CC BY
2
A study has been conducted covering the internal ballistic solution of a 7.62 mm barrel shot. A three-dimensional analysis of the transient heat transfer process and stresses (thermal/mechanical) was carried out using the theory of thermo-mechanical coupling. The ANSYSprogram was used to simulate the temperature distribution in the radial and axial directions of the barrel. The radial temperature distribution over the thickness of the cylinder wall was confirmed by temperature readings taken on the outer surface of the cylinder using the FLIR thermal imager, which is a new and highly accurate method compared to the most widely used measurement methods using thermocouples. Pressure and temperature data along the barrel were used in stress analysis to obtain radial, circumferential, and axial stresses.
Key words: internal ballistics, transient heat transfer, stress analysis, thermomechanical analysis, barrel.
Gromov Alexey Alexandrovich, course officer - teacher (applicant), [email protected], Russia, Penza, Branch of the VA MTO (Penza),
Vorotilin Mikhail Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, vice-rector of TulSU, Russia, Tula, Tula State
University,
Cheburkov Yuri Viktorovich, senior lecturer, chebyrkov@gmail. com, Russia, Penza, Branch of the VA MTO
(Penza),
Pavlyuchenko Alina Nikolaevna, junior researcher, [email protected], Russia, Moscow, 27 Central Research Institute of the Ministry of Defense of the Russian Federation,
Ishkov Anton Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, asihkov@mail. ru, Russia, Penza, Penza State
University
УДК 65.07 67.03
Б01: 10.24412/2071 -6168-2024-2-434-435
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ МАТРИЧНЫХ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЫХ ЛАКОКРАСОЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ
В.Б. Масягин, С.Б. Скобелев, Д.А. Ерофеев, Е.А. Ерофеев
В статье представлена технология получения трех видов матричных композитных материалов на основе плёнкообразующих лакокрасочных покрытий, относящихся по своему внутреннему составу к полимерным композициям, которые при конечном получении являются полимерными композитным материалам (ПКМ). Приведены результаты статических испытаний на предмет пластической деформации полученных материалов: сжатие, растяжение, а также результаты измерений твердости по Шору, измерение низкомодульных полимеров, методом отскока. Полученные материалы не меняют своих механических свойств под воздействием окружающих факторов, таких как температурная среда и относительная влажность воздуха.
Ключевые слова: композитные материалы, армирование стекловолокном, лакокрасочные покрытия, полимерная матрица, испытания на разрыв, твердость по Шору.
В настоящее время композитные материалы различных видов широко используются наряду с традиционно применяемыми конструкционными материалами в виде различных металлов и их сплавов. Так как состав композитных материалов многообразен, то их возможная область применения гораздо шире по сравнению с металлами. На данный момент во всём мире использование композитных материалов различных видов и групп, значительно расширяется, как в отраслях машиностроения, так и в других областях. При этом повышается качество изделий с использованием композитных материалов, а также продлеваются сроки эксплуатации [1].
Композитные материалы по своему составу формируются методом сочетания исходных материалов или фонового материала (матрица), а также из материалов, являющихся дополнительным наполнением в виде армирующего состава. В результате чего, к таким материалам предъявляются определённые требования при их эксплуатации, к которым относят обладание не просто необходимыми рядовыми свойствами, а свойствами, определяющими материал с повышенными характеристиками - сверх свойствами. Повышенная твёрдость, прочность (по отношению со стандартной, заданной твердостью и прочностью) до критериев сверх твёрдости и сверх прочности, а также высокая гибкость и стойкость характерны для подобных материалов. При этом значительно повышается эксплуатационный ресурс при их использовании [2]. В настоящее время применение таких материалов нашло себя практически во всех отраслях - как в бытовом применении, так и в промышленности: машиностроительном производстве, авто- судостроении, аэрокосмической, нефтяной, химической, деревообрабатывающей, энергетической, медицинской отраслях [3].
Одними из видов композитных материалов являются композитные материалы с неметаллической матрицей. В подобных материалах матрица может состоять из полимеров или их составляющих, из керамической основы, а также виде различных углеродных материалов (материал твёрдой консистенции с графитоподобной структурой) [4].
К полимерным композитным материалам, относят те «композиты», неотъемлемой составляющей частью которых является полимер, как в виде фонового материала (рис .1, а), так и в виде армирующего наполнения (рис .1, б), в частности волокон или различных частиц, независимо от своего состояния и свойств (твёрдое, пластичное, кристаллическое, органическое виде стекла).
