1. Общие сведения о конструировании изделий

из полимерных композитов

Необходимость конструирования изделий из полимерных материалов (ПМ), в том числе и из полимерных композиционных материалов (ПКМ), возникает на практике в следующих случаях:

1) при проектировании нового агрегата (узла), включающего в качестве составных элементов полимерные детали;

2) при оптимизации (или изменении) конструкции эксплуатируемой (имеющейся в наличии, реальной)полимерной детали;

3) при замене материала эксплуатируемой металлической (или стеклянной, керамической и т. п.) детали на пластмассовую (или замене одного вида ПМ на другой).

В первом случае в распоряжении конструктора должны быть некоторые характерные размеры полимерного изделия, размеры сопряжений изделия с другими деталями проектируемого агрегата, условия эксплуатации изделия и т. п.

Во втором случае конструктор должен знать (понимать) возможности и направления оптимизации конструкции полимерного изделия при известных (заданных) условиях его изготовления и эксплуатации.

В третьем случае полимерная деталь проектируется с учетом известных условий эксплуатации металлической (или керамической и т. д.) детали; при этом производимые расчеты должны, в том числе, подтверждать как возможность замены материала эксплуатируемого изделия на пластмассу, так и экономическую целесообразность такой замены.

Во всех вышеописанных случаях конструирования полимерных изделий следует учитывать как достоинства полимерных материалов (малая плотность, способность выдерживать повышенные вибрационные нагрузки и т. п.), так и их недостатки (низкая прочность, повышенная зависимость прочностных и размерных характеристик от температуры и т. п.). Кроме того, следует иметь в виду, что:

1) особенности физических свойств ПМ приводят к тому, что конфигурация полимерного изделия существенно отличается от конфигурации металлического изделия аналогичного назначения, т. е. «слепое» копирование (при проектировании полимерных конструкций) аналогичных металлических конструкций недопустимо;

2) применение значительно более технологичных, чем металлы, полимерных мате

риалов позволяет объединять несколько деталей в одно изделие, что повышает, в частности, эффективность сборки;

3) конструирование пластмассовой детали должно быть неразрывно увязано с технологическим процессом ее изготовления и используемым при этом оборудованием.

Таким образом, конструкция любого полимерного изделия должна, с одной стороны, обеспечивать наилучшие эксплуатационные свойства этого изделия, а с другой стороны, должна быть достаточно технологичной (т. е. должна обеспечивать рациональное проведение технологического процесса формования изделия). Исходя из этого, процесс конструирования технологичного изделия из ПМ включает в себя решение целого ряда конструктивных задач (рис. 3.1), формулируемых исходя из эксплуатационных и технологических требований к конструкции изделия (эксплуатационные требования направлены на обеспечение наилучших эксплуатационных свойств изделия , т. е. показателей жесткости, прочности, точности размеров и т. д., а технологические требования связаны с обеспечением рационального технологического процесса, т. е. связаны с экономией материала, снижением трудоемкости и материалоемкости, экономией расходов на подготовку производства и сокращением сроков последней). При этом специфические особенности пластмасс как конструкционных материалов приводят к тому, что «по-новому» должны решаться конструктором такие важнейшие вопросы проектирования, как выбор материала, расчеты на прочность, выбор основных конструктивных параметров изделия и технологического процесса его изготовления, окончательная отработка конструкции с точки зрения ее технологичности, сравнительный технико-экономический анализ спроектированного изделия.