книги из ГПНТБ / Детали из стеклопластика в судовом машиностроении

Рис. 10. Пресс-форма для цельнопластмассового гребного винта.

38

ются знаками S и 14, а внутренняя коническая поверхность сту­ пицы — знаком 9. Для закрепления вкладышей пуансона пресс-форма имеет пуансонодержатель, а вкладыши матрицы фиксируются обой­ мой и знаком 8. Плиты обогрева служат для размещения электро­ нагревателей и каналов охлаждающей воды, а также для соединения пресс-формы с плитами пресса. К другим конструктивным узлам пресс-формы следует отнести направляющие втулки и колонки, знак 13, выталкиватель для извлечения отпрессованной детали из матрицы. Возможное сползание пресс-материала при прессовании ограничивается шпонками. При распрессовке пуансон поднимается вверх, а пальцы удерживают вкладыши матрицы в нижнем положе­ нии. Затем пальцы удаляются из вкладышей матрицы и готовое из­

для отдельных лопастей винтов и спрямляющих аппаратов по кон­ струкции менее сложны по сравнению с пресс-формами для цельно­ пластмассовых винтов, рабочих колес и крылаток насосов.

На рис. 11 показана конструкция типовой пресс-формы для от­ дельной лопасти. Матрица и пуансон оформляют засасывающую и нагнетательную поверхности лопасти. Вкладыши и вставка оформ­ ляют комлевую часть лопасти. Принципиальная конструкция других деталей аналогична деталям пресс-формы для цельнопластмассового винта.

Обслуживание пресс-формы довольно простое. Распрессовка состоит из следующих операций: пуансон поднимается вверх с целью отрыва от лопасти. При этом пальцы удаляются из державки пуан­ сона, вставки и вкладышей пуансона. Затем пуансон опускается вниз, пресс-форма смыкается и пальцы устанавливаются в отверстия указанных деталей, пуансон вновь поднимается вверх и вместе с ним вставка и лопасть. Лопасть отделяется от вставки вручную.

П р е с с - ф о р м а д л я о б т е к а т е л е й , к о л п а к о в

ис ф е р и ч е с к и х к о р п у с о в . Наиболее выгодной конструк­ цией пресс-форм для изготовления деталей сферической формы яв­ ляется поршневая, позволяющая получать изделия с достаточной степенью точности при минимальном облое.

На рис. 12 показано устройство пресс-формы для обтекателя греб­ ного винта. Принципиальная конструкция пресс-форм на колпаки

икорпуса ничем не отличается от формы на обтекатель. Здесь же показаны посадки сопрягаемых деталей пресс-формы.

Важным обстоятельством при конструировании, влияющим на

качество изделия и требующим учета, является выбор способа обо­ грева формы.

Индукционный нагрев токами промышленной частоты эффекти­ вен для пресс-форм, обладающих большими относительными вы­ сотами (HID > 1, где Я и D — высота и наружный диаметр прессформы). В этом случае для охлаждающей воды непосредственно в ма­ трице выполняются вертикальные каналы. При HID < 1 более

39

40

41

в горизонтальном и вертикальном направлениях рама. Поворотная рама имеет базовые поверхности для установки лопасти по комлевой части и по нагнетательной поверхности пера. Роль фиксирующих элементов выполняют прижимные винты и упор, определяющий по­ ложение рамы вместе с находящейся на ней лопастью при обработке средней части торца комля. Для обработки второй боковой поверх­ ности комля базовая поверхность предусмотрена сменной.

Рис. 12. Пресс-форма для обтекателя гребного винта.

Для фрезерования уклонов торцевой части комля лопасти рама поворачивается на соответствующий угол в одну и другую сторону до упора, отрегулированного для получения нужного уклона.

Для обработки боковой поверхности комля рама поворачивается на соответствующий угол в вертикальном направлении. Таким образом, в одном приспособлении без перенастройки обрабаты­ ваются торец, два уклона и боковая поверхность комля. Вторая боковая поверхность обрабатывается в этом же приспособлении с перестройкой базового упора по засасывающей стороне лопасти.