а б
Рис. 1. Композитные материалы на основе полимеров: а - полимер в виде фонового материала; б - полимер в виде армирующего наполнения
Одним из преимуществ полимерных композитных материалов является то, что при их изготовлении, можно заранее регулировать необходимые эксплуатационные свойства. При подборе армирующего наполнителя, в частности волокон, допускается комбинация органики с углеродными компонентами, борное волокно в смеси со стеклянными волокнами, что, в первую очередь, повышает упругость и прочность. В качестве фонового материала матрицы практически во всех ПКМ, используется различные эпоксидные, полиамидные и формальдегидные смолы с применением отвердителя, являясь при этом в своем объемном сочетании составом двухкомпонентным [5].
Целью представленного исследования является разработка технологии получения трех видов матричных композитных материалов:
1. Материал без армирования.
2. Материал, армированный древесным наполнителем.
3. Материал, армированный полимерным наполнителем - стекловолокном.
Также необходимо провести анализ физико-механических свойств фонового составляющего - матрицы, как основного материала.
Исследуемые материалы, в частности, матрица (рис.1, а), представляют собой многокомпонентную композицию исходных компонентов, то есть сочетание нитроцеллюлозных, полиуретановых и нитро уретановых составляющих.
Исследуемый композитный материал, изготавливался методом искусственного выращивания путём последовательного нанесения (наращивания) слоёв данных компонентов в виде грунтов, лаков и нитроцеллюлозных материалов (рис. 1, а). Применение данных компонентов объясняется тем, что они способны противостоять разрушительному действию химически активных веществ, устойчивы к воздействию различных масляных и жировых соединений, кислот, растворов щелочей, солей, а также в готовом виде материал (покрытие) способен сопротивляться при прямом контакте с органическими растворителями, материал коррозионностойкий и устойчив к абразивному износу [6]. Компоненты уретановых групп, не склонны к влиянию на них ультрафиолетового воздействия, что является одним из основных положительных факторов при их использовании, а также обладают высокой скоростью физического высыхания.
Для получения исследуемых композитных материалов использовались следующие «плёнкообразующие»
покрытия:
1. Полиуретановые (ПУ) тиксотропные материалы - универсальные грунты с различной цветовой гаммой. Основа преимущественно светлого оттенка. При поверхностном наложении материал обладает высокими адгезионными свойствами:
- повышенная высыхаемость;
- незначительная усадка поверхностного слоя;
- сухой остаток 45 - 70%;
- метод нанесения- распыление;
Рецептура: Основа 100%. Отвердитель С20-40%, С23-50%, С30-50%, С80-50%. Разбавитель S50 - 20-40%.
2. Полиуретановые колорированные эмали, которые после нанесения материала на поверхность обладают следующими свойствами:
- высокая укрывистая способность;
- повышенные адгезионные свойства;
- повышенная высыхаемость;
- сухой остаток 60 - 65%;
- метод нанесения- распыление.
Рецептура: Основа 100%. Отвердитель С20-50%, (эмаль матовая), С200 - 50-100%, (эмаль глянцевая). Разбавитель S50 - 20-30% (эмаль матовая), S80,100 - 30-40% (эмаль глянцевая).
3. Полиуретановые (ПУ) и нитроуретановые (НУ) лаки - прозрачные, колорированные. Такое покрытие применяется при нанесении на поверхность, находящуюся под определёнными углами. Обладают следующими свойствами:
- тиксотропия - способность изменять вязкость при нанесении;
- повышенная высыхаемость;
- значительная укрывистость, растекание;
- повышенная адгезия;
- межслойное прилипание;
- химико-физическая устойчивость по отношению к внешнему воздействию на покрытие;
- сухой остаток 37 - 43%;
- метод нанесения - распыление.
Рецептура: Основа 100%. Отвердитель С20,80 - 50%, (лак/грунт), С60 - 50%, (лак для столешниц), С20,50 - 50%, (лак тиксотропный). Разбавитель S50,80 - 20-30% (для всех видов лака) [7].
Получение опытных образцов осуществлялось путем послойного наложения лакокрасочных покрытий методом распыления. Для этого были изготовлены формовочные ванны длиной 850 мм, шириной 70 мм, высотой 60 мм (рис. 2, а).
