X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Свойства и качества любого изделия зависят от пяти факторов: конструкции самого изделия (размеров и геометрии), материала, из которого изделие изготавливают, способа переработки (разновидность процесса и его параметры), производственного оборудования и формующей оснастки. Формующая оснастка оказывает наибольшее влияние на свойства и качества изделий при прессовании и литье под давлением. Конструкция формующей оснастки также зависит от четырех остальных определяющих факторов.

Формующая оснастка является отдельным и съемным узлом основного производственного оборудования и представляет собой разъемную конструкцию, образующую сквозное отверстие (для профилирующих головок) или внутреннюю полость (для пресс-форм), попадая в которые перерабатываемый материал в виде порошка, гранул или расплава приобретает форму, близкую к конфигурации изделия, под действием трех параметров: температуры, давления и времени. Окончательную форму изделие приобретает после охлаждения и усадки, а в ряде случаев и дополнительной механической обработки.

Для каждого изделия проектируют и применяют свою оснастку, хотя для схожих по форме и размерам изделий иногда применяется оснастка из сборных взаимозаменяемых элементов. В зависимости от применяемого метода переработки формующая оснастка также имеет свои особенности конструкции и предъявляемые требования.

В данной работе рассматривается пресс-форма для литья под давлением изделий из полиформальдегида. Исходными данными для конструирования являются эскиз изделия (см. рис. 1) и гнездность формы (4 гнезда).

Рисунок 1. Эскиз изделия, для которого конструируется пресс-форма

Положение изделия в форме выбираем на основании его эскиза, с учетом основных предъявляемых требований [1, 2] и исходя из достижения максимальной простоты конструкции и изготовления пресс-формы.

В первую очередь надо учесть, что изделие представляет собой крышку с поднутрением обтекаемой формы. Следовательно, для того чтобы в момент раскрытия пресс-формы в ее подвижной части оставалось изделие, надо его расположить поднутрением в сторону подвижной части (см. рис. 2).

П

Рисунок 2. Схема положения

изделия в форме

ри таком расположении со стороны подвижной части будет располагаться пуансон, на котором как на охватываемой поверхности изделие будет оставаться за счет усадки. Кроме того, такое положение изделия обеспечивает минимальную высоту полости гнезда, так как сторона изделия с наибольшей площадью проекции будет находиться параллельно плоскости разъема пресс-формы. Это позволяет достичь минимального расстояния размыкания / смыкания пресс-формы и минимального хода выталкивающей системы при съеме отливки.

 

Учитывая обтекаемую форму изделия и наличие поднутрения выбираем его расположение в неподвижной части пресс-формы для облегчения его извлечения из матрицы в момент раскрытия пресс-формы и упрощения конструкции плит.

Выбор расположения гнезд в форме и конструкции литниковой системы. Основным условием при выборе расположения гнезд на литьевой пресс-форме является обеспечение одинаковых путей для течения расплава от центрального литникового канала до оформляющих гнезд. Это позволяет достичь идентичных условий заполнения оформляющих гнезд расплавом полимера [1]. По исходным данным проектируемая форма имеет 4 гнезда, поэтому выбираем рекомендуемую для заданного количества гнезд схему [1], представленную на рисунке 3.

Рисунок 3. Рекомендуемая схема расположения гнезд и литниковых каналов для 4-гнездной формы

Таким образом, литниковая система проектируемой формы будет состоять из центрального литника, разводящих каналов и впускных литников (см. рисунок 4).

Рисунок 4. Схема литниковой системы: 1 – центральный литник;

2 – разводящий канал; 3 – впускной литник; 4 – изделие

В соответствии со схемой расплав из сопла будет попадать в центральный литник пресс-формы, представляющий собой коническое расширяющееся отверстие, а из него по системе разводящих каналов распределяться по гнездам, в которые расплав будет поступать через впускные литники.

Напротив выходного отверстия литниковой втулки предусмотрена установка стержня с выступом конической формы (см. рисунок 5), которое выполняет роль охватываемой поверхности для удержания литника в подвижной части после его отрезания от изделий в момент раскрытия пресс-формы.

