Содержание
Введение
1. Основы взаимозаменяемости деталейиз пластмасс. Общие положения
2. Оценка точности пластмассовыхизделий
3. Точность пластмассовых изделий взависимости от метода изготовления
Литература
Введение
Темареферата «Основы взаимозаменяемости деталей из пластмасс».
Пластмассовыеизделия очень часто являются деталями самых различных конструкций, то естьработают совместно с другими деталями, которые могут быть изготовлены и изпластмасс, и из других конструкционных материалов. Для гарантированнойдолговременной и надежной работы пластмассовые детали должны иметь и сохранятьпри эксплуатации заданные размеры. Однако пластмассы как конструкционныематериалы имеют целый ряд особенностей, которые влияют на их размернуювзаимозаменяемость.
Наспецифику размерной взаимозаменяемости деталей из пластмасс влияет целый рядфакторов конструктивного и технологического порядка:
1) особенностиметодов изготовления;
2) изменениеразмеров во время эксплуатации из-за значительного теплового расширения, водо–и маслопоглощения, усадки при изготовлении и в период работы, ползучести,больших деформации при приложении даже малых нагрузок.
Впроцессе изготовления пластмассовой детали возникают различные погрешности,которые зависят от:
1) колебанияпараметров процесса переработки;
2) неточностейоборудования и формующего инструмента;
3) методов измерения;
4) многих другихпричин случайного характера.
Деталимогут иметь различное назначение и выполнять его в соединении с другимидеталями. Не все детали и не все размеры одной и той же детали должны бытьодинаковыми по точности. Кроме того, достижимая точность различных размеровтакже различается.
1. Основывзаимозаменяемости деталей из пластмасс. Общие положения
Приизготовлении изделий общего назначения требуется лишь минимальный уровеньконтроля качества. Процессы изготовления таких изделий характеризуются низкимуровнем отбраковки и высокой производительностью. Формование изделийтехнического назначения обходится значительно дороже из-за более высокихтребований к форме и техническому контролю. Процессы изготовления таких изделийтребуют периодического и достаточно частого контроля качества, что приводит кповышению уровня отбраковки. Высокоточные изделия требуют точного изготовленияформ, оптимизации и 100 %-ного контроля технологии изготовления при постоянномконтроле качества изделий.
Конструктор,от решения которого зависит в основном себестоимость изделия, должен правильновыбрать размерные допуски, чтобы не слишком удорожать производство.
Экономическиоправданным является допуск в пределах 0,25 – 0,3 % от номинального размера, нов каждом конкретном случае допуски назначаются согласно определеннымрекомендациям. Следует учитывать, что пластмассы, отличающиеся значительнымудлинением и низкой жесткостью, не требуют такой высокой точности изготовления,как, например, металлы, характеризующиеся высокой жесткостью и низкимудлинением.
Соблюдениедопусков может стать проблемой, если изделие изготавливают из разных материаловили с различной толщиной стенок. Направление и толщина стенки значительновлияет на усадку полимерного материала. Это особенно явно наблюдается визделиях из стеклопластиков. Ориентация волокна приводит к анизотропии усадки ив продольном и в поперечном направлении, а следовательно, к отклонениюразмеров. Усадка и связанное с ней соблюдение размеров зависит также от формыизделия.
Припроектировании изделий из пластмасс следует заранее решить, достаточно лиустановить предельные значения технологических параметров, или необходимо такжеопределить эксплуатационные допуски. Это связано с тем, что пластмассы оченьчувствительны к условиям эксплуатации.
Необходимоучитывать, что для аморфно-кристаллических полимеров может проявиться усадочноепоследействие – усадка изделия после его извлечения из формы. Поэтому контролькачества не следует проводить сразу же после распрессовки изделия. Согласномеждународным стандартам контроль должен проводиться не ранее, чем через 16часов хранения изделий при стандартных климатических условиях (23 0Си 50 %-ная относительная влажность) или после соответствующей термообработки.
Сопрягаемыеразмеры ответственного назначения, например, сопряжение вал – отверстиеподшипников, характеризуются определенными значениями эксплуатационныхпоказателей и расположения друг к другу, поэтому к ним предъявляются высокиетребования. К несопрягаемым размерам неответственного назначения («свободным»)предъявляются невысокие требования по точности.
Припроектировании пластмассовых изделий надо обязательно учитывать, что наиболееточными получаются размеры элементов, расположенных в одной части формы.
Имеетсянесколько классификаций пластмассовых изделий по точности. По одной из нихдетали из пластмасс делятся на три группы:
1) Группа I –монолитные плоскостные детали с разнотолщинностью не более 2, т.е. отношениенаибольшей толщины стенки изделия к наименьшей не должно превышать 2. К этой жегруппе относят детали типа втулок толщиной стенок 3 – 5 мм и отношением толщинык диаметру не более 2.
