IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Изделие пластина

Масса 1 г.

Плотность 1,07 г/

Усадка 0,5%

Температура расплава 220

Температура формы 60

Давление литья 120 МПа

Объем одного изделия 0,93

Краткие сведения о материале

Ударопрочный полистирол получил широкое распространение благодаря низкой стоимости исходного продукта и свойствам, позволяющим применять его в различных отраслях промышленности.

Основным недостатком данного материала является горючесть и растворимость в большинстве ароматических углеводородов. Горение полистирола сопровождается повышенным выделением копоти и вредных для здоровья веществ. Плавление полистирола происходит при температуре от 1600С. Полистирол легко растворяется в любых растворителях, бензине, дихлорэтане, но нерастворим в воде.

Ударопрочный полистирол является непрозрачным бесцветным материалом, который окрашивается в различные цвета при производстве. Основные свойства полистирола:

высокая прочность;

влагонепроницаемость;

в твердом состоянии не выделяет вредных для здоровья человека веществ;

диэлектрические свойства;

легкоплавкость;

морозостойкость;

легкость механической обработки.

Благодаря этим свойствам ударопрочный полистирол применяется: в электрической промышленности для изготовления изоляторов и диэлектрических изделий; пищевой промышленности для изготовления контейнеров для пищевых продуктов и одноразовой посуды; медицинской промышленности для одноразовых инструментов; в строительстве для изготовления душевых кабин и ванн. Самое широкое распространение ударопрочный полистирол получил в рекламной сфере при изготовлении рекламных конструкций.

1. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ФОРМЫ

Положение изделия в форме

Положение изделия в форме существенно влияет на её конструкцию поэтому, приступая к проработке формы, необходимо правильно расположить в ней изделие. Для этого следует учитывать конкретные условия производства, план выпуска изделия, требуемую степень автоматизации и механизации формы.

Основные требования к положению изделия:

Проекция в плане изделия или изделий должна располагаться симметрично относительно разъема пресса.

Ориентировать изделие необходимо таким образом, чтобы при прессовании после разъема формы, оно оставалось в ее неподвижной части, а при литье в подвижной;

При прессовании для предотвращения скопления в донной части изделия растворенных в материале газов, приводящих к резкому ухудшению качества (рыхлоты, вздутию и др.), матрицу предпочтительно располагать в неподвижной части.

При наличии взаимно перпендикулярно подвижных элементов, оформляющих отверстие, пазы, выступы, изделие следует располагать таким образом, чтобы горизонтальной плоскости перемещения находились простейшие элементы;

Если изделие допускает расположение его в плоскости разъема формы в различных взаимно перпендикулярных положениях, то следует выбирать такое из них, которое имеет наименьшую площадь проекцию на плоскость установочных плит оборудования;

изделие большой длинны типа трубки, если расположение их большей оси в направлении разъема формы не позволяет раскрыть форму и снять изделие или требует двух плоскостей разъема (типа штуцера), следует распологать в форме перпендикулярно направлению ее разъему; такое расположение значительно уменьшает высоту формы и ее раскрытие; при этом следует применять специальные системы извлечения длиннономерных знаков;

окончательный выбор расположен изделия должен быть увязан с местом подвода пуска литниковой системы, системой охлаждения и товарным видом изделия.

Характер работы пресс – формы

Формы для литья под давлением классифицируются по следующим основным признакам: по связи с машиной, направлению разъема формы, количеству гнезд, степени автоматизации работы формы.

По связи с машиной формы делят на стационарные и полустационарные. В стационарных формах весь цикл литья деталей и их удаление из формы осуществляется непосредственно на машине. Полустационарные формы имеют съемные формующие детали (матрицы, знаки или комплексные кассеты), которые после каждого цикла литья извлекают из формы и разнимаются вне машины.

В целях экономии материала и уменьшения трудоемкости изготовления форм применяют съемные стационарные и полустационарные формы, устанавливаемые на универсальном блоке. В пакет формы входят лишь основные оформляющие детали: матрицы, знаки, а вспомогательные детали (передние и задние плиты, литниковые плиты, обоймы и другие элементы) включены в универсальный блок.

По направлению разъёма формы относительно горизонтальной оси машины можно разделить их на следующие: формы с горизонтальным разъемом, в которых оформляющие детали раскрываются параллельны оси машины; формы с комбинированным разъемом, в которых оформляющих детали раскрываются параллельно и перпендикулярно оси машины. Формы с комбинированным разъемом применяются для деталей с поднутрениями, боковыми отверстиями и подобными элементами. Конструктивно они выполняются в виде клиновых или шиберных форм.

