CC BY
36
Анатерм-501 Ьос1:іїе-518 Автогерметик Автогермесип ЬосШе-598 Ьосіііе-5920
Рис. 3. Влияние толщины прокладок на время их отверждения:
1 — 0,1 мм; 2 — 0,2 мм; 3 — 0,3 мм; 4 — 0,4 мм; 5 — 0,5 мм
Время полной полимеризации и вулканизации прокладок из герметиков также зависит от их толщины. При увеличении толщины прокладок от 0,1 до 0,5 мм время полимеризации анаэробных герметиков Loctite-518 и Анатерм-501 увеличилось соответственно в 2,0 и 2,9 раза, время вулканизации силиконовых герметиков со средней теплостойкостью Loctite-598 и Автогерметик — в 1,7 и 2,2 раза и с высокой теплостойкостью Loctite-5920 и Автогерме-сил — в 1,2 и 2 раза соответственно (рис. 3). Время отверждения отечественных герметиков зависит главным образом от толщины прокладок.
Для определения полноты полимеризации прокладок из герметиков при температуре 20 °С их термообрабатывали в течение 2 ч при температуре 40.. .140 °С. С увеличением температуры термообработки общая, остаточная и высокоэластичные
деформации прокладок из герметиков изменяются всего на 3.. .10 %.
Выводы
1. Время отверждения герметиков составляет от 8 до 27 ч и зависит от толщины прокладки и температуры окружающей среды. При увеличении толщины прокладки время отверждения герметика возрастает, а при повышении температуры — уменьшается.
2. Анаэробные герметики обладают лучшими высокоэластическими свойствами, чем силиконовые, что свидетельствует об их высокой способности заполнять микронеровности на поверхностях герметизируемых фланцев.
3. При температуре 20 °С происходит достаточно полная полимеризация прокладок из герметиков, поэтому нет необходимости
проводить их дополнительную термообработку.
Список литературы
1. Уплотнения и уплотнительная техника: справочник / Под ред. Г.В. Голубева, Л.М. Кондакова. — М.: Машиностроение, 1994. — 448 с.
2. Лабутин, А.Л. Антикоррозионные и герметизирующие материалы на основе синтетических каучуков / А.Л. Лабутин. — Л.: Химия, 1982. — 214 с.
3. Буренин, В.В. Герметики для неподвижных соединений машин и механизмов / В.В. Буренин // Производство и использование эластомеров. Инф. сб. ЦНИИТЭНЕФТЕ-ХИМ. — 1994. — № 11. — С. 33-37.
4. Weltrmarkt К1еЬ—иМ Dichfsfoffe 1995 // Р1^икйоп. — 1996. — Р. 31-32.
5. Кононенко, А.С. Герметизация неподвижных фланцевых соединений анаэробными герметиками при ремонте сельскохозяйственной техники: дис. ... канд. техн. наук. — М., 2001. — 140 с.
УДК 51-74
Л.В. Козырева, канд. техн. наук, ст. преподаватель
ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
ПОИСК ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА ПОЛИМЕРНЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ ДЛЯ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ
Одним из важных направлений развития наноиндустрии является создание новых полимерных нанокомпозитов (ПНК), в которых в качестве наполнителей и модификаторов используются компоненты с размерами нанометрового масштаба.
При существующем разнообразии наноматериалов необходимо отслеживать влияние их присутствия в композите по комплексу характеристик, определяя не только оптимальный состав, структуру, качество и количество используемых нанообъектов, но и це-
лесообразность их применения в сравнении с традиционными армирующими элементами.
В качестве объекта исследования выступает серия из 67 полимерных нанокомпозитов, разработанных на основе полиамида ПА-66. При армировании ПНК использовалось три вида наполнителей: металлизированные углеродные волокна (УВ), углеродные нанотрубки (УНТ), нанопорошок в составе алмазной шихты (АНП). ПНК отличаются друг от друга не только составом армирующей фазы, но и количеством наполнителя в материале (см. таблицу). Требуется определить вариант оптимального состава полимерного нанокомпозита, предназначенного для изготовления и восстановления деталей узлов трения, эксплуатирующихся при отсутствии или недостаточном поступлении смазочного материала, исходя из значений следующих показателей:
1) износостойкость;
2) твердость, МПа;
3) теплостойкость, °С;
4) усадка, %;
5) стоимость материала, р.
