29.2 Методы изготовления деталей из пластмасс, технология выполнения и оборудование.

Пластмассы должны обладать стабильными размерами и свойствами, которые храняться в виде пресс-материалов. Пресс-материалы обладают гигроскопичностью, но не должны увлажняться более чем на 2,0—4,5%, иначе во время прессования увеличивается текучесть, образуются вздутия, коробление, расслоение, повышается усадка. Материал должен храниться при температуре 15-20⁰С. При повышенной температуре и длительном хранении уменьшается влага и текучесть материала, что также вредно.

Усадка, текучесть, влажность, содержание летучих веществ, скорость отверждения, таблетируемость, грануллометрический состав, сыпучесть, степень сжатия, удельный объем, температура прессования, внешний вид предопределяют режимы переработки пластмасс в изделии, технологическое оборудование и технологическую оснастку.

Пресс-материалы, прошедшие испытания, передаются со склада в цех, где осуществляется таблетирование, подогрев, прессование.

Таблетирование. Объем материала в 2-10 раз превышает объем готового изделия, поэтому целесообразно перед загрузкой в форму уменьшить объем пресс-порошка механическим уплотнением. Порошковые или волокнистые материала уплотняются до твердых (нерассыпающихся) тел в виде дисков, шариков, цилиндров и других форм, близких по конструкции и получаемому изделию. Масса таблеток от 0,5-2 кг. Таблетирование создает ряд преимуществ процесса изготовления деталей:

• уменьшается объем загрузочной камеры прессформы, а, следовательно, размеры и масса прессформы, объем механической обработки и стоимость;

• обеспечивается простая и быстрая дозировка материала в прессформы, что исключает взвешивание или отмеривание пресс-материала при загрузке;

• уменьшается время отвержения за счет быстрого нагрева и перемешивания таблетки в прессформе и облегчение самого процесса прессования, так как таблетке придана форма, близкая к форме изделия (повышается производительность прессования);

• уменьшается содержание воздуха в материале, в результате чего таблетка нагревается быстрее, чем пресс-порошок, и сокращается количество брака;

• сокращается срок выдержки материала в пресс-форме, т.к. предварительно таблетки нагреваются до высокой температуры, что способствует росту производительности;

• получается более красивой расцветка изделий.

Таблетирование чаще всего производиться в холодном состоянии. Для фасонных таблеток применяется в течение нескольких секунд горячее прессование в обогретых до 80-120⁰С пресс-формах, поэтому свойства пресс-материла не меняются, удельная масса и прочность таблеток увеличивается, а содержание летучих веществ уменьшается.

Таблетирование производится на эксцентриках, пневманических и гидравлических прессах, а в массовом производстве таблеток массой до 50 кг и диаметром 10-60 мм – на роторных прессах (ротационных таблетировочных машинах).

Перед загрузкой в пресс-форму пресс-материал предварительно нагревают до 80-120⁰С из резольных порошков или до 100-150⁰С новолачных порошков. Подогрев производится в термостатах токами высокой частоты или контактным подогревом.

Предварительный подогрев позволяет уменьшить время выдержки в пресс-форме на 50-60%, повысить текучесть материала, снизить удельное давление на 20-80%, ускорить замыкание пресс-формы, уменьшить ее износ, повысить равнопрочность, физико-механические и диэлектрические свойства готовых изделий.

Режимы подогрева различных пресс-материалов неодинаковы. На установке ТВЧ таблетки нагревают за 5-50с, но за это время не обеспечивается равномерность нагрева таблеток, при этом коэффициент использования тепла составляет 3-6%.

Более рационален контактный метод нагрева, при котором таблетки помещают между двумя плитами, подогреваемыми до 100-120⁰С.

Прессование. Этот процесс производится в металлических формах (пресс) с одной или несколькими формующими полостями. Пресс-форма состоит из матрицы и пуансона. Под воздействием тепла и давления пресс-материал заполняет формующие полости пресс-формы, приобретая требуемые форму, размеры и шероховатость поверхности.

Различают прессование:

• прямое (компрессионное)

• литьевое (пресс-литье)

• литье под давлением (инжекционное прессование).

Прямое прессование – один из основных способов переработки термореактивных и некоторых термопластических (фторопласт-3, фторопласт–4 и др.) пластмасс в детали.

