XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

В настоящее время прогресс в области науки и техники не возможен без интенсивного использования пластмасс. Поэтому их производство составляет ежегодно несколько миллионов тонн и продолжает увеличиваться.

Развитие методов и оборудования для переработки пластмасс неразрывно связано с особенностями полимерных материалов. Процессы переработки пластических масс в изделия и полуфабрикаты разнообразны и сложны.

Основной метод переработки порошкообразных и волокнистых реактопластов в изделия – прессование. Значительное усовершенствование метода прессования связано с применением специальных устройств и приемов, интенсифицирующих процесс изготовления изделия.

В процессе прессования реактопласты нагреваются и переходят в твердое необратимое состояние. Это превращение происходит в формующем инструменте – пресс-форме. Основными способами получения изделий из реактопластов являются компрессионное (прямое) или трансферное (литьевое) прессование.

Прессование предусматривает загрузку материала в пресс-форму, его перевод при нагревании в вязкотекучее состояние, формование изделия под действием давления и фиксацию заданной конфигурации изделия в результате ускоренного сшивания олигомеров при повышенной температуре (при переработке реактопластов) или охлаждении материала до температуры ниже температуры стеклования полимера (при переработке термопластов). В цикле прессования реактопластов одновременно с приданием заданной формы изделию происходит его отверждение. Полученное данным методом изделие, как правило, обладает формоустойчивостью при повышенной температуре и не требует охлаждения перед извлечением его из формующей полости. При прессовании термопластов изделие приобретает формоустойчивость только при ожлаждении.

Прессование термопластичных материалов не рентабельно, так как извлечение отпрессованного изделия возможно только после охлаждения его с формой до температуры стеклования полимера. Вследствие этого снижается производительность и увеличиваются энергетические расходы.

Процесс прессования характеризуется тремя основными технологическими параметрами – давлением, температурой и временем выдержки. Их изменение сказывается не только на длительности цикла прессования, но и на качестве готовых изделий.

Процесс прессования осуществляется на специальных прессах (гидравлических или механических) в обогреваемых пресс-формах.

Основные отличительные особенности форм для прессования реактопластов определяются технологической особенностью процесса прессования, заключающейся в том, что в отличие от литья под давлением, в открытую форму подается непластицированный материал в виде порошка или таблеток, а смыкание формы происходит после загрузки материала. Формование изделий происходит за счет вязкого течения пресс-материала, возникающего от избыточного давления в формующей полости и его последующем отверждении при выдержке под давлением и высокой температуре. Для размещения пресс-материала в форме должен быть предусмотрен свободный объем, которым является загрузочная камера.

Пресс-формы для прессования реактопластов обычно имеют горизонтальную плоскость разъема формы.

Формообразование происходит в процессе смыкания формы при высоких температурах (150-200°) и высоком давлении на материал (25-50МПа).

Отпрессованные изделия выталкиваются из стационарных форм выталкивателями, получающих движение от штока нижнего гидроцилиндра пресса. Съемные пресс-формы размыкаются вне пресса с использованием специальных приспособлений.

После извлечения форму очищают с помощью сжатого воздуха.

Положение изделия в форме

Положение изделия в форме существенно влияет на ее конструкцию.

Основные требования к положению изделия:

- проекция в плане изделия или группы изделий должна располагаться симметрично оси разъема формы;

- при прессовании для предотвращения скопления в донной части изделия растворенных в материале газов, приводящих к резкому ухудшению качества изделия, матрицу предпочтительно располагать на неподвижной части формы;

- ориентировать изделие необходимо с учетом его последующего выталкивания.

Так же необходимо учитывать требования к эстетическому виду изделия.

Расположение гнезд в форме

Проектируемая форма является стационарной шестигнездной. В данном случае целесообразнее использовать индивидуальные загрузочные камеры. При использовании многогнездных пресс-форм с индивидуальной загрузочной камерой получаются более точные изделия, снижается расход материала.

