Конструкторско-технологическое обеспечение производства деталей машиностроения из дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат наук Нотин Илья Александрович

• Нотин Илья Александрович
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Нотин Илья Александрович

Введение

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА КОНСТРУКОТРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА НЕСУЩИХ ДЕТАЛЕЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ ИЗ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1. Тенденции проектирования и производства несущих деталей машиностроения. Области применения дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов

1.2. Особенности технологии производства несущих деталей из дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов

1.2.1. Технологический этап подготовки производства деталей из дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов

1.2.2. Технологическая операция формирования заготовок деталей из дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов методом литья

1.2.3. Особенности технологической операции механической обработки

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЕТАЛЕЙ ИЗ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ЭТАПЕ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА

2.1. Физико-химическая модель формирования прочностных и технологических характеристик дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов и деталей на их основе

2.2. Оценка прочностных характеристик деталей из дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов на этапе подготовки производства

2.2.1. Математические модели оценки свойств дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов

2.2.2. Результаты моделирования влияния состава дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов на его свойства

Стр.

2.2.3. Экспериментальные исследования механических свойств дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов

2.2.4. Прогнозирование показателей надежности деталей на этапе подготовки производства

2.3. Технологические показатели материала, определяющие его обрабатываемость резанием и литейные свойства

ГЛАВА 3. ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ОПЕРАЦИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ ИЗ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ТОНКОСТЕННЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ КОНСТРУКЦИИ

3.1. Разработка математической модели процесса формирования тонкостенных элементов конструкции заготовки

3.2. Теоретическое и экспериментальное исследования влияния технологических режимов на процесс формирования тонкостенных элементов конструкции заготовки

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ГИДРОАБРАЗИВНОГО РЕЗАНИЯ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

4.1. Определение эффективных режимов механической обработки деталей методом гидроабразивного резания

4.2. Влияние метода механической обработки на эксплуатационные показатели детали из дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ИНЖЕНЕРНЫХ МЕТОДИК ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ ИЗ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

5.1. Методика выполнения технологических мероприятий, направленных

на ускоренный выбор рационального состава материала

5.2. Методика выбора технологических режимов вибрационного нагружения технологической оснастки

5.3. Рекомендации по выбору технологических режимов гидроабразивного резания деталей из дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов

Общие выводы и заключение

Список использованной литературы

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

Развитие машиностроения обуславливается рядом тенденций, которые формируют новые требования к узлам и деталям машин, ключевыми из которых являются повышение технологичности и эксплуатационных характеристик изделий [1 - 4].

Одним из путей, направленных на реализацию данных требований применительно к широкому классу несущих конструкций, таких как станины станков и измерительных систем, демпфирующих платформ, шасси приборов, является применение новых перспективных материалов, обладающих высокими удельными характеристиками и более высокой технологичностью, по сравнению с традиционно применяемым серым чугуном.

В настоящее время известен успешный зарубежный опыт применения дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов (ДУПКМ) при изготовлении несущих конструкций машиностроения, что связано с его значительно более высокой демпфирующей способностью по сравнению с серым чугуном. При этом следует отметить более высокую технологичность данного материала по сравнению с серым чугуном вследствие более простой оснастки, низких энергозатрат, а также меньшей трудоемкости окончательной обработки, что особенно важно при единичном и мелкосерийном производстве.

Вместе с тем, при производстве изделий из ДУПКМ возникает ряд проблем, затрудняющих эффективное применение данного материала в машиностроении.

Основная проблема следует из высокой трудоемкости подготовительного этапа производства изделия, что связано с необходимостью экспериментального определения рационального состава ДУПКМ с целью обеспечения как заданных показателей прочности, так и последующей технологичности всего производственного процесса (в настоящее время задача определения

рационального состава ДУПКМ заключается в переборе возможных комбинаций наполнителя и связующего, основываясь на накопленном опыте). Особенно значима эта проблема для единичного и мелкосерийного производства.

Следует также указать на известные трудности, возникающие при производстве тонкостенных и сложнопрофильных элементов деталей. Подобные трудности возникают вследствие отсутствия научно обоснованного подхода к выбору режима вибронагружения в процессе формирования геометрического образа детали, что приводит к существенным ограничениям при конструировании деталей из ДУПКМ.

Другой проблемой является низкая эффективность существующих технологических операций механической обработки деталей из ДУПКМ, обусловленная низкой обрабатываемостью данного материала. В настоящее время единственным методом формирования отверстий, пазов и других элементов детали является резание алмазным инструментом. При этом данная технологическая операция характеризуется как низкой производительностью, так и неудовлетворительным качеством формирующегося поверхностного слоя детали вследствие действия температурного фактора.

Проведенный анализ литературы показал, что на сегодняшний день отсутствует системный научно обоснованный подход, направленный на разработку высокопроизводительных технологических процессов изготовления несущих деталей машиностроения из ДУПКМ.

В этой связи представляется актуальной, имеющей важное научное и практическое значение работа, направленная на разработку конструкторско-технологического обеспечения производства изделий машиностроения из ДУПКМ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Конструкторско-технологическое обеспечение производства деталей машиностроения из дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов»

Цель работы

Целью настоящей работы является разработка методического обеспечения выбора рациональных конструкторско-технологических решений при производстве деталей машиностроения из ДУПКМ.

Решаемые задачи

Достижение поставленной в настоящей работе цели реализуется путем решения следующих задач:

1. Разработка методов и средств, направленных на ускорение выбора рационального состава материала, исходя из заданных требований к показателям прочности и технологичности проектируемой детали из ДУПКМ с целью снижения трудоемкости подготовительного этапа производства.

2. Разработка методов и средств направленных на повышение технологических возможностей операции изготовления заготовок деталей из ДУПКМ с тонкостенными и сложно-профильными элементами конструкции.

3. Теоретическое и экспериментальное обоснование целесообразности использования технологии гидроабразивного резания (ГАР) при механической обработке типовых деталей из ДУПКМ вместо традиционного резания алмазным инструментом.

4. Разработка инженерных методик выбора рациональных конструкторско-технологических решений при производстве ответственных деталей машиностроения из ДУПКМ.

Методы исследований

В работе использовались фундаментальные и прикладные положения технологии машиностроения, материаловедения, физики конденсированного состояния (раздел механики сплошной среды), физической химии (раздел коллоидной химии), аппарат численных методов моделирования с использованием специализированных программных сред. Экспериментальные исследования проводились с использованием апробированных методик, современного технологического оборудования (установки для гидроабразивной резки Flow Mach 3 и Yuanhong YH2030) и аттестованных измерительных приборов и систем (ротационный вискозиметр RV-2M, тензиометр Kruss К20, прибор измерения краевого угла Kruss DSA100E, универсальная испытательная

машина Galdabini Quasar 5, сканирующий электронный микроскоп Supra 50VP, электродинамический вибростенд GW-V400LT/DSA1-2K).

