книги из ГПНТБ / Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие

Матрицы для прессования изделий из" пластмасс могут быть как цельными, так и разъемными. Пресс-формы бывают открытые

точная дозировка материала, так как при плоском замыкании име­ ется возможность его выхода из рабочей полости. Эти пресс-формы преимущественно применяются для формовки термопластичных материалов, отходы которых используются при последующих фор­ мовках.

Рис. 293. Схема литьевого прессования:

а — пресс-форма открыта; б — пресс-форма закрыта; в — пресс-форма

Поршневые пресс-формы требуют точной дозировки материа­ ла. Обычно они применяются для формования деталей из термо­ реактивных пластмасс. Для комбинированных пресс-форм не тре­ буется такой точности, как для поршневых, и, кроме того, долго­ вечность их значительно выше.

Для нагрева пресс-форм используют перегретый пар давлени­ ем 4—9 ати, горячую воду, газ (сжигаемый в камерах пресс-форм), электрический ток (сопротивление), токи высокой частоты и горя­

490

чее масло. Повышения производительности достигают предвари­ тельным подогревом пресс-материала до температуры его затверде­ вания. Для прессования используются гидравлические и механиче­ ские прессы как простого, так и двойного действия. Удельное дав­ ление прессования в зависимости от рода материала изделия 200—600 кГ/см2.

Формование при низком давлении и в вакууме. Для изготов­ ления крупногабаритных деталей из композиций на основе эпоксид­ ных, полиэфирных и фенольных смол, способных затвердевать при

Рис. 295. Прессование под низким давлением:

Синтетическая смола предварительно подвергается частичной полимеризации, достаточной для затвердевания в течение 1—2 ч при введении в нее катализаторов. В качестве пресс-материала обычно используются волокно или ткань (хлопчатобумажная, стек­ лянная, синтетическая и др.), пропитанные смолой.

Формы для формования' изделий при низком давлении (рис. 295, а, б) изготавливают из гипса, бетона, дерева, полимерных материалов и легкоплавких металлов. Формующим силовым эле­ ментом является эластичный баллон 1 из резины или из полимерно­ го материала, в который под давлением 8—12 ати подается воздух, вода или масло. Пресс-форма 3 нагревается до 80°. После затвер­ девания газ или жидкость из баллона выпускается и извлекается изделие 2. При вакуумном формовании (рис. 295, в) форма с ис­ ходным материалом помещается в баллон, из которого затем выка­ чивается воздух. Под действием атмосферного давления баллон прижимает пресс-материал к форме, способствуя получению тре­ буемой конфигурации изделия и его отвердеванию.

Плитовое прессование. Методом плитового формования по­ лучают листы и плиты, а также детали более сложной формы (втул­ ки подшипников скольжения, заготовки шестерен и др.) из пласти­ ков со слоистыми или мелкокусковыми наполнителями. Плитовым

491

методом прессуют текстолит, асбестотекстолит, гетйнакс, лигнофоль (древеснослоистый пластик) и др.

Для изготовления слоистых пластиков наполнители пропиты* ваются связующей смолой и укладываются на плитах или формах, соответствующих конфигурации детали, затем заготовки устанав­ ливают на пресс, нагревают и прессуют. Температура прессова­

вой ткани и бумаги. Для прессования материала на основе стекло­ ткани применяют давление 20—50 кГ/см2. Время прессования 4—5 ч.

Прессование производится на гидравлических прессах различ­ ных конструкций. Наибольшая производительность достигается на этажных прессах, у которых на нескольких плитах одновременно устанавливается много заготовок.

Количество наполнителя зависит от толщины материала и сте­ пени его уплотнения. Содержание смолы в тканевом и бумажном наполнителе составляет 30—55%, в древеснослоистых пластиках — 15—20%.

Литье под давлением. Этим методом в основном формуются изделия из термопластичных материалов (полиэтилена, полиами­ дов, полистирола и др.), но иногда его используют для получения деталей и из термореактивных материалов.

Исходный материал с пластификатором загружается в бункер 1 литьевой машины (рис. 296), из которого он определенными доза­ ми поступает в нагнетательный цилиндр 2. В цилиндре материал нагревается нагревателями 4. Нагнетательным поршнем 3 разогре­ тый материал через переходник 6 подается в пресс-форму 7. Для лучшего перемешивания и прогрева материала в нагнетательном цилиндре имеется обтекатель 5. Термопластичные материалы в на­ гнетательном цилиндре нагреваются до температуры размягчения и течения, а термореактивные — до температуры, несколько мень­ шей температуры отвердевания. Окончательный нагрев происхо­ дит при прохождении через переходник.

