Расход хладагента через пуансон и матрицу, кг

6.  Расход хладагента через пуансон и матрицу, кг

(2.8)

где  – определяем по чертежу пуансона и матрицы, м²;

7.  Площадь поперечного сечения каналов, м²

(2.9)

где  – плотность воды, кг/м³, ()

 – скорость течения хладагента, м/с, ();

8.  Диаметр канала, м

(2.10)

Возьмем диаметр канала 9 мм.

9.  Суммарная длина каналов круглого сечения, м

(2.11)

На рис. 1 приведены чертежи плит охлаждения (а) – фланец неподвижный, б) – плита охлаждения).

Рис. 1, а)

Рис. 1, б)

3. РАСЧЕТ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ

Литниковая система – это система каналов формы, служащая для передачи материала из сопла литьевой машины в оформляющие гнезда формы. Застывший в литниковых каналах полимер называется литником.

Литниковая система должна обеспечивать поступление расплава полимера в оформляющую полость формы с минимальными потерями температуры и давления после пластицирующего цилиндра литьевой машины. Литниковая система решающим образом влияет на качество изготавливаемого изделия, расход материала, производительность процесса. Неправильно спроектированная литниковая система является причиной повышенных напряжений в изделии, его коробления, образования на поверхности изделия следов течения материала, неполного заполнения формообразующей полости, неравномерной усадки материала.

В общем виде литниковая система включает три основных элемента: центральный литниковый канал, по которому расплав из материального цилиндра поступает в форму; разводящий канал, ответвляющийся от основного; впускной канал, по которому расплав непосредственно поступает в оформляющую полсть. Наличие всех трех элементов литниковой системы или отсутствие каких либо из них связано как с конфигурацией отливаемого изделия, так и с конструкцией формы. Так, литниковая система одногнездной формы часто состоит из одного литникового канала. Многогнездная форма всегда включает все три вида каналов.

Проведем расчет литниковой втулки (рис. 2):

Рис. 2

В зависимости от массы отливки () согласно рис. 27 /1/ диаметр отверстия центрального литникового канала на входе в литниковую втулку можно принять равным . Диаметр сопла литьевой машины, из которой будет поступать расплав не должен быть больше, поэтому .

Диаметр на входе в литниковую втулку можно определить аналитически, вычислив расчетный диаметр, см

 (3.1)

где  – объем впрыска, см³,

 – средняя скорость течения материала в литниковой втулке, см/с

 – продолжительность впрыска, с.

Подставляя соответствующие значения в формулу (3.1), получаем:

Так как , то на практике принимают диаметр литника, мм:

(3.2)

то есть

Длина L центрального литникового канала зависит от толщины плит и составляет 33 мм.

Диаметр D центрального литникового канала на выходе рассчитаем исходя из угла конуса и длины канала по формуле:

(3.3)

Получим

Для упрощения изготовления втулки примем диаметр на выходе равным

Разводящие каналы являются частью литниковой системы, соединяющей оформляющие полости формы с центральным литником. Во всех случаях надо укорачивать разводящие каналы, так как увеличение длины канала ведет к возрастанию расхода материала, потерь давления, а так же ориентационных напряжений в изделиях.

На рис. 3 приведена схема разводящих литников и их размеры.

Рис. 3

Форма сечения каналов и рекомендации по применению даны в табл. 26 /1/.

Принимаем сегментную форму сечения как для основного разводящего (рис. 4, а), так и для вспомогательного разводящего (рис. 4, б) каналов:

а) б)

Рис. 4

Сегментная форма сечения обеспечивает хорошее течение расплава и небольшие потери тепла.

При заполнении каналов расплавом полимера прилегающие к стенкам слоя материала интенсивно охлаждаются и затвердевают, уменьшая эффективное сечение канала. Поэтому каналы редко изготавливают с площадью поперечного сечения меньше 7 мм² (диаметр 3 мм). В то же время площадь поперечного сечения канала не должна быть слишком велика, чтобы не изменялась продолжительность цикла литья, что возможно при литье очень тонких изделий. Поэтому нежелательно изготавливать каналы с сечением более 80 мм² (диаметр 10 мм).

