213

Лекционный курс

по дисциплине:

«Основы конструирования изделий и средств технологического оснащения»

Составитель:

к.т.н. Ногачева Э.Р.

Раздел 1. Общие принципы конструирования пластмассовых изделий

Тема 1.1. Схема процесса конструирования.

Роль формующего инструмента и оснастки в техническом прогрессе технологии переработки пластмасс и композитов, в освоении нового ассортимента. Этапы конструирования оснастки. Схема процесса конструирования технологичной детали.

Формующий инструмент

Формующий инструмент – основной автономный рабочий орган оформления изделий оборудования, перерабатывающего пластические массы и резиновые смеси. Его проектируют отдельно под определенное изделие, но обязательно с учетом конструктивных и технологических параметров оборудования. В зависимости от метода переработки пластмасс и резиновых смесей различают следующий формующий инструмент: формы для прямого и литьевого прессования, формы для литья под давлением и экструзионные головки.

Проектирование формующего инструмента выполняют с учетом особенностей технологических свойств материала изделия. Высокое и стабильное качество изделий при относительно низкой себестоимости, частая смена номенклатуры изделий достигаются при комплексном подходе к проблемам конструирования и изготовления изделия, формующего инструмента.

Этапы конструирования оснастки

Оснастка - важнейшая часть оборудования для переработки пластмасс в изделия. При переработке пластмасс методами эк­струзии, литья под давлением, компрессионного и литьевого прессования качество изделий и их прочностные характери­стики во многом зависят от правильного выбора геометрии формующей полости и подводящих каналов технологической оснастки перерабатывающей машины — профилирующих ин­струментов экструдеров (экструзионных головок), литьевых форм и пресс-форм.

Первый этап – проектирование изделия. Проектируя то или иное изделие конструктор по комплексу предъявляемых эксплуатационных требований назначает и указывает в чертежах наиболее подходящий для изготовления этого изделия материал. Технологические ограничения, накладываемые, например, на форму изделия (а это для пластмассовых изделий очень существенно и специфично), чаще всего на этом этапе оказываются практически неучтенными, что может быть связано в значительной мере с некомпетентностью конструктора в области переработки пластмасс.

Второй этап – подбор оборудования. Специалист технического отдела этого предприятия, знакомый как с оборудованием, так и с технологией переработки пластмасс, спецификой технологии изготовления и эксплуатации формующего инструмента, получив рабочий чертеж изделия, в первую очередь должен определить, возможно ли его изготовление на имеющемся в наличии оборудовании (возможна ли на нем переработка конкретного типа материала, достаточны ли мощность, габариты оборудования и др.).

При этом обсуждается вопрос о том, можно ли, в принципе, сконструировать инструмент для предложенной в чертежах конфигурации изделия (если нет, то специалист технического отдела может дать общие рекомендации о ее изменениях). Если конструкция формующего инструмента принципиально возможна, то здесь же решают, изготовит ли его сам заказчик или предприятие, принимающее заказ на выпуск изделия, в собственном инструментальном цехе (если оба варианта не реальны, то поиском изготовителя формы должен заняться заказчик изделия).

Третий этап – конструирование формующего инструмента – является самым ответственным. Если принимаемые на предыдущих этапах решения не влекут за собой каких-либо значительных материальных затрат и в связи с этим последующие корректировки и изменения этих решений практически безболезненны, то ошибки, допущенные при конструировании формующего инструмента, воплощаются в реально изготовленном инструменте и, как правило, могут быть обнаружены уже только после того, как инструмент установлен на машину и начаты его промышленные испытания. Возможные материальные потери при этом значительны, так как только стоимость изготовления формующего инструмента часто превышает 8-1 0 тыс. руб., кроме того резко удлиняется период запуска детали в производство из-за исправления ошибок в конструкции и нового исполнения инструмента.

Ошибки, допускаемые при конструировании формы, могут носить различный характер. Во-первых, те или иные элементы конструкции формующего инструмента могут быть спроектированы без учета особенностей процессов, протекающих во время формования полимера, и специфики его технологических свойств. Во-вторых, конструкция какой-либо детали инструмента может оказаться трудно осуществимой (или ее вообще нельзя изготовить на имеющемся оборудовании). В-третьих, спроектированный инструмент может оказаться „несопрягаемым" с соответствующей перерабатывающей машиной (например, ход выталкивателя пресса меньше, чем требуемый ход системы выталкивания пресс-формы). Во избежание этих ошибок конструктор формующего инструмента помимо активного владения общими принципами и навыками конструирования должен иметь знания в области оборудования в технологии переработки пластмасс.

Четвертый этап – изготовление инструмента.

Пятый, заключительный этап – испытания формующего инструмента при работе его на перерабатывающей машине, а затем - его промышленная эксплуатация. В этом принимают участие технолог цеха по переработке пластмасс и механик цеха по оборудованию. Первый отвечает за контроль качества сырья и готовой продукции, наладку и контроль технологических режимов формования, а второй - за поддержание оборудования в рабочем состоянии. Каждый из этих специалистов должен обладать знаниями в области технологии переработки, оборудования и формующего инструмента.

Конструктор должен искать и реализовывать в чертежах оптимальные варианты, а это связано с необходимостью комплексно решать в большинстве случаев проблемы:

- термостатирования (обеспечения однородности температурных полей в формующем инструменте и экономного расхода энергии);

- гидродинамики заполнения формующей полости материалом (учета скоростных факторов для обеспечения наибольшей производительности работы инструмента и ориентации материала, влияющей на качество изделий и т. д.);

- прочности (обеспечения рациональной материалоемкости формующего инструмента, учета опасных напряжений в наиболее нагруженных элементах);

- взаимозаменяемости и точности (обоснованного выбора долговечных посадок и оптимальных квалитетов размеров, в первую очередь - размеров сопрягаемых элементов, степеней точности, допускаемых отклонений от правильной геометрической формы, классов шероховатости поверхностей, номинальных исполнительных размеров формующей полости);

- надежности и долговечности работы (кратковременной – в течение каждого технологического цикла, длительной – планируемой на весь период выполнения программы выпуска изделий);

- безопасной эксплуатации; патентной экспертизы и чистоты. Необходимая глубина решения этих проблем определяется уровнем требований, предъявляемых к качеству изделий, и объемом их производства.

В настоящее время, для облегчения процесса конструирования оснастки используется система автоматизированного проектирования (САПР), которая основан на применение компьютерных программ.