По числу оформляющих гнезд формы разделяются на одногнездные и многогнездные. По степени автоматизации формы подразделяются на полуавтоматические, когда извлечение отлитых деталей либо литников(чаще) производится в ручную, и автоматические, когда указанные операции выполняются непосредственно при размыкании – смыкание формы.

Конструкция литьевой формы должна обеспечивать достаточно легкое заполнение формующей полости расплавом, исключать образование линий спаев, раковин, утяжки и облоя. Кроме этого, в зависимости от требований, предъявляемых к свойствам изделия, необходимо обеспечить заданную ориентацию макромалекул полимера. В процессе проектирования необходимо определить положения изделия в плоскости разъема формы, положение линии разъема, конструкцию литниковой и охлаждающей системы, а так же способ извлечения изделия из формы. При изготовлении сложных изделий имеющих арматуру или съемные формующие знаки, необходимо разработать способы их крепления и извлечения из формы после литья. Для определения гнездности формы необходимо так же знать годовую программу выпуска изделия, предполагаемый срок изготовления данной партии, а так же оборудования, которое можно использовать при производстве.

Все перечисленные разделы взаимосвязаны между собой. Так при изменении положения детали в формующей плоскости, как правило меняется место подвода литника, или его конструктивное исполнение изменяется система выталкивания, поэтому вся цепочка проектирования повторяется вновь по всем этапам.

Литниковая система

Литниковая система – система каналов формы, служащая для передачи материала из сопла литниковой машины в оформляющие гнезда формы за возможно более короткое время, т.е. заполнение возможно более коротким путем с минимальными потерями расплава, температуры и давления. Необходимо отметить что размер впрыска это н простое заполнение формы расплавом, а течение при больших скоростях сдвига, сопровождаемое эластической «турбулентности» струи обусловленной срывом потока со стенок формы, одновременным охлаждением от холодных стенок формы и выделением теплоты от диссипации энергии вязкого течения, а так же проявление вязкоупругости расплава. Простота и сложность конкретных конструкторских решений зависит от большого числа факторов среди которых текучесть материала, особенности конструкции изделия и программа выпуска изделия.

Литниковая система решающим образом влияет на качество изготовления изделий, расход материала производительность и другие факторы. Не правильно спроектированная литниковая система является причиной высоких напряжений в изделии, его коробление, образования на поверхности изделия следов течения материала, не полного заполнения формообразующей полости и неравномерной усадки материала.

В многогнездных формах литниковая система включает несколько основных элементов: центральный литниковый канал по которому расплав из материального цилиндра поступает в форму, разводящий канал, подводящий и впускной канал, по которому расплав непосредственно поступает в оформляющую полость.

Центральный литниковый канал.

Размеры центрального литникового канала в многогнездных формах определяется из условия обеспечения заданной скорости сдвига, а так же допустимых величин потерь давления. В многогнездных формах центральных каналов не обеспечивает время подпитки формующей полости.

Разводящие литниковые каналы.

Разводящие каналы являются частью литниковой системы и предназначены для равномерной подачи материала к оформляющей полости формы, соединяющие впускные каналы с центральным литником. Во всех случаях разводящие каналы следует укорачивать, т.к. увеличение длинны канала ведет к возрастанию расхода материала, потерь давления, а так же ориентационных напряжений в изделии. По этому распределительные каналы должны иметь, по возможности, минимальную длину и оптимальное поперечное сечение, обеспечивающее малые потери давления предотвращающие затвердевание расплава и «недолив» изделия. В многогнездных формах с несбалансированной системе распределительные литниковые каналы служат для выравнивания потока с тем, чтобы все гнезда формы заполнялись одинаковы. Размеры каналов зависят от размеров отливки, вида формы перерабатываемого материала. Поперечное сечение литникового канала должно быть тем больше, чем крупнее отливка, а при одинаковых отливках – чем больше толщина стенок.

Впускные каналы имеют особое значение при литье под давлением, они являются продолжением разводящих и представляют собой суженную часть расплава, непосредственно примыкающую к полоти формы. Канал сужается с целью повышения скорости впрыска расплава в полость повышая его температуру и текучесть впускной канал регулирует поток расплава в формующую полость. Его размеры форма и положение определяются рядом требованиям. Желательно иметь впуск небольшого сечения, что облегчает отделение литьевого изделия и ускоряет затвердевание после завершения впрыска, а это позволяет изолировать полость формы от литниковой системы и исключает обратное вытекание расплава. Однако при очень малом сечении впускного канала может произойти преждевременное охлаждение расплава и сократится подпитка формы расплавом, что приводит к увеличению усадки изделий кроме этого при небольших размерах резко увеличиваются скорость и напряжение сдвига, при этом искажается поверхность струи сплава, т.к. появляется эластическая турбулентность , что может повлиять на глянец поверхности изделия. Это особенно проявляется при струйном режиме заполнении формы. При очень малых сечениях возникают большие потери давления, поэтому замедляется процесс впрыска.

