Голофеева М.А., Одесса, Украина
К вопросу обеспечения качества синтеграновых изделий
В настоящее время широкое применение
находят композиционные материалы на основе эпоксидных смол. Это обусловлено их
уникальными физико-механическими свойствами, а именно: высокой прочностью,
износостойкостью, повышенной виброустойчивостью и т.д. Одним из таких
материалов является синтегран – высоконаполненный композиционный материал на
основе эпоксидного связующего, наполнителей в виде щебня трех-четырех фракций и
мелкодисперсного порошка из высокопрочных гранитов. В основном, синтегран
предназначен для замены чугунного литья и блоков натурального гранита,
используемых для изготовления базовых деталей станков, машин и приборов.
По основным физико-механическим и
эксплуатационным свойствам этот материал аналогичен природному граниту. Поскольку
выполненные из синтеграна детали обладают повышенной по сравнению с чугуном
виброустойчивостью, размерной стабильностью, то увеличивается точность
изготовленных на таких станках деталей, повышается стойкость используемого
режущего инструмента, особенно керамического. По сравнению с натуральным
гранитом данный материал обладает технологическими преимуществами, связанными
со снижением трудоемкости изготовления деталей и экономией алмазного
инструмента при механической обработке. Кроме того, из синтеграна могут быть
изготовлены такие конструкции деталей, который из натурального гранита получить
невозможно [1].
Перспективным является расширение области
применения данного композиционного материала. Однако, оно сдерживается
определенными особенностями синтеграна. К ним следует отнести большой разброс и
изменчивость физико-механических свойств и, соответственно, большая вероятность
появление различных дефектов (воздушных раковин, неравномерного распределения
фракций гранитной крошки и связующего по объему отливки, отслоение закладных
деталей). К тому же, синтегран обладает плохой воспроизводимостью рельефа.
Устранение данных недостатков является
главной проблемой обеспечения качества и надежности изделий и конструкций,
изготовленных из исследуемого материала. Особое значение в решении данной
проблемы имеют эффективные методы и средства контроля. Причем, важно обеспечить
технический контроль на всех стадиях изготовления изделий из синтеграна,
поскольку если в готовом изделии в большинстве случаев обнаруженные дефекты и
отклонения некоторых параметров материала не удается ликвидировать, то в
процессе производства выявленные отклонения можно своевременно устранить за
счет изменения температуры, давления, введения специальных веществ
(растворителей, катализаторов, пластификаторов).
Известно, что свойства полимеров в
значительной степени определяются режимами полимеризации. Перспективным для
исследования процессов отверждения и полимеризации материалов на основе
эпоксидных смол являются акустические методы [1]. Отражение упругих волн на
включениях создает сложные явления взаимодействия упругих волн, обусловленные
их реверберацией, интерференцией и дифракцией. Контроль композиционных
полимеров указанным способом становится возможным только в случае, когда длина
волн упругих колебаний на порядок больше преобладающего размера включений.
Проблеме взаимодействия ультразвука с
неоднородностями в композиционных материалах, таких как полимерные волокнистые
материалы, бетоны посвящено большое количество работ. Однако, такие материалы
имеют существенные различия с синтераном в строении и свойствах, а
следовательно, и в характеристиках акустических полей в них. Поэтому
применяемые методы исследования таких материалов могут оказаться неэффективными
для контроля деталей из синтеграна.
В свою очередь, при разработке
низкочастотного ультразвукового импульсного метода контроля необходимо решить
такие задачи:
- рассмотрение модели контролируемой
среды, отражающей структуру поперечного сечения изделия из синтеграна;
- разработку теоретических основ этого
метода для рассмотренной модели среды;
- разработку широкополосных ультразвуковых
преобразователей с управляемой длительностью упругого импульса;
- создание высокой направленности при
излучении и приеме низкочастотных упругих колебаний;
- разработку методики контроля
физико-механических характеристик, дефектоскопии, структурометрии и
толщинометрии изделий.
Необходимо также отметить, что при
использовании ультразвуковых методов исследования требуется обеспечить систему
контроля и регулировки температуры, поскольку существует зависимость скорости
распространения ультразвука в полимерных материалах от рассматриваемого
параметра процесса формования изделий. Литературные сведения о температурных
коэффициентах скорости звука в синтегране нами обнаружены не были. Хотя
пренебрежение данными коэффициентами при проведении измерений может привести к
существенной систематической погрешности.
Известно, что в процессе полимеризации
изделий из материалов на основе эпоксидных смол нередко наблюдается спонтанное
нарушение сплошности их структуры, которое приводит в конечном итоге к
образованию недопустимых дефектов. Целью технологического контроля является
обнаружение и оценка параметров таких дефектов. Данная задача успешно может
быть решена при использовании явления акустической эмиссии, которая неизбежно
сопутствует структурным разрушениям в материалах.
Обеспечение качества изделий из синтеграна
возможно только при контроле таких параметров, как степень отверждения
материала, распределения фракций гранитной крошки и связующего по объему
отливки, появление дефектов структуры. Это можно реализовать с помощью
ультразвукового метода контроля, изменяя параметры волн в зависимости от
решаемой задачи, что в свою очередь может быть осуществимо при условии
глубокого анализа физических основ взаимодействия используемых волн с
контролируемой средой.
1.
В.М.Тонконогий, М.А.
Голофеева, И.А. Усатая / / Применение синтеграна в машиностроении. Резание и
инструмент в технологических системах: Международный науч.-техн. Сборник, -
Харьков: НТУ «ХПИ», 2009. – Вып. 77. – с. 167-172