Диссертация (1024729), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Колесо выполняется монолитным полнообъемным из пластика.Поверхности щелевых уплотнений колеса перед сборкой дополнительнообрабатываются на токарном станке для получения требуемых значенийцилиндричности.В качестве опор вала используются радиальные подшипники.При монтаже в составе стенда макет насоса устанавливается наспециальные опоры, а патрубки макета подсоединяются к трубопроводамстенда при помощи виброкомпенсаторов, чтобы разгрузить их от избыточныхнагрузок со стороны трубопроводов, возникающих при монтаже.В целом, рассматривая приведенную в качестве примера конструкциюмакета насоса КВС, можно отметить, что она выполнена на основе самыхсовременных на данный момент технологий (непосредственное изготовлениепроточной части по 3D моделям с помощью 3D принтера), отличаетсяотносительно малым весом (металлический корпус насоса аналогичныхразмеров весил бы, как минимум, в 3 раза больше), высокой точностьюизготовления 3D геометрии и относительно низкой стоимостью.Существуетнесколькоклассовпринтеровтрехмернойпечати,различающихся способами получения и материалами модели:Металлические модели (получение путем спекания лазеромметаллического порошка);104Гипсовые модели;Пластмассовыемодели(получениепутемплавленияикристаллизации пластмасс);Пластиковые модели (получение путем полимеризации смол поддействием ультрафиолета).Металлические модели имеют большую себестоимость из-за высокойстоимости создающих их аппаратов и материалов.
Гипсовые модели имеютдостаточно низкую себестоимость, но непригодны при использовании их вусловиях с большой влажностью или непосредственно в жидкости.Пластмассовые модели, получаемые при помощи термического формования,имеют ограничение по минимальной толщине стенки детали, из-за чего ихсложно использовать для создания тонких оболочек.На основе рассмотрения изложенных вариантов, было принято решениеиспользовать способ получения моделей из фотополимера. Себестоимостьполучаемого изделия ниже аналогичного, полученного при помощи спеканияметаллического порошка. Материал можно использовать в условиях большойвлажности воздуха.
Минимальная толщина стенок модели менее 0,1 мм.В процессе создания моделей насосов на 3D принтере было необходиморешить ряд возникших вопросов.Создавать корпус насоса целиком из фотополимера достаточно дорого идолго. К тому же неукрепленный полимер не способен выдерживать нагрузки,возникающие в элементах конструкции при работе насоса. Поэтому былорешено изготавливать на принтере тонкую оболочку, повторяющую по формерасчетную геометрию, в соответствии с имеющейся 3D моделью и служащуюкакбыопалубкой(Рисунок 4.4).дляпоследующегоформованиястеклопластика105Рисунок 4.4. Оболочка, построенная на основе проточной частиТолщина оболочки составляет от 2,0 до 2,5 мм.Максимальный размер, создаваемой в принтере модели, ограничен.Поэтому сделать всю оболочку за один раз не представляется возможным. ЕесредствамиCAD-системыразрезалина частиподходящего(Рисунок 4.5).Рисунок 4.5.
Напечатанная составная оболочкаразмера106Для обеспечения однозначной стыковки элементов создавались секущиеповерхности специального профиля. Рассечение начинается с центральнойчасти насоса, с той целью, чтобы разъем не проходил через цилиндрическиеповерхности, являющиеся центрующими при сборке.Составные элементы должны быть такой конфигурации, при которойобеспечиваетсяминимальныйрасходосновногоивспомогательногоматериалов. Этого можно достичь, ориентировав как можно большеповерхностей элемента вертикально.После этого элементы, созданные в CAD-системе, записываются в файлформата .STL и передаются для печати на 3D принтер.Учитывая общее количество элементов и время печати 3D принтера,общее время создания оболочки насоса составляет ориентировочно 2-4недели.Рассмотрев качество полученных моделей, шероховатость поверхностии время создания, приняв во внимание специфику задачи, можно сделатьвывод, что построение проточных частей на 3D принтере из фотополимераявляется наиболее подходящим способом в данном случае.Поскольку оболочечные модели, изготовленные на 3D принтере,позволяют очень точно выдержать форму проточной части макета, но необладают необходимой механической прочностью в условиях нагруженностивнутренним давлением и иными внешними нагрузками в процессе испытаний,их необходимо усилить композитными материалами.Композитные материалы завоевали свою популярность, несмотря навысокую стоимость, в отраслях, где механические свойства должнысочетаться с низким весом и возможностью выдерживать высокие нагрузки.Наиболее часто упоминаются авиакосмические компоненты (хвосты, крылья,фюзеляж, пропеллеры), корпуса и весла судов, кузова автомобилей,107велосипедные рамы, удилища.
Крылья и фюзеляж нового Боинга 787Dreamliner более чем на 50 % выполнены из композитных материалов.Композитный материал, также называемый композиционный материалили композит - это искусственно созданный неоднородный сплошнойматериал, состоящий из двух или более компонентов, различных пофизическим и химическим свойствам, которые остаются раздельными намакроскопическом уровне в финишной структуре.Механическое поведение композита определяется соотношениемсвойств армирующих элементов и матрицы, а также прочностью связи междуними. Эффективность и работоспособность материала зависят от правильноговыбора исходных компонентов и технологии их совмещения, призваннойобеспечить прочную связь между компонентами при сохранении ихпервоначальных характеристик.В состав композитного материала входит две категории элементов:матрица и армирующее вещество.
