XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

ВВЕДЕНИЕ

Технологическая оснастка — это устройство, предназначенное для придания полимеру формы изделия или профиля заданной конфигурации и размеров. При литье изделий под понятием технологической оснастки понимают формы при литье термопластов, при переработке термореактивных материалов - пресс-формы, а при производстве профилей, труб и пленок — экструзионные формующие головки и калибрующие насадки.

Основными системами литьевых форм являются системы формообразующих деталей, система съёма изделий, литниковая система, система охлаждения формы, система крепления формы и система центрирования формы. 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.

 Создание пресс-форм для литья пластмасс – важный процесс, требующий четкого соблюдения технологических этапов работ. От точности оснастки напрямую зависит качество будущих отливок. Нарушение технологии при изготовлении пресс-форм может привести к неоднородности структуры, образованию полостей, раковин и трещин, нарушению геометрических параметров будущих отливок.

В современном производственном процессе технологическая оснастка играет важную роль. Она помогает автоматизировать и оптимизировать процессы производства, улучшить качество продукции и повысить производительность. 

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ФОРМЫ

Расположение изделия в форме

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

Основные требования к положению изделия:

1. Проекция в плане изделия или группы изделии должна располагаться симметрично относительно оси разъема термопластавтомата.

2. Ориентировать изделие необходимо с учетом его последующего выталкивания. Как правило, при литье изделие должно оставаться в подвижной полуформе. Для обеспечения этого условия, необходимо наиболее развитую часть поверхности изделия располагать в плитах, которые движутся вместе с плитой смыкания. В этом случае за счет большей силы трения изделие извлекается из неподвижной части формы и перемещается вместе с литниками и выталкивателями.

3. При наличии взаимно перпендикулярных подвижных элементов, оформляющих отверстия, пазы, выступы, изделие следует располагать таким образом, чтобы в горизонтальной плоскости перемещения находились простейшие элементы.

4. Если изделие допускает расположение его в плоскости разъема формы в различных взаимно перпендикулярных положениях, то следует выбирать такое из них, которое имеет наименьшую площадь проекции на плоскость установочных плит оборудования, чтобы усилие смыкания было наименьшим.

5. Изделие относительно плоскости разъема располагается таким образом, чтобы линии облоя (следы от смыкания плит) не возникали на лицевой стороне детали. Линия смыкания должна располагаться по торцу детали или в местах перехода одной геометрической формы в другую.

Окончательный выбор расположения изделия увязывают с местом подвода впуска литниковой системы и товарным видом изделия.

Расположение гнезд и литниковых каналов в форме

Для литьевых форм гнезда располагают так, чтобы подводящие каналы обеспечивали идентичные условия заполнения оформляющих гнезд расплавов полимера. Проще всего эту задачу решить при таком расположении каналов, когда пути течения до каждого гнезда равны.

Проектируемая форма имеет 4 гнезда, поэтому для равномерного заполнения каждого из оформляющих гнезд применяется конструкция, приведенная на рис. 1.

Рис. 1. Расположение гнезд и литниковых каналов.

Характер работы литьевой машины

Данная литьевая форма по связи с машиной (характеру работы) является стационарной, т.е. весь цикл литья деталей и их удаление (извлечение) из формы осуществляются непосредственно на машине.

По направлению разъема формы относительно горизонтальной оси машины литьевая форма является формой с комбинированным разъемом и содержит 2 параллельные линии разъема.

По способу удаления детали проектируемая форма является формой с комбинированным выталкивателем (содержит плиту съема и толкатель).

По степени автоматизации формы литьевая форма является автоматической, когда извлечение (удаление) литников производится автоматически.

По виду литниковой системы литьевая форма является холодноканальной, т.е. литник не обогревается, а при охлаждении отформованной отливки также охлаждается и выпадает отдельно с отливкой после открытия формы.

Проектирование литниковой системы

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

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

2) пресс-формы с отрывными литниками.

При проектировании данной пресс-формы были использованы туннельные литники, так как те обеспечивают автоматическую работу формы и более разнообразны по конструкции. В данном случае впускной отрывной канал прилегает к середине изделия для равномерного заполнения полости формы расплавом полимера. Отделение литниковой системы от изделия осуществляется за счёт среза впускного канала кромкой, расположенной в матрице формы, во время извлечения из формы.

Рис. 2. Схема с туннельными литниками

Для повышения производительности и нормы обслуживания при производстве рассматриваемых изделий, а также для повышения качества самих изделий предусматриваем возможность автоматического отделения литника от изделия [1]. В данном случае наиболее простым по исполнению будет использование отрезных литников туннельного типа. При этом проектируемая литниковая система состоит из центрального литника, четырех разводящих и четырех впускных литников.

