Разработка технологии восстановления эскплуатационных свойств полиуретановых элементов листоштамповочных прессов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2011

Химия

Вып. 3(3)

УДК 621.988.6.07

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЭСКПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПОЛИУРЕТАНОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЛИСТОШТАМПОВОЧНЫХ ПРЕССОВ

А.Б. Шеин, А.В. Аликин, Д.В. Косажихин, Г.В. Шергина

Пермский государственный национальный исследовательский университет.

614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15

E-mail: [email protected]

Предлагается способ восстановления эксплуатационных свойств конструкций из термореактивных полиуретановых эластомеров для штамповочных прессов камерного и плунжерного типов. Сущность подхода состоит в снятии за счет релаксации остаточных циклических высокоэластичных деформаций, накопленных в полиуретане в процессе эксплуатации конструкции. Для снижения уровня остаточных деформаций конструкцию термостатируют в температурном режиме, соответствующем температуре полимеризации при изготовлении изделия.

Ключевые слова: полиуретан; деформация; термостатирование

В настоящее время для штамповки широко применяются прессы камерного типа с инструментальными блоками, в которых эластичные элементы (маслокамеры и диафрагмы) изготавливаются из

полиуретановых эластомеров различных марок

[1]. Маслокамеры и диафрагмы прессов камерного типа представляют собой крупногабаритные конструкции прямоугольной формы толщиной (8...65)х10"3м, которые могут быть по краям скреплены с арматурой, обеспечивающей силовую связь

инструментального блока в прессе. Геометрические параметры таких конструкций колеблются в пределах 1,5.5,5 м по длине и

0,7...2,5 м по ширине. Маслокамера образует с арматурой гидравлическую полость, куда в процессе рабочего цикла подается под давлением масло, а непосредственно процесс штамповки осуществляется рабочей накладкой (диафрагмой), надетой на маслокамеру, - пресс QRD-600 фирмы АВВ.

Основной задачей при создании инструментальных блоков с полиуретановыми элементами является обеспечение требуемой циклической стойкости при эксплуатации конструкции. Силовым фактором,

воздействующим на данные конструкции, является давление масла при рабочем цикле штамповки. Уровень давления масла может достигать 100.150 МПа. Циклическое воздействие такого давления в процессе штамповки при экстремальном уровне развивающихся в эластичном элементе деформаций в 200.300 Металлоподобные соединения переходных металлов - новый

класс коррозионностойких материалов и покрытий % (определяемых глубиной

штамповки, профилем и числом штампуемых деталей) приводит при наборе определенного числа циклов к накоплению в диафрагме

остаточных деформаций £<^т . Уровень таких

деформаций может привести к тому, что дальнейшая эксплуатация эластичного

элемента становится невозможной. Последнее обусловлено прогибом средней части элемента (провисанием). То есть, при сохранении целостности элемента не обеспечивается нормальная эксплуатация конструкции как по величине зазоров в рабочей клети прессе, так и исходя из требуемого качества штампуемых деталей.

Кроме того, восполнение эластичных элементов для прессов типа QRD-600 проводится поставкой комплектами: маслокамера и диафрагма. Обобщение и анализ статистических данных показывает, что отказы маслокамер происходят значительно чаще, чем диафрагм. В связи с удорожанием полиуретана встает вопрос обеспечения устойчивого производственного цикла на прессовом оборудовании за счет изготовления только маслокамер. Поэтому необходима разработка мероприятий по снижению уровня эксплуатационных деформаций, накопленных в диафрагмах в процессе эксплуатации.

Появление остаточных деформаций

высокого уровня связано с химической природой полиуретана как полимерного материала. Суммарно общий уровень деформаций конструкции складывается из упругой, высокоэластической и вязкотекучей

© Шеин А.Б., Аликин А.В., Косажихин Д.В., Шергина Г.В., 2011

118

[2]. Упругая деформация незначительна по сравнению с общим уровнем и ею можно пренебречь. Особенностью

высокоэластической деформации является ее способность к релаксации. Вязкотекучая

деформация носит необратимый характер. У полярных трехмерных полимеров с жесткими звеньями молекул остаточные

высокоэластические деформации могут сохраняться достаточно долго. Эти деформации и определяют остаточную циклическую

1 _ ост т"’

деформацию 80 полиуретанов. Ее следует отличать от остаточной деформации £0,

устанавливаемой по ГОСТ 270-75. Последняя определяется на разорванном образце при растяжении. Величина 800ст фиксируется на

гостированном образце-лопаточке при сохранении его целостности после циклического нагружения и является важным параметром при отработке новых рецептур

уретановых эластомеров для штамповых элементов. Как показали проведенные нами эксперименты, задача состоит в том, чтобы

ост

величина б^о была оптимальной по уровню.

