Области применения пластических масс в народном хозяйстве весьма разнообразны. Из них изготавливают изделия народного потребления, детали машиностроения, приборостроения, радиоаппаратуры и т.п. В большинстве случаев пластмассы используют как самостоятельный конструкционный материал, кроме того, они являются заменителем ряда дефицитных дорогостоящих материалов. В этой связи большое значение приобретают вопросы разработки пластмассовых изделий с учетом их технологических свойств и проектирования технологической оснастки (форм для литья под давлением и пресс-форм).
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. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ФОРМЫ
1.1 Положение изделия в форме
В курсовой работе проектируется пресс-форма для изготовления изделия
«Вкладыш НКЭ-01»
Положение изделия в форме выбираем на основании его эскиза (прил. 1) с учетом основных требований, предъявляемых к нему.
Изделие в форме нужно расположить так, чтобы площадь проекции наибольшей стороны находилась параллельно плоскости разъема. Это оптимальное положение. Так как изделие имеет отверстия и оформляемые элементы, конструктором было предложено установление формующих знаков.
1.2 Расположение гнёзд в форме
Основным условием для выбора расположения гнёзд в форме является обеспечение идентичности заполнения оформляющих гнёзд расплавом полимера. Для этого необходимо, чтобы пути течения расплава до каждого гнезда были равны. По заданию преподавателя – форма конструировалась на восемь гнезд. (Рис №1)
Рис №1
1.3 Выбор литниковой системы
Литниковая система – система каналов формы, служащая для передачи материала из сопла машины в оформляющие гнёзда формы. Она решающим образом влияет на качество изделия, расход материала, производительность.
С учётом расположения изделия в форме выбираем форму впускного канала с литниками туннельного типа, с автоматической системой отрезания.
2. РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ФОРМЫ
2.1 Расчёт литниковой системы
Данная литниковая система включает три основных элемента: центральный литниковый канал, по которому расплав из материального цилиндра поступает в форму; разводящие каналы, ответвляющиеся от основного; впускные каналы, по которым расплав непосредственно поступает в оформляющую полость.
2.1.1. Расчет и выбор впускных каналов
Ширина впускного канала:
В = а ,
где а – коэффициент, зависящий от полимера (для полиамида равен 0,8) ,
А – площадь поверхности матрицы, мм2 (определяется исходя из конструкции изделия и равна 813,76 мм2)
В = 0,8 ⋅ = 4 мм
Диаметр на впуске:
dв = 0,85 ⋅ H
где H –толщина изделия – 1,8 мм.
dв = 0,85 ⋅ 1,8 = 1,445 мм
2.1.2. Расчёт и выбор разводящих каналов
Эквивалентный диаметр и длину разводящих каналов определяем по номограмме (рис. 2) в зависимости от массы изделия (3,525г) выбираем d=3.7мм.
L=40мм.
Рис. №2
Форму сечения разводящего канала выбираем, исходя из рекомендаций по применению. Выбираем сегментную форму, она относительно проста в изготовлении и обеспечивает хорошее течение расплава и небольшие потери теплоты [1].
Высота разводящего канала:
h = (2/3) ⋅ dэ
h = 2/3 ⋅ 3,7 = 2,5 мм
Ширина разводящего канала:
b = 1,25 ⋅ h
= 1,25 ⋅ 2,4 = 3 мм
2.1.3. Расчёт и выбор центрального литникового канала
Для расчёта центрального литникового канала необходимо определить массу впрыска с учетом литниковой системы:
mвпр = (Vизд ⋅ n + Vл.с.) ⋅ ρ,
где Vизд – объём изделия, см3; n – гнездность формы, Vл.с – суммарный объём впускных, центрального и разводящих каналов, см3; ρ – плотность, г/см3 (равна 1.15 для полиамида марки ПА6-Т15 ТУ 6‒12‒31‒654‒89).
Объём впускного канала:
Vв.к. = ⋅ π ⋅ h ⋅ (),
где r1 – радиус канала на входе, r2 – радиус канала на впуске.
Vв.к. = ⋅ 3,14 ⋅ 2,4 ⋅ (22 + 2⋅0,77 + 0,772) = 0.01766cм3
Объём разводящего канала:
Vр.к. = (Sр.к. ⋅ Lр.к. )*n
где Sр.к. и Lр.к – площадь сечения и длина разводящего канала.
Vр.к. = (6.84 ⋅ 40)*8 = 2,2 см3
Объём центрального литникового канала:
Vц.л. = ⋅ π ⋅ h ⋅ (),
где r1 – радиус канала на входе, r2 – радиус канала на выходе.
