--PAGE_BREAK--Пустотелую огнеупорную форму 2 помещают в металлический кожух, который заполняют формовочным материалом 3 (сухой или влажный кварцевый песок) (рис. 5.4 б). Подготовленную таким образом форму нагревают до Т = 850 – 900 °С в течение 3 — 4 часов. В процессе прокаливания происходят выгорание остатков парафина и стеарина и спекание огнеупорной оболочки. После прокаливания форма заливается расплавленным металлом и затем после остывания металла керамическая оболочка разрушается или механическим путем, или растворением в щелочном растворе при 120 °С с последующей промывкой горячей водой (для деталей сложных конфигураций). Последней операцией является контроль отливки и удаление литниковой системы.
Точность размеров соответствует 12 — 13 квалитету, а шероховатость Ra2,5 – 5 мкм. К числу наиболее существенных преимуществ этого способа относятся: возможность изготовления отливок самой сложной формы, с лабиринтами и полостями, получить которые другими методами невозможно; получение отливок из любых сплавов с минимальными припусками на обработку (0,2 – 0,7 мм); сокращение расхода металла; снижение трудоемкости последующей механической обработки.
К недостаткам метода относятся высокая стоимость одноразовых литейных форм и весьма длительный производственный цикл получения отливок.
Изготовление отливок по выплавляемым моделям механизировано и автоматизировано, что позволяет применять этот метод при любом типе производства. В крупносерийном и массовом производстве используют автоматические установки для изготовления моделей, приготовления суспензий и нанесения ее на блоки моделей и обсыпки их песком, для прокаливания и заливки форм. Эти установки объединяют транспортные устройства в единую систему.
2.Изготовление деталей из пластмасс
2.1. Технологические особенности конструирования пластмассовых деталей
Равностенность. Одним из основных принципов конструирования пластмассовых деталей является равностенность, устраняющая образование трещин в сочленениях стенок, коробление и усадочную пористость. На рис. 6.1 приведены примеры нетехнологичных (а) и технологичных деталей (б). Для различных пластмасс в зависимости от габаритных размеров существуют оптимальные толщины стенок. Для термопластичных материалов, отливаемых под давлением, при размерах детали до 150 мм, рекомендуемая толщина стенок 1 — 2 мм; для более крупных 2 — 3 мм. Для деталей, изготавливаемых прессованием из термореактивных порошков, толщина стенок 2 — 5 мм, а для волокнистых — 2,5 — 6 мм.
а)
б)
Рис. 6.1. Примеры создания равностенных деталей из пластмасс: а – нетехнологичные; б — технологичные
Ребра жесткости. Отклонения от геометрической формы плоских поверхностей деталей находятся в прямой зависимости от величины прогиба (рис. 6.2 а), возникающего вследствие возникновения внутренних напряжений при охлаждении. Максимальную величину прогиба определяют по эмпирической формуле
, (6.1)
где k — коэффициент, равный 0,01 для термореактивных пластмасс и 0,016 для термопластичных; Lmax — максимальный габаритный размер.
Для устранения коробления и повышения жесткости деталей вводят ребра жесткости, которые не должны касаться опорной поверхности (рис. 6.2 б). На рис. 6.2 в приведены примеры конструирования ребер с одновременным устранением утолщений. Для малогабаритных деталей роль ребер жесткости могут выполнять выпуклые или вогнутые поверхности, устраняющие коробление (рис. 6.2 г).
Опорные поверхности. Рациональная конструкция опорной поверхности препятствует короблению, что необходимо при изготовлении корпусных деталей, имеющих опорные поверхности. С этой целью сплошные поверхности должны заменяться выступами, буртиками (рис. 6.3).
Отверстия. При конструировании деталей с отверстиями необходимо учитывать возможность появления внутренних напряжений вследствие усадки материала. Лучше располагать отверстия не в сплошных массивах (рис. 6.4 а), а в специальных бобышках с тонкими стенками, что снижает усадку и усилие охвата стержней, оформляющих отверстие (рис. 6.4 б).
