XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Формы для литья под давлением изделий из полимерных материалов относятся к самым распространенным сейчас и весьма перспективным в будущем. В этих формах, устанавливаемых на универсальных или специализированных литьевых машинах-автоматах, получают изделия практически из всех термопластов, а также из многих марок порошкообразных и гранулированных реактопластов, резиновых смесей. В формах для литья под давлением получают разнообразные изделия - от простейших до особо сложных и высокоточных.

Формы для литья под давлением разделяют на стационарные, полустационарные и ручные.

В стационарных формах весь цикл литья изделий и их удаление из формы осуществляется непосредственно на литьевой машине-автомате. Форма не снимается с машины до окончания изготовления заданной программы выпуска изделий (или до ее ремонта - в случае необходимости).

Полустационарные формы имеют съемные оформляющие кассеты, которые после каждого цикла литья извлекают из формы и разбирают вне рабочей зоны машины-автомата.

Ручные формы целиком извлекают из зоны формования после каждого цикла литья.

Применяют также стационарные и полустационарные формы, устанавливаемые на универсальных блоках. В комплект формы, устанавливаемой на универсальном блоке, входят лишь основные оформляющие детали (матрицы, знаки и др.), а вспомогательные детали (передние и задние плиты, обоймы и т. д.) включены в универсальный блок.

Стационарные формы для литья под давлением, в том числе устанавливаемые на универсальных блоках, разделяют на полуавтоматические и автоматические, обеспечивающие отделение и сепарацию литников от изделий при размыкании формы; на управляемые (т. е. снабженные датчиками, регистрирующими состояние расплава в течение всего цикла литья под давлением) и неуправляемые (фактически непригодны к работе в системе АСУТП).

Все формы, независимо от характера их связи с литьевой машиной-автоматом и системой управления ее работой, по количеству одновременно отливаемых изделий разделяются на одно- и многогнездные, а по интенсивности заполнения гнезд - на одно- и многовпускные (в одно гнездо).

Все формы для литья под давлением по важному признаку - направлению их размыкания (разъема) относительно горизонтальной оси литьевой машины-автомата - разделяют на следующие: с одной вертикальной плоскостью, с одной вертикальной плоскостью и раздвижными полуматрицами, с комбинированными разъемами (с одной основной и вспомогательными; с основной, вспомогательной и дополнительной плоскостями и т. д.), в которых оформляющие детали раскрываются параллельно и перпендикулярно оси машины. Формы с комбинированным разъемом применяются для деталей с поднутрениями, боковыми отверстиями и тому подобными элементами. Конструктивно они выполняются в виде клиновых или шиберных форм.

Дополнительные классификационные признаки форм для литья под давлением термопластов связаны с конструктивными особенностями функциональных систем форм. Например, литниковые системы по состоянию материала в них в них в момент окончания заполнения внутренней полости формы разделяют на холодноканальные (затвердевающие), горячеканальные (незатвердевающие) и комбинированные. Формы разделяют также на термостатируемые (с различными вариантами конструктивного оформления системы - канальным, полостным, комбинированным) и нетермостатируемые. Классификация стационарных форм предусматривает разделение их по способу извлечения изделий из формы: стержневыыми или трубчатыми выталкивателями; плитой съема; комбинированным (ступенчатым) выталкиванием.

Формы с выталкивателями применяются случаях, когда изделия достаточно жестки и прочны и на них допускаются следы выталкивателей, причем формы со стержневыми выталкивателями используются для изделий, имеющих достаточную поверхность для контактов с выталкивателями - для изделий типа втулок.

Форма с плитой съема рекомендуется для тонкостенных изделий, исключающих возможность использования стержневых выталкивателей.

В формах со ступенчатым выталкиванием изделие сначала снимается со знака плитой съема, а затем выталкивается из этой плиты стержневыми выталкивателями (при этом используется механизм шариковой защелки).

Обоснование конструкции формы

Согласно заданию на курсовое проектирование, целью данного курсового проекта является разработка двухгнездной формы для производства детали "Шпуля" методом литья под давлением. Материал изделия – полиэтилен низкого давления. Масса детали 53,53 г.

Расположение гнезд в форме должно обеспечивать идентичные условия заполнения оформляющих гнезд расплавом полимера. Добиться этого можно, расположив литниковые каналы таким образом, чтобы пути течения расплава до каждого гнезда были равны.