Vц.л=1/3*3,14*2(0,72+0,7*1,5+1,52)=0,0573 см3
Масса впрыска:
mвпр = (3,065*8+2,2+0,01766+0,0573)⋅1,15 = 30,8 г.
Диаметр центрального литникового канала на входе в литниковую втулку (d1) определяем по номограмме (рис. 3). d1 = 4,5 мм.
Рис. 6.
Исходя из него выбираем d2=8.2мм; L(L1)=70мм. При рекомендуемом для полиамида угле α=3°.
По полученным значениям выбираем стандартные значения литниковой втулки [2]. Выбрали втулку 0602-0452 по ГОСТ 22077 – 76
2.2 Расчёт выталкивающей системы
Выталкивающая система должна обеспечивать 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.
Длина хода выталкивателя Lвыт определяется по формуле:
Lвыт = hизд +23 мм,
где Lвыт - длина хода выталкивателя, мм;
hизд - высота изделия, мм.
Lвыт = 10 + 3 = 13 мм
Для литьевых форм усилие, препятствующее извлечению изделия, в основном связано с усадкой и зависит от вида изделия.
Для цилиндра с донышком:
Qтр = 2 ⋅ π ⋅ К ⋅ δ2 ⋅ Е ⋅ μ (l +),
Где:
Е – модуль упругости полимера при растяжении, Е =3000 МПа;
К – коэффициент усадки (для РА6 равен 0,08);
μ – коэффициент трения между полимером и материалом формы (равен 0,4).
Qтр=2*3.14*0.08*0,0015*3000*0.4*(0,007 + )=0.422 Кн
Усилие, необходимое для выталкивания изделия, должно быть не менее Qтр,
т. е. Qтр ≤ Qвыт.
Qвыт = Рост ⋅ Fn ⋅ fm,
где Рост – остаточное давление в форме (Рост ≈ 5 МПа);
Fn – площадь боковой поверхности в направлении извлечения изделия из формы, м2;
fm – коэффициент трения полимера.
Qвыт = 5 ⋅ 106 ⋅ 0,00081 ⋅ 0,4 = 624 Н = 0.624 кН
Условие выполнено.
Выталкивающие напряжения на поверхности изделия:
σвыт = Qвыт / S ⋅ n,
где S – площадь торца выбранного толкателя, м;
n – количество толкателей.
Так как я проектировал форму, чтобы на каждое изделие приходилось по одному толкателю, то я сразу возьму ориентировочный диаметр толкателя d=10мм. А потом рассчитаю, выполняется ли условие прочности.
Итак:
σвыт=624/3.14*25*1=7,94 МПа
σвыт не должно превышать допустимого
σвыт ≤ [σ] = σсж / [n],
где [σ] – допустимое напряжение, МПа;
σсж – прочность материала при сжатии (справ. величина, для ПА = 127 МПа);
[n] – коэффициент запаса прочности (равен 1,5).
[σ] = 127 / 1,5 = 84,66 МПа
65 МПа < 75 МПа
Такая разница предела прочности и требуемого усилия обусловлена тем, что конструкция формы позволяет выталкивать изделие очень легко и, к тому же, полиамид обладает очень высоким запасом прочности при сжатии.
Контртолкатель выбираем: 64 – 1041 – 0168
Центральный толкатель выбираем: 64 – 1041 – 0141 .
2.3. Расчет центрирующих элементов
К центрирующим элементам относятся фланцы крепежных плит и направляющие колонки и втулки.
В небольших формах устанавливают две направляющие колонки, в больших – три или четыре (мы берем четыре, для надежности). Колонки не должны мешать выпадению отливок. Ориентировочно диаметры колонок можно определить по эмпирической формуле:
d=4+0,06*,
где d-диаметр направляющей части колонки, мм;
a и b – длина и ширина формы,мм.
d=4+0,06*=14,1мм
Выбираем стандартную колонку: 1030-2033 с диаметром D=20мм.
3. ВЫБОР ЛИТЬЕВОЙ МАШИНЫ ДЛЯ СПРОЕКТИРОВАННОЙ ФОРМЫ
Термопластавтомат выбирают исходя из необходимого объёма впрыска, который рассчитывается по формуле:
V = Vизд ⋅ n + Vл.с,
где V – объём впрыска,
Vизд – объём изделия,
Vл.с – объём литниковой системы, включающий центральный литник.