492

При конструировании пресс-форм учитывается усадка матери­ ала при затвердевании. У кристаллических полимеров (полиэтиле­ на, полиамидов и полихлорвинила) усадка довольно высока: в за­ висимости от ориентировки кристаллов она может доходить до 2%. Усадка аморфных материалов сравнительно невелика (0,4—0,6%)

иодинакова во всех направлениях.

Втиповой пресс-форме для литья пластмасс под давлением (рис. 297) гнезда для формовки двух деталей образуются двумя

плитами 1 и 2, взаимная центровка которых осуществляется на­ правляющими пальцами 3. Материал поступает через главный пи­

тавливают не только детали различ­ ной конфигурации, но и профильные заготовки, в частности трубы.

При этом применяются специальные приставные головки. Экструзия. Экструзионным формованием изготавливают тру­

бы, листы, пленки и различные профили. Этот метод основан на вы­ давливании полимерного материала из цилиндра (экструдера) че­ рез насадку, имеющую профильное отверстие (рис. 298). Насадки для производства труб имеют дорн, образующий выходное отвер­ стие в виде кольцевой щели.

Исходный материал в виде порошка или гранул с пластифика­ тором загружается в бункер 1, из которого шнеком 3 подается к насадке. Шнек, вращающийся со скоростью 80—100 об/мин, пере­ мешивается и уплотняет материал. Уплотнение происходит за счет

рого к выходу возрастает. Нагрев цилиндра производится паром или горячей водой. Для предотвращения налипания материала на шнек последний охлаждают проточной водой. После выхода из на­ садки прессованный профиль охлаждается воздухом или водой.

Имеются экструдеры, в которых материал нагревается за счет трения о стенки цилиндра, о поверхности шнека и трения друг о друга частиц материала. Скорость вращения шнека в этом случае

около 1000 об/мин.

Различные профили и трубы образуются непосредственно в наса'дках экструдера. Для получения пленок образовавшуюся трубу на выходе из насадки не охлаждают, а раздувают сжатым возду­ хом (0,2—0,3 ати). При этом происходит продольная и поперечная

493

вытяжка материала. Раздутая труба поступает в специальные валки, обжимающие ее в пленку.

Обработка давлением. Давлением обрабатывают листовые пластмассы в холодном и горячем состоянии. Обработка пластмасс давлением в силу особенностей их термомеханических свойств не­ сколько отличается от обработки металлов.

Разделительные операции можно производить как в холодном, так и в горячем состоянии. В зависимости от требований к каче­ ству среза, от конфигурации детали и ее толщины применяют подо­ грев только материала, только инструмента, а также материала и инструмента.

путем. Например, установлено, что оптимальная температура вы­ рубки-пробивки гетинакса 100—125°, текстолитов 80—90°, стеклотекстолитов 70—90°. Винипласт, целлулоид, полиэтилен и анало­ гичные им материалы штампуют без подогрева. Штампы нагрева­ ются до 70—110°.

. Для предотвращения обламывания и образования трещин по линиям среза разделительные операции часто производят с прижи­ мом. Зазоры между пуансоном и матрицей в штампах для вырубкипробивки листовых пластмасс принимаются меньшими, чем при аналогичных операциях обработки металлов. Резка листов пласт­ масс производится на ножницах с параллельными ножами.

Вырубка деталей из пластмасс сопровождается пружинением материала. При этом наружные размеры детали получаются боль­ ше размеров матриц, а размеры отверстий — меньше размеров пуансонов.

При раскрое листового материала следует учитывать меньшую прочность и большую пластичность пластмасс по сравнению с ме­ таллами. Это прежде всего указывается на размерах перемычек. В зависимости от размеров и формы вырубаемых деталей величина перемычек для хрупких пластмасс составляет 1—3 толщины листа, для упругих 1 —1,5 толщины листа.

Гибкой формуются детали в основном из термопластичных материалов, а также из - термореактивных на основе медленно отвердевающих смол. В последнем случае гибка должна быть. произведена до окончательного отвердевания смолы. Перед гибкой материал нагревается: текстолит до 150— стеклопласт до 220—230°, пластифицированный полихлорвинил до 130—150° и т. д. Мелкие детали гнутся в штампах, крупные — вручную по шаблону.

Отбортовка пластмасс производится также, как и листового ме­ талла.