В общем случае диаметр d канала круглого сечения или эквивалентный диаметр d_э не круглого сечения можно определить по диаграмме (рис. 33 /1/) в зависимости от массы отливаемого изделия и длины L пути течения материала в разводящем канале.

d_э основного разводящего канала, при L = 90 мм, d_э= 7,5 мм, принимаем d = 8 мм.

d_э1 вспомогательного разводящего канала при L = 19 мм, d_э1 = 5,7 мм, принимаем d₁ = 6 мм.

Глубина канала определяется по формуле

(3.4)

Соответственно для каналов:

Расплав при заполнении канала охлаждается, попадание в оформляющее гнездо охлажденного переднего фронта расплава может привести к появлению дефектов на поверхности изделия (муар, следы течения). Для уменьшения этих явлений разводящий канал перед поворотом следует снабжать специальными сборниками охлаждения расплава, то есть удлинять каналы на величину b:

(3.5)

 где d – диаметр канала, мм.

Для основного канала:

Впускные каналы (питатели) имеют особое значение при литье под давлением. Это последнее звено в системе литниковых каналов, подводящих материал к оформляющей полости формы. От их размеров и расположения в значительной степени зависит качество отливаемых изделий. Глубина впускного канала определяет продолжительность отверждения в нем материала.

Глубина впускного канала, мм:

(3.6)

где  – толщина стенки детали, мм;

 – коэффициент, зависящий от материала, ;

Конструкция впускного канала приведена на рис. 5.

Рис. 5

 

Ширину впускного канала b примем равным диаметру вспомогательного разводящего канала d₁:

Длину впускного канала примем равным

Для обеспечения работоспособности литьевой формы необходимо выполнение следующего неравенства:

(3.7)

где  – номинальное давление литья, ат, ;

 – общие потери давления, ат;

 – потери давления при течении расплава в центральном литниковом канале, ат;

 – потери давления при заполнении расплавом разводящих каналов, ат;

 – потери давления во впускных каналах, ат;

 – потери давления в стенках изделия, ат;

Потери давления в разводящих каналах можно разделить на потери давления в главном и во вспомогательных разводящих каналах, то есть:

(3.8)

где  – потери давления в главном разводящем канале, ат;

 – потери давления во вспомогательных разводящих каналах, ат.

Изделие можно разбить на 7 элементов, и потери давления в стенках изделия можно рассчитывать по формуле:

(3.9)

где  – потери давления в прямоугольной пластине (большие стороны), ат;

 – потери давления в прямоугольной пластине (меньшие стороны), ат;

 – потери давления в прямоугольной пластине (дно), ат;

 – потери давления в полом цилиндре, ат.

Преобразуем формулу (3.7) к виду:

Потери давления в центральном литниковом канале определим по формуле:

(3.10)

где  – длина канала, см, ;

 – объемная скорость течения расплава, см³/с;

 – реологический параметр полимера, ;

 – показатель степени реологического уравнения, ;

 – диаметр литникового канала, см, .

Объемную скорость течения расплава определим по формуле:

(3.11)

где  – максимальный объем отливки машины, см³;

 – время впрыска машины, с;

 – количество гнезд в форме, шт.

Тогда,

Подставим данные в формулу (3.10):

Потери давления в главном литниковом канале определим по формуле:

(3.12)

где  – длина главного разводящего канала, см, ;

 – эквивалентный диаметр главного разводящего канала, см,

Тогда по формуле (3.12), получаем:

Потери давления во вспомогательном разводящем канале, определим по формуле (3.12) аналогично :

;

.

Потери давления во впускном канале прямоугольного сечения определяются по формуле:

(3.13)

где  – длина впускного канала, см, ;

 – ширина впускного канала, см, ;

 – глубина впускного канала, см, .

Тогда,

Потери давления в стенках изделия, содержащего 7 элементов, определяют по формулам:

 определяем по формуле (3.13):

;

;

.

 рассчитывается аналогично :

;

;

.

 рассчитывается аналогично :

;

;

.

Потери давления в полом диске цилиндре по формуле:

(3.14)

где  – внутренний диаметр, см, ;

 – толщина стенки, см, ;

 – длина полого цилиндра, см, .