Необходимый объём впрыска:
V = 3,065*8+2,2+0,01766+0,0573= 27,02 см3
Номинальный объём впрыска ТПА:
VH = V / β,
где VH– номинальный объём впрыска ТПА, см3;
V- необходимый объем впрыска, см3;
β – коэффициент использования машины (равен 0,7 для полиамида).
VH = 27,02 / 0,7 = 38,6 см3
Выбираем термопластавтомат марки Instec Servo TA-300
Основные технические характеристики:
Таблица 9
Характеристика |
Значение |
Диаметр шнека, мм |
28 |
Максимальное давление впрыска, бар |
1446 |
Максимальный объем впрыска, см3 |
71 |
Максимальный ход шнека, мм |
225 |
Максимальный вес впрыска, г |
66,5 |
Максимальная скорость впрыска, см3/с |
71 |
Пластикационная способность, г/с |
65 |
Ход подвижной плиты, мм |
180 |
Минимальная высота формы, мм |
120 |
Максимальное расстояние между плитами, мм |
300 |
Расстояние между колоннами, мм |
370×200 |
Размеры плит, мм |
495×325(В) 540×380(Н) |
Усилие выталкивания, кН |
85 |
Ход выталкивателя, мм |
35 |
Мощность гидропривода, кВт |
30 |
Габаритные размеры, мм |
130x90x235 |
Масса машины, кг |
1100 |
Проверочный расчет усилия смыкания формы:
Р0 = Р ⋅ (sпр. ⋅ n + Sл.с) ⋅ k ≤ Рн ,
где Р0 - усилие смыкания формы, МН;
Р - давление в форме (давление литья), МПа;
Sпр - проекция изделия на плоскость разъёма формы, м2;
Sл.с - проекция литниковой системы на плоскость разъема формы, м2;
k - коэффициент использования (k = 1,15);
n - гнездность;
Рн - номинальное усилие смыкания плит, кН
Р0 = 120 ⋅ (0.0008138⋅8 + 0,0001785)⋅ 1,15 = 0,923 МН = 923 кН
Р0 < Рн
923 кН < 1200 кН
Условие выполнено
Также термопластавтомат проверяется по пластикационной производительности А0:
А0 = 3,6 ⋅ G / ≤ Ан ⋅ β2,
где G – масса впрыска, г;
– время охлаждения изделия, с;
Ан – номинальная производительность ТПА (по полиамиду), кг/ч;
β2 – коэффициент, учитывающий отношение пластикационной производительности по материалу к значению её по ПА-6 (в данном случае β2 равен 1).
Масса впрыска G = 30,8 г.
Время охлаждения:
= ,
где h – половина максимальной толщины изделия, м;
а – коэффициент температуропроводности, м2/с;
Ти, Тф, Тр – температуры изделия, формы и расплава, °С (равны соответственно 65 °С, 50 °С и 250 °С).
= = 8,108 с
Пластикационная производительность:
А0 = 3,6 ⋅ 30,8 / 8,108 = 13,67 г/с
Ан = 62 г/с
А0 ≤ Ан,
Условие выполнено.
Выбранный ТПА подходит для изготовления данного изделия.
Схема крепления пресс-формы на плиты выбранной мною машины:
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения научной работы мною была сконструирована восьмигнёздная пресс-форма для литья изделий из полиамида. В работе рассчитана литниковая система, выталкивающие элементы, центрирующие элементы. Форма имеет одну линию разъема и полностью автоматизирована. Для производства выбрана машина «Instec Servo TA-300».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Справочник по проектированию оснастки для переработки пластмасс/А.П. Пантелеев, Ю.М. Шевцов, И.А. Горячев. – М.: Машиностроение, 1986. – 400 с. ил.
Альбом пресс-форм : учеб. пособие / Ю.Т. Панов, В.Ю. Чухланов, А.В. Синявин; Владим. гос. ун-т. – Владимир : Изд-во Владим. гос. ун-та, 2005. – 115 с. – ISBN 5-89368-594-6.
Проектирование литьевых и прессовых форм: Метод. указания к выполнению курсовой работы по курсу «Расчет и конструирование изделий и форм» / Владим. гос. ун-т; Сост.: Ю.Т. Панов, А.В. Уткин. Владимир, 1998. 28 с.
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВлГУ 18.03.01.ХТ-113.15.01 Эскиз изделия
ВлГУ 18.03.01.ХТ-113.15.01 СБСБ Пресс-форма. Сборочный чертеж.
3. ВлГУ 18.03.01.ХТ-113.15.01 Спецификация