CC BY
12УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МАТЕРИАЛА КОНСТРУКЦИИ КОРПУСА АВТОМОБИЛЬНОЙ ТОРМОЗНОЙ КАМЕРЫ
Х. И. Нурметов Н. К. Турсунов М. Р. Туракулов У. Т. Рахимов
Ташкентский государственный транспортный университет
АННОТАЦИЯ
В настоящей работе рассмотрены варианты применения компьютерных методов анализа конструктивных особенностей некоторых автомобильных агрегатов, которые позволили обосновать выбор материалов и технологий их изготовления.
Ключевые слова: теории текучести, технология термогазодинамического синтеза, композиционный материал, сплав алюминия АК12, политетрафторэтилен.
IMPROVEMENT OF MATERIAL OF THE AUTOMOTIVE BRAKE
CHAMBER HOUSING
Kh. I. Nurmetov N. K. Tursunov M. R. Turakulov U. T. Rakhimov
Tashkent State Transport University
ABSTRACT
This article considers the options of application of computer methods of analysis of structural features of some automotive units, which made it possible to justify the choice of materials and technologies of their manufacture.
Keywords: fluidity theory, thermogasodynamic synthesis technology, composite material, aluminum alloy AK12, polytetrafluoroethylene.
ВВЕДЕНИЕ
В зависимости от назначения агрегата определяется оптимальный вариант его конструктивного исполнения, обеспечивающий заданные параметры функциональных характеристик в течение определенного срока эксплуатации. При этом учитывают не только функциональное назначение агрегата, но и технологичность его изготовления в условиях массового производства, а также технико-экономические параметры, определяющие его конкурентоспособность на изменяющемся рынке агрегатов.
Исходя из вышеизложенного, исследования по оптимизацию материалов для конструкции агрегатов автотракторных агрегатов, за счёт
высокотехнологичных композиционных материалов на основе полимерных матриц, является весьма актуальным.
МЕТОДОЛОГИЯ
Используя данные обзорного анализа, а также трехмерную модель корпуса (рис. 1), осуществлен анализ возможности применения для его изготовления высокотехнологичных композиционных материалов на основе полимерных матриц. Для анализа использовали приложение Рго/МЕСНАМСА программного пакета Рго/ЕШШЕЕК.
Я ЙйХ Ч ч □ \ ^ EJ > К ► Н 3-
"WrUriwI ' - ДК12 - AKI2 "Window^" - PA6J_Tl l_SV30_P - l3fi6_Ltl-LSV50_r
Рис. 1. Модель напряженно-деформированного состояния тормозной камеры при приложении осевой нагрузки 20 кН, изготовленной из сплава АК12 (а) и полиамидной композиции ПА6-ЛТЧ-СВ30-П (б)
По результатам сравнения параметров деформацционно-прочностных характеристик применяемого материала - сплава АК12 и перспективного - полиамида ПА6-ЛТЧ-СВ30-П сделан вывод о возможности применения этой композиции для изготовления методом литья под давлением корпуса тормозной камеры.
Напряженно-деформированное состояние тормозных камер из различных материалов оценивали при максимальном усилии, создаваемом пружиной 20 кН при расчетном рабочем 40 кН. С помощью сетки конечных элементов произведена оценка напряженно-деформированного состояния заготовок тормозных камер, изготовленных из различных материалов - АК12, ПА6-ЛТЧ-СВ30-П (рис. 1).
Анализ свидетельствует о практической идентичности результатов моделирования напряженно-деформированного состояния тормозных камер из различных материалов. Расчетные максимальные напряжения, возникающие в
SCIENTIFIC PROGRESS VOLUME 2 I ISSUE 2 I 2021
ISSN: 2181-1601
модели из стеклонаполненного полиамида не превышают 59 МПа. Согласно теории текучести Мизеса-Губерта-Генке (МГГ) критическое состояние напряженной конструкции наступает при достижении элементарных изменений предельных значений, определяемых по выражению
а=~1 )2+К-а )2+К -а )2+(т1+Ti+ < , (1)
где а - эквивалентные напряжения согласно теории МГГ;
ах а - главные нормальные напряжения; .2
' xy ' " xz? " yz
2 2 2
тт^,т - главные касательные напряжения;
[а] - предельно допустимое напряжение.
Для изделий полиамида марки ПА6-ЛТЧ-СВ30-П значение [а] определяли из выражения:
М = ^, (2)
n
где а - предел прочности при растяжении; n - коэффициент запаса прочности.
[а] =155 МПа = 77,5МПа.
Из проведенного анализа следует, что полиамид марки ПА6-ЛТЧ-СВ30-П может быть использован по прочностным характеристикам для изготовления корпуса тормозной камеры.
Оценку технологических параметров этой марки стеклонаполненного полиамида проводили с использованием программного продукта Moldflow Plastic Adviser.