Наполнение форм производилось следующим образом: смесь плёнкообразующего материала жидкой консистенции подавалась из распределителя в прибор для окрашивания (краскопульт), и под воздействием высокого давления сжатого воздуха из отверстия воздушной головки (сопла) смесь выходила с большой скоростью. В результате лакокрасочный материал разбивался на мелкие частицы в виде капель, образуя при этом окрасочный факел, движущийся по направлению к окрашиваемой поверхности.
В результате равномерного распыления и укрывистой способности, лакокрасочный материал под собственным весом и высоким давлением сжатого воздуха оседал на поверхности формовочного лотка, образуя при этом многослойное плёночное покрытие (рис. 2, б). Лакокрасочный материал, послойно накладывался в лоток, толщина слоя составляла от 30 до 200 мкм (0,030 - 0,2мм) и выше, в зависимости от вязкости и рецептурной схемы используемого материала. После каждого последующего наложенного слоя производилась сушка естественным способом от 1 до 3 часов в продуваемой камере при температуре от 15 до 25°С.
а б
Рис. 2. Получение опытных образцов: а - формовочные ванны; б - наполнение форм
Для снижения времени сушки и температуры в лакокрасочной камере, где происходит последующие отверждение, в рецептурную схему акрилового лака были внесены следующие изменения:
1. замена компонента «С20» отвердителя на более агрессивный отвердитель <^СМ072» (для ускоренной сушки), что позволило при температуре в 3°С, сократить время на отлип до 30 минут.
2. замена компонента S30 (разбавитель), на S80 сократили время сушки на 20 минут.
С помощью такой схемы получаем покрытие с низким сухим остатком, но с повышенной твердостью и с высокой адгезией.
Чередование лакокрасочных материалов, происходило спонтанным методом, не придерживаясь никаких условий и ограничений, используя при
этом всю возможную палитру цветов и оттенков лакокрасочного материала. В процессе наложения материала для улучшения межслойной адгезии перед нанесением нового слоя материала предыдущий слой подвергался зачистке (шлифованию), независимо от вида, цвета и толщины наносимого слоя.
Армирование древесным материалом в виде стержней (рис. 3) осуществлялось следующим образом: армирующий наполнитель, укладывался в предварительно заполненную форму лакокрасочным материалом на глубину от 10 мм на одинаково равном расстоянии друг от друга. Затем происходил процесс заполнения методом распыления соответствующих компонентов. Заполнение происходило до полного поглощения армирующих элементов и выравнивания покрытия, фонового материала.
Рис. 3. Образец, армированный древесным материалом
Армирование стекловолокном (полимерной сеткой) идентично предыдущему методу, с той разницей, что полимерная сетка укладывалась лентами определённой длины с целью улучшения качества проникновения фонового материала матрицы, создавая общий монолит. Расположение наполнителя периодически изменялось в продольном и поперечном направлениях до полного заполнения предыдущего слоя полимерной сетки.
На рис. 4 показан способ укладки армирующего материала на свеженанесённую поверхность. Акриловый материал наносится на заранее за матированную поверхность, причем слой материала может достигать до 5мм в толщину. После укладки материала допускается неполная сушка и повторение процедуры в два-три этапа, после чего следует окончательная сушка.
После заполнения формы и сушки полученные образцы извлекались с помощью распила на форматно-раскроечном станке модели TECNOMAX 315ШБ.
Полученные материалы представляют собой цельную (сплошную) монолитную конструкцию, не имеющею поверхностных дефектов, влияющих на внутреннюю структуру материала (трещины, усадочные раковины, разрывы).
Рис. 4. Образец, армированный полимерной сеткой
Конструкция представляет неразъёмное, армированное послойное соединение (сочетание) лакокрасочных компонентов, с периодичным чередованием, создавая при этом определённую цветовую гамму. В ходе визуального осмотра установлено, что структура представленных образцов материалов не зависит ни от относительной влажности воздуха, ни от температурного режима. Полученные материалы не меняют своих механических свойств под воздействием окружающих факторов, таких как температурная среда и относительная влажность воздуха (рис. 5).
Рис. 5. Полученные образцы материалов
Поскольку в состав образцов входят нитроцеллюлозные, полиуретановые и нитро уретановых составляющие, т.е. они представляют собой многокомпонентную структуру на основе полимеров, то их можно представить, как материалы на основе полимерной матрицы [8].
В исследовании проводилось определение твердости полученных образцов по Шору. Твердость по Шору определяется для низкомодульных материалов, отвечающих определённым свойствам. В частности, твёрдостью по Шору измеряются полимеры, пластмассы повышенной твердости, мягкие пластмассы, эластомеры, каучуки, резина, силиконовые изделия ПВХ и другие материалы, относящиеся к ПКМ.
