Расчет параметров режущего инструмента для изготовления разрезных фторопластовых колец

В работе рассматривается технологический процесс изготовления фторопластовых уплотнительных колец, заключающийся в принудительной подаче и протягивании полимерной ленточной заготовки между вращающимися роликами, пластическом изгибе ленты в зоне деформации на заданную кривизну путем закручивания на приводной ролик и последующей операции отрезания полосы после получения кольца требуемого диаметра. Данная технология имеет высокую производительность за счет автоматизации полного цикла изготовления разрезного кольца и непрерывности процесса, позволяет минимизировать отходы, снизить трудоемкость и энергоемкость производства. Наиболее сложным вопросом при разработке предложенной технологии является проектирование рабочего инструмента, его размеров и геометрии, а также силовых и кинематических параметров устройства, обеспечивающих получение фторопластовых колец требуемой точности. Сложность вопроса заключается в том, что фторопласт обладает целым рядом особенностей, проявляемых при деформировании, и его механическое поведение в условиях силового воздействия значительно отличается от поведения известных классических материалов. Однако в отличие от других полимеров фторопласт является высокоплотным материалом и имеет структуру с высокой степенью кристалличности, поэтому, как показывают исследования, его поведение под нагрузкой, а также механизм и последовательность протекания в нем деформаций во многом подобны поведению металлов, что позволяет использовать для фторопласта методы и подходы, принятые в механике твердых деформируемых тел. Согласно предложенной технологии, фторопластовая ленточная заготовка, протягиваемая между вращающимися роликами и подвергающаяся изгибу в зоне деформации, испытывает чистый изгиб с возникновением упругих и остаточных деформаций, из которых именно последние придают изделию необходимую форму и обеспечивают получение кольца требуемого диаметра. Для решения этой задачи необходимо выполнение соответствующего силового и геометрического расчетов процесса. Силовой расчет направлен на определение силовых параметров изгиба, создающих в деформируемом изделии максимально возможные необратимые деформации с минимально возможным упругим восстановлением (пружинением) после выхода из зоны деформации, а геометрический расчет направлен на выполнение силовых условий. На основе исследования напряженного состояния при гибке фторопластовой ленты с учетом различной жесткости фторопласта при растяжении и сжатии, а также кинематического расчета элементов рабочего узла установки определены диаметры формообразующего ролика, создающего необходимые усилия изгиба в зоне деформации, и обрезающего ролика-калибра, обеспечивающего получение кольца требуемого диаметра. Разработанные авторами расчетные методики достаточно точно согласуются с результатами экспериментальных исследований.

1. Каргин, В. А. Структура и механические свойства полимеров / В. А. Каргин. М.: Наука, 1979. 449 с.

2. Тугов, И. И. Химия и физика полимеров / И. И. Тугов, Г. И. Кострыкина. М.: Химия, 2009. 432 с.

3. Горяинова, А. В. Фторопласты в машиностроении / А. В. Горяинова, Г. К. Божков, М. С. Тихонова. М.: Машиностроение,1971. 232 с.

4. Вершина, Г. А. Способ изготовления разрезного кольца из полимерного материала и устройство для его осу-ществления: пат. BY 14191 / Г. А. Вершина, А. Ю. Пилатов. Опубл. 30.04.2011.

5. Вершина, Г. А. Анализ деформационного поведения фторопласта-4 в условиях силового воздействия / Г. А. Вершина, Л. Е. Реут // Весцi НАН Беларусi. Сер. физ.-технических наук. 2016. № 4. С. 23–30.

6. Сопротивление материалов с основами теории упругости и пластичности / Г. С. Варданян [и др.]. М.: МГСУ, 1995. 568 с.

7. Вершина, Г. А. Упругопластический изгиб фторопластовой ленты при сворачивании в кольцо / Г. А. Вершина, Л. Е. Реут // Весцi НАН Беларусi. Сер. физ.-технических наук. 2017. № 2. С. 40–48.

8. Вершина, Г. А. Влияние упругого ядра на размеры кольцевого изделия при изгибе фторопластовой ленты / Г. А. Вершина, Л. Е. Реут // Наука и техника. 2019. Т. 18, № 1. С. 21–31. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2019-18-1-21-31.

9. Лысов, М. Н. Теория и расчет процессов изготовления деталей методами гибки / М. Н. Лысов. М.: Машиностроение, 1988. 236 с.

10. Сторожев, М. В. Теория обработки металлов давлением / М. В. Сторожев, Е. А. Попов. М.: Машиностроение, 1977. 422 с.