Резьба в изделиях из пластмасс
3.4 Армирование пластмассовых изделий
Радиусы закруглений
Ребра жесткости
3.7 Проектирование торцов пластмассовых изделий
Проектирование опорных поверхностей пластмассового изделия
3.9 Проектирование положения литника
Накатка, рифление, надписи
Простановка размеров на чертежах пластмассовых изделий
5. Соединения пластмассовых деталей между собой и с деталями из других материалов
6. Клеевые соединения
Выводы
Литература
Введение
Тема контрольной работы "Общие требования к конструкции пластмассового изделия".
Изделия из пластмасс и резины в настоящее время настолько распространены, что по своему объему и ассортименту превосходят все другие изделия, применяемые человечеством в своей повседневной жизни. Специальность "Технология переработки полимеров" - одна из новых для нашего региона специальностей. Она готовит специалистов в области изготовления полимерных изделий. Полимеры – уникальные вещества с целым рядом особенностей строения и свойств, которые обязательно надо учитывать при создании технологий и оборудования переработки полимерных материалов в изделия. Полимерные изделия в зависимости от назначения могут иметь самую разнообразную форму и размеры, поэтому перед изготовлением изделие надо спроектировать.
Материал дисциплины базируется на изучении высшей математики, прикладной механики, химии и физики полимеров, технологии и оборудования переработки пластмасс и эластомеров в изделия.
Полимерные изделия – это изделия из пластмасс или резины. При сходной высокомолекулярной природе свойства этих материалов настолько различаются, что принципы проектирования и расчета изделий не могут быть одинаковыми. Пластмассы должны иметь достаточную жесткость, а резины – эластичность.
|
|
Общие требования к конструкции пластмассового изделия
Изделия из пластмасс отличаются от других изделий:
1) физико-механическими свойствами;
2) технологией изготовления.
Процесс проектирования должен обеспечивать максимальную технологичность изделия.
В понятие высокой технологичности входят:
1) минимальная стоимость;
2) экономия материала;
3) упрощение конструкции формующего инструмента;
4) повышение надежности и долговечности изделия;
5) полный учет свойств пластика и особенностей технологии переработки, например, при переработке следует учитывать заполнение формы расплавом полимера, а при эксплуатации – высокий коэффициент линейного расширения, малую теплопроводность, ползучесть, релаксацию.
Конструкция пластмассового изделия существенно влияет на конструкцию пресс-формы и качество самого изделия, которое также зависит от технологии изготовления. Поэтому изделие следует проектировать одновременно с анализом его технологичности.
При проектировании следует стремиться обеспечить рациональные условия течения материала в форме, повышенную точность изготовления, уменьшение внутренних напряжений и коробления, сокращение цикла изготовления, облегчение извлечения изделия из формы.
Конструкция пластмассового изделия должна отвечать следующим требованиям:
1) Изделия должны иметь технологические (съемные) уклоны;
|
|
2) Допуски на изделие должны быть технически обоснованными и назначать их следует в зависимости от условий эксплуатации, величины колебания усадки полимерного материала и высоты изделия, влияющей на величину уклона;
3) По возможности следует избегать поднутряющих впадин и выступов;
4) В изделиях не должно быть препятствий для извлечения их из формы;
5) Конструкция изделия должна быть по возможности наиболее простой, чтобы не применять разъемные матрицы и пуансоны;
6) Изделия должны иметь закругления, что повышает прочность, облегчает формование изделия и улучшает его внешний вид;
7) Изделия, особенно прессованные, должны быть по возможности компактными, без консольных выступов значительной длины;
8) Стенки изделия по возможности должны равной толщины, без резких переходов;
9) Конструкция пластмассового изделия может включать металлическую или другую арматуру, что увеличивает прочность, износостойкость, улучшает декоративные свойства и обеспечивает специальные свойства, например, электрическую или механическую проводимость и т.п.;
10) В конструкции изделия необходимо предусмотреть место подвода литника, положение выталкивателей, следов от вставок и расположение линии разъема формообразующих элементов;
11) При выборе пластмассы необходимо учитывать условия эксплуатации.
При проектировании следует учитывать, что пластмассовые изделия склонны к короблению и образованию трещин.