Выбор выталкивающей системы

Выталкиватели в основном имеют цилиндрическую форму торец выталкивателя выполняется по конфигурации поверхности, в которую он опирается если эта поверхность не параллельна плоскости размыкания, чтобы исключить поворот выталкивателя и не нарушать геометрию изделия при литье, между плитой выталкивания и буртиком выталкивателя устанавливают фиксатор в виде пластинки или штифт. При изготовлении формы торец выталкивателя желательно шлифовать и полировать совместно с поверхностью оформляющей полости в сборке, чтобы на поверхности изделия были заметны следы от выталкивателя.

Центрирующие элементы форм

Качество получаемых изделий особенно тонкостенных, а так же надежность работы форм во многом зависит от точного и взаимного расположения подвижной и неподвижной частей формы и ее отдельных элементов. Базирующими элементами полу форм являются фланцы крепежных плит. На неподвижной плите машины фланец обеспечивает соосность центральной литниковой втулки формы и сопла материального цилиндра машины. На подвижной плите фланец обеспечивает соосность подвижной и неподвижной полу форм. Конструкция и размер фланца часто однотипна, но в некоторых случаях имеют особенности обусловленные маркой термопласт автомата. Центрирование частей форм обеспечивают направляющие, втулки, конические или наклонные поверхности, поперечные валики, конические цапфы и д.р..

Выбор способа центрирования зависит от допускаемого отклонения от соосности пуансона и матрицы конфигурации и размеров изделий, размеров и конструкции формы. Направляющие элементы необходимо располагать как можно ближе к краям плит, для свободного и удобного размещения формообразующих элементов и системы термостатирования. При этом координаты одного или двух направляющих элементов рекомендуется смещать от центра формы для гарантии правильного совмещения полу форм при сборке и установки на литьевую машину. Особенно важно выполнять это условие для съемных форм, которые собирают и разбирают вручную после каждого цикла литья.

Направляющие колонки часто не только центрируют полу форы, но и служат направляющими по которым перемещаются подвижные плиты формы при смыкании размыкании. Колонки должны иметь определенную длину, обладать достаточной плотностью и жесткостью, по этому необходимо правильно выбирать диаметр колонки и обеспечивать жесткую посадку ее в плите.

1. РАСЧЕТ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ФОРМЫ

1.  

   1. Расчёт литниковой системы

Центральный литниковый канал – наиболее простой элемент. Во всех случаях, когда обстоятельства это позволяют, следует применять именно его.

Рис. 1. Номограмма для определения диаметра (m – масса впрыска).

Рис. 2. Литниковая втулка (слева – для одногнездной формы, справа – для многогнездной).

По номограмме (Рис. 1.) определяем – диаметр отверстия центрального литникового канала на входе в литниковую втулку. по массе впрыска (рис. 2.) (). – диаметр отверстия центрального литникового канала на выходе литниковой втулки, а так же максимальную допустимую длину подбирают исходя из значения и угла наклона - для жестких полимеров. . По полученным значениям подбираем литниковую втулку.

Втулка 0602 – 0462 ГОСТ 22077 – 76

Материал – сталь У8А

Выбор разводящего канала подбирается конструктивно. Рекомендуется использовать каналы круглого сечения, трапецеидальные, сегментные каналы расположенные в одной плите. Выбранный тип разводящего литника - сегментный (таб. 1.).

Таблица 1.

Рекомендованные разводящие каналы

Рис. 3. Номограмма для определения эквивалентного диаметра.

Масса изделия (г): 2,5(кривая 1),5(2), 25(3), 125(4), 250(5), 500(6), 1000(7), 1500(8),

Эквивалентный диаметр разводящего канала некруглого сечения можно определить по номограмме (рис. 4.)

По значению находим по формуле (таб.1.).

,

Сечения разводящего канала не должно превышать сечение центрального канала поделённого на количество разводящих каналов .

Данное условие соблюдается.

Выбор впускного канала подбирается конструктивно. Его параметры зависят от толщины изделия и выбираются по таблице (таб.2.) H= 1 мм., h = 0,6 мм., l = 0,7 мм

Таблица 2.

Конструкция и размеры впускных каналов

1.  

   1. Расчет выталкивающей системы

Выбор выталкивающей системы производится исходя из геометрических параметров изделия. Так как изделие имеет форму пластины следует применить стержневой тип выталкивателя, а из-за малого размера изделия, во избежание деформации оформления изделия выталкиватель выполняют ступенчатым.