Научная новизна

1. Разработаны математические модели, позволяющие на этапе подготовки производства, осуществлять ускоренный выбор рационального состава материала в зависимости от конструкторских характеристик детали и технологических условий производства. Модели базируются на энергетическом подходе к формированию физико-механических свойств материала изделия.

2. Обосновано положение о доминирующей роли упорядоченного слоя, возникающего на границе раздела «твердое тело - связующее» в формировании прочностных и технологических характеристик деталей из дисперсно-упроченного полимерного композиционного материала. Упрочнение обуславливается смыканием высокопрочных упорядоченных слоев, взаимодействие которых с наполнителем имеет адгезионный характер. Предложен энергетический критерий оценки прочности адгезионных связей ( Иуд. ) и доказана его информативность при оценке прочностных и технологических свойств материала.

3. Разработана математическая модель, позволяющая оценивать влияние режимов вибрационного нагружения оснастки станка на формирование размеров тонкостенных элементов заготовки в зависимости от состава материала. Модель базируется на физических закономерностях механики движения двухфазных сред. Обосновано наличие индивидуальных эффективных режимов вибронагружения (значения виброускорения йэф. =Ла>2 и времени действия t) при производстве каждой конкретной детали.

4. Обоснована эффективность технологической операции ГАР при изготовлении деталей из ДУПКМ. Определены расчетные зависимости, позволяющие осуществлять выбор режимов ГАР деталей из ДУПКМ по критерию производительности, исходя из геометрических характеристик детали

и свойств материала (ШуД ). Доказано, что применение ГАР по сравнению с резанием алмазным инструментом обеспечивает, как повышение производительности обработки в 3 - 5 раз, так и повышение долговечности детали (вибропрочность образцов повышалась на 19,5 - 25,7 %).

Практическая значимость работы

Практическая значимость работы состоит в создании инженерного методического обеспечения производства деталей машиностроения из ДУПКМ, в которую входят:

- методика выполнения технологических мероприятий на этапе подготовки производства, направленных на ускоренный выбор рационального состава материала исходя из заданных требований к показателям прочности и технологичности проектируемой детали;

- методика выбора технологических режимов вибрационного нагружения литьевой формы, исходя из заданных геометрических размеров тонкостенных элементов детали и состава материала;

- рекомендации по выбору технологических режимов ГАР деталей из ДУПКМ по критерию производительности, исходя из геометрических характеристик детали и свойств материала

Достоверность

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов, представленных в диссертационной работе автором, подтверждена удовлетворительным согласованием расчетных и экспериментальных данных, а также практическим использованием полученных результатов в производственных условиях.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Математические модели, позволяющие на этапе подготовки производства, осуществлять ускоренный выбор рационального состава материала в зависимости от конструкторских характеристик детали и технологических условий ее производства.

2. Положение о доминирующей роли упорядоченного слоя, возникающего в результате адгезионного взаимодействия на границе раздела «наполнитель - связующее» в формировании физико-механических свойств деталей из ДУПКМ. Предложен критерий оценки прочности адгезионных связей и методика его определения.

3. Математическая модель, позволяющая оценивать влияние режимов вибрационного нагружения оснастки станка на формирование геометрических размеров тонкостенных элементов деталей. Наличие индивидуальных эффективных режимов вибронагружения, имеющих место при производстве каждой конкретной детали из ДУПКМ.

4. Обоснование эффективности технологической операции ГАР при изготовлении деталей из ДУПКМ. Расчетные зависимости для выбора эффективных режимов ГАР деталей из ДУПКМ по критерию производительности.

5. Инженерно-методическое обеспечение производства деталей машиностроения из ДУПКМ.

Личный вклад

Автором обоснована актуальность работы, направленная на разработку конструкторско-технологического обеспечения производства деталей машиностроения из ДУПКМ. Выдвинуто положение о доминирующей роли упорядоченного слоя, возникающего в результате адгезионного взаимодействия на границе раздела «наполнитель - связующее» в формировании прочностных и технологических характеристик деталей из ДУПКМ. Предложен критерий оценки прочности адгезионных связей и методика его определения. Разработана математическая модель прогнозирования прочностных и технологических характеристик деталей из ДУПКМ, базирующаяся на энергетическом подходе, реализация которой на этапе подготовки производства обеспечивает снижение трудоемкости подготовительного этапа производства изделий данного класса. Разработана математическая модель, позволяющая оценивать влияние

технологических режимов вибрационного нагружения технологической оснастки станка на формирование заданных геометрических размеров тонкостенных элементов деталей и осуществлять выбор рациональных. Обоснована эффективность технологической операции ГАР при изготовлении деталей из ДУПКМ. Расчетные зависимости для выбора рациональных режимов ГАР деталей из ДУПКМ по критерию производительности, исходя из геометрических характеристик детали и свойств материала. Разработано инженерно-методическое обеспечение производства деталей машиностроения из ДУПКМ.

Все результаты диссертационной" работы получены лично автором и при его непосредственном участии в результате проведения экспериментальных работ. Во всех необходимых случаях заимствования чужих результатов в диссертации приведены ссылки на литературные источники.

Апробация результатов работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедр «Технологии специального машиностроения», «Технологии приборостроения» МГТУ им. Н. Э. Баумана (Москва, 2018; 2019), на заседании совета молодых ученых Института машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук, на научно-техническом совете ВНИИ-инструмент (Москва, 2019), на 11-ой Международной выставке «Композит-Экспо 2018» (Москва, 2018).

Реализация и внедрение результатов работы

Основные результаты диссертационной работы были реализованы в рамках НИР, проводимых в МГТУ им. Н. Э. Баумана и внедрены на ООО «ФКМ». Результаты исследований использовались при подготовке учебных курсов «Технология конструкционных материалов», «Технология машиностроения», «Технология приборостроения».

Публикации

Основное содержание работы отражено в 5 публикациях, входящих в перечень ВАК РФ и Scopus.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка используемой" литературы и приложений. Содержит 139 страниц, в том числе 95 иллюстраций и 22 таблицы.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА КОНСТРУКОТРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА НЕСУЩИХ ДЕТАЛЕЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ ИЗ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ

В настоящей Главе приводится анализ существующих тенденций проектирования и производства несущих деталей машиностроения, а также особенностей технологии производства несущих деталей из дисперсно-упроченных полимерных композиционных материалов с целью обоснования актуальности данной работы.

