ВПЛИВ ЗОНИ СПАЮ НА МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЛИТИХ ПЛАСТМАСОВИХ ВИРОБІВ Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

TECHNICAL SCIENCES

ВПЛИВ ЗОНИ СПАЮ НА МЕХАН1ЧН1 ВЛАСТИВОСТ1 ЛИТИХ ПЛАСТМАСОВИХ ВИРОБ1В

Гур'ева А. О.,

Нацгональний технгчний утверситет Украши "Кигвський полгтехтчний тститут гменг 1горя

Сгкорського ", Кигв, студентка Гур'ева Л. Н.,

Нацюнальний технгчний унгверситет Украши "Кигвський полгтехтчний тститут гменг1горя

Сгкорського ", Кигв, асистент Сокольський Олександр Л.

к.т.н., доцент, Нацюнальний технгчний утверситет Украши "Кигвський полгтехнгчний гнститут

теш 1горя Сгкорського ", Кигв, доцент

THE INFLUENCE OF THE CONNECTION ZONE ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF

CASTED PLASTIC PRODUCTS

Hurieva A.,

student at Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Kyiv

Hurieva L.,

assistant

Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Kyiv

Sokolskyi A.

PhD, Associate Professor, Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Kyiv

Анотащя:

Представлено математичну модель та результаты числового моделювання утворення дефекту лиття щд тиском у вигляд1 лшш спаю. Встановлено технолопчш параметры, яш впливають на його утворення, а також залежшсть ширини зони змшених властивостей вщ зазначених показнишв. Визначено зниження мехашчних параметр1в змодельованого зразка у зон спаю.

Abstract:

The mathematical model and the results of numerical modeling of the formation of a defect in injection molding in the form of weld lines are presented. The technological parameters that influence its formation, as well as the dependence of the width of the zone of the changed properties on the indicated indicators are established. The decrease of the mechanical parameters of the modeled sample in the junction zone is determined.

K^40Bi слова: лиття пвд тиском; тшя спаю; мщшсть; моделювання

Keywords: injection molding; weld line; strength; modeling

Вступ. На сьогодтшнш день широке застосу-вання в рiзних областях техшки знаходять вироби з термопласпв. Таю якосп термопласпв, як незначна питома вага, низька теплопроввдшсть, дiелектричнi властивосп i вщносна простота переробки, роблять !х незамшними матерiалами для виробiв i констру-кцiй широкого призначення. Одним з основних ме-тодiв переробки термопластiв е лиття тд тиском.

Лиття пiд тиском - один з найбшьш популяр-них методiв переробки пластмас, який полягае в за-повненнi площиш форми через ливниковий канал розплавленим полiмерним матерiалом з послщую-чим його ущшьненням i фiксацiею форми за раху-нок охолодження. Лиття шд тиском дозволяе отри-мати вироби складно! форми з арматурою, з елеме-нтами точних розмiрiв, з мiнiмальними ввдходами

[3].

Одним з головним недолiкiв процесу лиття тд тиском е поява лни спаю в мiсцi стику потошв ро-зплаву.

Спа!' е характерною ознакою багатьох виробiв з термопластичних полiмерних матерiалiв, що ви-готовляються литтям пiд тиском, i спричиняють по-

гiршення зовнiшнього вигляду виробiв, !х розмiр-но! точностi, короткочасних i довготривалих меха-нiчних властивостей, а також небажано! змiни !х те-плофiзичних, електричних та шших характеристик

Зазвичай спай е найслабшим мiсцем литого ви-робу, що проявляеться при рiзних механiчних ви-пробуваннях. Мiцнiсть спаю зазвичай характеризуют його вiдносною мiцнiстю, яка представляе собою вiдношення мщносп зразка зi спаем до мщносп зразка без спаю, виражене в частках або ввдсотках [2].

Постановка проблеми. S. С. Malguarnera [7] в сво! роботi дослiджуе структури та властивостi зва-рювальних лшш у формованих формах. У випробу-ваннях було показано, що на дослвджуваний ефект впливають температури розплаву та форми, тиск i швидшсть впорскування. Пвдвищена температура розплаву полшшила зварювання межi мiцностi в матерiалах з низьким показником в'язкостi, але вони не мали настiльки значного ефекту при висо-кiй в'язкосл розплаву. Пiдвищена швидкiсть впри-ску при низькiй температурi розплаву покращила мiцнiсть зварювання при низькiй в'язкосп, але зна-

чно меншою мiрою, шж у попереднiх двох факто-рiв. Швидк1сть охолодження мало впливае на мщ-нiсть i на зварювання всiх матерiалiв, крiм низько в'язких.

