XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

ВВЕДЕНИЕ

Многообразие изделий из пластмасс чрезвычайно велико, только в нашей стране их ассортимент включает в себя более миллиона наименований; их потребители - практически все отрасли народного хозяйства и каждый человек в отдельности. В последние десятилетия переработка пластмасс в изделия интенсивно развивается не только в химической промышленности, но и в других отраслях.

Формы для литья под давлением изделий из полимерных материалов относятся к самым распространенным сейчас и к весьма перспективным в будущем. В этих формах, устанавливаемых на универсальных или специализированных литьевых машинах-автоматах, получают изделия практически из всех термопластов. В формах для литья под давлением получают разнообразные изделия - от простейших до особо сложных и высокоточных. Обеспечение заданных требований, предъявляемых к изделию (в отношении структуры материала, величины и характера распределения внутренних напряжений, прочностных и деформационных свойств, точности размеров и геометрической формы), зачастую оказывается трудной проблемой, компромиссное рациональное решение которой зависит от глубокого знания особенностей литья под давлением конкретного материала, полного учета свойств материала в исходном состоянии и при переработке, максимального согласования технических возможностей литьевых машин-автоматов и конкретных форм для литья под давлением.

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ФОРМЫ

Общие положения

Согласно заданию на курсовое проектирование, целью данного курсового проекта является разработка восьмигнездной формы для производства детали "Заглушка" методом литья под давлением. Материал изделия – полиметилметакрилат.

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

Определяем массу изделия исходя из технического задания. Построим трехмерную модель в системе КОМПАС 3D. Рисуем эскиз по заданным размерам (вариант 2), он представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Эскиз детали

Выполняем операцию вращения. Вид получаемого изделия представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Операция вращения

После выполнения операции вращения получается модель изделия, в которую надо внести небольшие коррективы. Модель представлена на рисунке 3. Отрисуем отверстия, которые оформляются знаками. Эскиз представлен на рисунке 3,4.

Рисунок 3 – Модель детали

Рисунок 4 – Эскиз отверстий

После выполнения вырезаем выдавливанием получая модель изделия, она представлена на рисунке 5,6.

Рисунок 5 – Модель детали

Рисунок 6 – Модель детали с вырезанными отверстиями.

Для определения массы изделия определяем массово-центровочные характеристики модели, предварительно выбрав материал. Результаты представлены на рисунке 7.

Рисунок 7 – МЦХ детали

Масса детали 10,12 г.

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

Данная форма оснащена плитой съема.

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=20+3=23 мм. Принимаем ход равным 25 мм.

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

Для цилиндра с донышком:

Q_тр=2πkδ₀μ(l+(r²δ₂²δ₀)/(4δ₀⁴δ₂³r)) (1)

где Е- модуль упругости полимера при растяжении (Е=196 МПа);

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

k-коэффициент усадки (к=0,023), рассчитывается как усадка полимера поделенная на 100);

l-высота изделия, подверженная трению о знак (l=17 мм);

δ₂-толщина торца стенки изделия (δ₂=3 мм);

δ₀-толщина донышка стенки изделия (δ₀=3 мм).

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=2,32/0,00236·1=983 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= 32 МПа [3]);.

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

[σ]=32/1,5=21,3 МПа.

9,83 МПа < 30 МПа

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

Общие характеристики формы

Разрабатываемая литьевая форма предназначена для изготовления детали "Заглушка". Для изготовления указанной детали была разработана стационарная, автоматическая восьмигнездная форма, с двумя линиями разъема. Форма холодноканальная. Система охлаждения формы – водяная.

Описание работы формы

Расплав полимера из материального цилиндра литьевой машины впрыскивается в формующую полость формы через литниковую систему. После выдержки под давлением и охлаждения происходит раскрытие формы по первой плоскости разъема, расположенной между плитами поз. 6 и поз. 7.

Подвижная часть литьевой формы отводится, освобождая внешнюю поверхность изделия, оформляемую матрицей поз. 9 и знаком поз. 15, при этом детали остаются на знаке поз. 15 подвижной полуформы за счет усадки. По мере дальнейшего раскрытия формы на расстояние, достаточное для съема изделия, хвостовик пресс-формы упирается в упор литьевой машины, а подвижная полуформа продолжает движение. Хвостовик, закрепленный в плитах выталкивания, воздействует на них, закрепленные на них тяги действуют на плиту съема поз. 6, которая обеспечивает сброс детали со знака поз. 15. При смыкании формы выталкивающая система возвращается обратно в исходное положение с помощью пружины поз. 17. Центральный литник удаляется при помощи центрального толкателя.

Рисунок 8 – Схема формы

РАСЧЕТ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ФОРМЫ.

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.

Рис 9 – Номограмма для определения d₁.

d₁=4 мм. Диаметр d₂ отверстия центрального литникового канала на выходе из литниковой втулки и ее длину определяем по таблице 1 (рис.10).

d₂=7,7 мм, L=70 мм. По полученным данным выбираем стандартную литниковую втулку 0602-0485 ГОСТ 22077-76.

Рисунок 10 – Таблица значения d₂.

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. 11) определяем эквивалентный диаметр канала d_э при длине пути течения материала l=25 мм и массе детали 10,12 г, d_э=4,5 мм.

Рисунок 11 – Номограмма для определения диаметра канала круглого сечения.

Рисунок 12 – Таблица разводящих каналов с различной формой сечения.

По таблице 2 (рис. 12) определяем размеры разводящих каналов

h=0,95d_э=0,95·4,5=4,28 мм.

b=1,25h = 1,25·4,28=5,35 мм.

По таблице 3 (рис. 13) выбираем впускной канал прямоугольного сечения. Для средней толщины детали h= 3 мм, b= 1,2 мм, l=1,2 мм.

Рисунок 13 – Таблица конструкций и размеров впускных каналов.

Выбор литьевой машины для установки формы

Литьевую машину выбираем по расчетному объему впрыска:

где Q-объем впрыска, см³;

Q_изд- объем изделия, см³;

Q_л –объем литниковой системы, см³;

n- гнездность формы.

где m-масса детали, г;

ρ-плотность расплава полимера, г/см³(ρ=0,93 г/см³ [2])

где Q_н-номинальный объем впрыска литьевой машины, см³;

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

Выбираем литьевую машину Tederic NEO-E60II e110 с объемом впрыска 40-65 см³, номинальное усилие запирания 600 кН.

Проверим, подойдет ли данная машина по усилию запирания формы Р_зап.

где P-давление в форме (P= 80-150 МПа [2]). Принимаем 100 МПа;

S_пр, S_{л.с .}-проекция изделия и литниковой системы на плоскость разъема формы, м²;

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

Р_н – номинальное усилие смыкания плит (Р_н=600000 Н [2]);

Усилие смыкания у выбранного термопластавтомата 600 кН. Расчётное усилие меньше, чем заявленное производителем. 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 и в – длина и ширина формы, мм.

Выбираем не стандартные колонки и втулки направляющие.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе спроектирована полуавтоматическая литьевая форма с восьми гнездами для изготовления деталей из полиметилметакрилата методом литья под давлением. Был проведен расчет некоторых элементов конструкции формы. По результатам расчетов форма рекомендована к установке на машину марки Tederic NEO-E60II e110.

Код для цитирования: Скопировать