Радиусы закруглений. На пластмассовых деталях рекомендуется делать плавные переходы и радиусы закругления на кромках. Внешние радиусы выполняются равными 2 – 3 мм. Внутренние радиусы для деталей из пресс-материалов должны быть порядка 1 — 2 мм, а для литых деталей из термопластов 0,5 — 1,0 мм.
Резьба. В пластмассовых деталях при формообразовании можно получить готовые резьбы без дальнейшей механической обработки. Минимально допустимый диаметр резьбы для деталей из термопластов и пресс-материалов – 3 мм, для волокнистых пресс-материалов — 4,0 мм.
Армирование, как и при литье металлов, расширяет область использования деталей из пластмасс. Армирования применяют для достижения многих целей: облегчения сборочных операций, получения электрических выводов, например в каркасах катушек индуктивностей, дросселей, трансформаторов. При конструировании деталей необходимо учитывать, чтобы армирующие элементы были прочно закреплены в пластмассе, а тип материала арматуры зависит от его назначения. На рис. 6.5 представлены примеры армирования деталей, имеющих различные назначения и методы крепления арматуры.
2.2. Изготовление деталей из термореактивных пластмасс
Основным технологическим оборудованием являются гидравлические прессы, а технологической оснасткой – пресс-формы, которые могут быть неразъемные и разъемные, съемные и стационарные.
Технологический процесс формообразования деталей из термореактивных материалов состоит из следующих основных операций: таблетирования, предварительного подогрева таблеток, прессования, удаления грата и литников, термической обработки.
Таблетирование — прессование таблеток из исходного материала (порошка, состоящего из наполнителя и связки). Таблетирование уменьшает объём загрузочных камер пресс-формы, позволяет автоматизировать процесс дозирования и его точность, повышает качество прессованных изделий, уменьшая количество пор и увеличивая плотность материала по всему объему детали. Таблетирование выполняется на высокопроизводительном технологическом оборудовании – автоматических и полуавтоматических таблеточных машинах.
Предварительный подогрев таблеток применяется для сокращения времени подогрева материала в пресс-форме в операции прессования, что снижает основное технологическое время операции прессования в 2-3 раза. Подогрев производится в термостатах или токами высокой частоты. Последний способ подогрева является более качественным и снижает время подогрева в несколько раз. В зависимости от химической природы пресс-материала температура предварительного подогрева находится в пределах от 80 до 200 оС. Операция прессования выполняется на гидравлических прессах. Технологической оснасткой являются пресс-формы. Основные переходы операции прессования: укладка арматуры в пресс-форму; загрузка пресс-материала (таблеток); включение рабочего хода ползуна пресса; закрытие пресс-формы и выдержка под давлением в течение времени, необходимого для заполнения пресс-формы и отверждения (полимеризации) пресс-материала; извлечение детали из пресс-формы; очистка пресс-формы и подготовка к загрузке.
Различаются два вида прессования деталей из термореактивных пластмасс: прямое (компрессионное) прессование и литьевое прессование.
Прямое (компрессионное) прессование. Схема пресс-формы при прямом прессовании изображена на рис. 6.6. Пресс-материал загружается в рабочую полость 3, матрицы 2, нагретой до температуры 150 – 200 °С, и затем под давлением пуансона онзаполняет рабочий объем пресс-формы, образованный матрицей 2, пуансоном 1 и знаком 4. Время выдержки под давлением выбирают из расчета 0,5 — 2 мин на 1 мм толщины стенки детали.
Прямым прессованием получают детали средней сложности и небольших габаритных размеров из термореактивных материалов с порошковым или волокнистым наполнителем. Преимуществом этого способа является простота конструкции пресс-формы и экономное использование материала. Недостатком — неравномерность температурного поля массы изделия в процессе отверждения и вследствие этого возникновение внутренних напряжений; наличие грата, получающегося в плоскости сопряжения пуансона и матрицы; погрешность размеров по высоте изделия, вызываемая неточностью дозирования и вытеканием материала на плоскость разъема.
Литьевое прессование. Схема пресс-формы при литьевом прессовании изображена на рис. 6.7. В отличие от метода прямого прессования прессуемый материал загружается не в полость пресс-формы, а помещается в специальную загрузочную камеру 3, где он нагревается и затем под большим давлением пуансона 1 через литник 4 заполняет формирующую полость 5 матрицы 2. После отверждения материала пресс-форму раскрывают, и готовые детали 5 извлекают из матрицы. Литьевое прессование позволяет получить детали сложной формы с глубокими отверстиями, в том числе резьбовыми.