Выбор выталкивающей системы

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

Общие требования, предъявляемые к системе извлечения изделий:

1. При расположении выталкивателей необходимо предусматривать, чтобы изделие при удалении из формующей полости не перекашивалось, иначе неизбежна его деформация или поломка. Усилие, возникающее при выталкивании на торцах толкателей, не должно деформировать или разрушать изделие, поэтому рекомендуется ставить выталкиватели под арматуру или утолщенные места (ребра, бобышки и пр. элементы).

2. Остающиеся от выталкивателей отпечатки (следы) не должны портить внешний вид изделия. Поэтому торцы выталкивателей должны находиться в одной плоскости с дном формующей полости.

4. Величина хода выталкивателей должна обеспечивать полное удаление отпрессованного изделия из формы.

5. Крепление выталкивателей в плитах выталкивания рекомендуется делать, как правило, свободным – плавающим. Такое крепление компенсирует некоторое несовпадение отверстий в матрице и исключает изгиб выталкивателей.

Для тонкостенных изделий, а также для изготовления изделий, сопрягающихся с другими изделиями, обычно применяют плиту съема. Плиты съема особенно часто применяют, когда при выталкивании требуется преодолеть значительные усилия, когда извлекается нежесткое тонкостенное, легко деформируемое изделие. Плита позволяет равномерно распределить усилие съема на большую поверхность и тем самым обеспечить минимальное давление на ее единицу. Плиты съема имеют еще одно существенное преимущество перед стержневыми и плоскими выталкивателями: они позволяют конструктору более маневренно располагать каналы и полости для охлаждения формы. Разнообразие конструкций непосредственно связано с многообразием изделий, их габаритами, сложностью, а также зависит от гнездности форм. Особенно много различных вариантов механических систем выталкивания.

РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ФОРМЫ

Центральный канал

Масса 4 изделий:

где – масса одного изделия, г.

Примем, что масса литника составляет 10% от массы изделия, следовательно = 1,24 (г).

Масса впрыска составляет:

По номограмме (рис. 1.) определим диаметр центрального литникового канала на входе в литниковую втулку; d₁ = 3 (мм).

Рис. 3. Номограмма для определения диаметра d₁ (m – масса впрыска).

Значения диаметра d₂ отверстия центрального литникового канала на выходе из литниковой втулки, и его максимально допустимую длину L выбираем по табл. 24 (при рекомендуемом угле конуса α=3°):

d₂ = 5,6 (мм); L= 50 (мм).

Центральный литниковый канал обязательно выполняют коническим (рис.8) [2].

Рис. 4 Литниковая втулка.

Диаметр сопла рекомендуется выполнять на 0,4 – 0,6 мм меньше диаметра d1 отверстия центрального литникового канала на входе в литниковую втулку:

d_c = d₁ – 0,5 = 3 – 0,5 = 2,5 (мм).

По полученным значениям выбираем стандартные размеры литниковой втулки [2]:

Втулка 0602-0459 по ГОСТ 22077-76; L = 53 мм; D = 32 мм; d=16 мм; d₁ = 3,6 мм; l = 11 мм; масса (не более) = 0,124 (кг).

Втулка взята с d₁ большим, чем рассчитанное, в связи с тем, что в гостированных значениях не было обнаружено втулок с диаметром центральной литниковой втулки со стороны сопла литьевой машины меньше, чем 3,6 мм.

Рис 5. Втулки литниковые пресс-форм для литья термопластов под давлением по ГОСТ 22077-76

Холодноканальная форма, в которой отливается деталь - четырехгнездная, поэтому литниковая система будет состоять из одного центрального литникового канала, четырех разводящих каналов и четырех впускных литников.

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 сегментную форму сечения разводящего канала, так как она обеспечивает хорошее течение расплава и небольшие потери теплоты. Форма сечения сегментного разводящего канала представлена на рисунке 10.

Рис 6. Сегментная форма сечения разводящего канала

В общем случае диаметр канала круглого сечения или эквивалентный диаметр канала некруглого сечения можно определить по номограмме на рис. 11.

Рис 7. Номограмма для определения эквивалентного диаметра и диаметра канала круглого сечения.

Используя рисунок 11 при массе отливки, равной 13,64 (г) и длине разводящего канала 70 мм получаем:

Рассчитываем ширину b₁ и высоту h₁ разводящего канала при α = 10°

α=10°

Впускные каналы

Основываясь на конфигурации отливаемой детали и необходимости автоматизации работы пресс-формы, было решено использовать туннельные литники. Согласно рекомендованной конструкции туннельных литников, показанной на рисунке 12 были, выбраны следующие размеры (принимаем, что средняя толщина изделия

Рис 8. Конструкция и размер впускных каналов

Ширина впускного канала:

Где А – площадь поверхности матрицы, a – коэффициент, зависящий от вида полимера (для полистирола а = 0,6) [2].

A = 234,5 (мм²)

Расчет выталкивающей системы

Выталкивающая система должна обеспечить полное, без разрушения и деформации, извлечение из формы, то есть выталкивающая система должна иметь возможность перемещаться на определенное расстояние и оказывать на изделие усилие, не превышающее предел прочности полимера [2]. В нашем случае для извлечения изделия из формы применяем плиту съема.

