Кандидат технических наук, доцент
Адрес для переписки: Вершина Георгий Александрович – Белорусский национальный технический университет, просп. Независимости, 65, 220013, г. Минск. Тел.: +375 17 292-76-64 oup@bntu.by
Address for correspondence: Vershina Georgey A. – Belarusian National Technical University, 65 Nezavisimosty Ave., 220013, Minsk, Republic of Belarus. Tel.: +375 17 292-76-64 oup@bntu.by
Кандидат технических наук, доцент
Статья посвящена изучению возможности изготовления фторопластовых изделий методом холодного формоизменения прессованных заготовок и исследованию особенностей механического поведения фторопласта, проявляющихся при деформировании и влияющих на качество и точность изготавливаемых деталей. Рассмотрена технология изготовления фторопластовых уплотнительных колец, получаемых методом навивки ленточной заготовки на цилиндрическую оправку с дальнейшей выдержкой в навитом состоянии и последующим разрезанием спирали на кольца. Важным этапом разработки технологического процесса являются расчет и проектирование инструмента (оправки-калибра), обеспечивающего получение кольцевых изделий требуемых размера и формы. Деформационное поведение фторопласта в условиях силового воздействия значительно отличается от поведения известных классических материалов и обладает целым рядом особенностей и специфических проявлений. Поэтому задача создания расчетной методики для разработки инструмента сложная и требует обоснованного подхода при выборе механической модели полимера. Учитывая, что фторопласт имеет структуру с высокой степенью кристалличности, механизм и последовательность протекания в нем деформаций под воздействием нагрузки во многом подобны поведению металлов и других низкомолекулярных материалов. Это позволяет использовать для расчета фторопластовых изделий методы и подходы, принятые в механике твердых тел, однако учитывая при этом, что деформационные процессы в полимерах протекают во времени и имеют другую природу упругих и остаточных деформаций. При изгибе фторопластовой ленты при наматывании ее на оправку определяющую роль играют остаточные деформации, обеспечивающие изделию необходимые размеры и форму. Однако не менее важны и упругие деформации, которые после снятия нагрузки вызывают пружинение и изменение размеров готового изделия. Доказывается, что даже при высоких степенях деформирования в области нейтрального слоя всегда будет присутствовать упругая зона конечной ширины, которая с учетом всех накапливаемых упругих деформаций оказывает определенное влияние на точность изготавливаемых изделий. При этом фторопласт является разномодульным материалом, имеющим упругость при растяжении значительно более высокую, чем при сжатии, а поэтому упругое восстановление в большей мере связано именно с областью растянутых волокон. На основании анализа деформационного поведения фторопласта с учетом специфики его механических свойств авторами разработана методика расчета инструмента для получения колец заданных размеров. Предложенная методика с достаточной степенью точности согласуется с результатами экспериментальных исследований.
The paper is devoted to study of a possibility to manufacture fluoroplastic products while using method of cold deformation of pressed blanks and research of peculiar features in mechanical behavior of fluoroplastic which are revealed during deformation that affects quality and accuracy of the manufactured parts. Manufacturing technique of fluoroplastic sealing rings which are obtained while using method of coiling a band blank on a cylindrical mandrel with further endurance in a wound state and subsequent cutting of a spiral on rings has been considered in the paper. An important stage in the development of the technological process is a calculation and a design of a tool (mandrel caliber) that ensure obtaining of ring products with the required size and shape. Deformation behavior of fluoroplastic under conditions of force action is significantly different from the behavior of the known classical materials and it has a number of specific features and manifestations. Therefore the problem for creation of a calculation methodology for tool development looks as a complicated one and it requires a justified approach while selecting a mechanical model of polymer. Considering the fact that fluoroplastic has a structure with a high degree of crystallinity, a mechanism and sequence of deformations in it due to load are largely similar to the behavior of metals and other low-molecular materials. It allows to use methods and approaches adopted in the mechanics of solids for a calculation of fluoroplastic products however it is necessary to take into account the fact that deformation processes in polymers proceed in time and have a different nature of elastic and residual deformations. When bending the fluoroplastic band in case of winding it on the mandrel residual deformations which provide the required size and shape play the most significant role. However elastic deformations which cause springing and change of size in a finished product after removal of loading are also important. It has been proved that an elastic zone of finite width which has a certain influence on accuracy of manufactured products with due account of all accumulated elastic deformations will be present in the field of a neutral layer even at high degrees of deformation. In this case, fluoroplastic is a multi-modulus material having elasticity which at stretching is significantly higher than in compression, and therefore elastic recovery is more associated with the area of stretched fibers. The authors have developed a methodology for calculation of the tool for obtaining rings of the required size on the basis of the analysis pertaining to deformation behavior of the fluoroplastic while taking into account specificity of its mechanical properties. The proposed methodology with a sufficient degree of accuracy is consistent with the results of experimental studies.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.