Форма проектируется с учетом установки и эксплуатации ее на выбранной литьевой машине.

Основными параметрами термопластавтоматов являются:

- Объем впрыска, см³;

- Давление впрыска, МПа;

- Усилие смыкания формы, кН.

Важными являются также паспортные характеристики:

- Объемная скорость впрыска, см³/с;

- Наименьшее время запирания и раскрытия формы, с;

- Наибольшее расстояние между плитами, мм;

- Наименьшая и наибольшая высота формы, мм.

Положение изделия в форме

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

Положение изделий в проектируемой форме будет следующим:

- Изделия в форме расположены симметрично центру формы;

- Изделие в гнезде расположено так, что наибольшая поверхность контактакта перпендикулярна линии разъема (в силу конструктивных особенностей детали);

- Подвод литников осуществляется к кромкам деталей.

Выбор и расчет выталкивающей системы

Выбор того или иного типа выталкивающей системы определяется формой изделия, конструктивными особенностями формы и требованиями к поверхности изделия.

Данная форма оснащена комбинированной системой, состоящей из плиты съема и пневматических игольчатых клапанов.

Длина хода плиты съема определяется по формуле:

L_выт = h_изд + (2...3) мм,

где h_изд - часть высота изделия соприкасающейся со знаком

L_выт = 178 + 3 = 181 мм.

Для литьевых форм усилие, связанное с усадкой, препятствующие извлечению изделия зависит от вида изделия.

Для цилиндра без донышка:

Q_тр = 2∙π∙к∙δ₂∙Е∙μ∙l,

где Е - модуль упругости полимера при растяжении (Е=750 МПа [3]);

μ - коэффициент трения между полимером и материалом формы (μ=0,58 [3]);

к - коэффициент усадки (к=0,02 [2]);

l - высота изделия, подвеерженная трению о знак (l=178 мм);

δ₂ - толщина торца стенки изделия (δ₂=2 мм).

Q_тр = 2∙3,14∙0,02∙2∙10^-3∙750∙10⁶∙0,58∙0,178) = 19460,28 Н.

Принимаем

Q_тр ≤ Q_выт,

где Q_выт - усилие необходимое для выталкивания изделия.

На поверхности изделия возникают напряжения σ_выт

σ_выт = Q_выт/S∙n,

где S - площадь торца выбранного толкателя;

n - количество толкателей.

σ_выт =19460,28/4,147∙10^-4∙1=46,9∙10⁶ Н/м².

Напряжение σ_выт не должно превышать допустимого.

σ_выт ≤ [σ] = σ_сж/[n],

где σ_сж - прочность материала изделия при сжатии при температуре извлечения из формы (σ_сж = 20 МПа [3]);

[n] - коэффициент запаса прочности ([n]=1,5 [1]).

[σ]=20/1,5=13,3 МПа.

46,9 Мпа>13,3МПа

При применении только плиты съема условие σ_выт ≤ [σ] не выполняется.

Для съема изделий согласно рекомендациям [2, стр. 154] используем комбинированную систему, включающую плиту съема и игольчатые пневматические клапаны/

Общие характеристики формы

Разрабатываемая литьевая форма предназначена для изготовления детали "Шпуля".

Для изготовления указанной детали была разработана стационарная, полуавтоматическая двухгнездная форма, с двумя линиями разъема и комбинированной системой съема.

Форма спроектирована на машину Д3132-250. Форма холодноканальная. Система охлаждения формы – водяная с применением полостной системы для ожлаждения наиболе нагретой части знака.

Описание работы формы

Расплав полимера из материального цилиндра литьевой машины впрыс-кивается в формующую полость формы через литниковую систему. После выдержки под давлением и охлаждения происходит раскрытие формы по первой плоскости разъема.

Подвижная часть литьевой формы отводится, освобождая внешнюю поверхность изделия, оформляемую матрицей и вставкой, при этом детали остаются на знаке неподвижной полуформы за счет усадки. По мере дальнейшего раскрытия формы на расстояние, достаточное для съема изделия. тяга закрепленная в неподвижной полуформе буртом упирается в плиту обоймы матриц приводя в движение плиту съема. Одновременно с этим срабатывают игольчатые пневматические клапаны подавая сжатый воздух под изделие и облегчая его съем. Центральный литник выходит из литниковой втулки – происходит сброс центрального литника и разводящей литниковой системы, выполненной в плите съема, под весом деталей.