1.1. Тенденции проектирования и производства несущих деталей машиностроения. Области применения дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов

Несущие детали являются одними из наиболее ответственных элементов конструкций, определяющих эксплуатационные характеристики машин. Ключевая роль данного класса деталей обуславливается тем фактом, что на них замыкаются статические и динамические нагрузки возникающие в процессе эксплуатации машин [5-8]. Именно поэтому конструкционные материалы, используемые при изготовлении базовых несущих деталей, в значительной мере определяют надежность системы в целом.

На сегодняшний день существенная часть базовых несущих деталей машиностроения изготавливается из чугуна [9-10]. В частности, доля подобных деталей в составе станков может достигать 80 - 85% от его общего веса [11]. Традиционно при изготовлении несущих деталей машин используется серый перлитный и перлитно-ферритный чугун 1 и 2 классов марок СЧ15 - 35 [12].

Одним из направлений повышения эффективности производства несущих деталей машин является применение альтернативных перспективных материалов. В настоящее время в качестве альтернативы серому чугуну все

более широкое применение находят дисперсно-упрочненные полимерные композиционные материалы (ДУПКМ).

В первую очередь отмечу успешный опыт применения данного композиционного материала в станкостроении при производстве базовых деталей станков (станины станков, стойки, колонны, столы, траверсы, поперечины) [13-18] (Рис.1.1, Рис.1.2).

Рис.1.1. Станина 5-координатного обрабатывающего центра из ДУПКМ

(Mikron, Швейцария) [19]

Рис.1.2. Станина 5-координатного обрабатывающего центра из ДУПКМ

(Негт!е, Германия) [20]

Среди примеров использования ДУПКМ в других машиностроительных областях следует отметить платформы для установки насосного оборудования (Рис.1.3) [21-23] и емкости [24-28]. В литографических технологических системах, применяемых при производстве интегральных микросхем (степперах и сканнерах) [29] используются демпфирующие плиты из ДУПКМ, которые обеспечивают неподвижность оптической системы при перемещении держателя пластины, что позволяет повысить точность совмещения слоев при фотолитографии (Рис.1.4).

Рис.1.3. Платформа для установки насосного оборудования

Рис.1.4. Демпфирующее основание фотолитографической системы

[30]

Известен опыт применения данного композиционного материала и в приборостроении. Наиболее часто данный материал используется при

изготовлении шасси приборов (Рис.1.5) в виде литых или сборных (из листовых заготовок) конструкций (Рис.1.6) [31].

>

Рис.1.6. Типовые изделия, получаемые из листового ДУПКМ

Несмотря на то, что ДУПКМ обладают меньшими удельными прочностными характеристиками по сравнению с серым чугуном [32], комплекс его преимуществ, включающий значительно более высокие по сравнению с серым чугуном демпфирующие показатели [33-37], а также высокую технологичность, послужил основой тенденции к широкому применению ДУПКМ при производстве несущих деталей машиностроения.

Необходимо отметить в качестве проблемности данного материала его высокую вариантность физико-механических свойств. Более подробно данная проблема будет рассмотрена и решена далее.

Технологичность ДУПКМ определяется эффективностью выполнения базовых технологических операций и будет подробно рассмотрена в разделе 1.2. Отмечу лишь более высокую технологичность данного материала по сравнению с чугуном при литье заготовок и его низкую обрабатываемость резанием.

Высокая технологичность ДУПКМ по сравнению с чугуном при литье заготовок связанна с возможностью применения низкотемпературного литья, что приводит к низкой энергоемкости процесса. При производстве деталей из ДУПКМ требуется внешний нагрев только при операции пост-полимеризации (до 70 - 80 °С в течение 4 - 6 часов), в то время как для заливки серого чугуна требуется разогрев расплава до температур 1280 - 1400 °С [38]. Низкотемпературное литье определяет и отсутствие необходимости обеспечения припуска на обработку при изготовлении крупногабаритных деталей. Отмечу, что в настоящее время до 25 - 30% массы чугунных крупногабаритных отливок станин станков, изготавливаемых литьем в песчаную форму, снимается в виде стружки при последующей механической обработке [11]. В то время, как при изготовлении базовых деталей из ДУПКМ коэффициент использования материала составляет около 0,95 в связи с необходимостью механической обработки только при формировании рабочих и монтажных элементов конструкции детали [37].

Низкая обрабатываемость резанием является характерным наследственным свойством ДУПКМ как композиционного материала [39]. Она накладывает известные сложности при конструировании детали и требует поиска новых подходов к проектированию технологии механической обработки.

1.2. Особенности технологии производства несущих деталей из дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов

ДУПКМ представляет собой изотропный полимерный композиционный материал, в котором в роли наполнителя выступают частицы армирующего вещества, а в качестве связующего - полимерные материалы. На Рис. 1.7 приведена структура типового ДУПКМ.

В качестве связующего ДУПКМ при изготовлении базовых несущих деталей машиностроения в большинстве случаев используются ненасыщенные полиэфирные и эпоксидные смолы [40-44].

Наполнителем являются инертные минеральные частицы, среди которых наибольшее распространение получил кварцевый наполнитель (кварцевый песок) различных фракций, что связано с его высокими показателями смачиваемости, твердости и малыми значениями термического расширения [45].

В настоящее время заданные физико-механические свойства ДУПКМ достигаются путем вариации его состава [46-49]. Изменяемыми параметрами состава являются тип связующего, гранулометрический состав наполнителя (количество фракций, их объемное соотношение, средние размеры частиц фракции) и степень наполнения (Рис.1.8). Изменение каждого из данных параметров приводит к отклику со стороны свойств ДУПКМ, в связи с чем возникает исключительная многовариантность состава материала, а также отсутствие общепринятого подхода к формированию композиции ДУПКМ.

Связующее: ненасыщенная полиэфирная смола

Наполнитель: кварцевый песок (ЭЮ;)

Рис.1.7. Структура типового ДУПКМ

Рис.1.8. Изменяемые параметры состава ДУПКМ

Рассмотрим более подробно технологию получения деталей из ДУПКМ. Типовой технологический процесс получения изделий из ДУПКМ методом литья представлен на Рис. 1.9 и включает следующие базовые операции:

1) Подготовка производства

2) Литье (сборка формы и установка закладных элементов, смешение связующего и наполнителя, заливка формы, извлечение заготовки из формы, пост-отверждение)

3) Механическая обработка

4) Контроль

После пост-отверждения производится механическая обработка рабочих и монтажных элементов и последующий контроль качества.

Подготовка производства -> Литье -> Механическая обработка -> Контроль

Рис.1.9. Схема типового технологического процесса получения

деталей из ДУПКМ

Рассмотрим подробнее особенности реализации базовых операций технологического процесса изготовления деталей из ДУПКМ.

