IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

ВВЕДЕНИЕ

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:

d_в = 0,85 ⋅ H

где H –толщина изделия – 1,8 мм.

d_в = 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) ⋅ d_э

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:

m_впр = (V_изд ⋅ n + V_л.с.) ⋅ ρ,

где V_изд – объём изделия, см³; n – гнездность формы, V_л.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:

V_в.к. = ⋅ π ⋅ h ⋅ (),

где r₁ – радиус канала на входе, r₂ – радиус канала на впуске.

V_в.к. = ⋅ 3,14 ⋅ 2,4 ⋅ (2² + 2⋅0,77 + 0,77²) = 0.01766cм³

Объём разводящего канала:

V_р.к. = (S_р.к. ⋅ L_р.к. )*n

где S_р.к. и L_р.к – площадь сечения и длина разводящего канала.

V_р.к. = (6.84 ⋅ 40)*8 = 2,2 см³

Объём центрального литникового канала:

V_ц.л. = ⋅ π ⋅ h ⋅ (),

где r₁ – радиус канала на входе, r₂ – радиус канала на выходе.

V_ц.л=1/3*3,14*2(0,7²+0,7*1,5+1,5²)=0,0573 см³

Масса впрыска:

m_впр = (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 L_выт определяется по формуле:

L_выт = h_изд +23 мм,

где L_выт - длина хода выталкивателя, мм;

h_изд - высота изделия, мм.

L_выт = 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:

Q_тр = 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).

Q_тр=2*3.14*0.08*0,0015*3000*0.4*(0,007 + )=0.422 Кн

Усилие, необходимое для выталкивания изделия, должно быть не менее Q_тр,

т. е. Q_тр ≤ Q_выт.

Q_выт = Р_ост ⋅ Fn ⋅ f_m,

где Р_ост – остаточное давление в форме (Р_ост ≈ 5 МПа);

Fn – площадь боковой поверхности в направлении извлечения изделия из формы, м²;

f_m – коэффициент трения полимера.

Q_выт = 5 ⋅ 10⁶ ⋅ 0,00081 ⋅ 0,4 = 624 Н = 0.624 кН

Условие выполнено.

Выталкивающие напряжения на поверхности изделия:

σ_выт = Q_выт / 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:

σ_выт=624/3.14*25*1=7,94 МПа

σ_выт не должно превышать допустимого

σ_выт ≤ [σ] = σ_сж / [n],

где [σ] – допустимое напряжение, МПа;

σ_сж – 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 = V_изд ⋅ n + V_л.с,

где V – объём впрыска,

V_изд – объём изделия,

V_л.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:

V_H = V / β,

где V_H– номинальный объём впрыска ТПА, см³;

V- необходимый объем впрыска, см³;

β – коэффициент использования машины (равен 0,7 для полиамида).

V_H = 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 ⋅ (s_пр. ⋅ n + S_л.с) ⋅ k ≤ Р_н ,

где Р₀ - усилие смыкания формы, МН;

Р - давление в форме (давление литья), МПа;

S_пр - проекция изделия на плоскость разъёма формы, м²;

S_л.с - проекция литниковой системы на плоскость разъема формы, м²;

k - коэффициент использования (k = 1,15);

n - гнездность;

Р_н - номинальное усилие смыкания плит, кН

Р₀ = 120 ⋅ (0.0008138⋅8 + 0,0001785)⋅ 1,15 = 0,923 МН = 923 кН

Р₀ < Р_н

923 кН < 1200 кН

Условие выполнено

Также термопластавтомат проверяется по пластикационной производительности А₀:

А₀ = 3,6 ⋅ G / ≤ А_н ⋅ β₂,

где G – масса впрыска, г;

– время охлаждения изделия, с;

А_н – 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;

Т_и, Т_ф, Т_р – 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

А_н = 62 г/с

А₀ ≤ А_н,

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

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

2. 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.

3. 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

1. ВлГУ 18.03.01.ХТ-113.15.01 Эскиз изделия

2. ВлГУ 18.03.01.ХТ-113.15.01 СБСБ Пресс-форма. Сборочный чертеж.

3. ВлГУ 18.03.01.ХТ-113.15.01 Спецификация

Код для цитирования: Скопировать