XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

ВВЕДЕНИЕ

Литьё под давлением – технологический процесс переработки полимеров, в ходе которого используемый материал переводится в вязко-текучее состояние и затем впрыскивается под давлением в пресс-форму, где и происходит окончательно оформление изделия. Методом литья под давлением производят штучные изделия, масса которых может варьироваться от долей грамма до нескольких десятком килограмм. Данный метод является одним из самых распространенных способов переработки большинства промышленных термопластов. Помимо этого, методом литья под давлением позволяет производить армированные, полые, многоцветные изделия. Основным оборудованием процесса является термопластавтомат (ТПА), на который в дальнейшем устанавливается пресс-форма.

Гранулы полимера засыпаются в загрузочный бункер машины. Затем материал с помощью шнека с винтовой нарезкой транспортируется в узел пластикации, где подготавливается и накапливается гомогенизированные расплав для дальнейшей подачи в сомкнутую пресс-форму. Из-за быстрого впрыска расплавом полимерного материала под давлением осуществляется заполнением пресс-формы, в результате чего образуется изделие. По завершению процесса затвердевания форма размыкается, и изделие автоматически с помощью толкателей удаляется из неё. Исходя из описания процесса, можно заключить, что пресс-форма является одной из ключевых деталей процесса. Конструкция пресс-формы представляет собой форму, которая повторяет очертания готового изделия, откуда следует, что конструкции пресс-форм весьма разнообразны: они отличаются числом оформляющих гнезд (одногнездные или многогнездные), расположением плоскости разъема, способом охлаждения или нагрева материала, способом извлечения готового изделия (автоматический или полуавтоматический) и рядом других признаков. Не смотря на это, у всех типов пресс-форм есть значительное число однотипных по конструкции и назначению деталей – для упрощения проектирования, изготовления и эксплуатации однотипные детали были нормализованы и стандартизованы. К таким деталям прежде всего относятся детали конструктивного назначения: плиты, направляющие колонки и втулки, элементы литниковой системы и т.д. Однако наряду с унифицированными пресс-формами на крупномасштабных производствах создают не имеющие аналогов формы. Конструкция таких пресс-форм достаточно сложна, а трудоёмкость изготовления высока.

Цель работы: «Спроектировать 6-и гнездную пресс-форму для изготовления изделия «Втулка» из ПЭНД методом литья под давлением».

1 ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ФОРМЫ

1.1 Положение изделия в форме

Положение изделия в форме определяет всю дальнейшую конструкцию проектируемой пресс-формы (степень автоматизации, тип выталкивающей системы, габариты формы и т.д.). При расположении детали в форме были соблюдены следующие основные требования, предъявляемые к проектируемым пресс-формам:  необходимо ориентировать изделие с учётом его последующего выталкивания из формы;  проекция в плане изделий должна располагаться симметрично оси разъёма ТПА, [1]; Помимо этого, расположение изделия параллельно плоскости разъёма формы позволило обеспечить наименьшую высоту формующей полости, что значительно сократило ход выталкивающей системы и в дальнейшем уменьшит время производственного цикла при производстве. Для оформления отверстий и выступов в полости формы были применены специальные оформляющие знаки, располагающие как в неподвижной части (матрице), так и подвижной части (пуансоне) формы. Эскиз расположения детали в форме представлен на рис. 1:

Рисунок 1 «Положение изделия в форме и подвод впускного литника»

1.2 Расположение гнёзд и литниковых каналов в форме

Гнёзда в проектируемой пресс-форме стоит располагать таким образом, чтобы подводящие каналы обеспечивали идентичные условия заполнения гнезда расплавом полимера. Выбранная схема расположения гнёзд в форме представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 «Схема расположения гнёзд в форме»

Наиболее перспективные (автоматические) и высокопроизводительные формы позволяют повысить норму обслуживания и повысить качество изделий. Условно все автоматические пресс-формы можно разделить на два типа:

 пресс-формы с отрезными впускными литниками (литники туннельного типа);

 пресс-формы с отрывными литниками.

При проектировании данной пресс-формы были использованы туннельные литники, так как они обеспечивают автоматическую работу формы и более разнообразны по конструкции. В данном случае впускной туннельный канал прилегает к середине изделия, таким образом, что струя расплава разбивается об оформляющий знак и равномерно заполняет полости формы. Отделение литниковой системы от изделия осуществляется за счёт среза впускного канала кромкой, расположенной в пуансоне форме, во время извлечения из формы. Подвод литниковой системы к изделию также был изображён на рис. 1.

