X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

ВВЕДЕНИЕ

Технологическая оснастка — это устройство, предназначенное для придания полимеру формы изделия или профиля заданной конфигурации и размеров. При литье изделий под понятием технологической оснастки понимают — формы при литье термопластов, при переработке термореактивных материалов-пресс-формы, а при производстве профилей, труб и пленок — экструзионные формующие головки и калибрующие насадки.

В формах для литья под давлением получают разнообразные изделия — от простейших до особо сложных и высокоточных. Типичная литьевая форма состоит, по крайней мере, из двух частей, одна из которых подвижна и на протяжении цикла литья открывает и закрывает форму. Расплав выдавливается из литниковой втулки литьевой машины, течет по литниковым каналам формы, а затем через впуск поступает во внутреннюю полость формы. Каждый из этих составных элементов литьевой формы выполняет строго определенную функцию и влияет на управление процессом литья.

Конструкция пластмассового изделия существенно влияет на конструкцию формы (зависящую от технологичности изделия) и качественные показатели изделия, которые, в свою очередь, зависят как от технологии его изготовления, так и от его конструкции. В связи с этим изделие следует конструировать одновременно с анализом его технологичности. Необходимо учитывать, что в ряде случаев ошибки, заложенные при разработке изделия, невозможно исправить выбором конструкции формы.

При конструировании пластмассовых изделий стремятся к обеспечению рациональных условий течения материала в форме, повышению точности изготовления, уменьшению внутренних напряжений, коробления, цикла изготовления.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Изделие: крышка.

Материал изделия: АБС-пластик.

Масса изделия: 8,8 г.

Количество гнезд в форме: 2 гнезда.

Способ переработки изделия: литье под давлением.

Краткие сведения о материале.

АБС-пластик (акрилонитрилбутадиенстирольный пластик) – термопластичный, высоковязкий, аморфный тройной сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола, название которого образовано из начальных букв наименований мономеров (акрилонитрил, бутадиен, стирол).

Это ударопрочный, эластичный, термостабильный материал, относящийся к инженерным пластикам. Обладает более высокой стойкостью к ударным нагрузкам по сравнению с полистиролом общего назначения, ударопрочным полистиролом и другими сополимерами стирола.

Выдерживает кратковременный нагрев до 90-100 °С. Максимальная температура длительной эксплуатации: 75 – 80 °С.

Основными недостатками АБС-пластика являются:

Невысокая устойчивость к ультрафиолетовому излучению.

Растворимость в бензоле, ацетоне, эфире, анизоле, анилине, этилхлориде и этиленхлориде.

Невысокая устойчивость к атмосферным воздействиям.

Невысокие электроизоляционные свойства (по сравнению с полистиролом общего назначения и ударопрочным полистиролом).

2. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ФОРМЫ 2.1. Положение изделия в форме

Положение изделия в форме определяет всю конструкцию последней (степень механизации и автоматизации, тип выталкивающей системы, габариты формы и т.д.) [3].

Основные требования к положению изделия:

1. Проекция в плане изделия или группы изделии должна располагаться симметрично относительно оси разъема термопластавтомата.

2. Ориентировать изделие необходимо с учетом его последующего выталкивания. Как правило, при литье изделие должно оставаться в подвижной полуформе. Для обеспечения этого условия, необходимо наиболее развитую часть поверхности изделия располагать в плитах, которые движутся вместе с плитой смыкания. В этом случае за счет большей силы трения изделие извлекается из неподвижной части формы и перемещается вместе с литниками и выталкивателями.

3. При наличии взаимно перпендикулярных подвижных элементов, оформляющих отверстия, пазы, выступы, изделие следует располагать таким образом, чтобы в горизонтальной плоскости перемещения находились простейшие элементы.

4. Если изделие допускает расположение его в плоскости разъема формы в различных взаимно перпендикулярных положениях, то следует выбирать такое из них, которое имеет наименьшую площадь проекции на плоскость установочных плит оборудования, чтобы усилие смыкания было наименьшим.