Измерения твёрдости полученных материалов проводились портативным твердомером по Шору с ручным нагружением на корпус прибора. Условия проведения измерений соответствовали ГОСТ 12423 (ISO 291): измерения проводились при температурном диапазоне 21°С - 25°С, и предварительной выдержке прибора до 1 часа, относительной влажности воздуха 50%, а также при полном высыхании материала, соблюдая при этом всё необходимые условия и требования. Исследуемые образцы извлекались из формы после полного высыхания (время сушки составляло от 48 до 72 часов). Измерения проводились по шести различным точкам на поверхности материала (рис. 6, а - е).
Поверхности в местах контакта образцов с дюрометром для обеспечения точности снимаемых показаний должны быть ровными и гладкими. Толщина материала в зоне проведения измерений составляла 50 мм при неразъёмной послойной структуре, из чего следует, что исследуемый материал являлся цельным, монолитным образцом.
Расстояние между ближайшими точками измерения (контакта) должно быть не менее 6 мм друг от друга, для пористых материалов не менее 15 мм. Соответственно расстояние от края поверхности испытуемого образца то точки контакта должно быть не менее 12 мм.
Анализ результатов измерений:
Точки 1 и 4 (рис. 6, а, г) - Показания: А/15:97. Характеризуются как материал высокой твёрдости.
Точки 3, 5, 6. (рис. 6, в, д, е) - Показания: А/15:98. Также характеризуются как материал высокой твёрдости. Высокая твердость достигается в виду полного отсутствия внутренних дефектов, таких как воздушные поры.
Точка 2. (рис. 6, б) - Показания: А/15:100. Характеризуется как материал повышенной твёрдости, достигая при этом предельные значения.
г д е
Рис. 6. Определение твердости образцов по Шору: а - е - участки для измерений на поверхности образцов
Таким образом, можно сделать вывод, что полученные материалы обладают достаточно высокой твёрдостью среди таких материалов как полимеры, пластмассы. Для примера следует отметить, что твердость эбонита -А/100, твёрдых колёс скейтборда - А/98, мягких колёс скейтборда - А/75.
Затем проводились измерения процентного содержания влаги в образце с помощью игольчатого портативного влагомера «Gann Hydromette Compact». Проведённые измерения показали процентное содержание влажности в измеряемом образце в пределах 0,2%, что является допустимым. По мере дальнейшего полного высыхания (отстаивания) материала, процентное содержания влаги сводится к минимуму, до нулевого предела.
Также были проведены испытания на разрыв (растяжение), для чего использовалась машина разрывная «ЗИМ» Р-20. Для испытания на разрыв были изготовлены три образца, размеры которых максимально приближены к требуемым стандартам. Образцы, закреплялись поочерёдно в разрывную машину с соблюдением всех технических требований так, чтобы прикладываемая растягивающая нагрузка по вектору совпадала с осью испытуемых образцов. Растяжение материала происходило с одной постоянной скоростью до полного разрыва, скорость нагружения составляла 10 мм/мин, цена деления прибора разрывной машины 50 Н (шкала А). Общая приложенная растягивающая нагрузка на материалы до их разрушения, составила в пределах от 1800 до 2300 Н.
Рис. 7. Результаты испытаний образцов на сжатие
Получены следующие результаты:
Материал №1. Композитный материал на основе полиуретановых составляющих (грунтов): разрыв материала произошел при нагрузке 1800 Н.
Материал №2. Композитный материал с промежуточной межслойной связкой: разрыв материала произошел при нагрузке 1950 Н.
Материал №3. Армированный композитный материал, разрыв материала произошел при нагрузке
2300 Н.
Из чего следует, что полученные композитные материалы по техническим показателям относятся к группе эластичных соединений, и обладают повышенной гибкостью и пластичностью.
Далее были проведены испытания материалов на сжатие. Были подготовлены образцы для испытаний размерами 250х100х45 мм. Испытания проводились с помощью пресса холодного прессования электровинтового, применяемом в машиностроительном производстве, с номинальным усилием от 250 кН.