Хуан-Чанг Ценг в сво1 робот [5] дослiджуе ар-мованi термопластичш композицiйнi матерiали. Однак мiкроструктура волокон е складним питаниям, в тому числ - орiентацiя волокон, довжина волокон i концентращя волокон, що призводить до ашзотропп в механiчних властивостях та несподь ваного перекосу формованих деталей.

На сьогоднiшнiй день залишаеться недостат-ньо вирiшеним питання впливу технолопчних па-раметрiв лиття на мехашчш характеристики поль мерних виробiв у зош спаю.

Мета роботи. Метою дослщжень е аналiз чин-нишв утворення спав та !х мехашчних характеристик. В данiй робот використано програму МоШехЗБ.

Для проведення необхвдних розрахункiв було задано граничш та початковi умови:

• Форма i розмiри формуючо! порожнини;

• Температура розплаву та стшок форми;

• Максимальний тиск шжекцп та усадки.

Основна частина. Рух ньютошвсько! в'язко!

рiдини в деяк1й обласп течи описуеться рiвняннями нерозривностi, руху (Нав'е - Стокса), рiвнянням збереження внутршньо1 енерги, а також i рiвиян-ням стану [4]:

^•ри = 0;

д

д ; — (ри) + V • (рии - о) = 0

д^

рСР Г— + и •VI 1 = V • (IV Т) + г/г2' \дt )

о = -Р1 + + VuT)'

де р - густина; и - вектор швидкостi; t - час; а - загальний тензор напружень; g - вектор прискорення сили тяжтня; Р - тиск; ц - в'язюсть; Ср - питома теплота; Т - температура; k - теплопровiднiсть;

у - швидюсть зсуву.

Зазвичай спай е найслабшим мюцем литого ви-робу, що проявляеться при рiзних механiчних ви-пробуваннях. Розглянемо вплив спаю на властиво-стi мщносп виливк1в при розтягуваннi. Мiцнiсть спаю зазвичай характеризують його ввдносно! мщ-нiстю, яка представляе собою вщношення мiцностi (або меж1 текучостi) зразка зi спаем до мiцностi (або межi текучостi) зразка без спаю, виражене в частках або вщсотках. Мiцнiсть спав при розтягуваинi ви-вчають на зразках у виглядi лопаток, як1 ввдливають в спещальних формах ввдповвдно з двома або одним впусканням або вирубують iз реальних виробiв. Ви-пробуваиi зразки дозволяють врахувати вплив гео-метри вироби i розташування мiсць впуску, а також орiентацiйнi ефекти.

1снуе калька рiзних пiдходiв для опису орiента-ци молекул. Найпростiша форма - скалярний кут мiж молекулою i однiею з опорних осей. У будь-як1й частинi лиття тд тиском е молекули, орiенто-ванi у багатьох напрямках. Одне орiентування не

може описати дшсний стан орiентацil молекул. Найбiльш повним, хоча i складним, способом опису стану орiентацil е використання функцп розподiлу ймовiрностi у, яка пов'язана з одиничним вектором р вздовж вга молекул, що вказуе орiентацiю. Фун-кцiя розподiлу у (р,/) визначена таким чином, що вона дае ймовiрнiсть молекулi, що мае вирiвню-вання у напрямку р. Ймовiрнiсна функцiя розподiлу повинна бути перюдичною i нормованою, i вона повинна вщповвдати умовi безперервносп.

В даиiй роботi було здшснене комп'ютерне моделювання двостороннього лиття зразка з утво-ренням стику двох потоков розплаву. При цьому аналiзувався розрахований програмою розподiл орiентацil волокон наповнювача в полiмерi.

На рис. 1 показано приклад результапв моделювання розпод^ орiентацil волокон у зразках ма-терiалу Durethan BG 40Х, отриманих за рiзних технолопчних режимiв.

Япд: 0.0312-0.86 ^.д: 0.Ш- Щ101

а

б

Рис. 1 Розподш орieнтацi'i волокон при тжекцтному тиску 100 МРа, тиску усадки 10 МРа, температурi форми 90°С, часi тжекци 0,7с: а - температури розплаву вiд 270 до 274°С; б -температури розплаву вiд 275 до 290°С

З рис. 1 можна побачити, що за певного збшь-шення температури розплаву ширина зони змше-них властивостей рiзко зменшилась.