Для выталкивания изделия выталкиватели должны пройти определенное расстояние – ход выталкивания, который рассчитывается по формуле.

, где – толщина изделия.

Так же усилие выталкивателей должно превышать усилие трение изделия об оформляющую поверхность.

где К - коэффициент усадки, Е-модуль упругости полимера при растяжении, μ - коэффициент трения между полимером и материалом формы, l = толщина пластины.

, где , – коэффициент трения полимера при температуре изделия после извлечения из формы, - проекция боковой поверхности в направлении извлечения изделия из формы.

Данное условие соблюдается .

1.  

   1. Выбор машины.

При выборе оборудования термопластавтомат проверяется по пластикационной производительности, усилию смыкания, объему впрыска.

, где – требуемое усилие смыкания, – Давление пластмассы в оформляющем гнезде (для полистирола P=32 МПа, , – проекция изделия и литниковой системы на плоскость разъема формы, , – гнездность формы, – коэффициент учитывающий использование максимального усилия смыкания ().

, где требуемая и номинальная пластикационная производительность, G– масса изделия, – коэффициент учитывающий отношение пластикационной производительности по данному материалу к значению ее по полистиролу , время охлаждения изделия, с, рассчитывается по формуле

, где коэффициент температуропроводности, ., – толщина изделия, м., – температура в середине стенки изделия , – начальная температура изделия, равная температуре впрыскиваемого в форму расплава ., - средняя за цикл температура формующих поверхностей

, где требуемый и номинальный объем впрыска, , .

– для сухого материала.

, где - коэффициент использования машины .

– для расплава.

По полученным параметрам подираем термопластавтомат.

Выбранный ТПА IMS ES-80, с характеристиками (таб.3.), удовлетворяет требуемым параметрам.

Рис.4. Плита крепления ТПА марки IMS ES-80

Таблица 3.

Характеристики выбранного ТПА.

Параметры		Единица Измерения	ES-80
Узел впрыска	Диаметр шнека	мм	28	30	36
	Соотношение длины/диаметру		22,5	21	17,5
	Теоретический объем впрыска	см3	92	106	153
	Масса впрыска	грамм	84	96	139
	Ход шнека	мм	150
	Давление впрыска	Мпа	212	184	128
	Скорость впрыска	грамм/сек	55	63	91
	Скорость вращения шнека	об/мин	230
Узел смыкания	Усилие смыкания	тонн	80
	Ход плиты	мм	280
	Размер плит	мм	480×480
	Расстояние между направляющими	мм	325×325
	Минимальная высота пресс-формы	мм	100
	Максимальная высота пресс-формы	мм	350
	Ход толкателя	мм	90
	Усилие толкателя	тонн	20
	Количество толкателей	шт	1
Общие параметры	Давление в гидросистеме	МПа	16
	Мощность мотора	Квт	7,5
	Мощность нагревателей	Квт	5,5

Продолжение таблицы 5.

	Объем масляного бака	литр	170
	Габаритные размеры	метр	4x1x1,8
	Масса	тонн	3,2

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении курсового проекта по дисциплине «Технологическая оснастка» были закреплены знания, полученные в период обучения этой дисциплине и её разделов.

Целью данного курсового проекта является расчет и проектирование пресс – формы. При расчете была спроектирована пресс - форма, удовлетворяющая условию задания. По результатам расчета были определены и подобраны литниковая система, система выталкивания, а также подобран термопласт автомат.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пантелеев А. П., Шевцов Ю. М., Горячев И. А. Справочник по проектированию оснастки для переработки пластмасс – М.: Машиностроение, 1986. – 400 с.

2. Бортников В. Г. Производство изделий из пластических масс: Учебное пособие для вузов в трех томах. Том 3. Проектирование и расчет технологической остнастки. Казань: Изд-во «Дом печати», 2004. – 311с.

3. Панов Ю.Т., Уткин А. В. Проектирование литьевых и прессовых форм: Методические указания к выполнению курсовой работы по курсу «Расчет и конструирование изделий и форм» / Владим. гос.ун-т; 1998. – 28 c.

4. Калиничев Э. Л., Саковцева М. Б. Выбор пластмасс для изготовления и эксплуатации изделий: Справ. изд. Л.: Химия, 1987. 416 с.

5. Термопласт автоматы серии TWX – 80 -178 тон.[электронный ресурс],URL:http://imstech.ru/produktsiya/termoplastavtomaty/termoplastavtomaty-serii-twx/termoplastavtomaty-serii-twx-80-178-ton/(дата обращения: 28.12.2016)

Приложения

Литниковая система

Эскиз детали

Литьевая пресс – форма на изделие пластина

Спецификация для сборочного чертежа пресс - формы

Код для цитирования: Скопировать