Рисунок 5. Узел извлечения центрального литника: 1 – литниковая втулка; 2 – литниковый канал; 3 – плита съема; 4 – стержень с выступом

Выбор места впрыска расплава. Для этого в первую очередь нужно выбрать место впуска расплава в формующую полость пресс-формы с учетом предъявляемых требований. Рассматриваемое изделие представляет собой тонкостенную крышку обтекаемой формы с поднутрением и выступом, средней площадью отливки (1980 мм²) с толщиной большинства участков 2 мм. Поэтому основными критерия выбора места впрыска будут являться [1]:

- впуск должен быть расположен так, чтобы по возможности обеспечить равномерное заполнение и одновременное достижение расплавом краев формующей оснастки;

- впускной канал должен обеспечивать течение материала в том направлении, в котором требуется получить наилучшие прочностные свойства;

- расположение впуска вдали от участков изделия, испытывающих нагрузки в процессе эксплуатации, так как в местах впрыска у изделия наблюдается пониженная прочность.

Таким образом впрыск нужно расположить как можно ближе к центру одной из сторон изделия в проекции на плоскость разъема. Расположение места впрыска перпендикулярно плоскости разъема невозможно, так как при эксплуатации изделие (крышка) будет испытывать в основном нагрузки на изгиб. При этом наибольшие нагрузки будет испытывать выступ, поэтому выбираем место впрыска посередине стороны противоположной выступу (см. рисунок 6). С учетом положения изделия в форме (см. рисунок 2) получается, что место впрыска приходится в боковую поверхность перпендикулярную плоскости разъема пресс-формы.

Рисунок 6. Схема расположения места впрыска

Использование автоматического отделения литника. Для повышения производительности и нормы обслуживания при производстве рассматриваемых изделий, а также для повышения качества самих изделий предусматриваем возможность автоматического отделения литника от изделия [1].

В данном случае из всех возможных вариантов [1, 3 - 5] наиболее простым по исполнению будет использование отрезных литников туннельного типа. Так как в момент формования изделие находится в неподвижной части пресс-формы, выбираем схему отрезания литника в момент раскрытия формы (см. рисунок 7).

а)	б)

Рисунок 7. Схема литников туннельного типа:

а) типовая схема [1]; б) проектируемая схема; А-А – плоскость разъема;

1 – литниковый канал; 2 – туннельный литник; 3 – неподвижная часть пресс-формы; 4 – изделие; 5 – подвижная часть пресс-формы; 6 – толкатель; 7 – срезающая кромка; 8 центральный выталкиватель; 9 – поднутрение; 10 – матрица; 11 – пуансон;

12 – стержень с выступом

В соответствии со схемой по завершении цикла формования изделие остается на охватываемой поверхности, а литниковая система после отрезания литника остается на подвижной части пресс-формы за счет выступающей поверхности. Впоследствии литники и изделие удаляются выталкивающей системой.

Выбор выталкивающей системы. Выбор типа выталкивающей системы будет определяться формой изделия и наличием автоматического срезания литников. Для тонкостенных изделий [1], а также для изготовления изделий, сопрягающихся с другими изделиями [2] обычно применяют плиту съема (см. рисунок 8).

Рисунок 8. Типовая система выталкивания:

1 – литниковая втулка; 2 – матрица; 3 – пуансон; 4 – плита съема; 5 – тяга

При выборе и проектировании выталкивающей системы в первую очередь стремимся к уменьшению размеров формы. Для этого в соответствии с выбранной схемой расположения гнезд и литниковых каналов (см. рисунок 3) выбираем круглое сечение пресс-формы.

Для повышения продолжительности работы и снижения расходов на ремонт пресс-формы в местах наиболее частого трения деталей друг о друга устанавливаем втулки – трение движущихся деталей будет происходить не о плиты формы, а о втулки, замена которых проще замены плит. Возможно изготовление втулок из специальных износостойких (антифрикционных) материалов.

Для хорошей центровки пресс-формы и обеспечения минимального смещения ее плит друг относительно друга при смыкании и размыкании применяем число центрирующих колонок равное четырем и располагаем их по направлениям расположения гнезд. Для уменьшения размеров формы для соединения между собой плит пресс-формы выбираем центрирующие колонки и втулки с болтовым креплением к плитам пресс-формы. При этом две боковые центрирующие колонки дополнительно используем в качестве направляющих для системы выталкивания за счет дополнительных втулок (см. рисунок 9). Таким образом верхняя и нижняя втулки будут кроме своей основной функции дополнительно удерживать верхний и нижний брусья пресс-формы. В связи с этим для надежного крепления брусьев увеличиваем число верхних и нижних втулок, а соответственно и центрирующих колонок до двух (см. рисунок 10).