Для обозначенной цели приоритетными являются показатели 1 (износостойкость) и 3 (теплостойкость), из которых более важным считается показатель
1 (износостойкость). Показатель 5 (стоимость) идет на третьем месте по важности. Показатели 2 (твердость) и 4 (усадка) считаются наименее приоритетны-
ми. Соответственно, при выборе оптимального варианта состава показатели 1, 2, 3 необходимо максимизировать, показатели 4 и 5 — минимизировать.
Решение поставленной задачи целесообразно осуществлять с применением научно-методического аппарата многокритериальной оптимизации, когда ожидаемый результат вычислений в общем случае не является однозначным. Поэтому на выходе задачи аналитик имеет не один вариант решения, а некоторое множество эффективных или слабоэффективных вариантов, чем и достигается эффект необходимой достоверности. Чаще всего для формирования указанных множеств используются принципы выбора Парето и Слейтера [1-3].
На первом этапе многостадийного исследования проводится нормирование результатов стендовых испытаний разработанных ПНК с применением соотношения
f _ f min
f НОрМ _ Jij ____ (1)
J4 f max f min ’ ^ ^
f j _ f j
гдеfij — значение j-го показателя качества для г-го варианта состава материала; /™т, /™ax — минимальное и максимальное значения j-го показателя качества для г-го варианта состава материала.
Результаты нормирования по трем приритете-ным свойствам и стоимости 67 образцов состава ПНК представлены на рис. 1.
Состав разработанных полимерных нанокомпозитов
Содержание Содержание Содержание Содержание
наполнителя наполнителя наполнителя наполнителя
№ % № % № % № %
ком- % (мас.) (объ- ем.) ком- % (мас.) (объ- ем.) ком- %(мас.) (объ- ем.) ком- % (мас.) (объ- ем.)
пози- пози- пози- пози-
та нано- ПА та нано- ПА та нано- ПА та нано- ПА
нано- труб- ки по- рош- ки BU лок- на нано- труб- ки по- рош- ки BU лок- на нано- труб- ки по- рош- ки BU лок- на нано- труб- ки по- рош- ки BU лок- на
і 1 1 0,0 18 0,6 0,0 0,0 35 0,0 0,2 0,0 52 0,4 0,0 15,0
2 1,0 0,8 0,0 19 0,4 1,0 0,0 Зб 0,0 0,0 0,0 53 0,2 0,0 15,0
3 1,0 0,б 0,0 20 0,4 0,8 0,0 3? 1,0 0,0 25,0 54 0,0 0,0 15,0
4 1,0 0,4 0,0 21 0,4 0,б 0,0 38 0,8 0,0 25,0 55 1,0 0,0 10,0
5 1,0 0,2 0,0 22 0,4 0,4 0,0 39 0,6 0,0 25,0 5б 0,8 0,0 10,0
б 1,0 0,0 0,0 23 0,4 0,2 0,0 40 0,4 0,0 25,0 5? 0,6 0,0 10,0
? 0,8 1,0 0,0 24 0,4 0,0 0,0 41 0,2 0,0 25,0 58 0,4 0,0 10,0
8 0,8 0,8 0,0 25 0,2 1,0 0,0 42 0,0 0,0 25,0 59 0,2 0,0 10,0
9 0,8 0,б 0,0 2б 0,2 0,8 0,0 43 1,0 0,0 20,0 б0 0,0 0,0 10,0
10 0,8 0,4 0,0 2? 0,2 0,б 0,0 44 0,8 0,0 20,0 б1 1,0 0,0 5,0
11 0,8 0,2 0,0 28 0,2 0,4 0,0 45 0,6 0,0 20,0 б2 0,8 0,0 5,0
12 0,8 0,0 0,0 29 0,2 0,2 0,0 4б 0,4 0,0 20,0 бЗ 0,6 0,0 5,0
13 0,6 1,0 0,0 30 0,2 0,0 0,0 4? 0,2 0,0 20,0 б4 0,4 0,0 5,0
14 0,6 0,8 0,0 31 0,0 1,0 0,0 48 0,0 0,0 20,0 б5 0,2 0,0 5,0
15 0,6 0,б 0,0 32 0,0 0,8 0,0 49 1,0 0,0 15,0 бб 0,0 0,0 5,0
1б 0,6 0,4 0,0 33 0,0 0,б 0,0 50 0,8 0,0 15,0 б? 0,0 0,0 0,0
1? 0,6 0,2 0,0 34 0,0 0,4 0,0 51 0,6 0,0 15,0
58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45
12 13 14
15
16
17
18
19
20 21
22 23 24
‘35 3433323
Износостойкость