Подставим полученные значения в преобразованную формулу (3.7):

Условие выполняется.

4. РАСЧЕТ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ФОРМООБРАЗУЮЩИХ ДЕТАЛЕЙ

Исполнительные размеры формообразующих элементов назначают в зависимости от допуска на размеры изделия и усадку формуемого материала.

4.1. Расчет исполнительных размеров полуматрицы подвижной

Рис. 6

На рис. 6 приведены размеры, которые подлежат расчету.

Размеры поверхностей изделия, формуемых полуматрицей подвижной, приведены в таблице:

Обозначение	Размер, мм	Допуск, мм	Формула для расчета
Аи	120–0,035	0,035
Ви	70–0,030	0,030

Подставляя численные значения в соответствующую формулу, получаем:

Полученные результаты округляем с кратностью по 11–12 квалитету, то есть для размеров А и В – 0,10:

4.2. Расчет исполнительных размеров пуансона

Рис. 7

На рис. 7 приведены размеры, которые подлежат расчету.

Размеры поверхностей изделия, формуемых пуансоном, приведены в таблице:

Обозначение	Размер, мм	Допуск, мм	Формула для расчета
Аи	115+0,035	0,035
Ви	65+0,030	0,030
Ни	23,5–0,021	0,021
Н1и	15,5–0,018	0,018
А1и	44±0,05	0,1

Подставляя численные значения в соответствующую формулу, получаем:

Полученные результаты округляем с кратностью по 11–12 квалитету, то есть для размеров А, В, А1 – 0,10, а для размеров Н и Н1 – 0,05:

4.3. Расчет исполнительных размеров полуматрицы неподвижной

Рис. 8

На рис. 8 приведены размеры, которые подлежат расчету.

Размеры поверхностей изделия, формуемых полуматрицей неподвижной, приведены в таблице:

Обозначение	Размер, мм	Допуск, мм	Формула для расчета
Аи	120–0,035	0,035	Примем размер, равный соответствующему размеру матрицы подвижной
Ви	70–0,030	0,030	Примем размер, равный соответствующему размеру матрицы подвижной
А1и	44±0,05	0,1	Примем размер, равный соответствующему размеру пуансона
Ни	2,5–0,010	0,021

Подставляя численные значения в соответствующую формулу, получаем:

Полученные результаты округляем с кратностью по 11–12 квалитету, то есть для размеров Н – 0,02:

4.4. Расчет исполнительных размеров вставки

Рис. 9

На рис. 9 приведены размеры знака, которые подлежат расчету.

Размеры поверхностей изделия, формуемых вставкой, приведены в таблице:

Обозначение	Размер, мм	Допуск, мм	Формула для расчета
Dи	Æ9–0,015	0,015
D1и	Æ7–0,015	0,015
Lи	9–0,015	0,015
L1и	3–0,010	0,010

Подставляя численные значения в соответствующую формулу, получаем:

Полученные результаты округляем с кратностью по 11–12 квалитету, то есть для размеров D, L – 0,05, для размера D1 – 0,02, а для размера L1 – 0,01:

4.5. Расчет исполнительных размеров нижнего знака

Рис. 10

На рис. 10 приведены размеры, которые подлежат расчету.

Размеры поверхностей изделия, формуемых вставкой пуансона, приведены в таблице:

Обозначение	Размер, мм	Допуск, мм	Формула для расчета
Dи	Æ7–0.015	0,015	Примем размер, равный соответствующему размеру вставки
Ни	8,5+0,015	0,015	Принимаем размер, обеспечивающий надежное сопряжение знака со вставкой:

Подставляя численные значения в соответствующую формулу, получаем:

Полученные результаты округляем с кратностью по 11–12 квалитету, то есть для размера H – 0,02:

4.6. Расчет исполнительных размеров верхнего знака

Рис. 11

На рис. 11 приведены размеры, которые подлежат расчету.