5. Изделие относительно плоскости разъема располагается таким образом, чтобы линии облоя (следы от смыкания плит) не возникали на лицевой стороне детали. Линия смыкания должна располагаться по торцу детали или в местах перехода одной геометрической формы в другую.

Окончательный выбор расположения изделия увязывают с местом подвода впуска литниковой системы и товарным видом изделия [3, с. 11-12].

2.2. Расположение гнезд в форме

Для литьевых форм гнезда располагают так, чтобы подводящие каналы обеспечивали идентичные условия заполнения оформляющих гнезд расплавов полимера. Проще всего эту задачу решить при таком расположении каналов, когда пути течения до каждого гнезда равны [2, с. 81].

Выбрано горизонтальное расположение гнезд (рис. 1), поскольку при заполнении гнезд расплавом полимера давление, создаваемое литьевой машиной, будет расходоваться одинаково во всех направлениях, будет обеспечиваться одновременное заполнение всех частей матрицы.

Рис. 1. Расположение гнезд в литьевой машине

2.3. Выбор выталкивающей системы

Выбор того или иного типа выталкивающей системы определяется формой изделия, конструктивными особенностями формы (автоматическая или неавтоматическая) и требованиями, предъявляемыми к поверхности изделия [1, с. 10].

Общие требования, предъявляемые к системе извлечения изделий:

1. При расположении выталкивателей необходимо предусматривать, чтобы изделие при удалении из формующей полости не перекашивалось, иначе неизбежна его деформация или поломка. Усилие, возникающее при выталкивании на торцах толкателей, не должно деформировать или разрушать изделие, поэтому рекомендуется ставить выталкиватели под арматуру или утолщенные места (ребра, бобышки и пр. элементы).

2. Остающиеся от выталкивателей отпечатки (следы) не должны портить внешний вид изделия. Поэтому торцы выталкивателей должны находиться в одной плоскости с дном формующей полости. Если сторона изделия, на которую действуют выталкиватели, не является лицевой, можно торцы выталкивателей делать на 0,15 — 0,2 мм выше дна матрицы, что даст небольшие углубления на изделии (эти углубления необходимо предусмотреть в чертеже). При "утопленных" в матрицу (относительно плоскости дна) выталкивателях на изделии будут оставаться выступы, что недопустимо.

3. Высота выталкивателей, когда они не закреплены в плитах выталкивания, должна быть строго одинаковой, иначе возможны перекос и поломка выталкиваемого изделия.

4. Величина хода выталкивателей должна обеспечивать полное удаление отпрессованного изделия из формы.

5. Крепление выталкивателей в плитах выталкивания рекомендуется делать, как правило, свободным—плавающим. Такое крепление компенсирует некоторое несовпадение отверстий в матрице и исключает изгиб выталкивателей [3, с. 122-123].

Для данной литьевой формы применяем стержневые выталкиватели (рис.2).

Рис. 2. Выталкиватель по ОСТ 64-1-304-77[2].

Стержневые (цилиндрические) выталкиватели применяют в цельных пуансонах (матрицах). Можно использовать одновременно как контртолкатель. Если выталкиватель воздействует на торец тонкой боковой стенки, то для увеличения поверхности контакта с изделием диаметр его следует максимально увеличить [2, с. 140].

Стержневые выталкиватели в основном имеют цилиндрическую форму. Торец выталкивателя выполняется по конфигурации поверхности изделия, в которую он упирается. 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 менее заметны следы от выталкивателя (не было углублений или выступов).

