CC BY
44
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070_
конференции аспирантов, магистрантов и молодых ученых с международным участием. Ижевск : ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2016. С. 44-50. URL: http://sconf.istu.ru/docs/sbornik_2016.pdf (дата обращения 20.04.2016).
2. Гуляев А. П., Щербинина Э. М., Жегин Г. А., Кулакова Э. А., Михайлова В. В., Шефтель Н. И., Королева Ю. И. Металловедение. 5-е изд. переработанное. М. : Металлургия, 1977. 648 с.
3. Химушин Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы. 2-е изд. переработанное. М. : Металлургия, 1969. 749 с.
4. Гольштейн М. И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. Специальные стали. М. : Металлургия, 1985. 408 с.
5. Ульянин Е. А. Коррозионностойкие стали и сплавы. 2-е изд. переработанное и дополненное. Справочник. М. : Металлургия, 1991. 256 с.
6. Морозова Г. И. Феномен у'-фазы в жаропрочных никелевых сплавах // Доклады Академии наук. 1992. Т. 325, № 6. С. 1193-1197.
7. Каблов Е. Н., Оспенникова О. Г., Базылева О. А. Материалы для высокотеплонагруженных деталей газотурбинных двигателей // Вестник МГТУ им. Баумана. Сер. «Машиностроение», 2011. С. 13-19.
8. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. М. : Энергоиздат, 1981. 416 с.
© Коновалов М.С., 2016
УДК 678.53
Кононенко А.С.
д.т.н., профессор, кафедры «Технологии обработки материалов»
МГТУ им. Н.Э. Баумана Алешин В.Ф.
к.т.н., доцент, кафедры «Технологии обработки материалов»
МГТУ им. Н.Э. Баумана Бугаев А.М.
к.т.н., доцент, кафедры «Технологии обработки материалов»
МГТУ им. Н.Э. Баумана г. Москва, Российская Федерация
К ВОПРОСУ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ АВТОМОБИЛЕЙ
Аннотация
Изучена проблема герметизации неподвижных фланцевых соединений. Представлены результаты исследований механических свойств герметиков и наномодификаций на их основе.
Ключевые слова
Неподвижные фланцевые соединения, герметики, уплотнители, полимерные композиции, наноматериалы.
Для герметизации рабочих сред в автомобилях используются фланцевые соединения, примерами которых являются масляный картер двигателя, крышка газораспределительного механизма, элементы корпусов коробок передач. Большинство таких соединений эксплуатируются в среде нефтяных и синтетических жидкостей, при воздействии которых происходит набухание или растворение уплотнителя. Тепловое, электрическое и механическое воздействия также приводят к ускорению процессов старения материалов уплотнителей, а, следовательно, к снижению их долговечности.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070_
Во фланцевых соединениях, как правило, используют уплотнители из листовых и формованных материалов (резины, картона, фторопласта), которые не всегда обеспечивают требуемую герметичность по причине недостаточного качества соединяемых поверхностей, нарушения макрогеометрии деталей, а также невозможности создания необходимого контактного давления. Герметики лишены этих недостатков, так как полностью заполняют макро- и микронеровности герметизируемых поверхностей фланцев, не требуют высоких контактных давлений, обладают высокой механической прочностью и эластичностью.
В машиностроении наибольшее распространение получили силиконовые и анаэробные герметики, имеющие высокую герметизирующую способность в широком диапазоне давлений и температур [1]. Практический опыт показывает, что при всех преимуществах герметиков по сравнению с традиционными материалами, их слабой стороной является недостаточная долговечность. Поэтому проблема повышения надежности фланцевых соединений остается актуальной.
В настоящее время одним из перспективных направлений является создание полимерных нанокомпозитов, которые формируются в результате смешивания полимеров и нанонаполнителей. Благодаря малым размерам и высокой поверхностной энергии последних, получаются совершенно новые нанокомпозиционные материалы со свойствами, значительно отличающимися от исходных полимеров [2].
Для исследований использовали фланцевые соединения с наиболее распространенными отечественными и импортными анаэробными уплотнителями Анатерм-501 и Loctite-518 и силиконовыми герметиками Автогерметик, Автогермесил, Loctite-598 и Loctite-5920, а также нанокомпозиции на их основе с нанонаполнителями - наноструктурным гидроксидом алюминия AlOOH (бемит), коллоидным раствором наночастиц серебра (НС) и углеродными нанотрубками (УНТ) в пропорциях 1:10, 1:50 и 1:100 соответственно. Оптимальное соотношение определялось экспериментальным путем.