Формы с индивидуальной загрузочной камерой имеют наибольшее распространение. Их преимущества: большая точность изготовляемого гнезда, и как следствие изделия, более высокая ремонтоспособность, уменьшенный расход сырья. Недостатки – большие размеры и металлоемкость формы.

Гнезда планируется расположить в один ряд, как «ступеньки» на лестнице.

Обоснование использования пресс-формы закрытого типа и характер ее работы

Закрытые матрицы, в которых загрузочная камера непосредственно продолжает формующее гнездо, используют для прессования волокнистых материалов и

материалов с малой текучестью. В этом варианте загрузочная камера является продолжением формующей полости и имеет такие же размеры и конфигурацию, как и матрица. Применяются пресс-формы закрытого типа для изготовления изделий, имеющих в плоскости размыкания геометрическую форму квадрата, прямоугольника, круга.

Пресс-формы закрытого типа применяются в основном для изготовления крупногабаритных изделий, имеющих правильную геометрическую форму в плоскости разъема и не требующих высокой точности размеров по высоте.

В проектируемой форме изделие будет оставаться на пуансоне, с которого оно будет сталкиваться двумя сталкивателями, получающих движение от хода пресса.

Выбор выталкивающей системы

Наиболее распространенный способ извлечения изделия стержневым выталкивателем с гладким торцом. Его применяют, главным образом, для выталкивания изделий с плоскими участками поверхности, в которые могут упереться выталкиватели. Размеры их колеблются от 3 до 20 мм, в зависимости от размеров изделия.

В проектируемой пресс-форме формообразующие детали выполняются так, чтобы изделие уносилось на пуансоне. Роль сталкивателей будут играть стержневые выталкиватели.

Описание работы формы

Изделие после процесса прессования остается на пуансоне, и поднимается вверх с подвижной полуформой. Съем изделия производится сталкивателями. Они закреплены в соединительных плитах, на концах которых закреплены тяги, которые приводят в действие всю выталкивающую систему.

Сталкивание изделия происходит следующим образом: при разъёме пресс-формы, тяги проходят некоторое расстояние и упираются в нижнюю плоскость обоймы матриц, приостанавливая движение все выталкивающей системы. Подвижная полуформа продолжает подниматься, при этом выталкиватели выходят из пуансона и сталкивают изделие. Обратная посадка выталкивателей в гнезда пуансона происходит при смыкании пресс-формы, когда соединительная планка доходит до упорных муфт и, упираясь, приостанавливает свое движение вниз.

Расчет выталкивающей системы

Выталкивающая система должна обеспечить полное, без разрушения и деформации, извлечения изделия из формы, то есть выталкиватели должны иметь возможность перемещаться на определенное расстояние и оказывать на изделие усилие, не превышающее предел прочности полимера. Для расчета хода выталкивателей можно использовать формулу:

где l_выт – длина хода выталкивателя, мм;

h_изд – высота матрицы (подвижной полуформы), мм

Для пресс-форм, усилия, препятствующие извлечению изделий, связаны с удельным усилием сцепления между материалом изделия и формой, которое зависит от вида связующего и наполнителя, качества обработки полости формы и т.п.

Усилие, мешающее выталкиванию изделия, определяется по формуле:

где S –суммарная площадь поверхности контакта изделия с формой, м²;

А – усилие сцепления между материалом изделия и формой, [1]

0.6 10⁶0.0045=2.7кН

Усилие, необходимое для выталкивания изделия, должно быт не меньше усилия то есть

Усилие создается выталкивающей системой, в частности, торцами толкателей, которые контактируют непосредственно с поверхностью изделия

На поверхности изделия возникают напряжения :

где S – площадь торца выбранного толкателя, м²;

n – количество выталкивателей.