Ход плиты съема:

где – длина хода плиты съема, мм; – высота матрицы (подвижной полуформы), мм.

Для извлечения отрезанного литника из пресс-формы применяется выталкиватель литниковой системы. Выталкиватель выбирается в соответствии с диаметром центрального литника (в нашем случае он составляет 5,6 (мм)). Принимаем диаметр выталкивателя равным 6 (мм), согласно ОСТ 64-1-303-77, т.к. изготовление выталкивателя с диаметром 5,6 (мм) нерентабельно

Согласно ОСТ 64-1-303-77:

- обозначение заготовки выталкивателей – 64-1041-0015;

- d = 6 (мм);

- d₁ = 5,5 (мм);

- d₂ = 8 (мм);

- D= 12 (мм);

- l = 15 (мм);

- L – от 65 до 70 (мм);

- масса – 0,029 (кг).

Рис. 9. Выталкиватель по ОСТ 64-1-303-77

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 данном курсовом проекте было принято решение центрировать пресс-форму направляющими колонками в количестве 4 шт.

Диаметр колонок для плиты формы можно определить по эмпирической формуле [1]:

,

где a и b–соответственно длина и ширина плиты формы, мм. Согласно ГОСТ 22065-76, принимаем а = 220 (мм); b = 180 (мм).

Тогда:

.

В соответствии с ГОСТ 17385-72 выбираем колонну 1030-2052 с D = 20 (мм); d = 16 (мм); L = 100 (мм).

Рис. 10. Колонка направляющая ГОСТ 17385-72.

ВЫБОР ЛИТЬЕВОЙ МАШИНЫ

Темопластавтомат выбирает, исходя из необходимого объёма впрыска, который рассчитывается по следующей формуле:

где – объём изделия, см³;

n – гнёздность формы;

– объём литниковой системы, см³.

Объём изделия равен:

.

где – масса изделия, г.; – плотность полистирола, г/см³ [3].

Объём литниковой системы равен:

где – объём центрального литника, см³;

– объём разводящего литника, см³.

Где r₁ и r₂ – радиусы верхнего и нижнего оснований центрального литника, соответственно, мм; h – длина центрального литника, мм.

Где r – радиус разводящего литника, мм; h – длина разводящего литника, мм.

Соответственно,

Номинальный объём впрыска ТПА равен:

где β – коэффициент использования машины (принимаем β = 0,75 [2]).

Исходя из рассчитанного объёма впрыска формы, выбираем ТПА Plastron AS/320S. Ее основные характеристики представлены в таблице 1.

Таблица 1

Основные технические характеристики ТПА Plastron AS/320S

Параметр	Значение
Диаметр шнека, мм	19
Отношение длина/диаметр шнека (L/D)	20,5
Объем впрыска (теоретический), см3	23
Масса впрыска, г	21
Давление впрыска, МПа	248
Скорость впрыска, г/сек	19
Скорость пластикации, г/сек	2,0
Макс. частота вращения шнека, об/мин	165
Усилие смыкания, т	32
Ход подвижной плиты, мм	155
Продолжение Таблицы 1
Параметр	Значение
Мощность нагревателей, кВт	2,6
Мощность сервомотора, кВт	7,5
Объем масляного бака, л	85
Габаритные размеры (Д*Ш*В), м	2,8*0,86*1,35
Макс. Давление гидросистемы, МПа	14,0
Масса машины, т	1

Проверочный расчет усилия смыкания формы производится по формулам:

,

где – усилия смыкания формы, Кн;

P – давление литья, МПа; для полипропилена = 100 МПа [3];

– проекция изделия на плоскость разъёма формы, = 0,00025 (м)²;

n – гнёздность формы;

– проекция литниковой системы на плоскость разъёма формы, м² = ;

k– коэффициент использования оборудования (принимаем 1,2) [2];

– номинальное усилие смыкает формы, кН;

.

Тогда:

;

.

Следовательно, данное условие соблюдается.

Так же ТПА проверяется по пластикационной производительности:

где G – масса впрыска, г;

– номинальная пластикационная производительность, кг/ч [4];

τ_охл ;

Следовательно, должно соблюдаться следующее условие:

Данное условие также соблюдается.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе была спроектирована автоматическая четырехгнездная литьевая форма для изделия «Колпачок» из полистирола.

Было выбрано:

- расположение изделий в форме;

- количество, размер и расположение литников в литниковой системе, которые смогут обеспечить равномерное заполнение всех частей формы расплавленным полимером.

В качестве выталкивающей системы была применена плита съема.

Был произведен расчет и выбор термопластавтомата. В качестве литьевой машины, на которой могут изготавливаться данные изделия был выбран ТПА марки Plastron AS/320S, проверочный расчет которого также показал, что данный термопластавтомат подходит для работы с разработанной пресс-формой.

Код для цитирования: Скопировать