Достоинство метода: возможность получить детали с нежесткой арматурой, с глубокими отверстиями небольшого диаметра, с различной толщиной стенок, одинаковой плотностью распределения материала по всему объему детали. Это объясняется тем, что пресс-материал, проходя через узкое сечение литника, нагревается и поступает в оформляющую полость уже равномерно размягченным. К недостаткам этого способа относятся: большой расход пресс-материала, повышенная стоимость пресс-форм.
Операцию удаления грата и литников в зависимости от конструкции детали выполняют на металлорежущих станках или слесарным инструментом.
Термическую обработку деталей производят нагревом в воздушных термостатах или в масляной ванне при температуре I20 — I50 оС, зависящей от материала детали, ее формы и размеров. Термическая обработка необходима для снятия внутренних напряжений, возникающих в массе детали в процессе прессования и механической обработки. Внутренние напряжения, действующие в процессе эксплуатации, могут вызвать появление трещин и разрушение.
Для прессования применяют одно- и многогнездные пресс-формы. Многогнездные пресс-формы применяют для получения деталей простой формы и небольших габаритных размеров.
Основными технологическими параметрами режимов прессования являются: температура предварительного нагревания пресс-материала; рабочая температура прессования; время выдержки при рабочей температуре и давлении прессования. Параметры режимов выбирают по справочным данным или рассчитывают с учетом технологических свойств исходных пресс-материалов, конструкции формы, геометрии и размеров детали.
Операции прессования выполняют на прессах, типоразмер которых выбирают по необходимому усилию прессования Рпр:
для прямого прессования
Рпр = руд Fизд · n; (6.2)
для литьевого прессования
Рпр = руд Fз.к, (6.3)
где руд – удельное давление, необходимое для переработки пластмассы; Fизд – площадь изделия в плоскости разъема; Fз.к — площади загрузочной камеры; n – количество гнезд в пресс-форме.
Площадь загрузочной камеры определяется из условия
Fз.к ≥ (Fизд · n + Fл) · 1,25, (6.4)
где Fл – площадь литников в плоскости разъема.
Точность размеров прессуемых деталей зависит от точности размеров пресс-формы и коэффициента усадки материала изделия. Обычно достигаемая точность отдельных размеров детали находится в пределах 10 — 14 квалитетов точности. Шероховатость поверхностей деталей определяется шероховатостью рабочих поверхностей пресс-форм и составляет Rа 1,25 – 2,5 мкм.
Прямое и литьевое прессование являются основными методами изготовления деталей из термореактивных пластмасс.
Кроме этих методов применяется еще метод формообразования литьем под давлением.
Литьем под давлением можно изготавливать детали только из некоторых термореактивных пластмасс, обладающих высокой жидкотекучестью: литьевых фенопластов, эпоксидных пресс-материалов, полиимидных пресс-материалов.
Принцип формообразования деталей из термореактивных пластмасс литьем под давлением не отличается от изготовления деталей из термопластичных пластмасс этим методом, который рассмотрен ниже.
2.3. Изготовление деталей из термопластичных пластмасс
Наиболее эффективным и производительным методом массового производства деталей из полиэтилена, полистирола, поликарбоната, полипропилена, полиамидов и других материалов является литьё под давлением и выдавливанием (экструзией).
Литье под давлением пластмасс осуществляется по тому же принципу, что и литье металлов. Сущность этого способа заключается в следующем. Перерабатываемый материал в виде гранул или крошки из загрузочного бункера 8 (рис. 6.8) подается дозатором 9 в рабочий цилиндр 6 с электронагревателем 4. При движении поршня 7 определенная доза материала поступает в зону обогрева, где он переходит в вязкотекучее состояние, а уже расплавленный материал через сопло 3 и литниковый канал – в полость пресс-формы 1, где формируется изготавливаемая деталь 2. В рабочем (нагревательном) цилиндре на пути движения расплава установлен рассекатель 5, который заставляет расплав протекать тонким слоем у стенок цилиндра. Это ускоряет прогрев материала и обеспечивает более равномерную температуру расплава. После охлаждения и затвердевания материала пресс-форма раскрывается, и готовая деталь с помощью выталкивателей извлекается из нее. Для предотвращения нагревания выше 50 – 70 оС в процессе литья пресс-форма охлаждается проточной водой.