Базовые плоскости для обработки разных размеров лопасти выполняются сменными.

Универсальный конусный калибр служит для контроля конусного отверстия, шпоночного паза и пригонки шпоночного паза в ступице. Применение универсального калибра исключает ручную пригонку конусного отверстия и снижает количество технологической оснастки.

Стенд для сборки гребных винтов (рис. 15) состоит из основания со стойками и втулки для сменной оправки, на которой крепится ступица. Оправка фиксируется в любом положении, удобном для монтажа,

42

Рис. 13. Приспособление для обработки трапецие­ видного паза в ступице.

1 — корпус с опорами; 2 — оправка; 3 — фиксатор; 4 — делительный диск.

Рис. 14. Схема обработки средней части торца и боко­ вых поверхностей комля ло­ пасти.

/ — прижимной винт; 2 , 6 — базовые поверхности для уста ­ новки лопасти; 3 — поворотная рама; 4 — основание; 5 — ф ик ­ сатор.

Рис. 15. Стенд для сборки гребных вин­ тов с пластмассовыми лопастями.

1 — основание со стойками; 2 — оправка.

43

§5

Конструирование деталей из стеклопластиков

За последние годы в производстве деталей судового машино­ строения начинают применяться полимерные материалы, в част­ ности стеклопластики, термопластичные материалы типа нейлона, капролона, поликарбоната, полиамидной смолы и др. Известны также случаи изготовления изделий больших размеров. Так, япон­ ская фирма изготовила гребной винт диаметром до 6 м из стеклопла­ стика холодного формования на полиэфирном связующем, голланд­ ская фирма «Липе» изготовила опытные винты диаметром 1,7 м из полиэтилена и винт регулируемого шага диаметром 3,5 м со съемными лопастями из нейлона.

Исследованиями показано, что наилучшим комплексом физико­ механических свойств применительно к условиям эксплуатации деталей судового машиностроения обладают стеклопластики на основе эпоксидных связующих, перерабатываемые в изделия методом горя­ чего прессования. Эти материалы по сравнению со стеклопластиками на полиэфирных связующих обладают более высокой механической прочностью (на 30—40%), меньшей усадкой, имеют более низкое водопоглощение (в 3—5 раз) благодаря малой пористости и более плотную структуру, меньшую потерю прочности при длительном пребывании в воде и т. д.

В последнее время в практике отечественного судостроения гребные винты из стеклопластика на эпоксидном связующем диа­ метром до 2 м уже применяются на серийных судах и находятся в эксплуатации в течение нескольких лет. Первые гребные винты на рыбопромысловых судах были установлены в 1966 г. К настоящему времени число судов, плавающих с пластмассовыми гребными вин­ тами, составляет более 30, а наработанное время на ряде из них составляет 10 000—20 000 ход. ч.

Обтекатели и защитные колпаки из стеклопластиков также зарекомендовали себя в эксплуатационных условиях с лучшей стороны. Так, на рыбопромысловых судах гребные винты с пластмас­

Накопленный эксплуатационный и производственный опыт позво­ лил установить основные принципы и особенности конструирования пластмассовых деталей судового машиностроения. Они состоят в следующем: схема армирования деталей должна выбираться из расчета, что стеклопластик лучше воспринимает нагрузку при условии согласования полей напряжений и сопротивлений мате­ риала.

Всвязи с этим следует стремиться снизить в детали напряжения

внеблагоприятном для стеклопластика направлении. Так, для

44

винтов (отдельных лопастей и лопаток) целесообразна ориентаций всех слоев материала основой вдоль оси лопасти, по которой дей­ ствуют главные напряжения, при этом в направлении утка ткани лопасть имеет достаточную прочность. В колпаках и обтекателях в зависимости от назначения и конфигурации пресс-материал может ориентироваться таким образом, чтобы получался изотропный стек­ лопластик, при этом между основой укладываемых заготовок вели­ чина угла должна составлять 30 ± 5° («звездная структура»).