Размеры поверхностей изделия, формуемых вставкой пуансона, приведены в таблице:

Обозначение	Размер, мм	Допуск, мм	Формула для расчета
Dи	Æ3,5+0,012	0,012
Ни	2,5+0,010	0,010

Подставляя численные значения в соответствующую формулу, получаем:

Полученные результаты округляем с кратностью по 11–12 квалитету, то есть для размеров D и H – 0,020:

5. РАСЧЕТ УСТАНОВЛЕННОГО РЕСУРСА ОСНАСТКИ

Определение установленной безотказной наработки и установленного ресурса пресс–формы до среднего и капитального ремонтов.

1. Наработка и ресурс пресс–формы зависит от их конструкционной сложности. Принимаем категорию сложности пресс–формы 1 – пресс–форма с одной плоскостью разъема для изделий с простой поверхностью без арматуры, резьбы и элементов, препятствующих свободному извлечению из формы.

2. Установленную безотказную наработку П_б в тыс. деталей и установленные ресурсы пресс–формы до среднего ремонта П_с в тыс. деталей и до капитального ремонта П_к в тыс. деталей определяют по формуле:

(5.1)

(5.2)

(5.3)

где  – номинальная наработка пресс–формы с одного гнезда, тыс. дет., ;

 – номинальный ресурс пресс–формы до среднего ремонта с одного гнезда, тыс. дет. ;

 – номинальный ресурс пресс–формы до капитального ремонта с одного гнезда, тыс. дет. ;

 – коэффициент, учитывающий гнездность пресс–формы, ;

 – коэффициент, учитывающий высоту формуемых пластмассовых изделий, ;

 – коэффициент, учитывающий твердость формообразующих поверхностей, ;

 – коэффициент, учитывающий шероховатость формообразующих поверхностей, ;

 – коэффициент, учитывающий квалитет точности формуемых изделий, ;

 – коэффициент, учитывающий конструкционные особенности пресс–форм и дополнительные требования к качеству формуемых пластмассовых изделий, ;

 – коэффициент, учитывающий связь пресс–форм с оборудованием, ;

 – число гнезд, .

Подставив данные в формулы (5.1)–(5.3), получаем:

6. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ РАЗРАБОТАННОЙ ОСНАСТКИ

Многогнездная литьевая форма состоит из двух частей: подвижной и неподвижной, которые закреплены на плитах литьевой машины.

Неподвижная часть литьевой формы состоит из двух плит: фланца неподвижного 1 и плиты матриц 2, которые центрируются штифтами 58 и скрепляются между собой болтами 50. Фланцем неподвижным 1 полуформа крепится к неподвижной плите литьевой машины. В нем также выполнены каналы охлаждения. На концах каналов выполнена резьба для крепления ниппелей 54. Центрирование полуформы на плите машины осуществляется кольцом установочным 16, которое закреплено на фланце неподвижном 1 винтами 52 и штифтами 57. Такое же кольцо установлено на подвижном фланце 6. В плите матриц располагаются четыре полуматрицы неподвижные 12, в каждой их которых имеются по две вставки 13. Каждая из вставок комплектуется знаком верхним 15. Таким образом, полуматрица неподвижная 12, вставка 13 и знак верхний 15 образуют оформляющую полость сложной формы, которая формует верхнюю часть изделия. В этой же плите располагаются четыре колонки направляющие 23, которые вместе со втулками направляющими 24 осуществляют точное центрирование обеих полуформ относительно их общей оси и оси инжекционного цилиндра. В обеих плитах также расположена литниковая втулка 22 с центральным литниковым каналом

Подвижная часть литьевой формы состоит в свою очередь из трех плит (плита пуансонов 3, плита охлаждения 4 и фланец подвижный 6) и двух брусов опорных 5. Эти детали центрируются штифтами 59 и скрепляются болтами 51. Фланцем подвижным полуформа крепится к подвижной плите машины. В плите пуансонов располагаются четыре полуматрицы подвижные 10, в которых смонтированы пуансоны 11. В каждом из пуансонов имеются по два знака нижних 14. Полуматрица подвижная 12, пуансон 11 и знак 14 также образуют оформляющую полость, которая формует нижнюю часть изделия. В центре плиты пуансонов расположена центральная втулка 21. В этой же плите расположены разводящие литниковые каналы, обеспечивающие подвод расплава к гнездам формы. В знаках 14 и втулке центральной 21 проделаны отверстия под толкатели 17 и 18 соответственно. Эти толкатели крепятся в плите держащей 7. Своими торцами они опираются в плиту прокладочную 8. Третья плита выталкивающей системы – плита несущая 9 – служит для обеспечения необходимой жесткости, и в ней закреплен хвостовик 25. Для надежного движения плит выталкивания, в них смонтирована втулка 20, которая двигается по колонке 19.