Проектирование выталкивающей системы

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

При конструировании пресс-формы была выбрана выталкивающая система, состоящая из 6-и цилиндрических выталкивателей, 6 кольцевых выталкивателей и 2-х контртолкателей. Изделие снимается со знака кольцевым выталкивателем. Литник извлекается из подвижной плиты формы, где удерживается специальными зацепами, 6-ю выталкивателями. Ход плиты толкателей составляет 30 мм, а высота изделия 23 мм. Таким образом обеспечивается полное извлечение изделия из формы. Выталкивающая система возвращается в исходное положение под действием пружины, расположенной на хвостовике. Контртолкатели предохраняют форму от повреждения в случае износа пружины.

2 РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ФОРМЫ

2.1 Расчет литниковой системы

 Центральный канал

Центральный 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. Для расчета сначала необходимо найти массу 6 изделий: m= m_изд 6 = 3,8 8 = 30,4 г = 0,0304 кг. Диаметр центральной литниковой втулки со стороны сопла литьевой машины, определённый по номограмме, составляет 5 мм. Выбираем литниковую втулку с ближайшим большим диаметром, равным 5,6 мм. Согласно ГОСТ 22077-76, исходя из общей массы изделий, выбираем втулку со значением α = 3 [1].

 Разводящие каналы

Разводящие каналы являются частью литниковой системы, соединяющей оформляющие полости формы с центральным литником. Во время проектирования литниковой системы формы было принято решение использовать круглую форму сечения разводящего канала, так как она обеспечивает хорошее течение расплава при минимальных потерях тепла. Исходя из количества гнёзд в форме (n = 6) и длины разводящего канала, принимаем диаметр канала равный 4 мм [1].

 Впускные каналы

Из-за конфигурации отливаемой детали и автоматизации работы пресс-формы было решено использовать туннельные литники. Согласно рекомендованным размерам туннельных литников [1], были выбраны следующие размеры (принимаем, что средняя толщина изделия ℎ_ср = 4,0 мм). Рекомендованные размеры туннельных впускных литников, для изделий толщиной менее 6 мм, dв = 0,5 мм [1].

2.2 Расчет выталкивающей системы

Выталкивающая система должна обеспечить полное, без разрушения и деформации, извлечение из формы, то есть выталкиватели должны иметь возможность перемещаться на определенное расстояние и оказывать на изделие усилие, не превышающее предел текучести полимера. Ход выталкивателей делается на 2-3 мм больше, чем высота изделия. Высота изделия = 23 мм. Принимаем ход толкателей = 30 мм.

Для литьевых форм усилие, препятствующее извлечению изделия из формы, связано с усадкой материала и зависит от самого изделия. При литье изделий в виде цилиндра с донышком усилие, возникающее при извлечении изделия, будет равно:

Где:минимально необходимое усилие для снятия изделия

коэффициент усадки (для полиэтилена низкого давления 0,019 [1])

толщина стенки, м ( )

модуль упругости при растяжении ( )

коэффициент трения полимера по стали ( )

высота цилиндра без дна, м ( )

внутренний радиус цилиндра, м

толщина дна, м ( )

Примем, что изделие выталкивается из формы с усилием =

Тогда рассчитаем напряжения, возникающие на поверхности изделия:

Напряжения, возникающие на поверхности изделия, не должны превышать предел текучести для данного материала (36 МПа для полиэтилена низкого давления).

Следовательно данная выталкивающая система обеспечивает выталкивание изделия из формы без повреждений. Запас прочности изделия при этом составляет 83%. Коэффициент запаса прочности равен 1,83.

2.3 Расчет центрирующих элементов формы

К центрирующим элементам относят фланцы крепежных плит, направляющие колонки и втулки, а также направляющие планки, устанавливаемые по линии разъёма формы. В проектируемой пресс форме было решено не центрировать плиту толкателей направляющими колонками, так как при малом ходе плиты толкателей (30мм) имеются два контртолкателя диаметром 10 мм. Они будут выполнять роль направляющей колонки. Сама форма центрируется направляющими колонками (2 шт.). Конструкция направляющих колонок и втулок осуществляет скрепление между собой всех плит формы. Ориентировочно диаметр колонок можно определить по эмпирической формуле: d = 4 + 0,06*D. Тогда:

d = 4 + 0,06*290 ≈ 20 мм.

