабочей части экструдера приведена на рис. 120. Полуфабрикат в виде порошка, гранул или ленты подается через загрузочный бункер 3 в обогреваемый цилиндр 4 и захватывается шнеком 1, вращающимся со скоростью 20—100 об/мин. Перемещаясь вдоль оси цилиндра, полуфабрикат проходит температурные зоны I, II и III, перемешивается, постепенно разогревается до вязкотекучего состояний (температура 120—200° С) и продавливается через решетку в формующее устройство. Температура цилиндра в различных зонах неодинакова: наиболее низкая — в загрузочной (охлаждаемой) зоне, чтобы материал не размягчался и лучше захватывался первыми витками шнека. По мере приближения к головке экструдера температура растет, достигая максимума, при этом сопротивление трению материала о стенки цилиндра уменьшается, что предупреждает возвратное движение материала. Решетка создает сопротивление, необходимое для уплотнения расплава, задерживает крупные непрогретые частицы материала и устраняет вредное действие шнека на материал. Попадая в приемное устройство, изделие охлаждается воздухом или водой. Экструзию можно осуществлять и без нагрева внешними источниками при так называемом адиабатическом процессе выдавливания. Материал при этом нагревается за счет трения о стенки цилиндра и поверхность шнека, а также между частицами материала. При скорости вращения шнека около 1000 об/мин выделяется достаточное количество тепла для размягчения полимера (термопласта) до стадии текучести. Адиабатический процесс выдавливания обеспечивает более равномерное прогревание материала и более интенсивное перемешивание, что повышает качество изделий. Получаемые жесткие трубы разрезаются на куски требуемой длины, мягкие трубы наматываются на катушки. Для получения различных профилей используют соответствующие конструкции головок экструдера и формующих устройств. Раздувкой трубчатой заготовки сжатым воздухом можно изготовлять из термопластов полые изделия (различные емкости). Для этого трубка, выходящая из головки экструдера, поступает на приспособление для выдувания (рис. 121).
Штамповка применяется для формообразования листовых термопластов (органическое стекло, полистирол, винипласт, целлулоид, полиэтилен, полипропилен) и некоторых материалов на основе термореактивных смол. Метод штамповки прост, отличается коротким циклом и позволяет формовать крупногабаритные детали и изделия сложной объемной формы без специального мощного оборудования (например гидравлических прессов). Особенно широко применяется штамповка для деталей из термопластов, в частности деталей остекления самолетов. Формуемый материал (органическое стекло, винипласт), переведенный в пластическое состояние, преимущественно нагреванием (до 80—140° С) деформируется в специальном штампе или приспособлении и приобретает необходимую форму. Не снимая внешнего усилия, изделие охлаждают (или отверждают) для фиксации приданной ему конфигурации.
Рис. 121. Выдувание полых изделий:
1—головка экструдера; 2—трубчатая заготовка; 3—половина формы; 4— плита; 5 — направляющие колонки; б—ниппель для подачи воздуха; 7— труба для подачи воздуха; 8—готовое изделие; а—начало формования—форма открыта; б—смыкание формы с одновременным экструдированием материала; в—раздувка материала; г—открытие формы и снятие изделия
В зависимости от сложности и точности внешних форм, требований к качеству поверхности и физико-механических свойств полимера формообразование можно производить одним из следующих способов. 1. Штамповкой в обычных закрытых штампах (рис. 122), состоящих из жесткого пуансона и матрицы. При таком способе листу придаются несложные контуры и небольшая кривизна. Однако, несмотря на то что штампы обычно изготовляются из неметаллических материалов с обтягиванием замшей, поверхности мягкого листа термопласта трудно предохранить от повреждения. 2. Пневматическим или вакуумным формованием в матрицу, при котором жесткий пуансон заменяется давлением воздуха или вакуумированием (рис. 123). Глубина вытяжки и радиусы закруглений по контурам изделий определяются степенью эластичности нагретой заготовки. Этим способом можно изготовлять детали сложных форм из прозрачных пластиков с достаточно высокими оптическими свойствами, так как материал не скользит по оформляющей поверхности, а только прижимается к ней по мере вытяжки.
