» » Конструкция и технология изготовления роторов из полимерных композиций

Конструкция и технология изготовления роторов из полимерных композиций

31.08.2016

Выбор конструкционных пластмасс, разработка технологии изготовления из них роторов, изготовление и испытание опытных образцов пневмодвигателей выполнены в ВИГМе им. М.М. Федорова. Из рис. 14.1 следует, что роторы пневмодвигателя роторного типа имеют сложную геометрическую форму поверхности, и изготовление их из стали требует трудоемких, высокоточных работ, многооперационной координатной обработки, достижения точности сопрягаемых поверхностей и чистоты не ниже 2-го класса точности.
Например, изготовление ведущего ротора из одной заготовки практически невозможно. Для его изготовления необходимо в сложном стальном цилиндрическом массиве предварительно расточить сектороидальные гнезда, отдельно выточить цилиндрические зубья, подогнать и вставать их в гнезда, закрепив болтами с потайными головками с последующей пришлифовкой.
Предусмотренное конструкцией наличие зазоров между роторами на работе пневмодвигателя исключает их взаимное трение, а значит, и износ, что создает предпосылки эффективного применения высокопрочных пластмасс типа стеклопластиков для их изготовления. Возможность выбора различных пластмасс (с различным удельным весом) позволяет также варьировать величиной момента инерции роторов и технологической схемой их изготовления.
Для изготовления роторов были отобраны применяемые в машиностроении стеклопластики типов АГ-4В, АГ-4С, ДСВ-2-Р-2М, 27-63С и стеклотекстолит ЭФ 32-301. Критериями выбора материала являлись достаточная прочность, стойкость к водопо-глощению, минимум объемной усадки в процессе отверждения композиции. По указанным параметрам стеклопластики, как известно, являются высокопрочными материалами, а специально проведенные опыты в объемах материалов, соответствующих размерам роторов, показали, что их усадка находится в пределах 0,1%, а влагопоглощение — 0,02—0,03%, что удовлетворило требованиям допусков на геометрические размеры.
Приведем краткую характеристику выбранных материалов. Пресс-материал АГ-4 — термореактивный материал на основе модифицированной фенолоформальдегидной смолы Р-2. В качестве наполнителя АГ-4В служит спутанное стекловолокно; для АГ-4С наполнителем являются стекломаты в виде лент различных длины и ширины. Для изготовления роторов ленты резались на короткие отрезки (20—30 мм). Аналогичным материалом является пресс-материал 27-63С.
Пресс-материал ДСВ-2-Р-2М представляет собой сыпучий стекловолокнит, пропитанный фенолоформальдегидной смолой Р-2М. Длина нарезки волокон при прессовании роторов —до 20 мм.
Стеклотекстолит ЭФ-32-301 является слоистым стеклопластиком на основе стеклоткани АСТТ(б)-С2 и эпоксидной смолы Э-40. Выпускается в виде пропитанной ткани и листов. Поддается всем видам обработки, включая резание ножницами. Для изготовления роторов из ткани вырубались заготовки по форме и размерам поперечного сечения изделия, которые при прессовании пакетировались на валу ротора.
Конструкция и технология изготовления роторов из полимерных композиций

Механические характеристики материалов, использованных для изготовления роторов, приведены в табл. 14.1. Упомянутые материалы использованы для изготовления роторов пневмодвигателей серии ПРД-2 (мощность 8 кВт) и Р-20 (мощность 15 кВт).
Изготовление роторов производилось в пресс-формах закрытого типа путем горячего прессования на прессе П474А. Пресс-форма (рис. 14.2) состоит из матрицы 5, плиты 6 матрицы, нижней плиты 7 обогрева, пуансона 4, плиты пуансона 3 и верхней плиты обогрева 2. Поперечное сечение матрицы 5 выполнено по конфигурации ротора (см. рис. 14.1), а стальной вал для фиксирования пластмассовой массы ротора от сдвига при передаче момента имеет трехгранные скосы.
Вал ротора предварительно устанавливается в сквозных центровочных отверстиях плиты 6 и пуансона 4 и фиксируется на выходе из нижней плиты обогрева 7 гайкой 8. Извлечение готового изделия из пресс-формы осуществляется при помощи выталкивателей 9. Прессование изделий осуществляется в следующей последовательности технологических операций:
- дозирование (навеска) пресс-материалов;
- предварительный нагрев прессформы с целью сокращения цикла прессования за счет придания материалу текучести (t = 120—130° С);
- загрузка материала в пресс-форму;
- прессование при температуре технологического регламента (в зависимости от материала tp = 160—180° С) с выдержкой температуры и давления в течение 60—80 мин для ведущего ротора и 35—40 мин для ведомого;
- разъем пресс-формы и изготовление готового изделия;
- термообработка и зачистка детали.
Конструкция и технология изготовления роторов из полимерных композиций

Особенностью технологического процесса является навеска материала. При расчете навески принимается во внимание коэффициент технологических потерь и необходимость достижения максимально возможной для данного материала плотности и содержания влаги и летучих. Уточнение навески материала осуществляется после опытней отпрессовки 2—3 образцов изделий.
При изготовлении роторов из стеклоткани ACTT(б)-C2 в загрузочную камеру (матрицу), разогретую до t0 = 120° С, пакетом укладываются заготовки, вырезанные по форме поперечного сечения ротора, с периодическим поджатием. Прессование осуществляется при tк = 180±5°C при давлении 24 МПа. На рис. 14.3 показаны изготовленные путем прессования пластмассовые роторы на стальных валах для пневмодвигателя ПРД-2.
Приведем сравнительные массы остальных («с») и пластмассовых («п») на стальных валах роторов:
Конструкция и технология изготовления роторов из полимерных композиций

Расчеты показывают, что трудоемкость изготовления стеклопластиковых роторов по сравнению со стальными в 4—5 раз ниже; на такой же порядок ниже и их стоимость. Удельная мощность пневмодвигателя с пластмассовыми роторами (отношение мощности к весу) по сравнению с цельнометаллическими повышается почти в 2 раза.