Наибольшая степень коробления наблюдается:
1) у больших плоских изделий, не имеющих ребер жесткости;
2) у разнотолщинных изделий или изделий с односторонней арматурой;
|
|
3) при несоответствии условий эксплуатации.
Трещины возникают вследствие:
1) чрезмерных внутренних напряжений в изделиях со значительной разнотолщинностью;
2) отсутствия достаточных радиусов закругления;
3) неправильной установки металлической арматуры.
Трещины и коробление могут проявляться не сразу после изготовления изделия, а в процессе его эксплуатации.
1. Форма пластмассового изделия
Конфигурация (форма) изделия и его размеры определяют главные технологические особенности и конструкцию. Форма изделия – это сочетание конструктивных элементов, таких как стенки и днища, а также наличие отверстий, арматуры, уклонов и т.д.
Внешняя форма должна обеспечивать по возможности использование неразъемных матриц и пуансонов.
Причинами этого условия являются:
1) высокая стоимость пресс-форм при разъемных оформляющих элементах;
2) низкая износостойкость таких форм;
3) высокая трудоемкость изготовления изделий.
Конфигурация изделия должна быть максимально упрощена, иметь плавные очертания с закругленными углами. Это способствует свободному течению расплавленной массы при заполнении формы.
Изделия простой конфигурации легче изготовить с более высокой точностью, чем сложные.
2. Классификация пластмассовых изделий по степени сложности
К простым изделиям относят:
1.монолитные изделия типа плит габаритными размерами до 50 мм с отношением высоты к длине не более 1:10 и разнотолщинностью не более 2:1 для прессованных изделий и 2,5:1 для литых изделий;
2.монолитные изделия, имеющие форму тела вращения при отношении диаметра к высоте не более 1:2 и с габаритными размерами до 50 мм.
Изделия, конфигурация которых не отвечает приведенным характеристикам, относят к группе сложных.
Сложные изделия классифицируются по конструктивным элементам на 6 групп сложности:
I группа сложности – изделия без арматуры, резьбы и элементов, препятствующих свободному съему с формы, с неразвитой или малоразвитой поверхностью (количество элементов развитости не более 4).
II группа сложности – то же с развитой поверхностью (количество элементов развитости более 4).
III группа сложности – любая развитость поверхности, 1 – 4 резьбы или несколько видов арматуры (не более 4), 1 – 4 поднутрений, оформляемых разъемными матрицами.
IV группа сложности – то же, комбинация резьбы и арматуры, 3 – 10 видов арматуры.
V группа сложности – более 10 видов арматуры, резьба с шагом менее 1 мм.
VI группа сложности – количество резьб, видов арматуры и поднутрений – более 10, боковая резьбовая арматура.
Точность размеров различных элементов пластмассового изделия сильно зависит от направления плоскости разъема формы. При проектировании изделий из пластмасс следует стремиться, чтобы наиболее ответственные элементы изделия не попадали в плоскость разъема матрицы и пуансона, так как на их точность влияет погрешность, зависящая от толщины облоя. Линия разъема должна совпадать с участками простой конфигурации и находиться в одной плоскость для упрощения удаления облоя.
3. Конструктивные элементы пластмассовых изделий
К основным конструктивным элементам изделий из пластмасс относятся:
1) стенки и днища;
2) технологические уклоны;
3) радиусы закруглений;
4) ребра жесткости;
5) отверстия;
6) резьба;
7) армирование;
8) торцы; опорные поверхности; накатка, рифление, надписи.
3.1 Стенки и днища
От выбора толщины стенок пластмассового изделия во многом зависит качество готового изделия. Толщина стенок изделий должна быть такая, какая нужна, но как можно тоньше.
Изменение толщины стенок изделия оказывает значительное влияние на следующее:
- вес изделия;
- длину пути течения расплава материала в литьевой форме;
- время цикла изготовления пластмассового изделия;
- жёсткость отформованного изделия;
- величину допусков;
- качество поверхности изделия, наличие коробления и пустот.
Еще на ранних стадиях проектирования важно определить, можно ли получить требуемую толщину стенок с использованием выбранного материала. Соотношение между длиной пути течения расплава материала и толщиной стенок оказывает критическое влияние на то, как происходит заполнение расплавом полостей формы в процессе переработки.