3. Формованием методом свободной вытяжки (или пневматическим и вакуумным формованием) через протяжное формообразующее кольцо (рис. 124). Разогретая заготовка укладывается на формообразующее кольцо специальной установки, зажимается между протяжными и прижимными кольцами и производится формообразование избыточным давлением или вакуумом. Глубина вытяжки регулируется отключением подачи сжатого воздуха и вакуумирования. Рис. 122. Формование в штампах: 1—матрица; 2—термопласт; 3—пуансон; 4 и 5—замша
Рис. 123. Вакуумное формование в матрицу: а и б—разные стадии процесса; 1—лист термопласта; 2—изделие; 3—матрица; 4—зажимная рама; 5—эластичная прокладка; 6—каналы для отсасывания воздуха; 7—винтовые зажимы
При вакуумном формовании избыточное давление не превышает 0, 8—0, 9 кГ/см2, поэтому для деталей, которые требуют более высокого давления, применяется пневматическое формование (например для деталей, имеющих форму, близкую к форме тел вращения, с высокими оптическими свойствами). Изменяя контур формообразующего кольца, можно получить детали сложной конфигурации типа каплевидных, эллипсовидных и др.
Для повышения прочности изделий (в частности из органического стекла) вакуум- и пневмоустановки снабжают приспособлением, обеспечивающим многоосную ориентацию заготовки перед формованием. На рис. 125 приведена схема приспособления для ориентации заготовок круглой формы.
Рис. 124. Формование при помощи колец:
а—вакуумное; б—пневматическое; 1—прижимное (протяжное) кольцо; 2—протяжное кольцо; 3—листовой термопласт; 4—изделие; 5—указатель глубины вытяжки; 6—винтовые зажимы; 7 —вакуумная и пневматическая камеры; 8—резиновая прокладка; 9 — опорная плита
4. Способом вакуум- или пневмоформования с последующей посадкой на болванку (рис. 126). Вначале вакуум- или пневмоформованием получают заготовку, имеющую форму тела вращения. Затем внутрь заготовки вводят болванку соответствующей конфигурации. Вследствие релаксации внутренних напряжений при температуре формования заготовка плотно обжимает болванку. В конечной стадии изготовления особенно сложных деталей применяется вакуумирование. Температура полимера по окончании формообразования должна быть на 10—15° выше температуры его размягчения. Изменяя контуры протяжного кольца и форму болванок, можно получать детали сложной конфигурации, отличные по форме от тел вращения, со значительной степенью утонения листового термопласта.
Рис. 125. К получению ориентированных листов органического стекла круглой формы: 1 – захваты; 2 – тянущий узел; 3 – органическое стекло; 4 – редуктор; 5 - цепь
Кроме перечисленных способов, на практике применяется формование способом обтяжки по болванке, которое принципиально не отличается от обтяжки листовых металлов.
В некоторых случаях, когда термопласт соприкасается с формообразующей поверхностью оснастки (матрицей, пуансоном, болванкой), чтобы поверхности деталей не имели повреждений (оптических дефектов), целесообразно применение специальных смазок. Рис. 126. К пневмоформованию с последующей посадкой на болванку: 1 – заготовка термопласта; 2 – протяжное кольцо; 3 - болванка Во всех перечисленных выше случаях нагревать заготовки можно непосредственно в приспособлениях. Для этой цели в различные элементы оснастки могут быть вмонтированы нагревательные элементы разнообразных конструкций. Формование при низком давлении применяется преимущественно для высоконагруженных и крупногабаритных изделий из высокопрочных термореактивных армированных пластиков. В табл. 7 приведены методы и технологические режимы переработки, а также области применения некоторых пластмасс.