1.2.1. Технологический этап подготовки производства деталей из дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов

В процессе конструирования деталей из ДУПКМ перед конструктором возникает ряд проблем, которые необходимо решить для обеспечения заданных показателей надежности конечного изделия. Одним из ключевых факторов, определяющих физико-механические свойства ДУПКМ, является гранулометрический состав наполнителя и степень наполнения, определяемые на этапе подготовки производства. Определение данных параметров на текущий момент в рамках производств реализуется путем перебора возможных комбинаций размеров частиц наполнителя, их объемных соотношений и степени наполнения с последующим получением образцов для прочностных и иных испытаний. Таким образом, данный подход вырождается в трудоемкий и зачастую бессистемный метод проб и ошибок, основанный на полученном ранее опыте.

На диаграмме (Рис.1.10) приведена структура временных затрат на этапе подготовки производства станины фрезерного станка с ЧПУ (ООО «ФКМ»).

Изготовление литьевой формы Г = 80 часов (47%)

Подбор состава Г « 70 часов

п

(41,2%)

п

Изготовление опытного образца Т * 20 часов (11.8%)

тт \ . /

П

Рис.1.10. Структура временных затрат на подготовку производства

типовой детали

Как следует из структуры временных затрат подбор состава ДУПКМ занимает значительную часть времени подготовки производства. Подбор состава в настоящее время производится циклическим методом (Рис.1.11), состоящим из этапов определения начального состава ДУПКМ, подготовки образцов ДУПКМ, испытания ДУПКМ на технологические и прочностные характеристики, последующей корректировки состава с целью достижения требуемых характеристик материала, после чего процесс повторяется.

Рис.1.11. Схема процесса подбора состава ДУПКМ

В среднем подбор состава ДУПКМ при подготовке производства типового изделия требует от 6 до 12 итераций вышеописанного цикла. Подобная цикличность, основанная на принципе проб и ошибок и на накопленном опыте, говорит об отсутствии системного подхода к решению вопроса подбора состава ДУПКМ, что приводит к значительным временным затратам на этапе подготовки производства.

Проблема прогнозирования прочностных свойств ДУПКМ была рассмотрена рядом авторов.

В работе [50] были рассмотрены вопросы оптимизации механических свойств путем варьирования гранулометрического состава наполнителя и типа

связующего на основе экспериментально-статистической модели, позволяющей прогнозировать механические свойства. Однако, используемый автором метод исследования, опирается на ограниченную выборку композиций материалов, в связи с чем полученные модели справедливы для конкретного ряда составов ДУПКМ. Кроме того, в данной работе рассматривается ограниченный ряд прочностных характеристик, не включающий оценку предела прочности на растяжение.

Работа [51] при решении задачи прогнозирования модуля упругости ДУПКМ опирается также на ограниченный объем экспериментальных данных (трех типов связующего и ряда комбинаций наполнителя).

В работе [52] приведены результаты экспериментального исследования влияния свойств наполнителя ДУПКМ на физико-механические и прочностные свойства материала в рамках проектирования трубопровода и уплотнительного элемента аварийного клапана.

Общим в вышеупомянутых работах является тот факт, что применяемый в них экспериментально-статистический метод исследования в силу высокой вариантности составов ДУПКМ (Рис.1.8) носит ограниченный характер, с той точки зрения, что в рамках данного метода рассматривается ограниченная выборка составов материалов. В связи с этим данный метод не позволяет достоверно прогнозировать прочностные характеристики ДУПКМ произвольных составов.

Таким образом, только модель, сформированная на основе анализа физико-химических процессов, лежащих в основе формирования прочностных характеристик, позволяет получить обобщенное решение задачи оценки прочностных характеристик ДУПКМ произвольного состава с целью осуществления ускоренного выбора рационального состава на этапе подготовки производства.

1.2.2. Технологическая операция формирования заготовок деталей из дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов методом литья

Значимость операции формирования заготовок деталей из ДУПКМ методом литья в общем технологическом процессе производства деталей определяется тем, что именно на этом этапе формируется заданный геометрический образ детали, однако технологические особенности ее реализации накладывают жесткие ограничения на процесс конструирования изделия (в частности по толщинам и высотам стенок конструкции).

В Таблице 1 приведены характеристики отливок из ДУПКМ, в сравнении с отливками из серого чугуна [53 - 55].

Таблица 1

Материалы 1Т Шероховатость Rz, мкм Минимальная толщина стенки, мм Масса, кг

Чугун (СЧ15-СЧ35) (литье в кокиль) 12 - 13 20 - 80 4 - 10 0,1 - 160,0

Чугун (СЧ15-СЧ35) (литье в песчаные формы) 16 - 17 >320 15 - 25 1,0 - 2000,0

ДУПКМ 10 - 14 100 - 250 10 - 12 0,1 - 1800,0

Процесс литья ДУПКМ в форму во многом схож с литьем серого чугуна. На первом этапе производится сборка литьевой формы и установка закладных элементов, после чего подготовленная смесь связующего и наполнителя заполняет литьевую форму. Отличительной особенностью процесса литья ДУПКМ является наличие вибровоздействия в процессе заполнения литьевой формы, что связано с необходимостью вытеснения воздуха из формы, гомогенизации смеси, а также повышения проливаемости с целью формирования элементов со сложной геометрией. Так, опросы, проведенные среди

предприятий ООО «ФКМ» и ООО «ПолимерДизайн» показали, что виброускорения на этапе формирования изделий лежат в диапазоне от 4,5 до 12,5 м/с2. Выбор того или иного значения виброускорения из данного диапазона на данный момент не имеет научного обоснования и основывается на накопленном на конкретном предприятии опыте.

Стоит также отметить, что процесс отверждения достаточно скоротечен и занимает от 10 до 60 минут в зависимости от массогабаритных характеристик заготовки.

Анализ операции литья ДУПКМ показал, что актуальной проблемой при заливке деталей из ДУПКМ является формирование тонкостенных элементов деталей, т. к. уменьшение толщины стенок может приводить к непроливу соответствующих элементов литьевой формы (Рис.1.12).

Рис.1.12 - Схема формирования стенок из ДУПКМ

Перспективным методом решения этой проблемы является внешнее вибровоздействие. Данное положение основывается на аппарате виброреологии [56], однако стоит отметить, что в случае тонкостенных элементов ключевую

роль в их формировании будет играть механика движения пристеночных слоев материала. Одной из причин ограниченных возможностей формирования тонкостенных элементов является тот факт, что в настоящее время используются фиксированные режимы вибровоздействия, не учитывающие свойства материала, массогабаритные и геометрические параметры изделия.