При замыкании пресс-формы пуансон соприкасается с пресс-материалом, загруженном в матрицу, сжимает его и заставляет растекаться по оформляющей полости пресс-формы, пока не произойдет окончательной посадки пуансона. Время замыкания пресс-формы, соответствует периоду формирования изделия, составляет 5-30с. Для удаления летучих веществ, переминания и прогрева массы производят допрессовку, т.е. поднимают и опускают пуансон 1-2 раза. Допрессовка обязательна при изготовлении толстостенных деталей.

После выдержки пресс-форм в сжатом состоянии до полного затвердевания пластмассы разнимают пресс-форму и извлекают готовое изделие при помощи выталкивателя, располагаемого, как правило, внизу матрицы. Время выдержки указывается в расчете на 1 мм наибольшей толщины стенки детали. Если выдержка будет неполной, требуемые физико-механические свойства пластмассы не будут обеспечены и деталь может покоробиться.

Пресс-форму нагревают электронагревательным элементом. Температура пресс-формы влияет на время выдержки. Для простых тонкостенных деталей она должна быть более высокой, чем для сложных толстостенных. Очень высокая температура может вызвать предварительное отверждение материала. Разъем пресс-формы и выталкивание деталей должны быть плавными, чтобы не деформировать деталь.

Недостаток прямого прессования - быстрый износ пресс-форм, т.к. прессование начинается при недостаточно пластичном материале, и невысокая точность деталей; действительные размеры деталей имеют отклонения от номинальных за счет колебаний усадки различных партий пластмассы.

Точность дозировки влияет на колебание размера по высоте детали; обычно точность размеров в пределах 11-14 квалитета, шероховатость поверхности Rz10- 3,2.

Для прессования термопластических масс в пресс-формах предусматриваются каналы, по которым протекает вода для охлаждения пресс-формы с изделием и отверждения готового изделия.

Литьевое прессование термореакивных, а иногда и термопластичных масс производят для получения деталей сложной формы с тонкой арматурой точностью 10 квалитета и выше.

Литьевое прессование отличается от прямого тем, что прессуемый термореакивный материал загружают не в полость пресс-формы, а в специальную загрузочную камеру. Под действием теплоты от пресс-формы прессуемый материал превращается в вязко-текучее состояние и под действием со стороны пуансона выжимается из загрузочной камеры в полости матрицы пресс-формы через специальное отверстие.

Литьевое прессование позволяет получать детали сложной формы с глубокими отверстиями, в том числе резьбовыми. Возможна установка сложной и тонкой арматуры. В процессе перетекания в литниковых каналах остается часть необратимого пресс-материала. Кроме того, пресс-формы для литьевого прессования сложнее по конструкции и дороже пресс-форм для прямого прессования.

Литье под давлением является высокопроизводительным и эффективным технлогическим способом массового производства деталей из термопластов. Перерабатываемый материал из загрузочного бункера подается дозатором в рабочий цилиндр с электронагревавателем. Расплавленный материал через сопло и литниковый канал попадает в полость пресс-формы и формируется деталь. Для предотвращения перегрева выше 50-70⁰С в процессе литья пресс-форма охлаждается проточной водой. После затвердевания материала пресс-форма размыкается, и готовая деталь с помощью выталкивателей извлекается из нее.

В настоящее время применяют и другие методы получения пластмассовых изделий:

• центробежное литье.

• Экструзия,

• Формовка,

• Штамповка,

• Обработка резанием.

Центробежное литье пластмассовых изделий принципиально не отличается от литья металлических. Центробежные силы прижимают пластичную разогретую пластмассу к стенкам изложницы (формы). Изложница вращается и охлаждается проточной водой. Частота вращения n=2000/√R-δ, где R – радиус отливки, см; δ- толщина стенки, см.

Качество отливки зависит главным образом от выдерживания температурного режима литья. Центробежное литье термопластмасс рекомендуется для деталей типа втулок, зубчатых колес, труб, вкладышей и подобных деталей, в том числе и многослойных. Т.к. воздух снижает физико-механические свойства полиамидов в расплавленном состоянии, то разработан метод центробежного литья в вакууме.

Экструзия заключается в том, что пластмассу заставляется с помощью экструдеров, чаще всего шнекового типа.

Формование – метод образования деталей из термопластов путем соприкосновения листов пластмасс с формообразующими поверхностями штампов, с частичным соприкосновением или без соприкосновения. Перед началом формовки листовой материал очищают от защитного покрытия, промывают от пыли и остатков клея, протирают и нагревают равномерно по всей поверхности до определенной для каждой пластмассы температуры.