2) Группа II – полыедетали в виде коробок, стаканов простой формы, причем допускается толщинастенок при прессовании до 10 мм и при литье – до 6 мм. Разнотолщинность недолжна превышать при прессовании 3, а при литье под давлением – 4 мм.
3) Группа III –полые детали сложной геометрической формы с допускаемой разностенностью выше 3при прессовании и 4 при литье под давлением.
С увеличениемгабаритных размеров пластмассовых изделий точность размеров понижается.Причинами этого являются деформирование изделий при их извлечении из формы иувеличивающаяся неравномерность охлаждения изделия.
Имеетсятакже классификация по величине отношения модуля упругости Е к пределутекучести σт:
/>
Поусловиям, предъявляемым к изготовлению или эксплуатации деталей, погрешностимогут быть или допустимыми или недопустимыми. Если величина погрешностидопустима, ее величина ограничивается предельными размерами или предельнымиотклонениями, разность между которыми называется допуском размера:
δР= Рнб – Рнм или δР = В.О.Р. – Н.О.Р.,
где Р– размер; индексы «нм» и «нб» — наименьший и наибольшийразмер; В.О. и Н.О. – наибольшее и наименьшее отклонение от номинальногоразмера.
Поледопуска определяется величиной допуска и его расположением относительнономинального размера.
Взаимноерасположение двух полей допусков соединяемых друг с другом деталей образует ихпосадку.
Онаможет быть:
1)подвижной (с зазором);
2)неподвижной (с натягом);
3)переходной (при частично перекрывающихся полях допусков сопрягаемых деталей всопряжениях могут быть и зазоры и натяги).
Допускпосадки рассчитывают по допускам отверстия и вала:
δП= δОтв + δВал
Передпроектированием механизмов или машин прежде всего устанавливают функциональныетребования к ним (мощность, производительность, точность и т.д.). Этитребования определяют как конструкцию изделия в целом, так и отдельных егосопряжений и деталей. При разработке конструкции какого-либо сопряжениянеобходимо не только выбрать материал деталей, рассчитать их размеры,установить необходимость механической или термической обработки, но и правильновыбрать посадку и допуск для данного сопряжения.
Установленныйпри этом функциональный допуск посадки δфП должен обеспечитьтребуемую надежность и долговечность данных механизма, машины или сопряжения.
Величинафункционального допуска складывается их двух частей:
δфП= δсбП + δз.т.П,
где δсбП- компенсирует погрешность при сборке, а
δз.т.П- создает запас точности.
Гарантированныйзапас точности подвижных сопряжений или кинематических пар являетсяэксплуатационным допуском зазора. Он должен определяться исходя из допустимогоизменения выходных эксплуатационных параметров машины, а также обеспечениянадежности и долговечности.
Гарантированныйзапас точности неподвижных соединений является эксплуатационным допуском натягаи должен определяться исходя из возможного увеличения рабочих нагрузок,скорости, ускорений, повышения рабочей температуры, изменения размеров стечением времени и т.д. Необходимо, чтобы в ходе эксплуатации неподвижногосопряжения (при наибольшем действительном натяге) была обеспечена механическаяпрочность соединяемых деталей, а в конце установленного срока их эксплуатации(при наименьшем действительном натяге) – надежность восприятия нагрузок безразъединения сопряжения.
Устанавливаемыйконструктором допуск на погрешности в процессе сборки также разделяется на двечасти: для охватываемой поверхности δсбВал и для охватывающейповерхности δсбОтв. При этом надо учитывать технологическиеособенности изготавливаемых деталей.
ДопускδсбП, устанавливаемый конструктором, называется конструкторскими часто обозначается как δк или просто δ. Он долженограничивать все погрешности, которые могут быть у деталей, поступающих насборку:
δ≥ Δобщ = Δт + Δук +Δх,
где Δт — технологическая погрешность, возникающая в процессе изготовления деталей изпластмасс (например, литьем под давлением, прессованием);
Δук– погрешность за счет технологических уклонов (Δук = 2H·tgα);
Δх — погрешность, возникающая при хранении деталей.
Полнаятехнологическая погрешность равна:
Δполн= Δт + Δук
Еслидеталь без уклонов, то δ ≥ Δт+ Δук
Длянеответственных размеров δ ≥ Δт
Технологическаяпогрешность также является суммарной и включает в себя погрешность изготовленияоформляющих пластмассовую деталь элементов пресс-формы, погрешность за счетколебания усадки и т.п.
Дляограничения технологической погрешности введено понятие технологическогодопуска δт. При этом δт ≥ Δт,а δ ≥ δт .
Технологическиедопуски предназначаются:
1) для оценкиточности изготовления деталей из пластмасс методами литья под давлением ипрессования;
2) для установлениядопусков на межоперационные размеры и расчета припусков на отдельные элементызаготовок, подвергающихся механической обработке;
3) для расчетаоформляющих пластмассовую деталь элементов пресс-форм.