Расчет литниковой системы

Традиционная литниковая система многогнездных форм состоит из трех элементов: центрального литникового канала, разводящих каналов и впускных каналов. Диаметр d₁ отверстия центрального литникового канала на входе в литниковую втулку определяем по номограмме [1].

d₁=4,5 мм. Диаметр d₂ отверстия центрального литникового канала на выходе из литниковой втулки и ее длину определяем по таблице 1 [1]. d₂=9,2 мм, L=80 мм. По полученным данным выбираем стандартную литниковую втулку 0602-0493 ГОСТ 22077-76 [2].

Разводящие каналы соединяют полости формы с центральным литником. Длина разводящих каналов определяется расположением изделия в форме. Выбираем каналы с трапецедальной формой сечения, которые обеспечивают хорошее течение расплава, небольшие потери теплоты, обладают относительно развитой поверхностью и просты в изготовлении. По номограмме (рис. 15 [1]) определяем эквивалентный диаметр канала d_э при длине пути течения материала l=50 мм и массе детали 53,53 г, d_э=5 мм.

По таблице 2 [1] определяем размеры разводящих каналов

b =1,25∙h.

h = 0,95∙d_э = 0,95∙5 = 4,75 мм.

b = 1,25∙4,75 = 5,94 мм.

По таблице [1] выбираем впускной канал прямоугольного сечения. Для средней толщины детали h= 2 мм, b=1,1 мм, l=1,1 мм.

Выбор литьевой машины для установки формы

Литьевую машину выбираем по расчетному объему впрыска:

Q = Q_изд∙n + Q_л,

где Q_изд - объем впрыска, см³;

Q_изд - объем изделия, см³;

Q_л - объем литниковой системы, см³;

n - гнездность формы.

Q_изд=m/ρ,

где m - масса детали, г;

ρ - плотность расплава полимера, г/см³ (ρ=0,95 г/см³ [2])

Q_изд = 53,53/0,95 = 56,35 г.

Q = 56,35∙2 + 3,79 = 116,49 г.

Q_н = Q/ β₁,

где Q_н - номинальней объем впрыска литьевой машины, см³;

β₁ - коэффициент использования машины (β₁=0,8 [1]).

Q_н =116,49/0,8 = 145,61 см³.

Выбираем литьевую машину Д3132-250 с объемом впрыска 250 см³, номинальное усилие запирания 1600 кН.

Проверим, подойдет ли данная машина по усилию запирания формы Р_зап и пластикационной производительности А₀:

Р_зап = Р∙(S_пр·n + S_л.с.)·к ≤ Р_н;

А₀ = 3,6∙G/τ_охл ≤ А_н∙β₂,

где P - давление в форме (P=60 МПа [2]);

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

к - коэффициент использования (к=1,25…1,1 [1]);

Р_н - номинальное усилие смыкания плит (Р_н=1600000 Н [2]);

G - масса впрыска, г;

τ_охл - время охлаждения изделия, с;

А_н - номинальная пластикационная производительность по полистиролу (А_н=756 кг/ч);

β₂ - коэффициент использования машины (β₂=0,75 [1]).

Р_зап = 60·10⁶∙(33,175∙10^-4∙2+6,2∙10^-4)∙1,1 = 478830 Н.

А₀ = 3,6∙138,33/2,067 = 240,92 кг/ч,

А_н∙β₂ = 756∙0,75 = 597 кг/ч.

240,92 кг/ч ≤ 597 кг/ч.

Следовательно, данная литьевая машина подходит.

Расчет центрирующих элементов

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

Ориентировочно диаметры колонок можно определить по эмпирической формуле:

где D - диаметр направляющей части колонки, мм;

а, b - длина и ширина формы, мм.

Выбираем не стандартные колонки и втулки направляющие.

Заключение

В данной работе представлены результаты проектирования и расчета полуавтоматической литьевой формы с двумя гнездами для изготовления деталей из полиэтилена низкого давления методом литья под давлением. Был проведен расчет некоторых элементов конструкции формы. По результатам расчетов форма рекомендована к установке на машину марки Д3132-250.

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