Напряжение не должно превышать допустимого

где [σ] – допустимое напряжение, МПа;

n - коэффициент запаса прочности, равный 1.5

σ_сж – прочность аминопласта при сжатии, (63.7МПа [4])

Условие выполняется.

Расчет загрузочных камер пресс-формы

Исходя из технологических и конструктивных соображений, размер загрузочной камеры может измениться только за счет высоты. Высоту полости загрузочной камеры определяют исходя из объема загружаемого материала и типа пресс-формы.

Для пресс-форм закрытого типа (Рис.1)

где V – объём материала,

S – площадь горизонтальной проекции прессуемой детали.

Рис.1 Схема загрузочной камеры

пресс-формы закрытого типа

Объем материала рассчитывается по формуле:

V=Gρ

где G – масса прессуемой детали с учетом облоя,

ρ – насыпная плотность материала.

V=31.56 .3=9.5 см³

Расчет центрирующих элементов

К центрирующим элементам относятся фланцы крепежных плит, направляющие колонки и втулки.

В небольших формах устанавливают две направляющие колонки, в больших – четыре. Колонки не должны мешать извлечению изделий. Ориентировочно диаметр колонок можно определить по эмпирической формуле:

где а и b – длина и ширина формы.

18 мм

Уточнив размеры стандартных колонок по ГОСТ 22073-76 [5], получим что стандартный диаметр равен 20 мм.

Выбор пресса для установки спроектированной формы

Гидравлический пресс выбирают исходя из необходимого усилия прессования, рассчитанного по формуле:

F=p₁S n; F_н=(800÷900)

где F – необходимое давление прессования, МПа;

p₁ - давление прессования, МПа;

S – площадь проекции загрузочной камеры, м²;

n – гнездность формы;

Fн – номинальное усилие пресса, кН.

F=2010⁶0.0024 288000 Н

Fн = 288 кН 850 = 244800 кН

Расчетное усилие прессования 2448 кН (250 т) принимаемое усилие 2500 кН (250 т)

По усилию прессования принимаем пресс марки ДБ2434

Выбранное оборудование проверяется:

- сравнение габаритов рабочего стола пресса и размеров пресс-формы, проверяем установочные размеры;

Размер стола на прессе 1200×1000, габариты пресс-формы 242×244. По этому параметру пресс ДБ2434 подходит.

- сравниваем размеры формы в раскрытом состоянии с максимальным расстоянием между столом и ползуном пресса:

Наибольшее расстояние между столом и подвижной плитой пресса 1250 мм, а высота формы + ход 300 мм. По этому параметру пресс ДБ2434 подходит.

Заключение

В данной работе рассчитана и спроектирована пресс-форма для изготовления детали «Накладка» методом прессования.

Данная пресс-форма устанавливается на пресс марки ДБ2434 с усилием прессования 250т. Особенности формы: изделие после прессования при разъеме формы остается на пуансоне. В качестве выталкивающей системы использованы стержневые выталкиватели.

Пресс-форма для компрессионного прессования, стационарная, с одной линией разъема, закрытого типа, шестигнездная, с верхними сталкивателями.

Список использованных источников

1. Методические указания к выполнению курсовой работы по курсу "Расчет и конструирование изделий и форм". / Панов Ю.Т., Уткин А. В. – Владимир: 1998. 28 с.

2. Основы конструирования и расчета деталей из пластмасс и технологической оснастки для их изготовления / Мирзоев Р.Г., Кугушев И.Д., Брагинский В.А. и др. Учебное пособие для студентов вузов. - Л.: Машиностроение, 1972. 416 с.

3. Басов Н.И. и др. Расчет и конструирование формующего инструмента для изготовления изделий из полимерных материалов. - М.: Химия. 1991. 352 с.

4. Калинчев Э.Л., Соковцева М.Б. Выбор пластмасс для изготовления и эксплуатации изделий: Справ. Изд. - Л.: Химия, 1987. 416 с.

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

Код для цитирования: Скопировать