Основными технологическими параметрами, влияющими на качество деталей, являются: температура расплава в цилиндре машины, удельное давление литья, температура пресс-формы, время выдержки под давлением.
Температуру расплава выбирают с учетом реологических свойств и термостойкости полимера. Время выдержки под давлением составляет 2 — 10 мин и зависит от толщины стенок деталей; оно назначается из условия того, чтобы деталь достигла определенной прочности, исключающей необратимую деформацию ее при извлечении из пресс-формы.
Продолжительность цикла литья складывается из времени смыкания пресс-формы, впрыска, выдержки под давлением и раскрытия пресс-формы. Рабочий цикл зависит от вида материала детали, средней толщины стенки и может составлять 10 – 20 с.
Достигаемая точность изделий, получаемых литьем под давлением, соответствует 11 -12 квалитетам точности, а шероховатость поверхностей – Rа 1,25 мкм.
Технологическим оборудованием являются литьевые машины, а технологической оснасткой – пресс-формы. Важным параметром литьевых машин является усилие смыкания Рсм пресс-формы. Для исключения самопроизвольного раскрытия пресс-формы в момент заполнения ее расплавом необходимо выполнение условия
Рсм ≥ Рф (Fизд · n + Fл), (6.5)
где Рф – давление в пресс-форме; Fизд и Fл – площади изделия и литников в плоскости разъема пресс-формы; n – количество гнезд в пресс-форме.
В настоящее время применяют литьевые машины, в которых автоматизированы все операции получения пластмассовых деталей.
Выдавливание (экструзия) применяют для изготовления изделий из термопластов постоянного профиля в поперечном сечении: труб, прутков, пленок и т.п. Этот способ характеризуется высокой производительностью процесса и возможностью получения на одном и том же технологическом оборудовании большого многообразия деталей. Выдавливание осуществляется на специальных червячных машинах. Перерабатываемый материал в виде порошка, гранул или крошки из бункера 1 (рис. 6.9 а) попадает в рабочий цилиндр 3, где захватывается вращающимся червяком 2. Червяк продвигает материал, перемешивает и уплотняет его. В результате передачи теплоты от нагревательного элемента 4 и выделения теплоты при трении частиц материала о стенки цилиндра перерабатываемый материал переходит в вязкотекучее состояние и непрерывно выдавливается через калиброванное отверстие 5 в формующей головке 6.
По мере выхода из отверстия головки материал охлаждается и затвердевает, сохраняя профиль и размеры выходных изделий головки. Профиль изделий определяется профилем отверстий в формующей головке. Меняя формирующие головки на литейной машине, можно получить изделия различного профиля (рис. 6.9 б).
6.4. Изготовление деталей из неметаллических листовых материалов
Резка и вырубка. Большинство листовых неметаллических материалов (гетинакс, стеклотекстолит, текстолит, оргстекло) не обладают достаточными пластическими свойствами, необходимыми для резки и вырубки. Поэтому перед выполнением указанных операций исходные заготовки подвергают нагреву. Предельная толщина листа для резки и вырубки без подогрева равна I мм для гетинакса и 1,5 мм для стеклотекстолита. При толщине 1 — 5 мм для предотвращения появления дефектов на поверхности среза (трещин, сколов) резку и вырубку производят с предварительным подогревом. Гетинаксы различных марок подогревают до температуры 90 -120 оС, стеклотекстолиты до 70 – 90 °С, текстолиты до 80 — 90 °С. Нагрев производят в электропечах, термостатах или в специальных установках, использующих инфракрасные лучи. Резку выполняют на механических ножницах с параллельным расположением ножей, надежно прижимая заготовку к столу ножниц в зоне резки. При толщине листа свыше 5 мм резку производят дисковыми фрезами без подогрева.
продолжение
--PAGE_BREAK--