Рисунок 9. Схема системы выталкивания: 1 – колонка; 2 – центрирующая втулка; 3 – болты соединения плит; 4 – плита съема; 5, 6 – плиты выталкивающей системы; 7 – тяга; 8 – направляющая втулка; 9 – хвостовик; 10 – пружина; 11 – брус

Рисунок 10. Схема расположения элементов выталкивающей системы:

1 – центральный литник; 2 – литниковые каналы; 3 – гнездо; 4 – центрирующие колонки; 5 – центрирующие и направляющие колонки; 6 – тяги; 7 - брус

В соответствии с проектируемой схемой (см. рисунок 9) после раскрытия пресс-формы, при котором происходит отрезание литников, ее подвижная часть движется назад и, когда хвостовик 9 касается упора литьевой машины, он останавливается, а вместе с ним прекращают движение плиты 5 и 6, на которых закреплены тяги 7 и плита съема 4. При этом пружина 10 сжимается, а остальная подвижная часть пресс-формы продолжает движение. В результате плита съема 4 снимает изделия и литники с охватываемых поверхностей. После извлечения изделий подвижная часть пресс-формы начинает движение навстречу неподвижной, упор перестает оказывать давление на хвостовик 9 и тот возвращается в исходное положение за счет распрямления пружины 10.

Выбор расположения и конструкции знаков. Для повышения технологичности пресс-формы применяем оформляющие знаки. Форму знаков выбираем таким образом, чтобы обеспечить требуемую форму изделия и простоту изготовления пресс-формы. Знаки применяем для формования выступа, полусферического выступа с поднутрением и штырьков в большом поднутрении изделия (см. рисунок 11). Предусматриваем автоматическое извлечение знаков из гнезд пресс-формы при извлечении изделия при помощи плиты съема. Следовательно, знаки должны вводится в гнездо со стороны матрицы и быть расположены в подвижно части пресс-формы.

Рисунок 11. Схема расположения оформляющих знаков: 1 – большой круглый знак; 2 – знак выступа; 3 – малый круглый знак; 4 – матрица;

5 – литниковый канал; 6 – плита съема; 7 – пуансон

Итоговая конструкция пресс-формы, полученная с учетом выбранных в данной работе проектировочных решений, а также при сравнении проектируемой пресс-формы с типовыми конструкциями пресс-форм для литья термопластов [1, 4, 5], представлена на рисунке 12.

Рисунок 12. Разработанная пресс-форма

Заключение. Таким образом в результате данной работы была подобрана конструкция для литья под давлением заданных изделий (см. рисунок 1) из полиформальдегида. Разработанная пресс-форма является четырехгнездной, стационарной, с одной линией разъема, автоматическим отделением литников и извлечением изделий при помощи плиты съема. Для определения размеров пресс-формы и выбора термопластавтомата для ее установки необходимо провести расчет литниковой системы и объема впрыска материала, а затем проверить выбранный термопластавтомат по давлению впрыска, усилию смыкания и пластикационной производительности. Дополнительно необходим расчет хода подвижной плиты, диаметра направляющих и центрирующих элементов. Данные расчеты могут быть проведены в соответствии с рекомендациями [1]. Данная работа позволяет получить типовую конструкцию, на основании которой указанные расчеты могут быть проведены.

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. Мэллой Р.А. Конструирование пластмассовых изделий для литья под давлением / пер. с англ. под ред. В.А. Брагинского и др. – СПб: Профессия, 2006. – 512 стр.

3. Кононенко С.Г., Бычкова Е.В., Кардаш М.М. Технология переработки полимеров: указания к самостоятельной работе – Саратов: изд-во СГТУ, 2008. – 12 с.

4. Демин Е.М. Справочник по пресс-формам – Л.: Лениздат, 1967. – 367 с.

5. Панов Ю.Т., Чухланов В.Ю., Синявин А.В. Альбом пресс-форм: учебное пособие – Владимир: изд-во Владим. гос. ун-та, 2005. – 114 с.

Код для цитирования: Скопировать