Помощь студентам в учебе
Выбор и обоснование материала с высокими барьерными свойствами для полимерного топливного бака
|
Введение 3
1 Анализ предметной области 5
1.1 Анализ условий эксплуатация топливных баков, применяемых ПАО
«КАМАЗ* 5
1.2 Анализ дефектов топливных баков применяемых на ПАО КАМАЗ X
1.3 Обзор современных конструкции топливных баков J 3
1.4. Анализ материала с высокими барьерными свойствами 21
1.5 Анализ методов изготовлении топливных баков 28
1.6 Патентный поиск 52
2 Материалы и методы исследовании 64
2.1 Исследуемые материалы 64
2.2 Методы исследования 66
3 Выбор и обоснование полимер по: т> материала для топливного бака 74
3.1 Выбор материала для топливного бака. 74
3.2 Выбор полимерного материала для топливного бака 81
4 Выбор и обоснование технологии изготовления полимерного топливного
бака 85
5 Экономическая оценка выбора марки полимера 91
Заключение
Список литературы НМ
Приложения
1 Анализ предметной области 5
1.1 Анализ условий эксплуатация топливных баков, применяемых ПАО
«КАМАЗ* 5
1.2 Анализ дефектов топливных баков применяемых на ПАО КАМАЗ X
1.3 Обзор современных конструкции топливных баков J 3
1.4. Анализ материала с высокими барьерными свойствами 21
1.5 Анализ методов изготовлении топливных баков 28
1.6 Патентный поиск 52
2 Материалы и методы исследовании 64
2.1 Исследуемые материалы 64
2.2 Методы исследования 66
3 Выбор и обоснование полимер по: т> материала для топливного бака 74
3.1 Выбор материала для топливного бака. 74
3.2 Выбор полимерного материала для топливного бака 81
4 Выбор и обоснование технологии изготовления полимерного топливного
бака 85
5 Экономическая оценка выбора марки полимера 91
Заключение
Список литературы НМ
Приложения
Топливный бак - очень важный и неотъемлемый элемент любого автомобиля, предназначен для хранения и транспортировки топлива автомобиля, такого как бензин или дизельное топливо. Топливный бак имеет специальную конструкцию, которая препятствует испарению и протечке топлива. Бак является частью топливной системы, и он играет ключевую роль в бесперебойном питании силового агрегата.
Топливные баки первых автомобилей играли роль простой емкости без каких-либо вспомогательных функций. Со временем их функции расширялись, и сегодня назначение топливных баков более широкие:
— хранение топлива для питания двигателя;
— снижение пожарной опасности, защита от возгорания топлива при попадании искр, от открытого пламени и других источников;
— предотвращение чрезмерной потери топлива из-за его испарения;
— снижение вероятности утечек топлива при ДТП (в случае переворотов, столкновений и т.д.).
Как нетрудно заметить, современный топливный бак далеко ушел от простой жестяной емкости— он стал многофункциональным средством, которое обеспечивает нормальную работу двигателя, и делает серьезный вклад в безопасность автомобиля (в том числе и в экологическую безопасность). Все указанные функции достигаются определенными конструктивными особенностями баков и наличием вспомогательных устройств.
Топливные баки, эволюционирует вместе с автомобилем. Раньше топливные баки производились из металла и сплава алюминия, сейчас же начали встречаться топливные баки, произведенные из пластмассы. Также бак из пластика легко изготовить именно той формы, которой нужно, что обеспечивает его удобное местоположение в автомобиле. Пластиковый бак не подвержен коррозии, а значит, прослужит гораздо дольше, чем скажем металлический топливный бак.
Целью данной работы является выбор и обоснование полимерного материала для топливного бака.
Для достижения поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:
— определить основные требования, предъявляемые к конструкции топливных баков грузовых автомобилей;
— изучить требования для топливных баков автомобилей КАМАЗ;
— провести анализ дефектов топливных баков применяемых на ПАО КАМАЗ;
— провести анализ современных конструкций и технологий производства топливных баков с применением мирового опыта;
— провести анализ материалов, применяемых для производства топливных баков с применением мирового опыта;
— описать методы исследования полимеров;
— изучить технологии изготовления топливных баков;
— провести экономическую оценку выбора марки полимера.