Твердость
Теплостойкость
’ Усадка Стоимость
Рис. 1. Результаты нормирования свойств ПНК
На следующем этапе необходимо определить множества эффективных по Парето и слабоэффективных по Слейтеру вариантов решения для приоритетных показателей. Для этого производится последовательный перебор всех пар показателей, характеризующих объект:
а) 1 — износостойкость и 3 — теплостойкость;
б) 1 — износостойкость и 5 — стоимость;
в) 3 — теплостойкость и 5 — стоимость;
г) 1 — износостойкость и 4 — усадка;
д) 1 — износостойкость и 2 — твердость.
Остальные связи целесообразно игнорировать
как малоинформативные.
На завершающем этапе ПНК исследуются исходя из экономической эффективности их использования, что особенно актуально при внедрении в промышленное производство композитов, в состав которых входят сравнительно дорогостоящие наноматериалы. Для этого вводится новый нормированный (изменяющийся от нуля до единицы) показатель — экономическая эффективность г-го варианта полимерного нанокомпозита:
Э1 -
^эф _
с - с
тах і
(2)
где Сшах — максимальная стоимость образца композиционного материала; С;(Ср — стоимость г-го (/-го) состава композиционного материала.
Основное достоинство показателя заключается в том, что его желательно максимизировать как и основной показатель — износостойкость. В то же
Износостойкость Твердость Т еплостойкость
' Усадка Экономич ность
Рис. 2. Круговая диаграмма, характеризующая
свойства 17 наиболее конкурентоспособных вариантов состава ПНК
время показатель «усадка» остается в прежнем формате, так как он меняется незначительно.
На рис. 2 представлена круговая диаграмма, характеризующая свойства 17 вариантов ПНК при различных вариантах его производства.
На основании анализа результатов нормирования можно сделать три важных вывода:
1) при использовании «износостойкости» в качестве доминирующего показателя в рассмотрение следует взять только первые шесть вариантов состава ПНК;
2) с учетом показателей «твердость», «теплостойкость» и «экономичность» конкуренцию первым шести вариантам могут составить еще одиннадцать вариантов(12, 37-39, 43-45, 49, 50, 55 и 56). Все остальные варианты уступают перечисленным выше 16 более чем по двум показателям;
3) высокая износостойкость и низкая стоимость (высокая экономичность) вариантов ПНК — свойства несовместимые.
Из анализа следует, что из первой группы вариантов (с 1-й по 6-й) наиболее предпочтителен вариант 6. Этот вариант доминирует по износостойкости, почти не уступает всем остальным из указанной шестерки по твердости, эквивалентен всем остальным по теплостойкости, незначительно уступает им по усадке. Что немаловажно, шестой вариант — явный лидер (в первой шестерке) по экономичности.
Все варианты из второй группы уступают варианту 6 по показателям «теплоемкость» и «твер-
5
дость», являющимися основными, однако существенно превосходят вариант 6 по показателю «теплостойкость» и «усадка», который желательно минимизировать. Однако варианты 55 и 56 значительно уступают по показателю «усадка» даже варианту 6. Поэтому эти варианты можно в дальнейшем не учитывать.
