книги / Технология производства и методы обеспечения качества зубчатых колес и передач

Рис. 8 .2 . Влияние давления впрыска на величину диаметра окружности вершин зубьев da (а) и длину общей нормали W (б) при литье под давлением зубчатых колес из ПОМ (заштрихована зона оптимально­ го давления)[22]

Р ис. 8 .3 . Влияние времени выдержки под давлением ф на величину диаметра окружно­ сти вершин зубьев da (а) и длину нормали W

(б) при литье под давлением зубчатых колес из ПОМ (заштрихована зона оптимального времени выдержки под давлением) [23]

Материалы, методы и технология изготовления зубчатых колес из пластмасс 283

Рис. 8 .6 . Искажение формы литых цилиндрических зубчатых колес, зависящее от конструкции колеса: а — проектная форма колеса; б — фактическая форма колеса; в — ожидаемые отклонения формы отверстия (для d = 4 мм, корпус колеса — 10-кратное увеличение, отклонение формы — 100-кратное увеличение)

Таблица 8.10

Кинематическая погрешность передачи Firи накопленная погрешность шага Fpr при различных параметрах литья под давлением [22]

8.3. Технологическая усадка отливок зубчатых колес

Усадка является интегральным параметром, суммирующим влияние технологических факторов на изменение размеров деталей, ее обычно подразделяют на технологическую и эксплуатационную (дополнительную). Первая характеризует абсолютное или относи­ тельное уменьшение размеров изделия по сравнению с размерами оформляющей полости формы, вторая — их уменьшение по сравнению с первоначальными под действием внеш­ них факторов в процессе эксплуатации.

8 .3 .1 . В лияние технологических ф акторов на усадку

Все изменения в полимерах, обусловливающие усадочные процессы, могут быть опи­ саны на основе энергетического баланса процесса литья под давлением, включающего эта­ пы исходного состояния, изобарного нагревания, изотермического уплотнения и впрыска,

284 Г л а в а 8

охлаждения и конечного состояния [24]. В настоящее время нет надежных аналитических методов определения усадки, и основными факторами при регулировании ее величины и разброса являются технологические параметры процесса переработки термопластов в из­ делия. Поэтому, как правило, ее определяют экспериментально в каждом случае примени­ тельно к технологическим режимам, конструкции детали и литьевой формы, полимерно­ му материалу.

При исследовании зависимости усадки 5 зубчатых колес из полиоксиметилена от температуры формы 7^, и давления лнтья ря получено, что при увеличении 7’|], значе­ ние 5 возрастает, а при увеличении рл — снижается [25]. При величине усадки 1,3-2,1% разброс усадки составляет около 0,4%, а при правильном выборе режимов литья снижает­ ся до 0,15% [26]. С увеличением толщины стенки от 6 до 14 мм усадка возрастает на 23-42% [27]. При исследовании зависимости усадки 5 по диаметру вершины зубьев d„ и размеру по роликам М от давления р п и времени выдержки под давлением tnil отмечено су­ щественное уменьшение S при увеличении tlw и определены оптимальные значения рл и tm для получения da \\M n пределах допуска [28].

Большое влияние на величину усадки оказывает толщина стенки зубчатого колеса. Усадка возрастает с увеличением толщины стенки. На ее величину влияют также форма н размер поперечного сечения впускного литникового канала. При увеличении поперечного сечения впуска усадка уменьшается (рис. 8.7).

Усадка пластмассовых зубчатых колес анизотропна, причем анизотропия возрастает с увеличением толщины стенки отливки и площади поперечного сечения впускного литни­ ка. При относительно малой толщине стенки отливки (-5 мм) поперечная усадка (изме­ ряемая перпендикулярно направлению течения расплава) составляет 92-98% продольной усадки (в направлении течения расплава); при отливке пластмассового зубчатого колеса с большой толщиной стенки она составляет 70-89% от продольной усадки (табл. 8.11); около 50% ее изменения зависит от давления впрыска и температуры формы (рис. 8.8): усадка снижается при увеличении давления впрыска и уменьшении температуры литье­ вой формы.

Рис. 8 .7 . Влияние размера поперечного сечения А на усадку пластмассового зубчатого колеса в направлении потока расплава [22]: 1 — размеры питателя 2 x 1 = 2 мм2; 2 — 4 x 1 = 4 мм2; 3 — 6 x 2 = 1 2 мм2; 4 - 7,8 х 4 = 31,2 мм2

Материалы, методы и технология изготовления зубчатых колес из пластмасс 285

Таблица 8.11

Влияние размерои поперечного сечения впускного литника на усадку [29]

Примечание. А — площадь поперечного сечения впускного литникового канала; 5,/5и —отноше­ ние усадки, измеренной в перпендикулярном и параллельном направлениях по отношению к течению расплава.

Повышение температуры материального цилиндра приводит к уменьшению усадки пластмассового зубчатого колеса с малой и средней толщиной стенки. На рис. 8.9 приве­ дены данные одновременного влияния давления впрыска, температуры формы и размера поперечного сечения впускного литника па усадку вдоль направления течения расплава. Как видно, она уменьшается с увеличением давления впрыска, снижением температуры формы и увеличением поперечного сечения литника. При возрастании температуры фор­ мы влияние размеров поперечного сечения канала на усадку становится несущественным.