Недостаточная прочность стеклопластика на межслойный сдвиг и растяжение перпендикулярно слоям тормозит внедрение этого материала в промышленность.

Перечисленные особенности стеклопластика оказывают суще­ ственное влияние на конструктивное исполнение деталей судового машиностроения. С целью защиты от расслоений кромки лопастей винтов и лопаток рабочих колес и направляющих аппаратов следует армировать металлом толщиной не менее 2 мм. Это вызвано тем, что в кромках с толщиной менее указанной величины, как правило, содержится только связующее — смола, обладающая значительной хрупкостью. Для защиты кромок лопастей и лопаток от разрушения при ударах их следует окантовать листовым металлом. При необхо­ димости для достижения равнопрочности с металлическими дета­ лями следует утолщать сечения пластмассовых лопастей (лопа­ ток).

Минимальная толщина стенки пластмассового обтекателя греб­ ного винта из соображений прочности должна быть не менее 5 мм. Толщину стенки ненагруженного пластмассового обтекателя можно определить, воспользовавшись эмпирической зависимостью

Для обтекателей, нагруженных давлением более 5 кгс/см2, толщину стенки следует определять расчетом на прочность.

Пластмассовые обтекатели гребных винтов на наружной по­ верхности могут иметь ребра жесткости плавной формы. Это отно­ сится к однослойным обтекателям с наибольшим наружным диа­ метром более 500 мм.

Переходы между нарушной поверхностью и гнездами крепления для уменьшения концентрации напряжений и облегчения формова­ ния необходимо выполнять с возможно большими скруглениями. С внутренней стороны поверхность обтекателя должна иметь плав­ ный переход на утолщенную часть фланца.

Параллельные и цилиндрические поверхности обтекателя следует выполнять с технологическими уклонами не менее 30' для обеспече­ ния возможности съема с пресс-формы.

Экспериментально установлено, что гребные винты и рабочие колеса диаметром более 1 м следует изготавливать сборной кон­ струкции, состоящей из пластмассовых лопастей и металлических ступиц, а винты и колеса диаметром до 1 м — цельнопластмассовыми

(рис. 16—18).

45

ШІ

46

Рис. 17. Цельнопластмассовый гребной винт.

1 — пластмассовая опрессовка; 2 — окантовка; 3 — армировочное кольцо; 4 — бочкообразная ступица; 5 — коническая ступица; 6 — гайка-обтекатель; 7 — уплотнительное кольцо; 8 — стопорная шайба.

Рис. 18. Цельно­ пластмассовое ра­ бочее колесо цент­ робежного насоса.

1 — пластмассовая опрессовка; 2 — армировочная втулка.

47

Направляющие аппараты из-за большой трудоемкости изготов­ ления пресс-формы на цельнопластмассовую конструкцию целе­ сообразно выполнять сборными, состоящими из пластмассовых лопа­ ток и металлических деталей с посадочными и присоединительными размерами к остальным деталям насоса (рис. 19).

Пластмассовые обтекатели и защитные колпаки выполняются аналогично металлическим с учетом вышеуказанных конструктивных особенностей (рис. 20—23). Пластмассовые обтекатели прессуются

ционных материалов, однако для ответственных деталей следует учитывать технологические особенности структуры и анизотропии материала. Для сборных конструкций дополнительно необходимо определять прочность узла соединения пластмассовых лопастей (ло­ паток) с металлической ступицей.

Для металлических деталей винтов используются нержавеющие и углеродистые стали, а для рабочих колес и направляющих аппа­ ратов — бронзы и латуни. Металл защитной окантовки должен иметь высокую пластичность и относительное удлинение порядка 40—45%, например листовая латунь Л63М.

Для удобства извлечения изделий из формы боковая поверхность ступицы цельнопластмассовых винтов и рабочих колес должна иметь форму усеченного конуса с большим диаметром на носовом торце сту­ пицы. Для винтов допускается применение также и бочкообразной формы ступицы с большим диаметром также на носовом торце. Диаметр ступицы должен составлять не более 0,20—0,25 диаметра винта.

48