Характеристика материалов для изготовления деталей из керамики и металлокерамики
В авиационной технике некоторые детали и изделия изготовляют из порошков различных металлов и специальных керамических материалов методами порошковой металлургии и керамической технологии (из чисто керамических порошков). Метод порошковой металлургии предложен русским ученым П. Г. Соболевским в 1927 г. для изготовления монет и других изделий из губчатой платины. Дальнейшее развитие и широкое практическое применение этого метода относится к 1930—1940 гг. Изделия по методу порошковой металлургии получают из тонкодисперсных металлических порошков путем формования, спекания, а в необходимых случаях и последующей обработки. К материалам, перерабатываемым только этим методом, относятся твердые сплавы, композиции из металлов и неорганических неметаллических материалов и др. В керамико-металлических материалах (керметах) реализуется идея улучшения свойств одного материала комбинацией его с другим. Детали отличаются точностью, соответствующей 4—5-му классу. Подбором смесей можно получить изделия с заранее заданными свойствами. В случае необходимости в детали может быть введена арматура из различных материалов; они могут подвергаться механической обработке, сварке, пайке, термообработке и на них можно наносить всевозможные покрытия. Металлокерамические и керамические изделия отличаются пористостью и, следовательно, меньшей плотностью (40—90% плотности основного материала). С изменением пористости существенно меняется прочностная характеристика. Другой особенностью их является сравнительно небольшая деформация в момент разрушения у керметов и ничтожно малая у керамических материалов. Эта хрупкость в сочетании с пористостью приводит к большому разбросу величин прочности материала одной и той же марки, что в свою очередь приводит к необходимости увеличения коэффициента безопасности при расчетах на прочность. Для изготовления металлокерамических изделий применяют порошки железа, меди, олова, свинца, алюминия, никеля, хрома, а также порошки окислов, карбидов, боридов, нитридов и др. Металлокерамика применяется при изготовлении подшипников и фрикционных изделий, фильтров для очистки различных жидкостей, газов и жидких металлов от твердых частиц, а также в качестве контактных и магнитных материалов. Разрабатываются уплотнительные материалы, способные работать без дополнительной смазки при высоких температурах. — на керамико-металлических и некоторых керамических материалах. Подшипники из металлокерамики отличаются высокой износостойкостью и способностью длительно эксплуатироваться без смазки, поскольку поры их в процессе изготовления заполняются маслом. Пористые подшипники выпускаются двух видов: железографитовые (1—3% графита) и бронзографитовые (80—86% меди, 9—10% олова, 2—3% графита). Средний срок службы таких подшипников в 10—15 раз больше, чем бронзовых. Фрикционные изделия из металлокерамических материалов имеют коэффициент трения 0, 3—0, 5 при работе всухую и 0, 1—0, 2 при работе масле. Для повышения теплостойкости и коэффициента трения фрикционных изделий на основе меди или железа к ним добавляется кремний, асбест и другие компоненты. Добавление свинца, графита и некоторых других компонентов создает смазку на поверхности трущихся частей. Керамические материалы приобретают особое значение с ростом скоростей полета летательных аппаратов, подвергающихся действию высоких температур. Например, перспективные высокоскоростные самолеты должны работать длительно в окислительной среде воздуха при температуре выше 1000° С. Не говоря уже об обычных широко применяемых в настоящее время материалах, этим требованиям без специальной защиты не отвечают даже тугоплавкие ниобий, молибден и вольфрам Перспективными с этой точки зрения являются такие керамические материалы, как чистые окислы и бескислородные соединения металлов — карбиды, бориды, нитриды и некоторые другие.
Однако наиболее стойкими из них в окислительной среде являются окислы. Из табл. 8 следует, что такие окислы, как А12О3, BeO, ZrO2 и TiO2, могут работать в окислительной среде в интервале 1700—2600° С В настоящее время наметились два направления применения материалов, работающих в условиях длительного нагрева в окислительной среде: 1) непосредственное изготовление необходимых деталей из керамики соответствующей удельной прочности и жаростойкости; 2) защита от окисления и других термохимических процессов достаточно жаропрочных тугоплавких металлов, графита, металлокераки или керамики путем нанесения на их поверхность покрытия на основе окисной или другого типа керамики. Для первого направления наиболее перспективны окислы, перерабатываемые методами керамической технологии. Для второго направления в случае керамической или металлокерамической основы также применяется керамическая и металлокерамическая технология, а для нанесения защитного покрытия — самые разнообразные технологические процессы. Металлические и керамические порошки характеризуются разнозернистостью, насыпным весом, относительными объемом и плотность. Таблица 8
|