Технологических процессов производства

СОДЕРЖАНИЕ

1. Основы проектирования технологических процессов производства 6
изделий из волокнистых композитов

2.Разработка и анализ технического задания на изделие из композита 15

3.Выбор технологической схемы для производства изделий из ВКМ 22

4.Выбор и расчеты оборудования и материального баланса 37

5.Выбор критериев и методов оценки качества изделий 45

6.Контроль параметров процесса и автоматизация производства 54

7. Спроектировать (реконструировать) предприятие (цех, участок) 68
по производству заданного изделия из КМ

Список использованных источников 79

 

ВВЕДЕНИЕ

Композиционные материалы (КМ) давно уже стали синонимом техни­ческого прогресса и их перспективность ни у кого не вызывает сомнения. На современном уровне развития техники, особенно машиностроения, требуют­ся новые конструкционные материалы с заданными свойствами и характери­стиками.

Новые специфические свойства, присущие только волокнистым КМ, появились в связи с развитием ракетостроения, аэрокосмической техники, специального машиностроения, химической промышленности, судострое­ния, строительной индустрии и др.

КМ представляет собой неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, среди которых можно выделить армирую­щие элементы, обеспечивающие необходимые механические характеристики материала, и матрицу (или связующее), обеспечивающую совместную работу армирующих элементов. Эффективность и работоспособность КМ зависят от правильного выбора исходных компонентов и технологии их совмещения, призванной обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первоначальных характеристик. В результате совмещения армирующих элементов и матрицы образуется комплекс свойств КМ, не только отражаю­щий исходные характеристики его компонентов, но и включающие свойства, которыми изолированные ингредиенты не обладают.

Выбором типа и количества армирующего наполнителя и матрицы можно в достаточно широких пределах варьировать различные свойства КМ.

В свою очередь свойства изделий из КМ существенно зависят как от свойств компонентов КМ, так и от способов (технологии) производства КМ и формования изделий из них.

В общем случае под технологией в широком значении этого слова по­нимают научное описание методов, способов и средств производства про­дукции в какой-то отрасли промышленности.

Технология — совокупность методов обработки, изготовления, изме­нения состояния, свойств, формы сырья, материалов или полуфабрикатов, осуществляемых в процессе производства конкретного изделия, продукции.

Основная задача технологии как науки — выявление физических, хи­мических, механических или других закономерностей с целью определения и использования на практике наиболее эффективных и экономичных про­изводственных процессов.

Технология производства КМ неразрывно связана с конструкцией из­делий, особенно когда они имеют сложную форму и требуют детальной про­работки мест соединений под сварку, пайку, склеивание или клепку. Как правило, технология изготовления конструкций и изделий из КМ является многопереходной и предусматривает последовательную комбинацию не­скольких процессов.

Успешное решение проблемы создания нового КМ и производства го­тового продукта в виде изделия возможно при наличии совершенного, пере­дового технологического процесса. С этой целью производят проектирова­ние новых технологических процессов создания и переработки КМ в изде­лия, базирующихся как на уже известных технологических процессах, так и на передовые достижения науки в области создания новых, перспективных ингредиентов КМ, технологии их совмещения и переработки.

Настоящее пособие предназначено для подготовки специалиста, спо­собного самостоятельно разрабатывать рациональные технологические про­цессы производства изделий из композиционных материалов (КМ), удовле­творяющих требованиям технического задания (ТЗ), для конкретных облас­тей промышленности.

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА

Промышленное производство

Организация промышленного производства является конечным этапом процесса проектирования технологических процессов производства готовой продукции, удовлетворяющей требованиям ТЗ.

Проектирование и оформление технологической документации на процессы находится в прямой зависимости от производства, на котором бу­дет изготавливаться изделие и его комплектующие.

В общем случае производства классифицирует по: назначению, типу, организации, уровню применениясредств автоматизации и механиза­ции, виду.

По назначению производства разделяют на основное, вспомогатель­ное и опытное.

Основное производство — производство товарной продукции.

Вспомогательное производство — производство средств, необходи­мых для обеспечения функционирования основного производства.