При небольшой толщине стенок пластмассового изделия для обеспечения большой длины пути течения расплава материала подходят только полимеры с относительно низкой вязкостью расплава (легкотекучие расплавы).
Показатель жесткости при изгибе для плоского листа материала определяется значением модуля упругости этого материала и моментом инерции поперечного сечения самого листа. При попытках повысить традиционным способом жесткость пластмассовых изделий из аморфно-кристаллических термопластов за счет увеличения толщины их стенок без учета всех возможных последствий такого подхода очень часто могут возникнуть серьезные проблемы. Если же речь идет об изделиях из пластических масс, армированных стекловолокном, то изменение толщины стенок таких изделий будет влиять на ориентацию армирующего стекловолокна. Вблизи стенок формы волокна ориентированы в направлении течения расплава, в то время как в результате турбулентного характера течения расплава в центральной части поперечного сечения стенки изделия волокна оказываются ориентированными случайным образом. Поэтому увеличение толщины стенок в основном приводит к увеличению той зоны поперечного сечения, в которой стекловолокно ориентировано случайным образом. С другой стороны, ширина зоны, в которой волокна ориентированы в направлении течения расплава, остается практически без изменений.
Таким образом, доля этой пограничной зоны, которая и определяет жёсткость пластмассового изделия, армированного стекловолокном, уменьшается по отношению к общей толщине стенки. Поэтому показатели прочности, получаемые при испытаниях на стандартных образцах, не могут напрямую распространяться на изделия, у которых толщина стенок отличается от толщины стандартных образцов. Для оценки эксплуатационных характеристик пластмассового изделия крайне важно выбирать его показатели с учетом соображений запаса прочности. Таким образом, непродуманное увеличение толщины стенок изделия приводит к увеличению стоимости материалов и производства, не приводя к ощутимому повышению его жесткости.
Толщина стенок пластикового изделия не только в значительной степени определяет его механические свойства, но и влияет на качество готового изделия. При разработке пластмассовых изделий важно стремиться к одинаковой толщине стенок. Различия в толщине стенок изделия приводят к различным степеням его усадки, которые, в зависимости от жесткости изделия, могут приводить к его серьезному короблению и к проблемам с обеспечением точности его размеров. Для получения одинаковой толщины стенок в толстостенных участках отливки необходимо использовать дорн. Таким образом можно избежать риска образования пустот и уменьшить остаточные напряжения. Кроме того, это дает возможность свести к минимуму тенденцию к короблению изделия. Наличие в изделии пустот и микропор в значительной степени понижает его механические свойства за счет того, что уменьшается площадь его поперечного сечения, возникают повышенные остаточные напряжения и в некоторых случаях может иметь место эффект надреза.
Наиболее часто встречаются такие сопряжения стенок пластмассовых изделий: лобовое, угловое, U-образное, Т-образное, вилкообразное, К-образное, Х-образное, К-образное шахматное, крестообразное.
Толщина стенок и днищ пластмассовых изделий имеет очень большое значение, так как оказывает влияние на возникновение внутренних напряжений. Разнотолщинность изделия вызывает неравномерную усадку, являющуюся причиной образования вздутий, трещин и коробления. Значительная толщина стенки вызывает большую по величине усадку, что также приводит к короблению.
Все это вызывается главным образом неравномерным протеканием реакций отверждения и процессов охлаждения изделия, в том числе и после извлечения его из формы.
Толщину стенок изделий из пластмасс назначают, как правило, в зависимости от габаритных размеров и конфигурации, учитывая необходимую механическую прочность и текучесть данного пластика.
Оптимальная толщина изделий из термореактивных пластмасс – от 1 до 4 мм, для малогабаритных изделий – 0,5 мм. Толщина изделий из термопластичных пластиков – от 0,8 до 4 мм, для малогабаритных – 0,4 мм.
Толщину сплошных сечений, за исключением отдельных случаев, не рекомендуется назначать свыше 10 - 12 мм.
Для определения наименьшей допускаемой толщины стенок изделий рекомендуются следующие эмпирические формулы:
- для термореактивных материалов:
S = 2h / [(l – 20) · tg a], мм
- для термопластичных материалов:
S = 0,8 √h –2,1, мм
где S – толщина стенки, мм;
h - высота стенки изделия, мм;
L – величина текучести по Рашигу;
а – ударная вязкость пластмассы, кДж/м2.