Предварительные экспериментальные исследования, проведенные автором в МГТУ им. Н. Э. Баумана, позволили установить текущие возможности получения тонкостенных элементов с различными аспектными отношениями без вибровоздействия и в присутствии штатного вибровоздействия с параметрами, приведенными в Таблице 1 (Рис.1.13).

700 2 600 К 500

400 300

8 200 3

И 100

о

1 14

I

Состав:

Связующее А202РМС Наполнитель: ¿1=400 мкм (70%); ¿2 =200 мкм (21%); =12 мкм (9%) Степень наполнения: 0,6

I

12 10

8

4

Толщина стенки, мм 0 Без вибровоздействия

и Штатный режим вибровоздействия (Аш2=1,5 м/с2)

Рис.1.13 - Зависимость высоты стенки от ее толщины

Результаты данного исследования позволили установить, что вибровоздействие позволяет повысить высоту формирования стенки заданной толщины, однако возможности формирования тонкостенных элементов детали по существующей технологии весьма ограничены.

Проведенный анализ литературы показал, что до настоящего времени вопрос разработки методики повышения эффективности получения

тонкостенных элементов из ДУПКМ в условиях вибровоздействия, при котором ключевую роль играет механика движения пристеночных слоев, не рассматривался.

1.2.3. Особенности технологической операции механической обработки

Как было упомянуто выше, полученная заготовка подвергается механической обработке с целью формирования рабочих и монтажных элементов. В этой связи стоит особо отметить проблему обеспечения качества и производительности данной операции.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Нотин Илья Александрович, 2020 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Каблов, Е. Н. Композиты: сегодня и завтра / Е. Н. Каблов // Металлы Евразии. 2015. № 1. С. 3639.

2. Бушуев, В. В. Направления развития мирового станкостроения / В. В. Бушуев, Ф. С. Сабиров // Вестник МГТУ «Станкин». 2010. № 1. С. 24-30.

3. Проблемы технической диагностики станочного оборудования на современном этапе развития / С. Н. Григорьев, М. П. Козочкин, Ф. С. Сабиров, В. А. Синопальников // Вестник МГТУ «Станкин». 2010. № 4. С. 27-36.

4. Григорьев, С. Н. Тенденции развития мирового станкостроения / С. Н. Григорьев, А. А. Грибков, Д. В. Захарченко // СТИН. 2013. № 1. С. 1-4.

5. Каминская, В. В. Станины и корпусные детали металлорежущих станков : (Расчет и конструирование) / В. В. Каминская, З. М. Левина, Д. Н. Решетов ; под ред. Д. Н. Решетова ; Эксперим. науч.-исслед. ин-т металлорежущих станков ЭНИМС. - М. : Машгиз, 1960. 363 с.

6. Проников, А. С. Расчет и конструирование металлорежущих станков : Учеб. пособие для машиностроит. вузов и фак. / А. С. Проников. М. : Высш. шк., 1962. 422 с.

7. Конюшков, Г. В. Основы конструирования механизмов электронного машиностроения : учеб. пособие / Г. В. Конюшков, В. И. Воронин, С. М. Лисовский ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Федер. агентство по образованию, Саратов. гос. техн. ун-т им. Ю. А. Гагарина. Саратов : Изд-во Саратов. гос. техн. ун-та им. Ю. А. Гагарина. 2006. 81 с.

8. Тарзиманов, Г. А. Проектирование металлорежущих станков / Г. А. Тарзиманов. 3-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1980. 288 с.

9. Боярский, Л. Т. Технология изготовления деталей и сборки металлообрабатывающих станков и автоматических линий : [Учеб. пособие

для машиностроит. техникумов] / Л. Т. Боярский, Н. П. Коршиков. М. : Машиностроение, 1968. 340 с.

10. Килов, А. С. Производство заготовок. Литье : Серия учебных пособий. / А.

C. Килов, А. В. Попов, В. А. Недыхалов ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Федер. агентство по образованию, ГОУ ВПО Оренбург. гос. унт, Индустриально-пед. колледж. Оренбург : Изд-во Оренбург. гос. ун-та, 2004. Кн. 3 : Проектирование и производство отливок (литых заготовок). 171 с.

11. Якобсон, М. О. Технология станкостроения / М. О. Якобсон. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1966. 476 с.

12. Кечин, В. А. Проектирование и производство литых заготовок : Учеб. пособие / В. А. Кечин, Г. Ф. Селихов, А. Н. Афонин ; М-во образования Рос. Федерации, Владим. гос. ун-т. Владимир : Изд-во Владим. гос. ун-та, 2002. 228 с.

13. Кирилин, Ю. В. Применение синтеграна для изготовления базовых деталей для тяжелых фрезерных станков / Ю. В. Кирилин, Д. А. Титов // СТИН. 1993. № 1. С. 18-20.

14. Schulz, H. Machine tool bases made of polymer concrete / H. Schulz, R.-G. Nicklau // Werkstatt und betrieb. 1981. Vol. 114, № 10. P. 747-752.

15. Schulz, H. Design of machine tool frames using polymer concrete / H. Schulz, R.-G. Nicklau // Werkstatt und betrieb. 1982. Vol. 115, № 5. P. 311-317.

16. Weck, M. Design, manufacture and testing of precision machines with essential polymer concrete components / V. Weck, R. Hartel // Precision Engineering. 1985. Vol. 7, № 3. P. 165-170.

17. Krausse, J. Maschinenteile aus polymer-beton / J. Krausse, H. Dey // Maschine, Werkzeug. 1984. Vol. 85, № 13. P. 16-23.

18. Sahm, D. Reaktionsharzbeton für Gestellbauteile spanender Werkzeugmaschinen /

D. Sahm ; Von der Fakültaet Für Maschinenwesen der Rheinisch-Westfalischen Technischen Hochschule. Aachen, 1987. 130 p.

19. Jackisch, U.-V. Mineralguss für den Maschinenbau / U.-V. Jackisch // Die Bibliothek der Technik. 2015. Bd. 231. 96 p.

20. Hermle kann auch Mineralguß. Text : electronic // Zerspanungstechnik.de. URL: https://www.zerspanungstechnik.de/2018/06/06/hermle-kann-auch-mineralguss/ (дата обращения: 19.08.2019).

21. BASETEK Products : site. URL: https://www.basetek.com/product/poxybase (дата обращения: 15.08.19). Text : electronic.

22. WaterWorld Magazine : site. URL: https://www.waterworld.com/municipal/wastewater/article/16220363/pump-baseplates-and-installation-can-impact-pump-reliability (дата обращения: 19.08.2019). Text : electronic.