Из оставшихся вариантов (12, 37-39, 43-45, 49, 50) привлекают внимание варианты 39 и 45. Эти варианты практически эквивалентны всем остальным вариантам второй группы по показателям «износостойкость», «твердость», «теплостойкость», но существенно превосходят остальные по показателю «экономичность» — они самые дешевые из 17 конкурентоспособных вариантов. Однако вариант 39 превосходит вариант 45 по наиболее важному показателю «износостойкость» и по важному показателю «твердость», а также по второстепенному показателю «теплостойкость». Кроме того, вариант 39 эквивалентен варианту 45 по показателю «усадка».
Во второй группе вариантов (12, 37-39, 43-45, 49, 50) конкуренцию варианту 6 может составить вариант 39. Причина этого — достаточно высокие значения показателей, характеризующих этот вариант, его низкая стоимость и, как следствие, высокая экономическая эффективность.
Промежуточное положение между вариантами 6 и 39 занимает вариант 12. Этот вариант уступает варианту 6 по показателю «износостойкость», почти эквивалентен ему по показателям «твердость», «теплостойкость» и «усадка», но является более экономичным, чем вариант 6. В то же время вариант 12 превосходит вариант 39 по показателям «износостойкость», «твердость», но уступает ему по показателям «теплостойкость», «усадка».
Таким образом, с учетом всего множества показателей варианты 6, 12 и 39 являются математически несравнимыми и выбор окончательного варианта можно осуществить только на основе учета более широкого круга вопросов, связанных с реали-
зацией продукции, например на основе маркетинговых исследований.
Выводы
1. Особенности задачи по выявлению условий успешного продвижения новых товаров или услуг, созданных инновациями, определяют необходимость применения методов многокритериальной оптимизации.
2. Из 67 рассмотренных вариантов состава ПНК взаимную конкуренцию друг другу могут составить только три: вариант 6 — ПА-66, наполненный 1 % (мас.) УНТ (более предпочтительный по техническим характеристикам); вариант 39 — ПА-66, наполненный 0,6 % (мас.) углеродными нанотрубками и 25 % (объем.) металлизированными углеродными волокнами (более предпочтительный по экономическим характеристикам и умеренно уступающий варианту 6 по техническим характеристикам); а также вариант 12 — ПА-66, наполненный 0,8 % (мас.) углеродными нанотрубками, занимающий промежуточное положение между вариантами 6 и 39.
3. Для окончательного выбора состава полимерного нанокомпозита требуется выйти за рамки данного исследования, а именно: проанализировать технологические схемы изготовления материалов с учетом возможности их реализации на специализированных предприятиях; провести маркетинговый анализ (изучить рыночную конъюнктуру и статистику индивидуальных предпочтений потенциальных покупателей деталей и сборочных единиц, изготавливаемых из того или иного материала).
Список литературы
1. Хоменюк, В.В. Элементы теории многоцелевой оптимизации / В.В. Хоменюк. — М.: Наука, 1983.
2. Системы автоматизированного проектирования / Пер. с англ.; под ред. Дж. Алана. — М.: Наука, 1985.
3. Подиновский, В.В. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач / В.В. Подиновский, В.Д. Ногин. — М.: Наука, 1982.
УДК 621.8.004.67:621.791.76/79
П.И. Бурак, канд. техн. наук, доцент
ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
СПОСОБЫ МОДЕРНИЗАЦИИ СВАРОЧНЫХ ГОЛОВОК ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ВОССТАНАВЛИВАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ
Д
ля восстановления и упрочнения деталей сель- «011-1-02Н», «УКН-5. -6, -8М, -9, -10, -11», «011-1-
скохозяйственной техники на базе Всероссий- 06, -7, -10, -11, -022М» и «01.08.005», предназначенного научно-исследовательского института тех- ные для электроконтактной приварки ленты на нанологии упрочнения, восстановления и изготовле- ружные цилиндрические поверхности диаметром
ния деталей «Ремдеталь» были созданы установки 15___250 мм и длиной до 1200 мм, толщиной при----------------------------------------------------------- ВестникФГ0УВП0МГАУ№2'20Ю - -----------117