Выталкиватель 4 крепится между опорной плитой выталкивания 1 и плитой крепления выталкивания 3 с помощью буртика и опирается на промежуточную шлифованную промежуточную плиту 2, имеющую большую твердость поверхности (рис. 4). Выталкиватель имеет гарантированную посадку только на рабочей части, которая контактирует с расплавом и устанавливается в плите матрице 6 формы по посадке d, а остальные места сопряжения деталей имеют гарантированный зазор 0,2 мм. Чтобы уменьшить поверхность трения, посадочная поверхность должна иметь высоту около 1,5 диаметра выталкивателя. Следует заметить, что при шлифовании и полировании движущихся поверхностей выталкивателя и опорной плиты матрицы нужно стремиться, чтобы риски были направлены вдоль направления их движения [3, с. 99].

Рис. 3. Способ крепления выталкивателя.

По табл. 46 [2, с. 140] условно выбираем расположение выталкивателей относительно изделия (рис. 4).

Рис. 4. Расположение выталкивателей относительно изделия:

а – неправильное расположение выталкивателей, б – правильное.

В процессе раскрытия формы стержневые выталкиватели перемещаются в направлении съема изделий упором литьевой машины через хвостовик, закрепляемый в опорной плите (рис. 5). При достижении хвостовиком упора, он останавливается одновременно с плитами выталкивателей 3, пружина 7 сжимается. После, пружина 7 распрямляется и возвращает хвостовик и всю систему выталкивания в исходное положение [3, с. 106].

Рис. 5. Хвостовик с буртом по ГОСТ 22080-76.

2.4. Характер работы литьевой формы

Данная литьевая форма по связи с машиной (характеру работы) является стационарной, т.е. весь цикл литья деталей и их удаление (извлечение) из формы осуществляются непосредственно на машине.

По направлению разъема формы относительно горизонтальной оси машины литьевая форма является формой с одним горизонтальным разъемом, в которой оформляющие детали раскрываются параллельно оси машины.

По степени автоматизации формы литьевая форма является автоматической, когда извлечение (удаление) литников производится автоматически.

По виду литниковой системы литьевая форма является холодноканальной, т.е. литник не обогревается, а при охлаждении отформованной отливки также охлаждается и выпадает вместе с отливкой после открытия формы.

В зависимости от способа охлаждения литьевой формы данная литьевая форма с воздушным охлаждением.

3. РАСЧЕТ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ФОРМЫ 3.1. Расчет литниковой системы

Литниковая система – это система каналов формы, служащая для передачи материала из сопла литьевой машины в оформляющие гнезда формы. Застывший в литниковых каналах полимер называется литником.

Традиционная литниковая система многогнездных форм состоит из трех элементов: центрального литникового канала, разводящих каналов и впускных литников.

3.1.1. Центральный литниковый канал

Центральный литниковый канал должен иметь достаточно большое сечение, возрастающее с увеличением вязкости расплава и толщины стенки изделия для сохранения жидкотекучести расплава в литниковой системе и обеспечения подпитки материала, заполнившего оформляющую полость (под термином «подпитка» подразумевают передачу статического давления на материал от момента окончания заполнения оформляющей полости до затвердевания впускного канала для компенсации усадки материала в процессе остывания; подпитка препятствует возникновению раковин, особенно в отливках большой толщины). Однако сечение центрального канала не должно быть слишком большим, т.к. это увеличивает время охлаждения, расход материала и может ухудшить внешний вид изделия [2, с. 72-73].

По рис. 6 [2, с. 73] находим диаметр d₁ отверстия центрального литникового канала на входе в литниковую втулку (с учетом гнездности формы) при массе отливки m = 2 × 8,8 = 17,6 г, d₁ = 3 мм.

Рис. 6. Номограмма для определения диаметра d₁

Диаметр d₂ центрального литникового канала на выходе и его максимально допустимую длину L выбираем по табл. 24 [2, с. 74] (при рекомендуемом угле конуса α=3° и d₁ = 3 мм): d₂ = 5,6 мм; L = 50 мм.

По полученным значениям были выбраны стандартные размеры литниковой втулки по ГОСТ [5]: втулка 0602-0459 ГОСТ 22077-76; L = 53 мм; D = 32 мм; d = 16 мм; d₁ = 3,6 мм; l = 9 мм; m = 0,124 кг.