Таким образом, проведенный анализ позволил определить основные причины возникновения брака при изготовлении корпусов тормозных камер литьем под давлением из алюминиевого сплава АК12 и предложить полноценную замену композита, обеспечивающего повышение качества, снижение брака и себестоимости.
Для повышения параметров служебных характеристик, определяющих эксплуатационный ресурс корпусов тормозных камер, изготовленных из полимерного композиционного материала на основе полиамида 6, предложены методы модифицирования матрицы, снижающие ее характерные недостатки - повышенное влагопоглощение и склонность к старению под действием атмосферных факторов [2, 3]. Повышение параметра стойкости к атмосферному старению композита на основе ПА6, достигнуто введением в
состав высокодисперсных частиц меди и политетрафторэтилена, полученного по технологии термогазодинамического синтеза (ТГД).
Благодаря адсорбционному взаимодействию активных частиц меди и фторсодержащих групп макромолекул, входящих в состав продуктов ультрадисперсного политетрафторэтилена (УПТФЭ), с амидной группой снижается вероятность взаимодействия макромолекулы полиамида с молекулами кислорода воздуха. Высокодисперсные частицы меди образуются в расплаве композита в процессе переработки в результате термического разложения формиата меди. По результатам исследований, выполненных в [4, 5, 6], определено оптимальное содержание нанодисперсной меди в составе композита, составляющее 0,05-0,2 мас.%.
Продукты ТГД-синтеза политетрафторэтилена, как следует из работ [9], содержат олигомерные фракции различной молекулярной массы, которые способны к гомогенному распределению в матричном полимере с образованием упрочненных областей [7, 8]. Вследствие проявления этих процессов повышаются показатели стойкости композита к атмосферному старению и влагопоглощению, что способствует повышению эксплуатационного ресурса корпусов из композита до значений, характерных для корпусов из алюминиевого сплава АК12 (рис. 2).
Рис. 2. Зависимость разрушающего напряжения при растяжении ар от времени термоокисления при 250оС (1, 2) и влагопоглощения от времени выдержки в воде (3, 4) полиамида ПА6-ЛТЧ-СВ30-П исходного (1, 4) и модифицированного 0,1
мас.% Си и 1,0 мас.% УПТФЭ (2, 3)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Оптимизирован состав композиционного материала конструкции корпуса тормозной камеры автомобилей с применением методов компьютерного
SCIENTIFIC PROGRESS VOLUME 2 I ISSUE 2 I 2021
ISSN: 2181-1601
моделирования. Проведен компьютерный анализ конструкции по критериям равнопрочности, технологичности процесса литья и дефектности изделия. На основе принципа многоуровневого модифицирования предложен состав композиционного материала на основе полиамида 6, модифицированного стекловолокном и смесью нанокомпонентов - частиц меди и ультрадисперсного политетрафторэтилена. Разработанный композиционный материал по показателям стойкости к старению и влагопоглощению превосходит базовый композит и является полноценной альтернативой алюминиевому сплаву.
Разработанные оптимизационные конструкторско-технологические и материаловедческие решения позволили рекомендовать композиционный материал на основе стеклонаполненного полиамида 6 в качестве альтернативы импортному аналогу - алюминиевому сплаву АК12.
REFERENCES
1. Обеспечение износостойкости изделий. Метод оценки триботехнических свойств материалов на основе полимеров. МР/74-82. - М.: ВНИИНМАШ. - 1982. - 13 с.
2. Буря, А.И. Полиамиды и композиционные материалы на их основе. / А.И. Буря, А.Г. Леви - Днепропетровск: ДСХИ, 1983. — 56 с.
3. Полиамиды конструкционного назначения. / Маркин Р.В. [и др.] // Хим. промышленность за рубежом. - 1980. - № 10. - С. 13-35.
4. Гольдаде, В.А. Ингибиторы изнашивания металлополимерных систем. / В.А. Гольдаде, В.А. Струк, С.С. Песецкий. - М.: Химия, 1993. - 240 с.
5. Струк, В.А. Трибохимическая концепция создания антифрикционных материалов на основе многотоннажно выпускаемых полимерных материалов: дисс. ... докт. техн. наук: 05.02.01. / В.А. Струк - Минск. - 1988. - 323 с.
6. Натансон, Э.М. Коллоидные металлы и металлополимеры / Э.М. Натансон, З.Р. Ульберг - Киев: Наукова думка, 1971. - 386 с.
7. Сторожакова, Н.А. Закономерности модифицирования поли-е-капроамида полифторированными соединениями, особенности свойств и применение: автореф. ... дисс. докт. хим. наук: 02.00.06. / Н.А. Сторожакова. - Волгоград. -2007. - 43 с.
8. Ассоциация полифторированных спиртов с амидами карбоновых кислот / А.И. Рахимов [и др.] // Изв. ВолгГТУ. - 2004. - №2. - С. 39-41.
9. Бузник, В.М. Металлополимерные нанокомпозиты. (получение, свойства, применение) / В.М. Бузник [и др.] - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005. - 260с.