Наиболее простыми способами

восстановления механических свойств полиуретана, как материала с памятью, являются: использование различных

термических режимов и «отдых», то есть снятие внешних нагрузок и выдержка образца

при комнатной температуре в течение определенного времени. Однако

экспериментальные проверки известных подходов показали, что после циклического нагружения в несколько тысяч циклов при высоком уровне деформаций для режима «отдыха» на температуру 200С остаточная деформация не восстанавливается до уровня, близкого к первоначальному. Испытания проведены на стандартных образцах -лопаточках из литьевых полиуретанов марок СКУ-7Л и ЛУР-СТ (на основе сложного полиэфира П-6 и 2,4’толуиленизоцианата) и ЛУР-ПТ (на основе простого полиэфира -полифурита и 2,4’толуиленизоцианата).

Образцы циклически нагружались на растяжение в условиях пульсирующего цикла для уровня деформаций 100, 200 и 300 % на установке ХР-08 с частотой 5 Гц. Полученные результаты испытаний для базового уровня деформаций 200 % приведены в таблице.

Как следует из анализа результатов таблицы, полиуретан марки СКУ-7Л при повторном нагружении не обеспечивает достаточной циклической стойкости. Для данной марки полиуретана также характерна перед разрывом высокая остаточная деформация 8°™. Для полиуретанов марки ЛУР только незначительный процент образцов в общей партии не набирает заданное число циклов 5000.

Таблица

Результаты испытаний

Марка полиуретана Первое нагружение циклов при £ = 200% Циклическая остаточная деформация ост о/ ^0 ,% Регулирование величины ост 0 Второе нагружение циклов при £= 200% Циклическая остаточная деформация до разрыва, %

Режим термообработки ост ^0 ,%

СКУ-7Л 5000 16,6 1 сут. при 200 С 13,3 500-800 17-19

3 сут. при 200 С

11 сут. при 200 13,3 - -

С 0

15 сут. при 200 13,3 - -

С

1 ч. при 110- 13,3 - -

1200 С

3 ч. при 110- 12,8 - -

1200 С

10,0 - -

ЛУР-СТ 5000 6,6 1 сут. при 200 С 5,5 3482-5000 6,9

15 сут. при 200 и выше

С 5,0 - -

1 ч. при 110-

1200 С 3,3 - -

3 ч. при 110-

А.Б. Шеин, А.В. Аликин, Д.В. Косажихин, Г.В. IПежина

1200 С 3,3

ЛУР-ПТ 5000 13,3 1 сут. при 200 С 13,0 4800-5000 16,6

3 сут. при 200 С 11 сут. при 200 С 0 13,0 и выше -

15 сут. при 200 С 10,0 - -

1 ч. при 1101200 С 10,0 - -

3 ч. при 1101200 С 6,6 6,1 - -

Результаты, приведенные в таблице, позволяют сделать вывод, что при термообработке в режиме 110...120°С для составов ЛУР наблюдается существенное снижение (до 2 раз) величины остаточных циклических деформаций, накопленных в процессе нагружения образца. Выбор режима термообработки объясняется тем, что именно на этой температуре происходит окончательное отверждение рассматриваемых

полиуретановых композиций в конструкции. Поэтому при такой термообработке происходит восстановление связей, определяющих высокоэластические деформации. Время выдержки на температуру для конструкции эластичного элемента определяется решением задачи нестационарной теплопроводности методом конечных элементов для рассматриваемого изделия как время полного прогрева [3].

Таким образом, предложен и

экспериментально подтвержден способ повышения циклической стойкости

штамповых инструментальных блоков из полиуретана. Подход состоит в снижении за счет релаксации циклических остаточных деформаций путем термостатирования полиуретанового элемента на температуру полимеризации при изготовлении.

Список литературы

1. Ходырев В.А. Применение полиуретана в листоштамповочном производстве. Пермь: Пермское книжное издательство, 1973. 218 с.

2. Саундерс Дж.Х., Фриш К. К. Химия полиуретанов. М.: Химия, 1968. 320 с.

3. Аликин В.Н., Довбня Б.Е., Леви С.Р., Сесюнин С. Г. Решение задач по оптимизации строительных конструкций. М.: Недра, 2009.

119 с.

DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY OF RESTORATION OF THE WORKING ABILITY OF POLYURETHANE ELEMENTS OF STAMPING PRESSES A^. Shein, A.V. Alikin, D.V. Kosazhikhin, G.V. Shergina

Perm State University. 15 Bukirev st., Perm, 614990 E-mail: [email protected]

Method of restoration of working ability of constructions made of polyurethane for stamping presses of chamber and plunger types is suggested. The main point of the invention includes the removal, because of relaxation, the remaining cyclic elastic deformations, that have been accumulated in polyurethane during the work of the construction.

For reduction of the remaining deformations level the construction is put under constant temperature that is equal to the polymerization temperature of construction manufacturing.

Keywords: polyurethane; deformation; constant temperature