Топливные баки первых автомобилей играли роль простой емкости без каких-либо вспомогательных функций. Со временем их функции расширялись, и сегодня назначение топливных баков более широкие:
— хранение топлива для питания двигателя;
— снижение пожарной опасности, защита от возгорания топлива при попадании искр, от открытого пламени и других источников;
— предотвращение чрезмерной потери топлива из-за его испарения;
— снижение вероятности утечек топлива при ДТП (в случае переворотов, столкновений и т.д.).
Как нетрудно заметить, современный топливный бак далеко ушел от простой жестяной емкости— он стал многофункциональным средством, которое обеспечивает нормальную работу двигателя, и делает серьезный вклад в безопасность автомобиля (в том числе и в экологическую безопасность). Все указанные функции достигаются определенными конструктивными особенностями баков и наличием вспомогательных устройств.
Топливные баки, эволюционирует вместе с автомобилем. Раньше топливные баки производились из металла и сплава алюминия, сейчас же начали встречаться топливные баки, произведенные из пластмассы. Также бак из пластика легко изготовить именно той формы, которой нужно, что обеспечивает его удобное местоположение в автомобиле. Пластиковый бак не подвержен коррозии, а значит, прослужит гораздо дольше, чем скажем металлический топливный бак.
Целью данной работы является выбор и обоснование полимерного материала для топливного бака.
Для достижения поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:
— определить основные требования, предъявляемые к конструкции топливных баков грузовых автомобилей;
— изучить требования для топливных баков автомобилей КАМАЗ;
— провести анализ дефектов топливных баков применяемых на ПАО КАМАЗ;
— провести анализ современных конструкций и технологий производства топливных баков с применением мирового опыта;
— провести анализ материалов, применяемых для производства топливных баков с применением мирового опыта;
— описать методы исследования полимеров;
— изучить технологии изготовления топливных баков;
— провести экономическую оценку выбора марки полимера.
1. Топливные баки, устанавливаемые на автотехнику КАМАЗ, должны отвечать следующим требованиям: топливный бак должен обеспечивать работоспособность автомобилей при температуре от минус 50 до плюс 80°С; топливный бак должен соответствовать требованиям по размерам, объему; диаметр заливной горловины должна быть 80 мм; топливный бак должен обеспечивать герметичность при давлении воздуха 0,2 бар в воде; топливный бак должен быть стойким к естественному абразивному износу (пыль, грязь); топливный бак должен быть не токсичным; срок службы деталей не менее 15 лет.
2. К основным дефектам стальных баков можно отнести: коррозию, смятие. Дефекты алюминиевых баков: протечка в зоне сварного шва, низкая деформационная способность материала (стойкость к удару); возникновение концентраторов напряжений в материале при кратковременном деформационном воздействии. Дефекты пластиковых баков: износ поверхности, связанный с пескоструйной обработкой поверхности бака абразивными частицами.
3. Конструкции стальных и алюминиевых баков в основном имеют форму параллелепипеда с литражом от 210 л. до 800 л. Существующие технологии производства пластикового топливного бака позволяют: получить изделия сложной геометрической формы; рационально использовать пространство для установки бака; получить максимальный объем бака.
4. Основными методами упрочнения поверхности сталей и алюминиевых деталей являются химико-термическая обработка (цементация, азотирование), поверхностная закалка и деформирование поверхности в холодном состоянии. К методам улучшения барьерных свойств стенок пластиковых топливных баков относятся: фторирование, сульфирование, многослойность, газофазная полимеризации при низком давлении и полимеризация в жидкой фазе.
5. Технологический процесс изготовления стальных топливных баков включает в себя следующие операции: сжатие стального листа в пресс- форме, пробивка и отбортовка отверстий, приварка дополнительных частей, общая сварка, проверка герметичности. Процесс изготовления алюминиевых баков включает: гибку алюминиевого листа, сварка продольного шва, пробивка и отбортовка отверстий, вырезка сегментов корпуса, сварка перегородок в корпусе топливного бака, соединение донышек и корпуса топливного бака, общая сварка, проверка герметичности. Технологический процесс изготовления пластикового бака методом ротационного формования включает в себя следующие операции: загрузка определенного количества полимерного материала в форму, формование изделия, охлаждение формы с изделием, извлечение изделия из формы
6. На основе патентного поиска выявлено, что для изготовления пластиковых топливных баков используют стабилизированные композиции на основе гомо- или сополимера этилена. Часто используемым полимером является полиэтилен полученный способом экструзионного выдувного формования трубчатой заготовки.