Модуль пружносп волокнистого композицш-ного матерiалу в напрямi орiентацil волокон в пер-шому наближенш, без урахування 1хньо1 форми та мiж-фазноl взаемоди, можна визначити за правилом адитивносп [6]:

Е1 = ЕЩ + Ет (1-щ).

де Е^^ - модуль пружносп волокон; Ет - модуль пружносп полiмеру; у - об'емна доля волокон у ма-терiалi.

В напрямi поперек волокон у спрощеному ви-глядi [8] модуль пружносп композицшного матерi-алу

Е

Е = ——.

1 -щ

Таким чином, такий композицшний матерiал

володiе ортотропними механiчними властивос-тями, як1 описуються вiдносно напрямку орiентацil функцiями елiптичного виду [1]. Зпдно з ними ефе-ктивний модуль пружносп на обраному напрямку тд кутом j до напрямку орiентацil волокон

Е'=7

Е„

2 2 - е соб у

де е - ексцентриситет елшса, . е =

Е2 1 - % .

Е2

Верифшацш наведених залежностей виконано для обраного матерiалу, механiчнi властивостi якого мають так1 значення: Е^^ = 70 ГПа; Ет = 2,3 ГПа; у = 0,05. Вщповщно до цих значень побудо-вано графiк залежностi ефективного модуля пружносп матерiалу ввд кута мiж середнiм напрямком орiентацil волокон та дiею зусилля (рис. 2).

03

С

и • ^

Н о

0 к

1

л С

О 1

0

0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 кут орiентацiL, град.

Рис. 2 Залежнгсть ефективного модуля пружностг матергалу вгд кута оргентацИ волокон

Стану неорiентованого матерiалу вщповщае середнш кут орiентацi! волокон, рiвний 45°, для якого ефективний модуль пружносп зпдно розра-хункiв становить 3,15 ГПа. Водночас, паспортне значения модуля пружносп для даного матерiалу з бази матерiалiв програми Moldex 3D становить 3,3 ГПа, що в^^зняеться вiд розрахункового на 4,5%. Величина похибки е допустимою, що сввдчить про коректнiсть наведених залежностей.

Приймаючи матерiал пружним, можна вва-жати межу його мщносп пропорцiйною модулю пружносп в даному напрямку ввдносно напрямку орiентацi! волокон, тобто

СТ =а/щ + ат(1 -щ),

2 1,8 1,6 1,4 1,2 1

0,8 0,6 0,4 0,2 0

де ст/ - межа мщносп волокон; стт - межа мщ-ностi полiмеру.

Аналогiчно, коефiцiент Пуассона можна пред-ставити як

Ц = ЦЩ + Цт (1 -Щ) ,

де ц/ - коефщент Пуассона для волокон; ц™ -коефiцiент Пуассона для полiмеру.

Вiдповiдно до цього, можна визначити коефь цiент ввдносно! мiциостi матерiалу залежно ввд кута мгж середшм напрямком орiентацi! волокон та дiею зусилля як ввдношення ефективного модуля пруж-ностi у цьому напрямку до модуля пружносп неорь ентованого матерiалу (рис. 3).

л н о

К

Л

й К о о

РР

N <

• ♦—< >—♦—<

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 кут орiентацii, град.

Рис. 3 Залежнгсть коефщгент вгдносно! мщностг матергалу вгд кута оргентацИ волокон

З рис. 3 випкае, що в поперечному до орiента-ци волокон напрямку мщшсть даного матерiалу становить 76%, а для повшстю орiентованих волокон - 180% ввд неорiентованого.

Вiдповiдно до цього, мщшсть зразка в зош спаю за вказаних на рис. 1 умов становить 77% ввд мiцностi суцшьного зразка.

6

5

4

Висновки

Аналiз джерел дозволив встановити фактори, як1 впливають на наявшсть та ширину зони змше-них властивостей.

Проведенi числовi дослщження процесу лиття дозволили встановити вплив температури форми, розплаву, тиску та часу заливки на параметри зони змiнених властивостей.

Проведеними числовими дослвдженнями вста-новлено залежшсть ширини зони змiнених властивостей ввд зазначених ранiше показник1в, i було ви-явлено, що за деяких значень збiльшуeться ймовiр-нють виникнення дефектiв у виглядi лшп спаю та зони змiнених властивостей.