Результаты экспериментов подтвердили недостаточную долговечность герметиков и существенное изменение их свойств при смешивании с наночастицами. Так, исследования стойкости составов к воздействию рабочих жидкостей показали, что силиконовые герметики имеют удовлетворительную стойкость в моторном и трансмиссионном маслах, и низкую - в бензине и дизельном топливе. Анаэробные герметики обладают высокой стойкостью ко всем рабочим жидкостям, используемым в автомобиле. Стойкость составов, наполненных бемитом, выше чем у исходных герметиков, в зависимости от вида рабочей жидкости, на 5.. .26 %, наполненных НС - на 9.. .29 %, и УНТ - на 12.. .39 %. Следует отметить, что у нанокомпозиций снижается влияние рабочих жидкостей как на процессы их набухания, так и растворения.
Исследования стойкости уплотнителей к вибрации, проведенные на стенде с электромеханическим вибратором ИВ-22, показали, что через 30 ч нагружения герметизирующая способность анаэробных составов снизилась на 24.33 %, а силиконовых - на 40.52 %. Модификация герметиков нанонаполнителями увеличивает их стойкость к вибрации до 18 %.
Стойкость герметиков к старению исследовали ускоренным методом, сущность которого заключалась в проведении испытаний образцов циклами при последовательном воздействии отрицательных и положительных температур [3]. Результаты исследований показали, что при воздействии 5.10 циклов старения происходит незначительное увеличение, затем стабилизация и снижение герметизирующей способности составов на 12...35 %. Их модификация бемитом не оказывает влияния на стойкость композиций к старению, а НС и УНТ - приводит к увеличению этого показателя до 15 %.
Основным параметром, определяющим срок эксплуатации уплотнений, является остаточная деформация, предельное значение которой составляет 80 %. Исследования показали, что остаточная деформация композиций, наполненных бемитом снижается на 8,1.14,3 %, НС - на 15,6.25,0 %, и УНТ -на 18,0.33,3 %, что способствует значительному увеличению срока службы уплотнений.
Анализ наноструктуры герметиков и композиций показал, что наночастицы способствуют увеличению размеров и снижению подвижности волокон полимерной матрицы герметиков, что уменьшает возможность сорбционно-диффузионного взаимодействия их с внешними средами. Это приводит к повышению стойкости нанокомпозиций к воздействию рабочих жидкостей и старению. Развитая поверхность наполнителя и упорядоченное расположение полимерных цепей способствует увеличению стойкости нанокомпозиций к вибрационным нагрузкам.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070
Таким образом, нанонаполнители способствуют увеличению стойкости герметиков к воздействию рабочих жидкостей до 39%, вибрационным нагрузкам до 18 % и старению до 15 %, а также снижению их остаточной деформации до 33 %. Наибольший эффект достигается при использовании в качестве наполнителя УНТ. Результаты проведенных исследований дают основание полагать, что наномодификация герметиков позволит увеличить долговечность фланцевых соединений более, чем в полтора раза. Список использованной литературы:
1. Кононенко, А.С. Повышение надежности неподвижных фланцевых соединений сельскохозяйственной техники использованием наноструктурированных герметиков: дис. ... докт. техн. наук. М., 2012. 373 с.
2. Балабанов В.И. Нанотехнологии. Наука будущего. М., Эксмо, 2009. 246 с
3. Ли Р. И. Основы научных исследований [Текст]: Учеб. пособие / Р.И. Ли // Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2013. -190 с.
© Кононенко А.С., Алешин В.Ф., Бугаев А.М., 2016
УДК 621
Краснов А. А.
Студент 3 курса ФБГОУ ВО ВГТУ, «ВГТУ» г. Воронеж, Российская Федерация, Смоленцев Е. В.
Д.т.н., доцент ФБГОУ ВО ВГТУ, «ВГТУ» г. Воронеж, Российская Федерация
АДДИТИВНОЕ И СУБТРАКТИВНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Аннотация
В статье приводится сравнительный анализ аддитивного и субтрактивного производства. Рассматриваются преимущества 3D-печатных технологий для прототипирования и распределенного производства в промышленном дизайне, автомобильной, аэрокосмической, военно-промышленной сферах. Модели, изготовленные аддитивным методом, могут применяться на любом производственном этапе - как для изготовления опытных образцов, так и в качестве самих готовых изделий.
Ключевые слова
Аддитивное производство, субтрактивное производство, быстрое прототипирование, 3D-печать.
Аддитивное производство направлено на создание цельных трехмерных объектов практически любой геометрической формы на основе цифровой модели. 3D-печать основана на концепции построения объекта последовательно наносимыми слоями, отображающими контуры модели. Аддитивное производство является полной противоположностью таких традиционных методов механического производства и обработки, как фрезеровка или резка, где формирование облика изделия происходит за счет удаления лишнего материала (т.н. «субтрактивное производство»).
3D-принтерами называют станки с программным управлением, выполняющие построение детали аддитивным способом.
Хотя технология 3D-печати появилась еще в 80-х годах прошлого века, широкое коммерческое распространение 3D-принтеры получили только в начале 2010-х. Первый дееспособный 3D-принтер был создан Чарльзом Халлом, одним из основателей корпорации 3D Systems. В начале 21 века произошел значительный рост продаж, что привело к резкому падению стоимости устройств. Согласно данным