Опытное производство — производство образцов, партий или серий изделий для проведения исследовательских работ или разработки конструкторской и технологической документации для установившегося производства. %

По типу производства подразделяются на единичное, серийное и мас­совое.

Единичное производство — характеризуется малым объемом выпуска одинаковых изделий, повторное изготовление и ремонт которых, как прави­ло, не предусматривается.

Серийное производство — характеризуется изготовлением и ремон­том изделий периодически повторяющимися партиями.

Массовое производство — характеризуется большими объемами вы­пуска изделий, непрерывно изготавливаемых продолжительное время, в те­чение которого на большинстве рабочих мест выполняется одна рабочая операция.

Промышленные производства по организации разделяют на поточное, групповое и установившееся.

Поточное — производство с расположением средств технического ос­нащения и последовательным выполнением операций технологического процесса. Выпуск продукции осуществляют с определенным интервалом.

Групповое — производство характеризуется совместным изготовле­нием групп изделий с разными конструктивными, но общими технологиче­скими признаками.

Установившееся — производство изделий по окончательно отрабо­танной конструкторской и технологической документации.

К автоматизированным относят предприятия, в которых выполнение всех процедур, связанных с технической подготовкой и управлением произ­водства, комплексно автоматизировано. На таких предприятиях используют системы САПР, АСТПП, АСУ, АСР, а ручной труд исполнителей отсутству­ет.

К механизированным производствам относят предприятие, в которых механизации подвергнуты вое процессы, связанные с ранее применяемым ручным трудом, опасными работами для здоровья человека.

Кроме того, производства разделяют по виду, т.е. признаку применяе­мого метода для изготовления изделия или его составных частей.

К наиболее распространенным относят: литейное, прессовое, механо-обрабатывающее, термическое, гальваническое, лакокрасочное, сборочное производства. В большей мере разделение производств по видам характерно для предприятий крупносерийного и массового типа.

При разработке технологической документации на процессы изготов­ления изделий и их составных частей осуществляют действия по взаимной увязке конструкторских и технологических документов и последующей их обработке. Стадии разработки таких документов охватывают все этапы, на­чиная от момента начала разработки до производства изделий.

Требования по стадиям разработки технологической документации ус­тановлены в ГОСТ 3.1102-82.

Комплекты документов (КД) на технологические процессы классифи­цируют по назначению, организации и степени описания (см. рис. 2).

Рисунок 2-Классификация комплектов документов(КД) на технологические процессы(ТП)

Все указанные КД можно условно разделить на две группы: документы для рабочих и не рабочих ТП.

К КД на рабочие ТП относят комплекты на рабочий, временный и стандартный ТП.

КД на рабочий ТП регламентирует порядок выполнения процесса в условиях действующего или планируемого к введению в действие производ­ства.

КД на временный ТП — это КД, который вводится временно, взамен предусмотренного или действующего рабочего ТП в связи с отсутствием со­ответствующих средств технологического оснащения. Часто такой комплект документов называют «обходная технология». Комплект документов на вре­менный ТП вводят на определенный период времени и сроки его действия оговаривают в извещении и на первом листе.

Комплект документов на стандартный ТП — оформляют в виде стандарта предприятия (СТП) в соответствии с требованиями государствен­ной системы стандартизации.

Комплект документов на директивный ТП предназначается для проведения расчетов, определения необходимых средств технологического оснащения и т.д., с целью определения возможности размещения заказа на изготовление изделия на соответствующем предприятии.

В комплекте документов на перспективный ТП описывают новый прогрессивный технологический процесс с ориентацией на применение но­вых средств технологического оснащения, технологических методов изго­товления и новых материалов.

Комплект документов на проектный ТП предназначен для решения задач, связанных с определением состава и размещением в технологической последовательности необходимого оборудования.

Комплект документов на ТП информационного назначения ис­пользуется разработчиком технологических документов при разработке ра­бочей технологической документации. К категории таких документов отно­сят типовые (групповые) технологические процессы, специализированные по методам изготовления, единичные технологические процессы на новые ТП и т.д. Как правило, указанные документы имеют отраслевой характер и издаются типографским способом в виде технических пособий методическо­го характера.