Список лггератури

1. Батаев А.А., Батаев В.А. Композиционные материалы: строение, получение, применение: Учебник. - Новосибирск, Изд-во НГТУ, 2002. -384с.

2. Проблемы литья под давлением изделий из ПМ: спаи / И.А. Барвинский, И.Е. Барвинская: Полимерные материалы. 2009. № 7. С. 25-33.

3. Производство изделий из полимерных материалов : Учеб. пособие / В.К. Крыжановский, М.Л. Кербер, В.В. Бурлов, А.Д. Паниматченко. Санкт-Петербург : Профессия, 2004. 464 с.

4. Chung S. T. and. Won T. H\. Department of Mechanical Engineering Pohang University of Science and Technology Pohang, Korea / Polymer engineering and science, 1995, Vol. 35, No. 7/ Numerical Simulation of Fiber Orientation in Injection Molding of Short-Fiber-Reinforced Thermoplastics.

5. Huan-Chang Tseng, Yuan-Jung Changg, Chia-Hsiang Hsu \ Prediction Of Fiber Microstructure For Injection Molding:\Orientation, Degradation, And Concentration CoreTech System (Moldex3D) Co., Ltd., Chupei City, Hsinchu County, 30265, Tai-wan\Rong-Yeu Chang\ National Tsing-Hua University, Hsinchu City, 30013, Taiwan.

6. Lubin George. Handbook of Composites. Springer US, 1982. - 786 p. Doi: 10.1007/978-1-4157139-1. Selden R \ Effect of Processing on Weld Line Strength in Five\Thermoplastics\ Swedish Institute for Iiliber and Polymer Research\S-431 22, Sweden

7. Malguarnera S. C., A. I. Manisali, and D. C. Riggs\ Weld Line Structures and Properties in Injection Molded \ Polypropylene \Plastics Engineering Labora-tory\ Department of Mechanical Engineering\Texas AbM University\College Station, Texas 77843.

8. Matthews F. L., Rawlings Rees D.. Composite Materials: Engineering and Science. Woodhead Publishing, 1999 - 470 p.

MO^E^WBAHHA nPO^Cy OnTHMBA^Ï BHTPAT HA IHOOPMA^HHy TA KIEEPEE3nEKy 3 YPAXyBAHHAM AHA^ITHHHOTO AnAPATT TEOPIÏ CyE'GKTHBHOÏ

^OriKH

PoMaHMKOB MHKO^a TeHpixoBHH

acnipanm Харкieсbкого нацiонаnbного yuieepcumemy padioeneKmpoHÎKU,

XapKie

MODELING OF INFORMATION AND CYBER SECURITY COST OPTIMIZATION TAKING INTO ACCOUNT OF ANALYTICAL APPARATUS OF SUBJECTIVE LOGIC THEORY

Romanyukov M.

PhD student at Kharkiv National University of Radio Electronics,

Kharkiv

Анотащя:

У данш робот представлено метод розрахунку ошгашзацп витрат на iнформацiйну та Ki6ep6e3neKy. Розглянуто клас соцiотехнiчних атак, якi визначено найнебезпечшшими. Враховано невизнaченiсть в оць нках можливих витрат з боку фaхiвцiв iнформaцiйноi' та кiбербезпеки.

Abstract:

This paper presents an effective method for calculating information and cybersecurity cost optimization. The class of societal attacks, which are identified as the most dangerous ones, is considered. An analytical apparatus of subjective logic theory was used to describe the process of the interaction of the defense party against attack.

Ключов1 слова: шформацшна та шбербезпека; ошгашзащя витрат; теорiя суб'eктивноi лопки.

Keywords:information and cybersecurity; cost optimization; subjective logic theory.

Вступ. Значний розвиток прогресивних шфор-мацшних технологш, що поеднуеться i3 комушка-тивними можливостями глобального цифрового «свиу», створюе ряд тдстав для врегулювання без-пеки даних процесiв на державному та свгговому рiвнi. Державна шформацшна полггика Украши ви-магае все нових пiдходiв для врегулювання питань iнформaцiйноï та кiбербезпеки, що на сьогодшшнш

день е основною складовою нaцiонaльноï' безпеки i оборони держави [6,с.1].

Зростаюча врaзливiсть кожного шдивща у про-гресуючому iнформaцiйно-комyнiкaтивномy суст-льствi безсyмнiвнa. Так з боку держави, а також во-лодшьця iнформaцiï, що пiдлягaе захисту, необхь дно створювати новi мехaнiзми, що вщповвдають