Вытяжку и формовку листовых пластмасс производят двумя способами — при соприкосновении материала с рабочими поверх­ ностями матриц и'пуансонов и без соприкосновения или с частич­ ным соприкосновением. В первом случае схема операции такая же, как и для металлов. Отличие заключается в нагреве материала

494

перед вытяжкой до температур таких же, как и при гибке, а также в величинах технологических параметров (коэффициент вытяжки, скорость обработки и др.).

Вытяжку и формовку производят давлением жидкости или воз­ духа и вакуумом. При гидравлическом формовании (рис. 299) давление жидкости в гидравлической камере 1 равномерно переда­ ется на заготовку, которая принимает форму матрицы 2, закреплен­ ной в подушке 3. Между заготовкой и гидравлической камерой ук­ ладывают эластичную прокладку. Недостатком этого метода яв­ ляется невысокая производительность.

Рис. 299. Гидравлическое формование

При формовании деталей из тонкостенных материалов дав­ ление жидкости может быть заменено давлением воздуха. При ва­ куумном формовании (рис. 300) заготовка предварительно фор­ муется жестким пуансоном. Для такого формования достаточен вакуум до 25 мм рт. ст.

К формообразующим относится операция выдувания (рис. 301), заключающаяся в том, что плоская или объемная заготовка

Рис. 300. Вакуумное формование:

а — предварительная вытяжка пуансоном; 6 — формование сжатым воздухом; 1 — пуансон; 2 — термостат; 3 — нагреватель; 4 — держ атель; 3 — форма; 6 — воздухоотводящий канал, 7— уплотнение; « — сборная кам ер а; 9 — отверстие для выхода воздуха

выдувается воздухом и приобретает конфигурацию внутренней по­ лости пресс-формы. Пресс-дутью подвергаются полиэтилен, поли­ стирол и другие материалы с аналогичными свойствами.

495

Обработка резанием. Характерным для обработки пластмасс резанием является быстрое затупление инструмента, что объясня­ ется малой теплопроводностью полимерных материалов, вызываю­ щей перегрев режущего инструмента, а также различной стойкостью материала инструмента при обработке смол и наполнителей. Из-за водопоглощаемости некоторых материалов нельзя использовать

Рис. 301. Схема выдувания:

а — заготовка в пресс-форме; 6 — изделие готово; / — пресс-форма; 2 — заготовка; 3 — основание

для охлаждения инструмента воду и водные эмульсии. Для обра­ ботки резанием пластмасс применяют инструмент из твердых спла­ вов или быстрорежущей стали. Применять инструмент из углеро­ дистой стали рекомендуется только при обработке материалов без наполнителей.

Невысокая прочность пластмасс при растяжении, особенно при повышенных температурах, обусловливает необходимость очень острой заточки режущего инструмента. При работе затупленным инструментом вырываются частицы материала, в результате чего обрабатываемая поверхность имеет шероховатости. Для повыше­ ния чистоты поверхности обработку ведут на высоких скоростях при малых подачах.

При механической обработке пластмасс образуется много пыли. В результате нагрева из многих материалов выделяются газы, часто вредные для здоровья. Поэтому места механической обработки'полимеров должны быть оборудованы местным отсосом воздуха, а помещение — вытяжной вентиляцией.

496

Табл. 21. Режим механической обработки пластических масс

Режим различных видов обработки резанием определяется прежде всего материалом режущего инструмента (табл. 21).

При точении для уменьшения трения о материал боковую по­ верхность резцов делают изогнутой.

Фрезерование рекомендуется производить червячными фреза­ ми с углом наклона винтовой линии 30—80°. При обработке слоис­ тых материалов применяют попутное фрезерование, что предотвра­ щает расслоение пластика.

Сверление выполняется спиральными сверлами, угол заостре­ ния которых зависит от обрабатываемого материала и диаметра отверстия. Для охлаждения инструмента и выноса стружки часто в отверстие подают сжатый воздух. При сверлении хрупких матери­ алов выкрашивания избегают предварительным кернением и зенкованием сверлом с большим диаметром.

Наиболее трудной операцией является нарезание резьбы в от­ верстиях из-за перегрева инструмента и сложности удаления струж­ ки. Метчики для работы с пластмассами должны быть изготовлены из твердых сплавов или из сталей с азотированием или хромирова­ нием рабочих поверхностей.