2. Оценка точности пластмассовых изделий
Внастоящее время действует Единая система допусков и посадок (ЕСДП). Онахарактеризуется большим диапазоном и равномерной градацией численных значенийдопусков, зазоров и натягов. В ЕСДП предусмотрены допуски в 19 квалитетах(рядах точности) – 01; 0; 1; 2; …; 17 для размеров до 3150 мм, которые могутбыть использованы при нормировании точности, начиная от самых точных концевыхмер до самых неответственных размеров. Квалитет обозначается буквами IT ипорядковым номером, например, IT14. ЕСДП включает квалитет 18, специальновведенный для оценки точности изделий из пластмасс, изготовленных литьем поддавлением. В общем, точность пластмассовых изделий находится в пределах от IT8до IT18.
ВЕСДП поле допуска образуется различным сочетанием основного отклонения, т.е.верхнего или нижнего отклонения, ближайшего к номинальному размеру, и допускалюбого квалитета.
Величинадопуска (величина поля) зависит только от квалитета и номинального размера, аположение поля допуска определяется основным отклонением, зависящим только отноминального размера.
Положениеполя допуска обозначается буквами латинского алфавита – строчными для валов ипрописными для отверстий. Основное отверстие в системе отверстия обозначаетсяН, а основной вал в системе вала – h.
Длянаиболее важного диапазона от 1 до 500 мм ЕСДП выделяет рекомендуемые посадки,из числа которых выделены посадки предпочтительного применения.
Точностьразмеров изделий, и в особенности, деталей из пластмасс, изготовленных литьемпод давлением и прессованием, зависит от усадки материала, габаритных размерови конфигурации изделия, точности и конструкции пресс-формы, величинытехнологических уклонов и технологических режимов процесса изготовления.
Основнымпараметром, принятым для оценки норм точности в соответствии со стандартом «Допускии посадки деталей из пластмасс», является колебание усадки ΔS.
Всеразмеры пластмассового изделия или детали подразделяются на 3 категории.Категория А1 включает размеры, которые определяются формующимиэлементами, категории А2 и А3 относятся к взаимномурасположению размеров (категория А2 – размеры межосевые и размеры,оформляемые различными частями пресс-формы, категория А3 – размеры внаправлении смыкания формы). Такое разделение объясняется различием в точностиформования соответствующих элементов изделия. Размеры категорий А2 иА3 по сравнению с размерами категории А1 являются болеегрубыми из-за влияния других источников погрешностей, например, зазоров междуперемещающимися частями формы.
Усложнениеконфигурации изделия при прочих равных условиях приводит к понижению точностиусловно на один квалитет по сравнению с простым изделием.
Достижимыеквалитеты в зависимости от колебания усадки приводятся в специальных таблицах.
ТаблицаКвалитеты точности для размеров изделий из пластмассИнтервалы размеров, мм Квалитеты IT при ΔS, % До 0,06 Св.0,06 до 0,10 Св.0,10 до 0,16 Св.0,16 до 0,25 Св.0,25 до 0,40 Св.0,40 до 0,60 Св.0,6 до 1,0 Св.1,0
Размеры категории А1 До 3 мм 8 9 10 11 12 13 14 15 Св.3 до 30 8 9 10 11 12 13 14 15 Св.30 до 120 9 10 11 12 13 14 15 16 Св.120 до 250 10 11 12 13 14 15 16 17 Св.250 до 500 11 12 13 14 15 16 17 18
Размеры категории А2 и А3 До 3 мм 10 11 12 13 14 15 16 17 Св.3 до 30 9 10 11 12 13 14 15 16 Св.30 до 120 10 11 12 13 14 15 16 17 Св.120 до 250 11 12 13 14 15 16 17 18 Св.250 до 500 12 13 14 15 16 17 18 -
Оченьважным для оценки суммарной общей погрешности изготовления (δобщ)изделия из пластмасс является вопрос о технологических уклонах, которыеназначаются в необходимых случаях на наружные и внутренние поверхности ивызывают значительную дополнительную погрешность (δук)размеров.
Длясопрягаемых ответственных размеров изделий из пластмасс, точность которыхоценивают квалитетами 8 – 13 включительно в зависимость от углатехнологического уклона (α) предусматривается два варианта учета погрешностиот уклона:
1) при α ≤10 погрешность от уклона должна располагаться в заданном поледопуска размера (как и другие погрешности формы, если они особо неоговариваются в чертеже изделия), т.е. δобщ = Тт +δук ≤ Т,
где Тт — технологический допуск;
Т –допуск размера изделия (конструктивный допуск).