Испытуемые образцы поочерёдно устанавливались на нижнюю опорную плиту пресса так, чтобы продольные и поперечные оси материала и плиты оказались со направлены, а вертикальная ось материала совпадала с осью гидравлического хода верхней плиты пресса (ход нагрузки), в общем виде относительно по центру плит. Процесс сдавливания проходил до полного контакта поверхностей плит с испытуемым материалом, до максимального предела сдавливания. Время испытаний от 1 до 5 минут, с периодическим ослаблением и дальнейшем сдавливанием. Было проведено 5 испытаний с увеличением силы сжатия (рис. 7). Степень разрушения определялась в процентном соотношении.
В ходе испытаний установлено, что при максимальной гидравлической нагрузке в 80 кН произошло полное разрушение матричного композитного материала на основе полиуретановых составляющих, на 80% разрушился композитный материал с промежуточной межслойной связкой и на 60% армированный композитный материал.
Выводы и заключения:
1. Получены три вида матричных композитных материалов на основе лакокрасочных составляющих - без армирования, армированием древесным материалов и армированием полимерным стекловолокном. Полученные материалы не меняют своих механических свойств под воздействием окружающих факторов, таких как температурная среда и относительная влажность воздуха.
2. При испытаниях на разрыв, все три вида композиционных материалов показали практически одинаковые показатели (1800 - 2300 Н). При разрыве составляющих материала адгезионная способность сцепки одинакова, как у эластичного, так и у жёсткого соединения. Таким образом, изготовленный «композит» является твёрдым, монолитным материалом, и способен выдерживать определённые нагрузки.
3. В ходе испытаний на сжатие установлено, что композиционные материалы способны к сопротивлению, сохраняя полученный материал в первоначальном виде без механических повреждений. В процессе сдавливания при нагрузке в 80 кН композиционные материалы подверглись разрушению, что привело к деформации исследуемых образцов.
4. Полученные композитные материалы имеют твердость по Шору А/15: 97 и А/15:99, что сравнимо с твердостью эбонита.
Список литературы
1. Цечоева А.Х. Использование полимерных композитных материалов в Машиностроении / А.Х. Цечоева // ФГБОУ ВО «Ингушский государственный университет» г. Назрань. Перспективы науки. №4 (103). 2018. С. 83.
2. Рогов В.А. Классификация композиционных материалов и их роль / В.А. Рогов, М.И. Шкарупа, А.К. Велис // Вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2012, № 2. С. 41.
3. Токменинов К.А. Перспективы освоения полимерных композиционных материалов в республике Беларусь / К.А. Токменинов // Вестник Белорусско-Российского университета. 2018. № 2(59) С. 65-72. [Электронный ресурс] - Режим доступа:Ц^: https://www.elibrary.ru 34989632_62841164.pdf (дата обращения 25.09.2023)
4. Фридляндер И.Н. Композиционные материалы с металлической матрицей / И.Н. Фридляндер, К.И. Портной, В.Ф. Строганова, С.Е. Салибеков, В.М. Чубаров // «ВИАМ» Всероссийский институт авиационных материалов. «Авиационная промышленность» №5 1984г. С. 55-57. [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL: https://viam.ru/public (дата обращения 25.09.2023).
5. Токменинов К.А. Эффективность освоения полимерных композиционных материалов в промышленности / К.А. Токменинов // Российский экономический вестник 2018, Том 1, №3 С. 12-17. [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL: https://www.elibrary.ru 37006475_33151986.pdf (дата обращения 25.09.2023).
6. Рональд В. Фьюст. Уретановые эластомеры: химия и морфология, методы формирования / Рональд В. Фьюст // Статья в журнале «Технологии» Технология резины: Рецептуростроение и испытания» Издательство «НОТ» Апрель 2011. [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL: https://plastinfo.ru/information/articles/342/ (дата обращения 25.09.2023).
7. Инфрахим. Лакокрасочные покрытия и их применение. [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL: https://www.infrahim.ru/sprav/spravochnik/main/chto_takoe_lakokrasochnyy_material/ (дата обращения 25.09.2023).
8. Михайлин Ю.А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. - СПб: Научные основы и технологии, 2008 - 822 с
Масягин Василий Борисович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Роcсия, Омск, Омский государственный технический университет,
Скобелев Станислав Борисович, канд. техн. наук, доцент, skobelew@rambler. ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет,
Ерофеев Евгений Александрович, аспирант, ewgen [email protected], Россия, Омск, Омский государственный технический университет,
Ерофеев Денис Александрович, аспирант, denis.erofeev. [email protected], Россия, Омск, Омский государственный технический университет
RESEARCH OF THE PROPERTIES OF MATRIX COMPOSITE MATERIALS BASED ON POLYMER PAINT
COMPONENTS
V.B. Masyagin, S.B. Skobelev, D.A. Erofeev, E.A. Erofeev
The article presents the technology for producing three types of matrix composite materials based on film-forming paint and varnish coatings, which in their internal composition belong to polymer compositions, which in the final production are polymer composite materials (PCM). The results of static tests for plastic deformation of the resulting materials are presented: compression, tension, as well as the results of Shore hardness measurements, measurement of low-modulus polymers, using the rebound method. The resulting materials do not change their mechanical properties under the influence of environmental factors, such as the temperature environment and relative air humidity.