Среди КД на технологические процессы по массовости одно из первых мест занимают КД на единичные технологические процессы (ЕТП). Их применение не зависит от вида производства, применяемых методов изго­товления и средств технического оснащения. В КД на ТП виды документов располагаются в определенном порядке в зависимости от их роли и состава вносимой информации.

КД на типовые и групповые технологические процессы относятся к унифицированным комплектам документов. По сравнению с КД на ЕТП указанные документы занимают меньший объем. Внедрение таких комплектов документов непосредственно связано со специализацией не только произ­водства, но и рабочих мест и в отличии от ЕТП занимает больше времени.

Под типовым технологическим процессом (ТТП) понимают техно­логический процесс изготовления группы изделий с общими конструктив­ными и технологическими признаками.

Конструктивные признаки характеризуют геометрическое (визуаль­ное) описание изделия.

Технологические признаки включают:

—размерные (габаритные) характеристики;

—группу материалов;

—тип детали по технологическому методу изготовления;

—вид исходной заготовки;

—степень точности;

—вид дополнительной обработки и др.

Под групповым технологическим процессом (ГТП) понимают тех­нологический процесс изготовления группы изделий с различными конст­руктивными, но общими технологическими признаками.

Типовая технологическая операция (ТО) характеризуется единством содержания и последовательностью выполнения технологических переходов для изготовления группы изделий с общими конструктивными признаками.

Под групповой технологической операцией (ГО) понимают опера­цию совместного изготовления группы изделий с разными конструктивны­ми, но общими технологическими признаками.

В отличии от ТТП и ГТП, ТО и ГО имеют самостоятельное примене­ние и могут быть использованы при разработке как ЕТП, так и ГТП.

Для определения экономической эффективности новой техники и тех­нологии существует методика оценки, которая включает следующие основ­ные положения:

1. На основании экономического анализа (экономический эффект, го­довая производительность) принимают решение о целесообразности созда­ния новой техники и технологических процессов.

2.Годовойэкономический эффект внедрения нового технологиче­ского процесса — суммарная экономия всех производительных ресурсов (труда, материалов, капитальных вложений и др.).

3.По сопоставлению приведенных затрат по базовой иновой техно­логии определяют годовой экономический эффект.

В этих целях определяют объем предполагаемого производства и его основные показатели.

Для объектного выбора базовой технологии проводят сопоставление сравниваемых вариантов по объему производства, фактору времени, со­циальному фактору (в том числе и по влиянию на окружающую среду) и др. На этапах НИР и ОКР за базу сравнения перед принятием решения о внедрении в производство новых технологий выбирают наилучшие отечествен­ные и зарубежные аналоги.

Для проведения расчетов экономической эффективности необходимо иметь информацию о выбранной технологической схеме, стадийности про­цесса, рецикле ингредиентов ВКМ, утилизации отходов и т.п.

Как правило, разработку нового технологического процесса произво­дят для нового КМ. При этом важно учитывать себестоимость как ингреди­ентов, так и собственно КМ при промышленном производстве, условия изго­товления, переработки и эксплуатации изделий из ВКМ.

Основными задачами в области разработки современных технологиче­ских процессов являются:

1. Разработка новых ингредиентов КМ и собственно КМ (включает в себя исследования структуры, состава и свойств новых материалов, изучение технологических свойств и возможных областей применения и поведения материалов при эксплуатации).

2. Разработка новых технологических процессов производства новых КМ за счет:

—модернизации существующих технологий;

—создание новых технологий получения новых КМ;

—создание новых технологий переработки новых КМ в изделия;

—повышение производительности путем модернизации оборудования и интенсификации процесса (компьютеризация и автоматизация);

—улучшение качества изделий;

—снижение затрат на выпуск продукции, утилизацию отходов.

3. Разработка отдельных элементов технологических процессов, а
именно:

— разработка методов аналитического контроля, экспрессметодов;

—разработка аппаратурного оформления процесса или стадий (опера­ции), включая новые решения;

— разработка методов автоматического контроля, регулирования и
управления.

Последовательно решая указанные задачи, выбирают технологическую схему разрабатываемого технологического процесса по изготовлению кон­кретного изделия с использованием традиционных или новых ингредиентов КМ, стандартного или специально сконструированного оборудования. Тех­нологическую документацию на выбранный по назначению и виду организа­ции и технологический процесс разрабатывают в соответствии с требова­ниями ЕСТД.