23. Envirotec Magazine : site. URL: https://envirotecmagazine.com/2016/11/20/polymer-concrete-baseplates-said-to-offer-installation-edge/ (дата обращения: 19.08.2019). Text : electronic.

24. Предварительная оценка возможностей использования полимерных композиционных материалов для повышения надежности хранения и захоронения радиоактивных отходов / В. Н. Баринов, В. П. Каменев, М. А. Кожин [и др.] // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2009. № 1. С. 81-96.

25. Bedi, R. Reviewing some properties of polymer concrete / R. Bedi, R. Chandra, S. P. Rakesh // The Indian concrete journal. 2014. Vol. 88, Issue. 8. P. 47-68.

26. Polymer concrete electrolytic cells for base metal refineries. Text : electronic //African Mining Brief. 2014, 5 Dec. URL: https://africanminingbrief.com/polymer-concrete-electrolytic-cells-base-metal-refineries/ (дата обращения: 11.09.2018).

27. Bedi, R. Mechanical properties of polymer concrete / R. Bedi, R. Chandra, S. P. Rakesh // Journal of composites. 2013. Vol. 2013. 12 p.

28. Polymer concrete market to record study growth by 2024. Text : electronic

// Transparency Market Research. 2017, 7 Nov. URL: www.sbwire.com/press-releases/polymer-concrete-market-to-record-study-growth-by-2024-888575.htm (дата обращения: 11.09.2018).

29. High-resolution EUV microstepper tool for resist testing and technology evaluation / A. Brunton, J. Cashmore, P. Elbourn [et al.]. Text : electronic // Emerging Lithographic Technologies VIII. 2004. Vol. 5374. URL: https://doi.org/10.1117/12.548343 (дата обращения: 11.09.2018).

30. TMC Stage-Base 450 vibration cancellation system. Text : electronic // AMETEK. URL: https://news.cision.com/ameteM/tmc-stage-base-450-vibration-cancellation-system,c1621746 (дата обращения: 15.08.19).

31. BASETEK Products : site. URL: https://www.basetek.com/products (дата обращения: 15.08.19). Text : electronic.

32. Рогов, В. А. Технология машиностроения. Штамповочное и литейное производство : учебник для среднего проф. образования / В. А. Рогов, Г. Г. Позняк. 2-е изд., испр. и доп. М. : Изд-во Юрайт, 2019. 319 с. (Профессиональное образование).

33. Позняк, Г. Г. Исследование резцов с синтеграновыми вставками / Г. Г. Позняк, В. Е. Барт, В. А. Рогов // СТИН. 1993. № 1. С. 29-31.

34. Piratelli-Filho, A. Behavior of granite-epoxy composite beams subjected to mechanical vibrations / A. Piratelli-Filho, F. Levy-Neto // Materials research. 2010. Vol. 13, № 4. P. 497-503.

35. Selvakumar, A. Analysis of alternative composite material for high speed precision machine tool structures / A. Selvakumar, P. V. Mohanram // ANNALS of faculty engineering Hunedoara - International journal of engineering. 2012. Vol. 10, № 2. P. 95-98.

36. Шевчук, С. А. Минерал-полимерный композит для станкостроения / С. А. Шевчук, М. С. Смайловская // РИТМ машиностроения. 2011. № 10. С. 26-27.

37. Барт, В. Е. Применение полимербетонов в станкостроении / В. Е. Барт, Г. С. Санина, С. А. Шевчук // Технология, оборудование, организация и экономика машиностроительного производства. Серия 6-3. Технология металлообрабатывающего производства : Обзор. информ. / ВНИИ информ. и техн.-экон. исслед. по машиностроению и робототехнике (ВНИИТЭМ). М. : ВНИИТЭМТ,1985. Вып. 11. 40 с.

38. Денисов, И. С. Литейные формы и их сборка : учеб. пособие для проф. техн. училищ / И. С. Денисов. М. : Высш. шк., 1970. 256 с.

39. Марков, А. М. Технологические особенности механической обработки деталей из композиционных материалов / А. М. Марков // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2014. № 7. С. 3-8.

40. Optimization of the polymer concrete used for manufacturing bases for precision tool machines / H.Haddad, M. Al Kobaisi // Composites Part B: Engineering. 2012. №43. P. 3061-3068.

41. Эльибурки, Х. Use of polymer concrete in construction // Молодой ученый. — 2018. №12. С. 54-58.

42. Behavior of Granite-Epoxy Composite Beams Subjected to Mechanical Vibrations / A. Piratelli-Filho, F. Neto // Materials Research. 2010. №13. P.497-503.

43. Pratap, A. Vinyl ester and acrylic based polymer concrete for electrical applications / A. Pratap // Progress in crystal growth and characterization of materials. 2002. Vol. 45, № 1-2. P. 117-125.

44. The effect of elevated temperature curing treatment on the compression strength of composites with polyester resin matrix and quartz filler/ A. Ergun, S. Barnes // Materials and design. 2012. №34. P.435-443.

45. Shokrieh, M. M. A novel polymer concrete made from fine silica sand and polyester / M. M. Shokrieh, S. Rezvani, R. Mosalmani // Mechanics of composite materials. 2015. Vol. 51, № 5. P. 571-580.

46. Particulate-filled polymer composites / ed. R. Rothon. Harlow (Essex) : Longman sci. & techn., 1995. 375 с. (Polymer science & technology ser.).

47. Parameters affecting fire retardant effectiveness in intumescent systems / G. Bertelli, G. Camino, E. Marchetti [et al.] // Polymer degradation and stability. 1989. Vol. 25, № 2-4. P. 277-292.

48. Intumescent fire retardant systems - effect of fillers on char structure / G. Berletti, E. Marchetti, G. Camino, C. Luigi // Angewandte makromolekulare chemie. 1989. Vol. 172, № 1. P. 153-163.

49. Polypropilenen-mica composites / J. P. Trotignon, J. Verdu, R. De Boissard, A. De Vallois // Polymer composites / ed. B. Sedlacek. Berlin : Walter de Gruyte, 1986. P. 191-198.

50. Ляшенко, Т. В. Оптимизация наполнителей полиэфирных связующих на основе моделей нового класса : специальность 05.23.05 «Строительные материалы и изделия» : дис. ... канд. техн. наук / Ляшенко Татьяна Васильевна ; Одесский инж.-строит. ин-т, Моск. ин-т инж. ж.-д. транспорта. Одесса, 1984. 234 с.

51. Шафигуллин, Л. Н. Разработка составов полимерных композитных материалов специального назначения : специальность 05.23.05 «Строительные материалы и изделия» : дис. ... канд. техн. наук / Шафигуллин Ленар Нургалеевич ; ГОУ ВПО Камская гос. инж.-эконом. акад. Набережные Челны, 2008. 196 с.