Значительное влияние па разброс усадки оказывают температура формы и давление впрыска; даже при стабильных параметрах литья разброс усадки может изменяться в свя­ зи с изменением продолжительности циклов литья в течение рабочей смены и от смены к смене (табл. 8.12).

Рис. 8.8 . Влияние технологических параметров литья под давлением на усадку S0 в направлении потока течения расплаоа для зубчатого колеса с толщиной стенки -5 мм [22] : / - р — давление ли­ тья; 2 - Тп — температура литья; 3 - Тф— температура формообразующей матрицы

Рис. 8.9. Комплексное влияние температуры формы, размера поперечного сечения питателя и давления впрыска на усадку пластмассового зубчатого колеса с толщиной стенки 5 мм в направ­ лении потока расплава [22]; температура формы, °С: а -3 0 ; б — 82; в — 121 (размеры питателя 1 - 0,8 х 0,4 = 0,32 мм2; 2 - 1,6 х 0,4 = 0,64; 3 - 2,4 х 0,8 = 1,92; 4 - 3,1 х 1.6 = 4,96 мм2)

Таблица 8.12

Влияние технологических парамстроп литья на разброс усадки при отливке зубчатого колеса из полиоксимстилена (ш = 0,5 мм, z = 52, Ь - 2 мм)

8 .3 .2 . Зависимость усадки от гео м етр и ч ески х парам етров зубчаты х колес

Влияние размеров колес и их конструкции на усадку. Анализ опытных данных пока­ зывает, что для цельнопластмассовых колес усадка зубчатого венца обычно равномерна и направлена по радиусу, поэтому при расчете матриц можно определять величину усадки на имитаторах колес с гладким цилиндрическим венцом вместо зубчатого. Для армиро­ ванных колес усадка носит более сложный, неравномерный характер, в связи с этим изме­ рения только диаметра колеса после усадки недостаточно. Учет неравномерной усадки зу­ ба необходим также для цельнолитых колес повышенной точности. Например, неодина­ ковая усадка по окружности вершин зубьев и ширине впадины колеса зафиксирована в опытах [30] (рис. 8.10).

Неравномерный характер усадки рекомендуется учитывать, вводя в расчеты наряду с усадкой по окружности вершин зубьев (S„) дополнительные коэффициенты усадки, в ча­ стности по диаметру основной окружности (5Й) и толщине зуба (5,), определяемые по формулам [31]:

(8.1)

Материалы, методы и технология изготовления зубчатых колес из пластмасс 287

Рис. 8 .1 0 . Взаимосвязь между коэффициентом усадки по окружности вершин зубьев Sa, про­ фильным углом а и усадкой по ширине впадин Se: а - а = f(Sa); 6 - S e = f{Sa) (т = 0,5 мм, а = 20 °С, * = 5 2 ,х = 0;Ь = 2м м ); 7 - S a = Se;2 - S a > 0 ;S e = 0 ;3 - S a > 0 ;S e* 0

Усадка армированных зубчатых колес увеличивается с ростом диаметра зубчатого колеса (толщины венца). Плавные кривые (рис. 8.11) достаточно точно аппроксимиру­ ются зависимостью S = а + b In(da - dh). При исследовании зависимости коэффициентов усадки Sa, Sb, Ss от диаметра колеса (числа зубьев) установлено, что параметрами, отра-

Рис. 8 .1 1 . Зависимость коэффициентов усадки Sg от диаметра зубчатого колеса da. Материал: 7 — полиамид марки ПА 61ОВСМ (дисульфид молибдена, 30% стекловолокна); 2 — полиамид мар­ ки ПА 6ВСУ (30% стекловолокна); 3 — сополимер формальдегида с диоксиланом марки СФД-ЗОС (30% стекловолокна); 4 — АТМ-2 — вторичный полиамид ПА 6 (графит, термоантрацит); 5 — сопо­ лимер формальдегида с диоксиланом марки СФД-ДМ (дисульфид молибдена); 6 — сополимер формальдегида с диоксиланом марки СФД-Б

288

Дрb = nd*b (Sa - S h) / z .

Фактические отклонения основного шага по сравнению с радиальной моделью усадки возрастают при увеличении z за счет того, что усадка по профилю зуба становится мень­ ше, чем по диаметру вершин зубьев.

Зависимость усадки от геометрических параметров зубчатых колес. Исследование зависимости усадки от геометрических параметров зубчатых колес методом множествен­ ной регрессии [31] позволило оценить влияние геометрических параметров m u z на вели­

Уравнения (8.4) и (8.5) характеризуют отличие фактической усадки от радиальной рав­ номерной усадки в зависимости от геометрических параметров колес. Видно, что наиболее значительным фактором, влияющим на параметр Ss, является число зубьев, а на параметр (Sa ~ $ь) — модуль зацепления. Графическая интерпретация уравнений дана на рис. 8.13.

Рис. 8 .1 3 . Зависимость коэффициента усадки Ss (а) и Sg- Sb (б) от геометрических параметров литых зубчатых колес