В соответствии с ГОСТ 17385-72 выбираем колонку с d = 20 мм [1].

3. ВЫБОР ЛИТЬЕВОЙ МАШИНЫ ДЛЯ УСТАНОВКИ СПРОЕКТИРОВАННОЙ ФОРМЫ

Термопаставтомат выбирают исходя из необходимого объёма впрыска, который рассчитывается по формуле:

Где: объём впрыска;

объём изделия;

количество гнёзд в форме;

объём литниковой системы.

Объём разводящих литников рассчитаем как сумму объёмов трёх цилиндров, диаметром d₁ = 4 мм и длиной стороны l₁=75 мм. и шести цилиндров d₂ = 4 мм. и l₂=4 мм.

Объём центрального литника рассчитаем как разность объёмов конусов с диаметрами основания D₁=8; D₂=5,6 мм и высотой h₁ = 148 мм; h₂ = 107 мм.

Тогда:

Теперь рассчитаем объём впрыска:

Номинальный объём впрыска термопластавтомата найдём по формуле:

где: номинальный объём впрыска термопластавтомата, ;

коэффициент использования машины (для полукристаллических полимеров )

Выбираем термопластавтомат марки CMT-TM 90 [4].

Характеристики данного термопластавтомата представлены в таблице 1.

Таблица 1

Характеристика	Значение
Узел впрыска
Диаметр шнека, мм	25
Объем впрыска, см3	66
Давление впрыска, кг/см2	3136
Емкость пластификации, гр./сек.	9,7
L/D шнека	21
Ход шнека, мм	135
Линейная скорость впрыска, мм/сек	350
Объемная скорость впрыска, см3/сек	172
Скорость оборотов шнека, об/мин	300
Усилие прижима сопла, тонн	2,1
Тип узла смыкания
Усилие смыкания, тонн	90
Ход плиты (макс.), мм	300
Расстояние между плитами, мм	710
Высота П/Ф (мин.- макс.), мм	160-410
Расстояние между колоннами, мм	410×410
Размер плит, мм	580×580
Подключаемая мощность, кВт	22,8
Мощность нагревателей, кВт	4,5
Количество зон нагрева, шт	4
Вес машины, тонн	3,2
Габаритные размеры (Д×Ш×В), м	4,6x1x1.5

Выполним проверочный расчёт термопластавтомата по усилию смыкания:

где: давление в форме, МПа (200 МПа для полиэтилена низкого давления);

площадь проекции изделия на плоскость разъёма формы, м² (

);

гнёздность формы ( );

площадь проекции литниковой системы на плоскость разъёма формы, м² ;

коэффициент использования (

номинальное усилие смыкания, кН (

);

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе была спроектирована 6-и гнёздная прессформа для изготовления детали «втулка» методом литья под давлением. Произведён расчёт и выбор термопластавтомата. Для установки спроектированной формы выбран термопластавтомат марки CMT-TM 90.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

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

2) Панов Ю.Т. Проектирование литьевых и прессовых форм: Метод. указания к выполнению курсовой работы по курсу «Расчет и конструирование изделий и форм»/ Ю.Т Панов, А.В. Уткин Владим. гос. ун-т; Владимир, 1998. 28 с.

3) Калинчев Э. Л Свойства и переработка термопластов[Текст]: справочное пособие / Калинчев Э. Л., Саковцева Н. Б. – Л.: Химия, 1983 – 288 с.

4)https://haitian.ru/termoplastavtomaty/?utm_source=yandex&utm_medium=cpc&utm_campaign=poisk_g1_half_million&utm_term=Тпа%20купить&utm_content=desk%7Cnone&roistat=direct11_search_10772339947_Тпа%20купить&roistat_referrer=none&roistat_pos=premium_1&_openstat=ZGlyZWN0LnlhbmRleC5ydTs1NDA0NzA4NDsxMDc3MjMzOTk0Nzt5YW5kZXgucnU6cHJlbWl1bQ&yclid=7493871236846714879

Код для цитирования: Скопировать