Для реализации разработанного ТП на промышленном предприятии оценивают имеющиеся производственные мощности действующих предпри­ятий в соответствии с их назначением, типом и организацией производства и возможности создания нового производства. Основанием для начала работы над созданием проекта промышленно­го предприятия является согласованное и утвержденное в установленном по­рядке (согласно нормативного документа СНиП 1.11.101-95) Задание на проектирование.

Проект, или более точно, проектно-сметная документация — это ком­плект текстовых материалов и чертежей, пользуясь которыми можно по­строить то или иное здание или сооружение или комплекс зданий.

В задании (пояснительной записке) должны быть приведены основные технологические расчеты, полный материальный баланс получения готовой продукции и переработки отходов, принципиальные технологические схемы процесса с нанесенными на них обозначениями арматуры, трубо- и продуктопроводов, места установки и принципы действия контрольно-измеритель­ных приборов (КИП), датчиков и исполнительных механизмов, систем авто­матизации и механизации.

В результате последовательного решения указанного комплекса про­блем возможно создание проекта промышленного предприятия по производ­ству выбранной номенклатуры изделий по разработанному технологическо­му процессу.

РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

НА ИЗДЕЛИЕ ИЗ КОМПОЗИТА

Цель и задачи занятия

Цель занятия — освоить методику и разработать техническое задание на конкретное изделие из КМ.

Задачи занятия:

1. Уяснить назначение конкретного изделия из КМ.

2.Сформулировать условия эксплуатации изделия.

3.Определить основные требования, предъявляемые к изделию.

4.Составить подробное описание технического задания на изделие из КМ.

Введение

Композиционные материалы (КМ) обладают уникальным комплексом свойств, благодаря которому они находят все большее применение в качест­ве исходного материала при создании изделий и конструкций различного на­значения применительно ко многим отраслям народного хозяйства.

Разработку изделий из ВКМ начинают с выбора ингредиентов, конст­руирования КМ и создание на этой базе конструкции изделия.

Конструирование изделий из КМ начинают с разработки технического задания на объект конструирования.

Техническое задание

Основное содержание ТЗ сводится к следующему:

—наименование и основание для выполнения работы;

—цель, наименование и назначение изделия;

—состав изделия;

—технические требования к изделию;

—требования по назначению;

—технико-экономические требования;

—требования по видам обеспечения;

—требования к сырью, материалам, полуфабрикатам и деталям;

—требования к консервации; упаковке и маркировке;

—специальные требования;

—этапы выполнения работы;

—порядок выполнения и приемки этапов работы.

В зависимости от особенностей разрабатываемого изделия, условий его применения и эксплуатации допускается введение в ТЗ и других разде­лов.

Содержание разделов и подразделов ТЗ определяет заказчик.

При необходимости уточнения отдельных требований ТЗ в процессе выполнения работы должен быть указан этап работы, на котором эти требо­вания уточняются.

В разделе «Наименование и основание...» указывают наименование работы и полное наименование документа, на основании которого должна выполняться данная работа, номер и дату утверждения и организацию, ут­вердившую документ.

Во втором разделе указывают цель выполнения работы, полное на­именование, назначение и область применения разрабатываемого изделия, решаемые задачи и предполагаемые варианты применения изделия.

В разделе «Состав изделия» перечисляют основные, составные части изделия и/или приводят требования к составу изделия, назначению их со­ставных частей. Если в качестве составных частей изделия применяют ранее разработанные другими предприятиями или покупные детали, то указывают обозначение документа и организацию производителя или код к общерос­сийскому классификатору продукции (ОКП).

В разделе «Технические требования...» указывают технические тре­бования, характеристики, нормы, показатели и другие параметры, опреде­ляющие назначение, возможности и условия эксплуатации.

Раздел должен состоять из подразделов:

—требования по назначению;

требования по живучести и стойкости к внешним воздействиям;

—требования по надежности;

—требования по технической эстетике;

—требования по эксплуатации, удобству технического обслуживания, ремонта и хранения;

—требования по транспортабельности;

—требования по стандартизации и унификации;

—требования по технологичности;

—конструктивные требования.