52. Бородина, И. А. Технология и физико-химические свойства композиционных материалов на основе природных силикатов и ненасыщенных полиэфирных смол : специальность 05.17.11 «Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов» : дис. ... канд. техн. наук / Бородина Инна Александровна ; Том. гос. ун-т. Томск, 2005. 131 с.

53. Моргунов, В. Н. Основы конструирования отливок. Параметры точности и припуски на механическую обработку : учеб. пособие / В. Н. Моргунов; М-во образования и науки Рос. Федерации, Пенз. гос. ун-т. Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2004. 164 с.

54. Краткий справочник металлиста / А. Е. Древаль, Е. А. Скороходов, А. В. Агеев [и др.] ; под общ. ред. А. Е. Древаля, Е. А. Скороходова. 4-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 2005. 959 с.

55. Выбор и способы изготовления заготовок для деталей машиностроения : Учебник / Э. Р. Галимов, Е. П. Круглов, Н. Я. Галимова [и др.] ; Казан. Федер. ун-т, Набережночелн. ин-т. Казань : Изд-во Казан. ун-та, 2016. 265 с.

56. Овчинников, П. Ф. Виброреология / П. Ф. Овчинников ; АН УССР, Ин-т коллоид. химии и химии воды им. А. В. Думанского. Киев : Наукова думка, 1983. 271 с.

57. Sturm, R. Effect of moisture absorption on mechanical properties of polyester composites evaluated with destructive and nondestructive tests / R. Sturm, R. Grimberg, J. Grum // Application of Contemporary Non-Destructive Testing in Engineering : the 12th International Conference of the Slovenian Society for NonDestructive Testing (Portoroz, Slovenia, 4-6 Sept. 2013) / eds: J. Grum, T. Kek. Ljubljana, 2013. P. 189-199.

58. Ashbee, K. H. G. Water damage in glass fibre/resin composites / K. H. G. Ashbee, R. C. Wyatt. Text : electronic // Proceedings of the royal society. Series A. Mathematical, physical and engineering sciences. 1969. Vol. 312, № 1511. P. 553-564. URL: https://royalsocietypublishing.org/doi/abs/10.1098/rspa.1969.0175 (дата обращения: 15.08.19).

59. Hassani Niaki, M. Experimental study on the mechanical and thermal properties of basalt fiber and nanoclay reinforced polymer concrete / M. Hassani Niaki, A. Fereidoon, M. Ghorbanzadeh Ahangari // Composite Structures. 2018. Vol. 191. P. 231-238.

60. Studies on viscoelastic, thermal and morphological properties of vinyl ester -mixed diluents system / J. Ranjan, R. Raja, P. Kuppusamy, S. Goswami // Archives of metallurgy and materials. 2017. Vol. 62, № 3. P. 1845-1850.

61. Orientation of macromolecules at the interface of polymer and fillers / V. A. Sarkisyan, M. G. Asratyan, A. A. Mkhitaryan [et al.] // Polymer science U.S.S.R. 1985. Vol. 27, Issue 6. P. 1494-1498.

62. Surface induced orientation and vertically layered morphology in thin films of poly(3-hexylthiophene) crystallized from the melt / J. Balko, G. Portale, R. Lohwasser [et al.] // Journal of materials research. 2017. Vol. 32, № 10. P. 19571968.

63. Polymer surfaces, interfaces and thin films / eds.: A. Karim, S. Kumar. Singapore : World Scientififc, 2010. 304 p.

64. Грищенко, А. Е. Ориентационный порядок в поверхностных слоях полимерных материалов / А. Е. Грищенко, А. Н. Черкасов // Успехи физических наук. 1997. Т. 167. № 3. С. 269-285.

65. Фридрихсберг, Д. А. Курс коллоидной химии : учебник / Д. А. Фридрихсберг. 4-е изд., испр. и доп. СПб. : Лань, 2010. 416 с.

66. Ребиндер, П. А. Избранные труды. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия / П. А. Ребиндер. М. : Наука, 1978. 368 с.

67. Бобрышев, А. Н. Физика и синергетика дисперснонеупорядоченных конденсированных композитных систем / А. Н. Бобрышев, В. Т. Ерофеев, В. Н. Козомазов. СПб. : Наука, 2012. 476 с.

68. Structure and properties of highly filled high-density polyethylene / F. H. J. Maurer, R. Kosfeld, T. Uhlenbroich, L. G. Bosveliev // 27th International Symposium on Macromolecules (France, Strasbourg, 6-9 July 1981). Strasbourg : Elsevier Science, 1981.

69. Chen, J. K. Size effect of particles on the damage dissipation in nanocomposites / J. K. Chen, Z. P. Huang, J. Zhu // Composites science and technology. 2007. Vol. 67, № 14. P. 2990-2996.

70. Williams, J. G. Particle toughening of polymers by plastic void growth / J. G. Williams // Composites science and technology. 2010. Vol. 70, № 6. P. 885-891.

71. Тарасов, В. А. Эрозионное изнашивание обрабатываемой поверхности при циклическом нагружении потоком абразивных частиц / В. А. Тарасов, А. Л. Галиновский, В. М. Елфимов // Вестник Московского государственного технического университета. Серия Машиностроение им. Н. Э. Баумана. 2008. Спец. вып. С. 163-174.

72. Gitman, I. M. Representative volume: Existence and size determination / I. M. Gitman, H. Askes, L. J. Sluys // Engineering fracture mechanics. 2007. Vol. 74, № 16. P. 2518-2534.

73. Hoang, T. Determination of the size of an RVE for nonlinear random composites / T. Hoang, M. Guerich, J. Yvonnet. Text : electronic // 3rd International conference on material modelling (Poland, Warsaw, Sept. 2003). P. 174. - URL: https://www.researchgate.net/publication/269093139_Determination_of_the_size _of_an_RVE_for_nonlinear_random_composites (дата обращения: 18. 03.2018).

74. Воробьев, В. А. Цифровое моделирование случайных упаковок сфер равных диаметров с малой плотностью заполнения / В. А. Воробьев, В. К. Кивран, И. Э. Наац. Текст : электронный // Известия Томского политехнического института им. С. М. Кирова. 1972. Т. 223. С. 28-31. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tsifrovoe-modelirovanie-sluchaynyh-upakovok-sfer-ravnyh-diametrov-s-maloy-plotnostyu-zapolneniya (дата обращения: 18.03.2018).