В плите охлаждения, как и во фланце неподвижном 1, сделаны каналы диаметром 9 мм, в которые подается охлаждающая жидкость.

Для возвращения выталкивающей системы в исходное положения после выталкивания имеется пружина 26.

Цикл литья начинается со смыкания формы. После подхода подвижной части формы к неподвижной, сопло инжекционного цилиндра тесно прижимается к литниковой втулке 22, и происходит впрыск расплава полимера.

Через центральный литниковый канал, который находится в литниковой втулке 22, разводящие, впускные, расплав заполняет гнезда формы.

Из–за циркуляции охлаждающей жидкости в каналах охлаждения температура внутренних поверхностей гнезд значительно ниже, чем температура расплава, за счет чего осуществляется охлаждение и отверждение расплава в форме.

При раскрытии литьевой формы ее подвижная часть отходит от неподвижной. В результате усадки изделие легко выходит из полостей неподвижных полуматриц 12 и вставок 13 и перемещаются вместе с полуматрицами подвижными 10 и пуансонами 11 в подвижной части формы. Центральный литник извлекается из литниковой втулки с помощью поднутрения, выполненного во втулке центральной 21. При дальнейшем движении хвостовик 25 натыкается на неподвижный упор машины и останавливает плиты 7, 8, 9 выталкивающей системы вместе с выталкивателями 17 и 18, которые сталкивают изделия вместе с литниками в приемную тару. После этого форма смыкается и цикл повторяется.

7. СВОЙСТВА МАТЕРИАЛА И ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ

Полипропилен представляет собой твердый термопластичный полимер с темп. пл. 165–170 °С и плотностью 900–910 кг/м³.

Ниже приведены показатели основных физико-механических свойств полипропилена:

Молекулярная масса	80000—200000
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа	245—392
Относительное удлинение при разрыве, %	200—800
Ударная вязкость, кДж/м2	78,5
Твердость по Бринеллю, МПа	59—64
Теплостойкость по методу НИИПП, °С	160
Максимальная температура эксплуатации (без нагрузки), °С	150
Температура хрупкости, °С	От —5 до —15
Водопоглощение за 24 ч, %	0,01—0,03
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·м	1014—1015
Тангенс угла диэлектрических потерь	0,0002—0,0005
Диэлектрическая проницаемость при 50 Гц	2,1—2,3

 

Полипропилен имеет более высокую теплостойкость, чем полиэтилены низкой и высокой плотности. Он обладает хоро­шими диэлектрическими показателями, которые сохраняются в широком интервале температур. Благодаря чрезвычайно ма­лому водопоглощению его диэлектрические свойства не изменя­ются при выдерживании во влажной среде.

Полипропилен нерастворим в органических растворителях при комнатной температуре; при нагревании до 80 °С и выше он растворяется в ароматических (бензоле, толуоле), а также хлорированных углеводородах. Полипропилен устойчив к дей­ствию кислот и оснований даже при повышенных температурах, а также к водным растворам солей при температурах выше 100 °С, к минеральным и растительным маслам. Старение стереорегулярного полипропилена протекает аналогично старению полиэтилена.

Полипропилен меньше, чем полиэтилен, подвержен растре­скиванию под воздействием агрессивных сред.

Одним из существенных недостатков полипропилена являет­ся его невысокая морозостойкость (—30 °С). В этом отношении он уступает полиэтилену. Полипропилен перерабатывается все­ми применяемыми для термопластов способами.

Модификация полипропилена полиизобутиленом (5—10 %) улучшает перерабатываемость материала, повышает его гиб­кость, стойкость к растрескиванию под напряжением и снижает хрупкость при низких температурах.

Пленки из полипропилена обладают высокой прозрачностью; они теплостойки, механически прочны и имеют малую газо- и паропроницаемость. Полипропиленовое волокно прочно; оно пригодно для изготовления технических тканей, для изготовле­ния канатов.