Технико-экономические требования — требования, обеспечивающие разработку изделия в обоснованных пределах полной стоимости его жизнен­ного цикла. Устанавливают ориентировочные предельные значения стоимо­сти разработки, производства, эксплуатации и ремонта образца. Проводят технико-экономическое обоснование целесообразности разработки и поста­новки на производство изделия по комплексу показателей, в том числе и по критерию «эффективность—стоимость».

В разделе указывают требования по обеспечению экономии и рацио­нального использования топливно-энергетических ресурсов, дефицитных материалов и т.п. (все в сравнении с аналогами).

В разделе «Требования по видам обеспечения» устанавливают тре­бования и нормы по видам обеспечения образца, изделия для достижения за­данной эффективности в процессе его применения и эксплуатации.

В подразделе «Метрологическое обеспечение» устанавливают требо­вания к показателям метрологического обеспечения, к системам, методам и средствам измерений и контроля параметров образца и т.д.

В подразделе «Математическое, программное и информационное обеспечение» устанавливают требования к алгоритму, методикам, языкам, составу и структуре носителей информации и др.

«Требования к сырью...» охватывают:

— требования к комплектующим деталям, к покупным изделиям,
ЛВЖ, лакокрасочной продукции и материалам;

—устанавливают ограничения номенклатуры (видов, марок, типораз­меров) применяемого сырья, материалов и покупных деталей и изделий;

—возможность применения и/или ограничения к применению драг.металлов, материалов и сплавов, порядок их учета;

—возможность применения сырья, материалов и изделий неотечест­венного производства;

—требования к физико-химическим, механическим и другим свойст­вам отдельных видов сырья и материалов, определяющих качество изделия.

В разделе «^Требования по консервации...» устанавливают:

—требования к консервации с учетом сроков и условий хранения;

—требования к упаковке (тара, упаковочный материал, крепление из­делия и т.д.) и количество изделий в одно укладочное или транспортное ме­сто;

— требование к маркировке изделия, тары и качеству маркировки.

«Специальные требования» — это комплекс требований, регламен­тирующих применение оснастки и ремонтно-технологического оборудова­ния, методов испытаний изделий с целью обеспечения их надежной эксплуа­тации и выполнения ремонтных работ. Сюда же относят требования по па­тентной чистоте и патентоспособности изделия и его составных частей.

В разделе «Этапы выполнения работы» устанавливают наименова­ние обязательных этапов работы и конкретный перечень работ, выполняе­мых на каждом этапе.

В этом же разделе указывают сроки выполнения этапов работы и кон­кретных исполнителей.

«Порядок выполнения и приемка этапов работы» включает:

—правила и порядок выполнения и приемки этапов работы;

—необходимость разработки, изготовления и испытания макетов из­делий на этапах эскизного и технического проекта, их перечень и количест­во;

—количество опытных образцов, необходимых для проведения всех

категорий и видов испытаний;

место (организацию) испытаний изделий (предварительные и прие­мочные испытания);

— требования по разработке конструкторской и технологической до­кументации в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД и ЕСТД и про­ведению технико-экономической оценки результатов выполненной работы, а
также состав, количество комплектов и перечень рассылок отчетной научно-
технической документации и др.

Требования к оформлению ТЗ

Техническое задание на разработку должно быть оформлено в соответ­ствии с общими требованиями к текстовым документам по ГОСТ 2.109-79 на листах формата А4 по ГОСТ 2.301-68 без рамок.

Схемы, чертежи и таблицы допускается выполнять на листах формата А4, A3, А2. Титульный лист ТЗ оформляют по следующей форме:

 

Утверждаю Согласовано

Должность, заказчик должность, головное министерство-исполнитель

Подпись,инициалы,фамилия подпись,инициалы,фамилия

200_г _ 200_г

Техническое задание на (научно-исследовательскую или опытно-конструкторскую) работу

 

наименование, номер госрегистрации работы

наименование (индекс) изделия

Часть*_________________________

Действует с дополнением**_________________________

 

 

* — если ТЗ в двух или более частях ** — если имеются дополнения к ТЗ

На последнем листе ТЗ после основного текста документа помещают подписи разработчиков ТЗ (слева) и согласующие подписи других организа­ции (справа), например:

текст

должность, организация должность, головной

заказчика-разработчика ТЗ исполнитель работы

подпись, инициалы, фамилия подпись, инициалы, фамилия

200 _г

Согласовано

должность, другие организации, согласующие ТЗ

подпись, инициалы, фамилия

200 г

 

Требования в каждом подразделе располагают в зависимости от степе­ни их важности и характера.