Сварка. В зависимости от пластичности в нагретом состоянии сварку производят с применением или без применения присадочного материала. Без присадочного материала сваривают пластмассы, приобретающие высокую пластичность в нагретом состоянии (по­ лиэтилен, пенопласт, полиамиды, оргстекло и др.). Присадка при­ меняется при сварке пластма'сс, обладающих ограниченной плас-

тичностыо при нагревании (винипласт) или лишь размягчающихся

внезначительной степени (фторопласт-4).

Взависимости от источника тепла и способа его подведения к свариваемым деталям различают следующие виды сварки: 1) кон­ тактная, основанная на нагреве материала соприкосновением его с нагревателем; 2) радиационная, при которой нагрев осуществляется теплом, излучаемым радиатором (облучателем); 3) фрикционная, основанная на нагревании материала за счет тепла, выделяемого

Рис. 302. Роликовая сварка (а) и сварка горячим клином (б)

прй>рении свариваемых деталей; 4) токами высокой частоты или ультразвуком-, 5) в струе горячего газа или воздуха.

При роликовой сварке (рис. 302, а) нагрев производится на­ гревателем 1, перемещающимся вдоль свариваемой поверхности шва 3. Нагретые участки сжимаются роликом 2. Этот способ произ­ водителен и легко поддается автоматизации.

Особо высокой производительностью отличается сварка горя­ чим клином (рис. 302, б). Клин 1, нагретый до температуры 340—390°, находится между свариваемыми пленками 2, которые скользят по нему и нагреваются до 200°. У острия клина пленки сжимаются в валках 3 и свариваются в лист 4.

При радиационной сварке свариваемые детали нагреваются за счет тепла радиатора, а затем сжимаются и выдерживаются до за­ твердевания шва (рис. 303). Трубы 2 определенное время выдержи­ ваются у электрического радиатора 1, а затем сжимаются до ббразования шва 3.

Фрикционная сварка применяется для соединения Деталей, имеющих форму тел вращения.

С применением токов высокой частоты производят сварку по­ лимерных материалов, диэлектрическая проницаемость которых вы­ ше трех. Заготовки помещают между электродами, которые явля­ ются пластинами конденсатора, соединенного с источником тока высокой частоты. Выделяемое при этом тепло пропорционально диэлектрической постоянной свариваемого материала. Равномер­

4б8

ный прогрев при высокочастотной сварке обеспечивает высокое ка­ чество шва.

Широко распространена сварка пластмасс в струе горячего воз­ духа или реже газа — кислорода или азота. Этот процесс (рис. 304) похож на газовую сварку металла. Струя горячего газа из нагрева­ теля 1 направляется на края свариваемых заготовок 3 и 4 (края должны быть обрезаны так, чтобы при закреплении свариваемых деталей между ними образовалась канавка). Канавка при сварке заполняется присадкой плавящегося прутка 2.

Сварка пластмасс имеет ряд особенностей по сравнению со сваркой металлов. Малая теплопроводность пластмасс затрудняет их равномерный прогрев до требуемой температуры. При недосмот­ ре возможен перегрев наружных участков материала до разложе­ ния, в то время как внутренние участки, расположенные вдали от источников тепла, могут быть недостаточно прогреты. Особенностью сварки полимерных материалов является деформация свариваемых деталей. Для предотвращения ее заготовки необходимо достаточно прочно закреплять.

Нанесение покрытий. Полимерные материалы широко применя­ ются в качестве покрытий для деталей из металлов, стекла, дере­ ва, ткани, бетона, бумаги и др. Целью покрытий может быть анти­ коррозийная защита, повышение кислотоили щелочестойкости, улучшение внешнего вида, увеличение износостойкости и др.

Прочность сцепления полимерного покрытия с поверхностью детали зависит как от способа нанесения и свойств полимера, так и от материала детали. В порядке возрастания адгезии с полимера­ ми металлы можно расположить в следующий ряд: свинец, цинк, медь, бронза, латунь, алюминий, чугун, сталь.

Наиболее распространены следующие способы нанесения по­ крытий; огневое напыление, нанесение готовых пленок, погружение в жидкий или пастообразный материал и спекание.

Огневое напыление обеспечивает высокое качество и долговеч­ ность покрытия. Полимерный материал в виде порошка или рас­ плавленной массы в струе воздуха (кислорода) и пламени направ­ ляется на покрываемую поверхность, которая предварительно про­ гревается пламенем напыляющего пистолета или специальной горелки (если покрытие наносится на деталь большого размера) до температуры 200—280°.