7.5. Методы получения изделий из пластических масс

Технология получения изделий из пластических масс представляет собой комплекс процессов, обеспечивающий получение изделий или полуфабрикатов с заданными свойствами на специальном оборудовании. Переработке пластмасс предшествует: проектирование рациональной конструкции изделия и формующего инструмента (формы, головки); выбор оптимального метода переработки; разработка рецептуры материала, наиболее пригодного для данного метода. Переработка включает приготовление материала и подготовку его к формованию (гранулирование, таблетирование), формование изделий и их последующую обработку с целью улучшения свойств готовых изделий.

Процессы переработки пластических масс чаще всего классифицируются по организационно-технологическим признакам, т.е. выделяются подготовительные, основные, завершающие и вспомогательные процессы.

К подготовительным процессам относятся: смешение, таблетирование, приготовление препрегов, предварительный нагрев и сушка, гранулирование.

Основными процессами переработки являются прессование, экструзия, литье под давлением, вакуумное и пневматическое формование.

Завершающими процессами являются механическая обработка и доделка отформованных изделий, сварка и склейка, окрашивание и металлизация и др.

Вспомогательные процессы связаны главным образом с переработкой пластмассовых отходов, образующихся при изготовлении изделий.

В процессе переработки термореактивные материалы (реактопласты) испытывают физико-химические превращения, а термопластичные материалы (термопласты) – в основном только физические, связанные с расплавлением материала и охлаждением изделий.

Требования к конструкции деталей из пластмасс. К пластмассовым деталям предъявляются особые требования конструктивного или технологического характера. Требования конструктивного характера включают мероприятия, способствующие повышению эксплуатационных свойств деталей, а технологического характера – повышению производительности, экономии материалов и удешевлению стоимости.

Пластмассовая деталь по форме должна быть простой и конфигурация детали не должна препятствовать свободному течению расплава при заполнении формы. Это облегчает и удешевляет изготовление оснастки, улучшает качество детали, упрощает технологический процесс.

При изготовлении сложной детали иногда целесообразнее выполнить ее из отдельных элементов, с последующим соединением сваркой, склейкой, при помощи резьбы и другими способами.

Точность размеров деталей из пластмасс, изготовляемых литьем под давлением и прессованием, зависит от колебания расчетной усадки материала, конфигурации и габаритных размеров деталей, способа подготовки сырья, точности и конструкции пресс-формы, технологического режима. Точность деталей характеризуется квалитетом – совокупностью допусков, соответствующих одинаковой степени точности для всех номинальных размеров. Обычно детали из пластмасс изготавливают 12 – 15-го квалитетов точности.

Шероховатость поверхности деталей определяется состоянием оформляющих поверхностей пресс-формы. Обычно допускаемая шероховатость поверхности лежит в пределах 9 – 10-го классов.

При получении деталей методами прессования и литья под давлением предусматриваются технологические уклоны, которые способствуют беспрепятственному выталкиванию детали из пресс-формы. Технологические уклоны внутренних поверхностей должны быть больше уклона наружных поверхностей. Угол уклона для внутренних поверхностей составляет 30′ – 2°, для наружных – 15′ – 1°.

При конструировании деталей необходимо соблюдать условия равностенности, допускаемая разнотолщинность не должна превышать 2:1 для реактопластов при прямом прессовании, 2,5:1 – при литьевом прессовании; для термопластов допускается разнотолщинность от 1,5:1 до 4:1 для малоответственных деталей.

Максимальная толщина стенок деталей из реактопластов равна 8 – 14 мм, а из термопластов – 4 – 5 мм; минимальная толщина стенок для термопластов и реактопластов – 0,3 – 0,5 мм.

Переходы от большого сечения стенки к меньшему выполняют при помощи радиусов закруглений или уклонов, а в цилиндрических элементах при помощи конусности.

Для увеличения жесткости и прочности торцов деталей следует предусматривать на них буртики, оптимальная толщина которых не должна превышать удвоенной толщины стенки. Для этих же целей предусматриваются ребра жесткости, оптимальная толщина которых составляет 0,6 – 0,8 толщины сопрягаемой стенки.

Основы рационального выбора полимерных материалов для проектируемых изделий. Проблема применения полимерных материалов для изготовления изделия требует последовательного выполнения этапов выбора конкретной марки материала, проектирования изделия, проектирования и изготовления технологической оснастки и получения изделия по соответствующей технологии.

В связи с огромным марочным ассортиментом полимерных материалов выбор конкретного материала, наиболее полно удовлетворяющего при данных условиях эксплуатации физико-механическим, теплофизическим, электроизоляционным и другим свойствам изделий, представляет сложную задачу. Рациональный выбор полимерного материала является необходимым условием повышения надежности и сроков службы изделий, а следовательно, и эффективности использования этих материалов.

Успешное решение задачи по рациональному выбору материалов и конструированию изделий возможно лишь при учете различных характерных свойств материалов в зависимости от условий эксплуатации и методов переработки. Необходимо стремиться к наиболее полному использованию возможностей материала при его минимальной стоимости.

При выборе материала учитывают следующие основные критерии:

– стоимость материала и себестоимость его переработки в изделие;

– механические свойства (модуль упругости, ударную вязкость, разрушающее напряжение при растяжении, твердость, фрикционные и антифрикционные свойства и др.);

– теплофизические свойства (теплопроводность, коэффициент линейного расширения, температурный диапазон эксплуатации и др.);

– электрические свойства (диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери, электрическая прочность, дугостойкость, удельные объемные и поверхностные сопротивления и др.);

– комплекс специальных требований (токсичность, горючесть, воспламеняемость, влагостойкость, химстойкость и др.).

В зависимости от функционального назначения и условий эксплуатации изделий приведенные критерии должны уточняться с учетом влияния на технологию их получения, их конструкционных свойств и других параметров.

Важнейшими критериями для выбора конкретного материала являются стоимость сырья и себестоимость изготовления изделия. Преимущества использования полимерных материалов становятся очевидными в сравнении со сложными и трудоемкими операциями по изготовлению и сборке металлических изделий. Изделия из полимерных материалов могут быть получены на простой оснастке с применением несложного оборудования и по короткому технологическому процессу, т.е. сокращаются производственный цикл и сроки освоения новых конструкций. Например, взамен трех видов обработки (литье, термообработка, механическая обработка) с большим количеством операций (до 30 – 50) для пластмассы требуется только один вид – формование детали методом пластической деформации. Кроме того, детали из полимерных материалов снижают материалоемкость в связи с малым весом и значительно более высоким КИМ (0,95 – 0,5).

Себестоимость изготовления изделий из полимерного материала зависит, в первую очередь, от объема заказа и технологичности материала, который тесным образом связан с конструктивными и эксплуатационными особенностями изделий, способом их переработки, видом оснастки и перерабатывающего оборудования.

В условиях опытного, единичного производства снижение себестоимости изготовления изделий достигается применением групповых блоков и формовкладышей к ним. При серийном производстве изменение затрат (без учета стоимости сырья) зависит от исходного вида сырья, способа его переработки, массы и сложности конфигурации изделия.

Важная роль при выборе полимерного материала отводится физико-механическим свойствам, зависящим от условий эксплуатации (температура, нагрузка, среда), способа приготовления материалов, методов и режимов переработки, конструкции формы и других параметров.