Рис. 7. Литниковая втулка для литья под давлением по ГОСТ 22077-76

Так как литниковая втулка выполнена ступенчатой, то её можно установить в отверстие между опорной плитой крепления формы 1 и плит неподвижной и подвижной частей формы 2 и закрепить фланцем 4, при этом длина литника уменьшается. Разводящие литниковые каналы располагаются в подвижной части формы. Для извлечения центрального литника используем втулку 3 по ГОСТ 22078-76 [3, с. 106].

Рис. 8. Расположение центральной литниковой втулки в форме:

1 – опорная плита крепления; 2 – плиты неподвижной и подвижной части формы; 3 – втулка центральная для извлечения литника; 4 – фланец.

3.1.2. Разводящие каналы

Разводящие каналы являются частью литниковой системы, соединяющей оформляющие полости формы с центральным литником. Во всех случаях надо укорачивать разводящие каналы, так как увеличение длины канала ведет к возрастанию расхода материала, потерь давления, а также ориентационных напряжений в изделиях [2, с. 78].

По рекомендациям табл. 26 [2, с. 79] выбрали сегментную форму сечения разводящего канала (рис. 9). Выбранная форма обеспечивает хорошее течение расплава и небольшие потери теплоты и давления [2, с. 79].

Рис. 9. Сегментная форма сечения разводящего канала.

Диаметр канала круглого сечения d или эквивалентный диаметр d_э канала некруглого сечения можно определить по номограмме на рис. 10 [2, с. 81] в зависимости от массы отливаемого изделия и длины L пути течения материала в разводящем канале: масса отливки m = 8,8 × 2 = 17,6 г; примем длину L пути течения материала в разводящем канале, равной 40 мм.

Рис. 10. Номограмма для определения диаметра (d) канала круглого сечения и эквивалентного диаметра (d_э). Масса изделия:

1 – 2,5 г; 2 – 5 г; 3 – 25 г; 4 – 125 г; 5 – 250 г; 6 – 500 г; 7 – 1000 г; 8 – 1500 г.

Определили d_э = 3,8 мм.

Рассчитали ширину (b) и высоту (h) разводящего канала при α = 10:

b = 2/3d = 2/3 × 3,8 = 2,5 мм;

h = 0,94d_э = 0,94 × 3,8 = 3,6 мм.

3.1.3. Впускные каналы

Впускные каналы (питатели) имеют особое значение при литье под давлением. Они представляют собой последнее звено в системе литниковых каналов, подводящих материал к оформляющей полости формы. От их размеров и расположения в значительной степени зависит качество отливаемых изделий, поэтому определение оптимальных размеров впускных каналов, их числа и расположения является весьма ответственной задачей.

При определении размеров впускных каналов необходимо руководствоваться следующими общими соображениями:

1. Для уменьшения потерь давления при заполнении формы длина впускных каналов должна быть возможно малой.

2. Площадь сечения канала должна быть достаточно мала, чтобы обеспечить хорошее и по возможности автоматическое отделение литника от изделия без ухудшения его внешнего вида.

3. Площадь сечения канала не должна быть слишком мала, так как это приводит к большим потерям давления, затрудняет заполнение формы и способствует возникновению внутренних и наружных усадочных дефектов, и дефектов в зоне впуска (полосы, складки и пр.); кроме того, возможна термическая деструкция материала из-за его перегрева при прохождении с высокой скоростью через канал малого сечения.

4. Площадь сечения канала не должна быть слишком велика; это усложняет отделение литников, и ухудшает внешний вид изделия (следы от литника), а также приводит к излишнему уплотнению расплава, увеличению степени ориентации полимера в детали и возникновению больших внутренних напряжений в зоне впуска [2, с. 83-85].

По табл. 28 [2, с. 86] выбираем конструкцию впускного канала (рис. 11).