Полипропилен применяется для производства пористых ма­териалов — пенопластов.

Рис. 12

Полипропилен – это полимер с высокой степенью кристалличности (до 60 %). Температура литья полипропилена 200—280 °С, а для некоторых марок — до 300 °С (рис. 12). Давление литья составляет 80—140 МПа.

Характерной особенностью ПП является то, что его вязкость в большей степени зависит от градиента скорости, чем от температуры. Поэтому при заполнении формы ПП чувствителен к изменению давления. С повышением давления увеличивается текучесть расплава, что улучшает условия течения материала в форме. При формовании тонкостенных изделий и изделий сложной конфигурации целесообразней повышать давление, а не температуру, вследствие чего не возникает необходимости в увеличении продолжительности охлаждения изделия в форме.

ПП склонен к образованию пустот и вмятин в изделии, поэтому материал в форме следует выдерживать при высоком давлении и тщательно подбирать время впрыска.

Температуру формы поддерживают в интервале 40—70 °С (до 90—100 °С) в зависимости от вида изделия, режима переработки и т.д. Более высокую температуру формы рекомендуется использовать для тонкостенных отливок, чтобы свести к минимуму последующую деформацию. Изделия из ПП характеризуются стабильностью размеров и имеют блестящую поверхность в пределах всего интервала температур переработки.

ПП быстро охлаждается в форме, что обеспечивает высокую скорость формования (уменьшается время выдержки при охлаждении). Литьевые формы для получения изделий из ПП должны иметь тщательно продуманную и надежную систему охлаждения. Усадка ПП составляет 1—3 % в зависимости от конфигурации изделия и условий литья. Усадка отливок из ПП возрастает с увеличением толщины стенки изделия. После извлечения изделия из формы оно претерпевает вторичную усадку; 90 % вторичной усадки происходит за первые 6 ч после того, как изделие извлечено из формы. При понижении температуры материала и формы, повышении давления литья увеличении времени впрыска и времени выдержки материала под давлением вторичная усадка уменьшается.

Степень кристалличности ПП зависит от скорости охлаждения, а степень ориентации материала в изделии — от направления и условий течения. Для литья ПП рекомендуются литники круглого сечения, по возможности короткие и прямые.

Проведем расчет основных технологических параметров:

1.  Температуры по зонам цилиндра см. по рис. 12.

2.  Давление литья рассчитываем по формуле:

(7.1)

где  - давление рабочей жидкости в гидроцилиндре, МПа,

 – диаметр гидроцилиндра, мм,

 – диаметр шнека, мм.

Подставив данные в формулу (7.1), получим:

3.  Давление на материал в полости формы определим по формуле:

(7.2)

где  – коэффициент, зависящий от материала, .

Итак, получим:

4.  Время впрыска определим из соотношения:

(7.3)

где  - объем отливки, включая литники, см³,

 – номинальная объемная скорость впрыска, см³/с.

Отсюда:

5.    Время выдержки под давлением зависит от толщины стенки изделия. Поэтому принимаем:

6.  Расчет времени охлаждения проведен в разделе 2 (см. стр. 6):

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.         А.П. Пантелеев, Ю.М. Шевцов, И.А. Горячев. Справочник по проектированию оснастки для переработки пластмасс. – М., Машиностроение, 1986 – 400 с.

2. Бэр. Основы конструирования изделий из пластмасс. – М., Машиностроение, 1970.

3. Р.Г. Мирзоев, И.Д. Кугушев и др. Основы конструирования и расчета деталей из пластмасс и технологической оснастки для их изготовления. – М., Машиностроение, 1972.

4. Общетехнический справочник./ Под ред. Е.А. Скороходова – 2-е изд., перераб. и доп. – М., Машиностроение, 1982 – 415 с.

5. М.М. Ревяко, О.М.Касперович «Расчет и конструирование пластмассовых изделий и форм», – Мн.: БГТУ, 2002 г.

6. Г.А. Швецов, Д.У. Алимова, М.Д. Барышникова Технология переработки пластических масс. – М.: Химия, 1988. – 512 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1