2) при α ≥10погрешность от уклона не располагается в поле допуска размера, асопряжение рассматривается как коническое. Расчет посадок такого типаосуществляется по специальным методикам.
Точностьнесопрягаемых размеров находится в пределах 14 – 17 квалитетов. Для такихразмеров погрешность от уклона определяется по формуле: δук =2H·tgα, где Н – высота элемента изделия, имеющего уклон.
Меньшиезначения уклонов следует назначать для материалов с малым колебанием усадки (до0,4 %), большие – для материалов с большим колебанием ΔS (свыше 0,4 %).
Вомногих случаях требуется более высокая точность пластмассовых изделий, особенноконструкционных деталей. Ужесточение допусков на изготовление оформляющихчастей пресс-формы и выбор прессовочных материалов, обладающих малой усадкой,позволяют выполнить это требование.
Приизготовлении деталей, оформляемых в одной части формы, можно получить размеры сболее жесткими допусками. Размеры, зависящие от подвижных частей пресс-формы, втом числе межосевые и расположенные в двух частях формы перпендикулярнонаправлению ее замыкания, получаются с менее жесткими допусками. Размеры,оформленные в двух и более частях формы вдоль направления замыкания формы,должны иметь еще более расширенные допуски.
3. Точностьпластмассовых изделий в зависимости от метода изготовления
Точностьизделий, получаемых экструзией, зависит от следующих основных групп факторов:
1) неоднородностисырья;
2) нестабильноститехнологических параметров экструзии;
3) изменения условийкалибрования и охлаждения экструдата;
4) отклонений внормальной работе основного оборудования, вспомогательных и тянущих устройств;
5) погрешностейметодов и средств контроля.
Точностьизготовления пластмассовых деталей методом объемного формования определяетсятехнологическими особенностями, вызывающими анизотропию свойств, в том числеплотности и усадки, влияющих на точность размеров. Для деталей, изготавливаемыхобъемным формованием из листа, суммарная размерная погрешность складывается изтехнологической погрешности, погрешности первоначальной толщины листа-заготовкии погрешности при хранении. В свою очередь технологическая погрешностьскладывается из:
1) погрешности,возникающей за счет неточности изготовления оформляющих пластмассовую детальэлементов формы;
2) погрешности,возникающей за счет неточности эксплуатации формы (неплотного прилегания ит.п.);
3) погрешности,возникающей в процессе охлаждения пластмассового изделия;
4) погрешностиметодов измерения.
Кобщим рекомендациям по повышению точности пластмассовых изделий, которыеизготавливаются объемным формованием из листа, можно отнести:
1) повышениестабильности и равномерности разогрева листа с учетом расположения мест его утоненияпри формовании;
2) выборрационального значения вытяжки в зависимости от конструкции формы и условийформования;
3) максимальный учеттребований технологии при проектировании изделия и формы для его изготовления(наличие углов уклона, скруглений, достаточной опорной поверхности призакреплении листа и т.д.);
4) подбор листовыхзаготовок с минимальным колебанием размеров по толщине.
Точностьизготовления изделий из стеклопластиков зависит от метода формования. Например,при контактном формовании технологически совмещены два процесса – получениеопределенной стеклопластиковой структуры, т.е. получение конструкционногоматериала, и получение самого изделия с заданными точностью и качествомповерхности. Каждый их этих процессов является самостоятельным источникомпроизводственных погрешностей, которые соответственно можно разделить на двекатегории:
1) геометрическиепогрешности;
2) структурныепогрешности и дефекты.
Геометрическиепогрешности включают:
1) погрешностигеометрической формы (плоскостности, овальности и их взаимного расположения;непараллельности, несоосности, эксцентричности и т.д.;
2) погрешностиразмеров и шероховатости.
Структурныепогрешности состоят из:
1) погрешностейармирования, выражающихся, например, в анизотропии геометрических параметров;
2) погрешностейтекстуры, примером которых может быть монослойность, т.е. отсутствие прослоексвязующего;
3) погрешностеймикроструктуры, связанной с однородностью и дисперсностью распределенияарматуры, наличием расслоений, газовых включений, пор и т.д.;
Точностьгеометрических форм и размеров после извлечения изделия из формы изменяется поддействием структурных напряжений в стеклопластиковых стенках, которыеобусловлены неоднородностью натяжения стеклоарматуры при формовании изделия.
Литература
1. Альшиц И.Я. и др.Проектирование изделий их пластмасс. – М.: Машиностроение, 1979. – 248с.
2. Зенкин А.с. и др.Допуски и посадки в машиностроении. К.: Техніка, 1990. –320 с.
3. Штейнберг Б.И. идр. Справочник молодого инженера-конструктора. – К.: Техніка, 1979. – 150 с.
4. Лепетов В.А.,Юрцев Л.И. Расчет и конструирование резиновых изделий. М.: Химия, 1987. – 408с.