Рис. 11. Впускной канал с сечением под углом [2].

Рассчитываем характеристический размер изделия H для изделия по формуле:

H =2*V_и/S_и,

где V_и – объем изделия, см³, S_и – площадь поверхности изделия, см².

V_и = m/ρ,

где m – масса изделия. г, ρ – плотность материала, г/см³.

V_и = 8,8/1,02 = 8,63 см³.

Площадь полной поверхности изделия S_и следует определять алгебраическим суммированием элементарных площадей, составляющих поверхность изделия (расчеты не приведены, вычислены теоретически):

S_и = 135,4 см²

H =2*8,63/135,4 = 0,127 см = 1,27 мм.

По табл. 28 [3, с. 86] определяем основные размеры впускного канала: H = 2,35 мм; h = 0,85H = 2 мм.

Сумма объемов одновременно отливаемых изделий V_c рассчитывается по формуле:

V_c = V_и ∗ n,

где n – количество гнезд.

V_c = 8,63 ∗ 2 = 17,26 cм³.

Ширина впускного канала b = 2 мм.

При конструировании литниковой системы следует внимательно относиться к выбору места расположения впускного литникового канала.

Необходимо придерживаться следующих основных правил:

1. Впуск должен быть расположен так, чтобы по возможности обеспечить равномерное заполнение и одновременное достижение расплавом краев формующей полости.

2. Впуск должен быть расположен в местах наибольшей толщины изделия и максимально удален от участков с тонкими стенками.

3. Впускной канал должен обеспечивать течение материала в том направлении, в котором требуется получить наилучшие прочностные свойства [2, с. 90].

4. Впускные каналы не должны располагаться по нагруженным участкам изделия.

5. Впускные каналы должны располагаться так, чтобы вредное влияние ослабленных мест на прочность изделия в эксплуатации было минимальным.

6. Места расположения зазоров между оформляющими деталями должны заполняться в последнюю очередь. [1, с. 17-18].

Для данного изделия применяем щелевой центральный впускные каналы из-за технических и конструктивных причин. [2, c. 92].

3.2. Расчет выталкивающей системы

Выталкивающая система должна обеспечить полное, без разрушения и деформации, извлечение изделия из формы, то есть выталкиватели должны иметь возможность перемещаться на определенное расстояние и оказывать на изделие усилие, не превышающее предел прочности полимера [1, с. 18].

Рассчитываем ход выталкивателей L_выт по формуле:

L_выт = Н_изд + 5 мм,

где – Н_изд высота детали, расположенной в подвижной части формы [3, с. 143].

L_выт = 10 + 5 = 15 мм.

Для литьевых форм усилие, препятствующее извлечению изделия, в основном связано с усадкой и зависит от вида изделия.

Усилие Q_выт создается выталкивающей системой, в частности, торцами толкателей, которые контактируют непосредственно с поверхностью изделия [2, с. 20].

При литье изделий в виде коробок, ящиков, прямоугольных крышек, усилие, возникающее при извлечении изделия Q_выт, зависит от остаточного давления в форме P_ост и будет равно:

Q_выт = P_ост ∗ Fn ∗ μ,

где P_ост – остаточное давление в форме, МПа (принимаем P_ост ≈ 5 МПа) [3, с. 140]; F – площадь проекции боковой поверхности в направлении извлечения изделия из формы, м²; μ – коэффициент трения между полимером и материалом формы [3].

Q_выт = 5 ∗ 0,000492 ∗ 0,76 = 1,19 кН.

Для литьевых форм усилие, препятствующее извлечению изделия, в основном связано с усадкой и зависит от вида изделия [1, с. 20].

Q_тр = 2πКδ₂Еμ(l + );

Q_тр = 2∗3,14∗0,005∗0,002∗3300∗0,76∗(0,01 + )= 0,0141 кН.

Следовательно, Qтр

Код для цитирования: Скопировать