7. Проведены поисковые работы по подбору материала для производства баков. Выявлено, что наиболее эффективным материалом является полиэтилен и его сополимеры.
8. С помощью метода ДСК Проведены исследования порошка исходного сырья ПЭ и материала топливного бака легкового автомобиля производства Италия. Установлено, что степень кристалличности порошка исходного сырья с максимум температуры плавления Ттах пл= 134,2 °С составляет 52%, а образца материала топливного бака с Ттах пл= 137,8 °С составляет 62 %. Увеличение степени кристалличности обеспечивается медленной скоростью охлаждения формы в процессе его формования, что может привести к повышению прочностных характеристик готового изделия.
9. В качестве метода изготовления топливного бака рекомендуется формовочное литье, позволяющее: изготавливать полые и крупногабаритные изделия объемом до 36 м ,изделия сложной формы с возможностью изменения толщины стенки без изменения формы; заформовывать металлические детали; изготавливать сразу несколько разных изделий; получать изделия без внутренних напряжений и без ориентации полимера.
2. К основным дефектам стальных баков можно отнести: коррозию, смятие. Дефекты алюминиевых баков: протечка в зоне сварного шва, низкая деформационная способность материала (стойкость к удару); возникновение концентраторов напряжений в материале при кратковременном деформационном воздействии. Дефекты пластиковых баков: износ поверхности, связанный с пескоструйной обработкой поверхности бака абразивными частицами.
3. Конструкции стальных и алюминиевых баков в основном имеют форму параллелепипеда с литражом от 210 л. до 800 л. Существующие технологии производства пластикового топливного бака позволяют: получить изделия сложной геометрической формы; рационально использовать пространство для установки бака; получить максимальный объем бака.
4. Основными методами упрочнения поверхности сталей и алюминиевых деталей являются химико-термическая обработка (цементация, азотирование), поверхностная закалка и деформирование поверхности в холодном состоянии. К методам улучшения барьерных свойств стенок пластиковых топливных баков относятся: фторирование, сульфирование, многослойность, газофазная полимеризации при низком давлении и полимеризация в жидкой фазе.
5. Технологический процесс изготовления стальных топливных баков включает в себя следующие операции: сжатие стального листа в пресс- форме, пробивка и отбортовка отверстий, приварка дополнительных частей, общая сварка, проверка герметичности. Процесс изготовления алюминиевых баков включает: гибку алюминиевого листа, сварка продольного шва, пробивка и отбортовка отверстий, вырезка сегментов корпуса, сварка перегородок в корпусе топливного бака, соединение донышек и корпуса топливного бака, общая сварка, проверка герметичности. Технологический процесс изготовления пластикового бака методом ротационного формования включает в себя следующие операции: загрузка определенного количества полимерного материала в форму, формование изделия, охлаждение формы с изделием, извлечение изделия из формы
6. На основе патентного поиска выявлено, что для изготовления пластиковых топливных баков используют стабилизированные композиции на основе гомо- или сополимера этилена. Часто используемым полимером является полиэтилен полученный способом экструзионного выдувного формования трубчатой заготовки.
7. Проведены поисковые работы по подбору материала для производства баков. Выявлено, что наиболее эффективным материалом является полиэтилен и его сополимеры.
8. С помощью метода ДСК Проведены исследования порошка исходного сырья ПЭ и материала топливного бака легкового автомобиля производства Италия. Установлено, что степень кристалличности порошка исходного сырья с максимум температуры плавления Ттах пл= 134,2 °С составляет 52%, а образца материала топливного бака с Ттах пл= 137,8 °С составляет 62 %. Увеличение степени кристалличности обеспечивается медленной скоростью охлаждения формы в процессе его формования, что может привести к повышению прочностных характеристик готового изделия.
9. В качестве метода изготовления топливного бака рекомендуется формовочное литье, позволяющее: изготавливать полые и крупногабаритные изделия объемом до 36 м ,изделия сложной формы с возможностью изменения толщины стенки без изменения формы; заформовывать металлические детали; изготавливать сразу несколько разных изделий; получать изделия без внутренних напряжений и без ориентации полимера.