75. Nardin, M. Relationship between Work of Adhesion and Equilibrium Interatomic Distance at the Interface / M. Nardin, J. Schultz // Langmuir. 1996. Vol. 12, № 17. P. 4238-4242.

76. Проников, A. С. Надежность машин / А. С. Проников. М. : Машиностроение, 1978. 592 с. (Межиздательская серия «Надежность и качество»).

77. Решетов, Д. Н. Надежность машин : учеб. пособие для машиностр. спец. вузов / Д. Н. Решетов, А. С. Иванов, В. З. Фадеев ; под ред. Д. Н. Решетова. М. : Высш. шк., 1988. 238 с.

78. Zarraga, I. E. The characterization of the total stress of concentrated suspensions of noncolloidal spheres in Newtonian fluids / I. E. Zarraga, D. A. Hill, D. T. Leighton // Journal of rheology. 2000. Vol. 44. P. 185-220.

79. Singh, A. Experimental measurements of the normal stresses in sheared Stokesian suspensions / A. Singh, P. R. Nott // Journal of fluid mechanics. 2003. № 490. P. 293-320.

80. Kovar, J. Effect of polydispersity on the viscosity of a suspension of hard spheres / J. Kovar, I. Fortelny // Rheologica Acta. 1984. № 23. P. 454-456.

81. Zaman, A. A. Rheology of bidisperse aqueous silica suspensions: A new scaling method for the bidisperse viscosity / A. A. Zaman, B. M. Moudgil // Journal of rheology. 1998. Vol. 42. P. 21-39.

82. Shewan, H. M. Analytically predicting the viscosity of hard sphere suspensions from the particle size distribution / H. M. Shewan, J. R. Stokes // Journal of non-newtonian fluid mechanics. 2015. Vol. 222. P. 72-81.

83. Qi, F. Relative viscosity of bimodal suspensions / F. Qi, R. I. Tanner // Korea-Australia rheology journal. 2011. Vol. 23. P. 105-111.

84. Modelling the zero shear viscosity of bimodal high solid content latex: Calculation of the maximum packing fraction / M. Pishvaei, C. Graillat, P. Cassagnau, T. McKenna // Chemical engineering science. 2006. Vol. 61. P. 576-578.

85. Mwasame, P. M. Modeling the effects of polydispersity on the viscosity of noncolloidal hard sphere suspensions / P. M. Mwasame, N. J. Wagner, A. N. Beris // Journal of rheology. 2016. Vol. 60. P. 225-240.

86. Farris, R. J. Prediction of the viscosity of multimodal suspensions from monodisperse viscosity data / R. J. Farris // Transactions of the society of rheology. 1968. Vol. 12. P. 281-301.

87. Шалаев, В. А. Механическая обработка сварных соединений / В. А. Шалаев. М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. 88 с.

88. Бетковский, Ю. Я. Методы испытаний на усталость крупногабаритных конструкций с использованием резонансных режимов : специальность

01.02.06 «Динамика и прочность машин, приборов, аппаратуры» : дис. ... канд. техн. наук / Бетковский Юрий Яковлевич ; ОАО Гос. машиностроит. конструктор. бюро «Радуга» им. А. Я. Березняка. Дубна, 2007. 144 с.

89. Нотин, И. А. Проблемы конструкторско-технологического проектирования изделий машиностроения на основе дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов / И. А. Нотин // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2018. № 12. С. 10-19.

90. Нотин, И. А. Повышение эффективности подготовительного этапа изготовления деталей машин из дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов / И. А. Нотин // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2018. № 9. С. 3-8.

91. Нотин, И. А. Исследование адгезионных характеристик изолирующего покрытия на основе полиэфирной смолы марки 8952AFSZ / И. А. Нотин // Нанотехнологии: разработка, применение - XXI век. 2018. Т. 10. № 3. С. 45-49.

92. Notin, I. On the issue of predicting the strength characteristics of dispersed-hardened polymeric composite materials at the design stage of engineering products : Materials science forum / I. Notin. 2019. Vol. 951. P. 45-50.

93. Нотин, И. А. Влияние метода механической обработки на усталостную прочность деталей машиностроения из дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов / И. А. Нотин, И. А. Киселев, С. Н. Синавчиан // Наукоёмкие технологии в машиностроении. 2019. № 6. С. 12-16.

94. Нотин И. А., Ветрова Н. А. К вопросу выбора режима гидроабразивного резания дисперсно-упрочненных полимерных композиционных материалов. Материалы III Международной молодежной конференции «Новые подходы и технологии системного проектирования, производства, эксплуатации и промышленного дизайна изделий аэрокосмической техники». Москва / Отв. ред. А.Л. Галиновсикий. - М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. -256 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

П.1. Методика оценки демпфирующих характеристик

Для оценки демпфирующих характеристик при проектировании деталей машиностроения используют показатель логарифмического декремента затухания, который определяется на основе виброграммы как:

п а++1

где а1,а/+1 - амплитуда в начале и в конце интервала, состоящего из п циклов.

Методика определения демпфирующих характеристик материала заключается в импульсном возбуждении образца с последующей регистрацией его отклика в временной области, выявлении максимального тона в спектральном представлении сигнала и определении декремента затухания на максимальной резонансной частоте. На Рис. П.1 приведена схема испытания.

Рис. П. 1. Схема испытания

Образец помещается на поролоновую подложку, что исключает влияние на результаты способа крепления образца. После чего производится калибровка лазерного виброметра. На следующем этапе производится ударное воздействие на образец с использованием ударного молотка. Форма и амплитуда ударного импульса определяется экспериментально исходя из условия возбуждения минимального количества собственных резонансных частот образца. Сигнал от

лазерного виброметра регистрируется с использованием специализированного ПО, позволяющего получить АЧХ колебаний, а также программно произвести расчет логарифмического декремента затухания колебаний. Чертеж образца приведен на Рис. П. 2.

Рис. П. 2. Чертеж образца для оценки демпфирующих характеристик

В качестве виброметра использовался лазерный виброметр Ро^ес PDV-100 для бесконтактного измерения параметров вибрации методом лазерной доплеровской виброметрии (Рис. П. 3).

Рис. П. 3. Испытательный стенд

Для возбуждения колебаний использовался импульсный молоток Kistler 9724А5000 с подбираемыми в процессе эксперимента резиновыми насадками. Сигналы с виброметра и молотка поступают на аналогово-цифровой преобразователь виброанализатора Dataphysics 901, который в свою очередь подключается к ПК со специализированным ПО, осуществляющим регистрацию сигнала.

На Рис. П. 4 представлены пример отклика образца на единичный удар во временной и спектральной областях, а также зависимость коэффициента модального демпфирования (КМД) от частоты.

Рис. П. 4. Пример отклика образца во временной области