Здесь надо отметить, что слово «матрица»приобрело несколько искаженное значение. Им часто называют оснастку илиформу, по которой создается изделие. Далее слово «матрица» употребляетсятолько в значении связующего вещества в композитном материале.Материал матрицы окружает и фиксирует армирующий материал,придает изделию форму. Армирующее вещество передает изделию своимеханические и физические свойства, и, таким образом, усиливает свойстваматрицы. Такая взаимосвязь позволяет создать более совершенный материалс набором свойств, недоступным каждому из входящих в его составматериалов в отдельности. Широкая гамма армирующих и матричныхматериалов дает возможность создавать материал с теми свойствами, которыесоответствуют назначению изделия.Для того, чтобы придать форму композитному материалу используетсяоснастка.Матричныйматериалукладываетсявоснасткувместес108армирующим материалом.
Затем матрица застывает, тем самым создаваяформу изделия. В зависимости от того, что за материал используется вкачестве матрицы, этот процесс называют химической полимеризацией илисхватыванием.Термин «композитный материал» наиболее часто применяется вотношении композитов на основе полимерных матриц или смолы.
Полимерыочень разнообразны (эпоксидные, полиэфирные, винилэфирные, фенольные,полипропиленовые и пр.).В качестве армирующих веществ наиболеераспространены волокна и сыпучие вещества. Большое влияние на свойствакомпозитного материала оказывает итоговое соотношение матрицы иармирующих волокон. Чем меньше в изделии смолы, тем прочнее изделие.Совершенствование технологии в области формования направлено надостижение идеальных пропорций компонентов в материале.В процессе производства, называемым формованием, составляющиеизделия, армирующее вещество и матрица, объединяются, и ему придаетсяформа.
Форма детали неизменна, за исключением случаев разрушающихвоздействий. Для термореактивных полимерных матричных материаловпроцесс формования заключается в химической реакции отверждения. Длятермопластичных полимерных матриц процесс формования заключается взастыванииизрасплавленногосостояния.Какправило,процессосуществляется при комнатной температуре и нормальном давлении.В настоящее время для изготовления стеклопластиковых продуктовиспользуются следующие технологии: ручное формование, напыление, методRTM (инжекция), инфузия, намотка, пултрузия, SMC и BMC, прямоепрессование и автоклавное формование. Как было отмечено выше, самымпростым, с точки зрения технологии, а также самым недорогим в организацииявляется ручное формование, поэтому оно идеально подходит дляпроизводства штучных изделий и небольших партий. Несколько сложнеетехнология напыления, поскольку она требует использования специальных109распылительных пистолетов.
Для других методов необходимо использованиеособых материалов и оборудования, что обуславливает их большую стоимостьи более высокую сложность.Ручное или контактное формование, как самый распространенный идешевый метод создания ламината, имеет ряд особенностей, на которыенеобходимо обратить внимание при его использовании:Необходимо обеспечить отвод избытков смолы, так как большоеколичество смолы в изделии, приводит к его хрупкости;веществаДостижение идеальных пропорций матричного и армирующегопредставляетбольшуюсложность,чтотребуетвысокойквалификации персонала;Возможно образование неравномерной толщины ламината ивоздушных ловушек внутри.Несоблюдение вышеописанных условий приводит к тому, что изделиестановится хрупким, непрочным, тяжелым, не способным выдерживатьмеханические нагрузки.
Воздушные ловушки внутри ламината со временемначинают разрушать его изнутри. Более совершенные технологии формованияустраняют частично или полностью недостатки ручного формования.Одним из методов контактного формования является аппликация(обтяжка). Применяется она в случае армирования изделия, не являющегосяоснасткой.Тоестьнанесениеармирующеговолокнапроисходитнепосредственно на модель без возможности его отделения от модели.
Передобтяжкой деталь необходимо зашкурить и обезжирить, возможно, сбитьвнешние острые углы и скруглить острые внутренние углы. Армирующийматериал приклеивается к детали эпоксидной смолой.В качестве армирующего материала при создании макета была выбранастеклоткань. Стеклоткань - самый распространенный тип армирующего110волокна. Стеклоткани производятся из ровинга (собранные без скручиванияпараллельные стекловолокна) или непосредственно из стеклонитей из стеклаЕ-типа. В основном ткани производится с равномерным количеством нитей, атакже в виде однонаправленных тканей и лент (Рисунок 4.6). Совместимы сполиэфирными, винилэфирными, эпоксидными смолами.Рисунок 4.6. Структура биаксиальной тканиМатериалы и их оптимальные пропорции смешивания для созданияматрицы были выбраны исходя из проведенных нагрузочных испытаний, прикоторых испытывались образцы, полученные в результате различныхпропорций смешивания базовой смолы пластификатора и отвердителя.В результате обклейки стеклопластиком испечённых на 3D принтеремоделей проточных частей получаются две половины корпуса модельногонасоса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