Значения показателей качества продукции увязывают с предельными отклонениями или максимальными и минимальными значениями.

Порядок согласования и утверждения ТЗ

ТЗ на работу согласовывает с другими организациями и утверждает в установленном порядке заказчик. ТЗ согласовывают:

—с головным министерством-исполнителем работы;

—с исполнителем составных частей;

—с другими организациями.

Примечание. ТЗ, выполняемое на конкурсных началах, согласованию с исполнителями не подлежит.

Дополнение к содержанию ТЗ

В зависимости от вида, назначения, условий производства и эксплуа­тации продукции допускается уточнять содержание разделов, вводить новые или объединять отдельные из них. Отдельные требования, подлежащие уточнению в процессе разработ­ки, записывают по типу: «Окончательное требование (величина)... уточняет­ся в процессе разработки продукции и согласовывается с...на стадии...» При проведении экспертизы конструкторской документации указывают перечень документов, представляемых на экспертизу, стадии, на которых она прово­дится, и место ее проведения.

В разделе «Порядок контроля и приемки» указывают:

—перечень конструкторских документов, подлежащих согласованию и утверждению на отдельных стадиях разработки в соответствии с требова­ниями ЕСКД и перечень организаций, с которыми следует их согласовать;

—общие требования к приемке работы на стадиях (этапах) разработ­ки, количество изготовляемых опытных образцов, а также предъявляемых на приемочные испытания, сроки и место их проведения (организации, пред­приятия).

В приложениях к ТЗ приводят обоснование заданных показателей в соответствии с лучшими отечественными и зарубежными достижениями в данной области. В приложении при необходимости приводят:

—перечень НИР и других работ, обосновывающих необходимость проведения разработки (при большом их объеме);

—чертежи, схемы, основания, объяснения, изобретения, расчеты — необходимые при разработке продукции;

—перечень заинтересованных организаций, с которыми согласовыва­ют решения при разработке продукции;

— перечень нового технологического оборудования, подлежащего
разработке в связи с разработкой продукции по ТЗ;

— справочные и другие материалы.

Практическая часть

Разработку ТЗ начинают после уяснения задания руководителя заня­тий.

Определяют содержание разделов и подразделов и приступают к опи­санию и составлению ТЗ в последовательности, изложенной выше.

Разработанное ТЗ оформляют в виде документа в соответствии с тре­бованиями ГОСТ.

При описании текста ТЗ необходимо предусмотреть, что отдельные его разделы в виде составных частей могут быть направлены для выполнения в организации-соисполнители. Поэтому содержания разделов ТЗ должно быть достаточно полным и ясным, включать необходимые для реализации указан­ного раздела ТЗ информацию и данные. После согласования с преподавате­лем разработанный документ (ТЗ) должен быть защищен коллективом авто­ров (разработчиков) на практическом занятии. При необходимости на защи­ту ТЗ представляют (кроме пояснительной записки) основной чертеж изделия и его составных частей с указанием возможных вариантов соединения элементов в готовое изделие.

Контрольные вопросы

1.Цель и задачи занятия.

2.Техническое задание на объект конструирования.

3.Содержание технического задания.

4.Требования к оформлению ТЗ.

5.Порядок согласования и утверждения ТЗ.

6.Руководящие документы для разработки ТЗ на изделие.

7.Назначение, состав и технические требования к изделию.

8.Технико-экономические требования.

9.Этапы выполнения и порядок приемки работы.

10. Приложения к ТЗ.

Выбор ингредиентов КМ

Основными характеристиками для выбора волокнистого материала яв­ляются относительная стоимость С=Ц-р/0в и удельные прочность-oVp и уп­ругость Е_в/р (Ц —цена, р — плотность волокнистого наполнителя, -с_в и -Е_в — прочность при растяжении и модуль упругости соответственно).