Значения L и а приводятся в таблицах. Например, для аминопластов L = 70 – 180, величина а = 6 – 7; для стекловолокнита АГ-4В величина а = 50, АГ-4С величина а = 200; для волокнита L = 40 – 140, а = 9.
Наиболее важным требование при проектировании пластмассовых изделий является обеспечение равнотолщинности стенок и днищ. Если это обеспечить не удается, то допускаемая разнотолщинность не должна превышать следующих отношений: при прессовании – 2:1, при литье реактопластов – 5:1, при литье термопластов – 1,5:1 (максимум 2:1). Переходы от большего сечения к меньшему следует выполнять плавными.
Минимально возможная толщина стенки зависит от способности полимерного материала заполнять форму, то есть от его вязкости, от высоты стенки, от конфигурации изделия, от места подвода литника.
Минимальная рекомендуемая толщина стенки изделий из термопластов составляет: для полиэтилена – 0,5; полистирола - 0,75; полиамида – 0,7; поликарбоната – 1,2; полиметилметакрилата – 0,7; этрола – 0,7 мм.
Увеличение толщины стенки более 4 мм резко снижает ударную вязкость изделия, увеличивает внутренние напряжения и склонность к растрескиванию. В связи с этим для увеличения прочности изделия следует прибегать к специальным конструктивным приемам, изменять конфигурацию изделия, вводить арматуру, ребра жесткости и другие усиливающие элементы.
Для газонаполненных изделий минимальная толщина стенки составляет 5 мм, а рекомендуемая – 6 – 15 мм.
Для изделий сложной конфигурации толщина стенки вблизи литника должна быть несколько большей, чем в остальных местах. Это обеспечит надежную подпитку по всему изделию и исключит образование усадочных раковин и утяжин, которые неизбежны при расположении толстостенных сечений за тонкостенными.
Днища изделий могут плоскими, иметь постоянную толщину и т.п. Для частично кристаллизующихся пластмасс при отливке в центр днища рекомендуется плавное утолщение к центру приблизительно на 20 %.
3.2 Технологические уклоны
Технологические уклоны назначают при изготовлении изделий из пластмасс методом прессования или литья под давлением. Они необходимы для обеспечения беспрепятственного удаления изделий из пресс-формы и облегчения скольжения расплавленного материала в процессе ее заполнения.
Технологические уклоны необходимо предусматривать на внешней и внутренней поверхности изделий, ребрах, отверстиях, пазах в направлении разъема оформляющих элементов формы. Технологические уклоны внутренних поверхностей изделий и отверстий должны быть больше уклонов наружных поверхностей, так как при раскрытии формы внутренние поверхности за счет усадки обжимают оформляющие элементы, а наружные, наоборот, отходят от стенок формы и меньше препятствуют удалению отливки. Уклон существенно снижает точность элементов изделия. Полная погрешность размера Δп, которая связана с допуском размера, складывается из технологической погрешности Δт, возникающей при изготовлении изделия и его охлаждении до нормальной температуры, и погрешности на технологические уклоны:
Δп = Δт + Δук,
Погрешность от уклона, в свою очередь, Δук = 2·H ·tgα, где Н – высота рассматриваемого элемента изделия; α – угол уклона. При проектировании пластмассовых изделий рекомендуются следующие уклоны:
Наружные поверхности – 15´; 30´; 1º
Внутренние поверхности – 30´; 1º; 2º
Отверстия глубиной до 1,5 d – 15´; 30´; 45´
Ребра жесткости, выступы – 2º; 3º; 5º; 10º; 15º
Минимальное допустимое значение технологического уклона для изделий из полистирола, этрола, аминопластов составляет 15´ и 30´, а для изделий из полиэтилена 30´ и 1º на наружных и внутренних поверхностях соответственно. В некоторых случаях технологические уклоны могут иметь и конструктивное значение.
Технологические уклоны можно не назначать на:
1.плоские монолитные изделия толщиной 6 – 10 мм;
2.тонкостенные изделия высотой до 15 мм;
3.наружные поверхности полых изделий высотой до 30 мм;
4.элементы изделия, имеющего конструктивные уклоны (изделия, имеющие конусные или сферические поверхности);
5.элементы пластмассового изделия, сопрягающиеся с другими по стандартным посадкам.