Key words: composite materials, glass fiber reinforcement, paint and varnish coatings, polymer matrix, tensile testing, Shore hardness.
Masyagin Vasiliy Borisovich, candidate of technical sciences, docent, masaginvb@mail. ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University,
Skobelev Stanislav Borisovich, candidate of technical sciences, docent, skobelew@rambler. ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University,
Erofeev Denis Alexandrovich, postgraduate, [email protected], Russia, Omsk, Omsk State Technical
University,
Erofeev Yevgeniy Alexandrovich, postgraduate, _ewgen_77@mail. ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical
University УДК 678.5
DOI: 10.24412/2071 -6168-2024-2-440-441 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ КОЛЕСНЫХ ОПОР
О.В. Сулина, И.К. Устинов
В работе представлен расчет и анализ литниковых систем для изготовления типовой детали «Колесо». Были спроектированы два оптимальных варианта литниковых систем и мест впуска расплава. Анализ технологических процессов выполнялся в системе AutodeskMoldflow Adviser. По электронной геометрической модели детали были построены поверхностные сетки конечных элементов с использованием метода 2,5D (Dual-Domain) для литниковых систем и систем охлаждения. На основании исходных данных смоделированы все стадии технологического процесса литья. Выполнен анализ факторов, влияющих непосредственно на качества изделия: время заливки формы, температуры расплава и прогностический анализ дефектов отливки. По моделям определены оптимальные технологические параметры процесса литья. На базе спроектированной литниковой системы с торцевым вариантом заливки туннельными литниками была спроектирована и изготовлена пресс-форма для литья под давлением, промышленный образец прошел испытания. В результате исследования сделан вывод о том, что теоретические исследования на основе моделирования процесса литья в системе Autodesk Moldflow Adviser с высокой точностью могут спрогнозировать достоверность теоретических исследований процессов литья под давлением термопластов.
Ключевые слова: литье пластмасс под давлением, Autodesk Moldflow Adviser, сетка Dual Domain, точка впрыска, литниковая система, центральный литниковый канал, разводящий канал, впускной канал.
Проектирование литниковой системы является начальным этапом разработки прессформы для литья под давлением изделий из пластмасс. На данном этапе решаются важные проектно-конструкторские задачи: определение местности формы, расчет и конструирование параметров литниковой системы и системы охлаждения, проектирование вентиляционных каналов. Конструкция литниковой системы влияет на производительность процесса, качество изделия и экономию материала. Выбор оптимального места впуска при литье под давлением является основополагающим для обеспечения технико-экономических показателей производственного процесса.
Проектирование литниковой системы основано на анализе «поведения» полимерного материала при заполнении, уплотнении и охлаждении областей изделия, оценки влияния усадки, коробления, остаточных напряжений и др. свойств [1]. Такие задачи возможно решить методом оптимизации на основе моделирования процесса литья терм-попластов в CAE-системах.
В работе представлен расчет и анализ литниковых систем для изготовления детали «Колесо». Чертеж и электронная геометрическая модель детали представлены на рисунке 1.
«Колесо» является деталью опоры качения для корпусной мебели бытового назначения. Деталь должна обладать высокой прочностью, жесткостью и износостойкостью. Колесные опоры должны обеспечить плавность хода мебели и бесшумность при эксплуатации. Согласно ГОСТ 16371-2014 [2] долговечность опор качения определяется циклами прокатывания: 2500 циклов при длине хода 500 ± 50 мм.
Для изготовления детали «Колесо» был выбран полипропилен (гомополимер) M0PLENHP501N. Материал был подобран исходя из требований к свойствам материала, обеспечивающим работоспособность изделия. M0PLENHP501N относится к полипропиленам общего назначения, обладает хорошей текучестью в сочетании с высокой жесткостью. Показатель текучести расплава составляет 10г/10мин, плотность материала 900кг/м3, модуль упругости при растяжении - 1550МПа [3].