С учетом комплекса требований ТЗ и при C=min, -ав/р⁼п1ах и •Ев/р=тах осуществляют выбор наполнителя.

При выборе геометрической формы наполнителя учитывают их влияние на распределение нагрузки в композиции, на механизм разрушения КМ, а также учитывают размеры и конструкцию изделия, условия эксплуа­тации и др.

Для изделий малой толщины и сплошной конфигурации предпочти­тельнее использовать высокодисперсные наполнители (порошки и т.д.), т.к. они легко распределяются в связующем.

В случае использования волокнистого наполнителя (волокна, нити, жгуты) прочность наполнителя в изделии используется максимально.

Замена монолитных волокон полыми (капилярными) позволяет резко увеличить проч­ность и жесткость изделий присжатии иизгибе, однако их использование в изделиях, работающих на растяжение, не эффективно.

Выбор оптимального диаметранепрерывных волокон осуществляют по формулам:

(при растяжении)

(при сжатии)

где — толщина слоя связующего между волокнами;

— относительное удлинение при разрыве матрицы и волокна со­ответственно;

—разрушающее напряжение при сжатии однонаправленного КМ;

G — модуль сдвига связующего.

При создании КМ с требуемыми выбор оптимального соотношения ингредиентов осуществляют по зависимостям:

и

,

 

где и V_B — пределы прочности и объемная доля волокон в КМ;

— предел текучести матрицы;

и Е_м — модуль упругости волокна и матрицы соответственно.

Для полной реализации механических свойств волокон в КМ необхо­димо соблюдение условия

Определение оптимальной степени наполнения производят из соот­ношений или по номограмме (см. рис. 4).

 

Диаметр волокна,мкм

Рис. 4. Зависимость толщины пленки связующего от диаметра волокон

при однонаправленном расположении волокон и различной

степени наполнения.

и

,

 

Где — минимальная толщина прослойки связующего между волок­нами;

D — диаметр волокна;

V_BV — объемное содержание волокон;

коэффициент капиллярности; d н

и — внутренний и наружный диаметры полого волокна.

Выбор схемы армирования осуществляют на основании данных о распределении силового поля и характера нагружения, направлений и значе­ний действующих сил, углов армирования и количество волокон в каждом направлении.

В общем случае при выборе схем армирования придерживаются сле­дующих принципов:

— ориентация элементарных волокон или нитей в КМ одномерна в направлении вектора приложенной нагрузки;

— объемное содержание волокон должно быть большим и стремить­ся к своему предельному значению;

— волокна в системе равнонагружены и работают одновременно;

—число перекрещивающихся слоев (для многослойных КМ) долж­но быть одинаковым;

— волокна (слои) должны быть качественно склеены между собой.

При использовании в качестве наполнителей тканых материалов в ос­новном придерживаются вышеприведенных принципов. При этом учитыва­ют (для конкретных условий эксплуатации КМ) и вид прилагаемой нагрузки (растяжение, сжатие, изгиб, кручение).

Таким образом, выбирая форму, размеры и материал наполнителя, можно получить достаточно точные данные о том, из какого материала дол­жен быть второй компонент КМ.

Выбор матрицы (связующего). Полимерная матрица является важ­нейшим компонентом КМ, определяющим его технологические и эксплуата­ционные свойства. В качестве матрицы в КМ используют отверждаемые эпоксидные, полиэфирные и др. термореактивные смолы, а также полимер­ные термопластичные материалы. Матрица (связующая композиция) должна обладать определенным комплексом свойств, среди которых можно выде­лить:

— наличие реакционно-способных функциональных групп (-С-С-,
-СООН,-SН и др.) О

—достаточная для переработки вязкость;

—хорошая смачивающая способность по отношению к материалу на­полнителя и хорошая адгезия;

—адгезия матрица — наполнитель должна быть больше когезионной прочности связующего;

—обладать высокой скоростью отверждения;

—не выделять при отверждении низкомолекулярных побочных про­дуктов;

—должна обеспечивать идеально-упругое поведение материала КМ и др.

Для улучшения физических, механических, технологич