литература / Konstruirovanie_plastmassovykh_izdeliy_dlya_litya_pod_davleniem

работе с новыми или незнакомыми материалами, проектировании изделий сложной геометрической формы или отдельных нагруженных, несущих деталей — на практике требуется узнать реальные усадочные характеристики пластмассы, оценить возмож­ ности выдерживания допусков размеров и т. д. Отмеченное в равной степени относит­ ся к двум группам прототипов: точным факсимильным копиям изделий (для оценки внешнего вида и в других прикладных целях) и технологическим (полученным в опыт­ ной литьевой форме для оценки процесса и некоторых свойств отливок [1,2]).

Современные программные продукты CAD/САМ/САЕ-систем позволяют анали­ зировать процессы заполнения литьевой формы, ее охлаждения, усадки и коробле­ ния отливок и т. д., дают ответы на вопросы, которые раньше можно было получить только после выполнения пробных циклов литья [3]. Компьютерная модель изделия позволяет получить информацию о расположении линий спая, потенциально слабых местах конструкции и наличии воздушных ловушек, склонности к короблению и воз­ никновению внутренних напряжений в отливке (см. главу 2). Она помогает оптими­ зировать разработку технологического процесса и выбирать рациональные варианты конструкции изделия. Использование программных продуктов для анализа снижает, как минимум, необходимость изготовления большого числа модификаций конкрет­ ного формующего инструмента. Но прототипы позволяют решать не только аналити­ ческие прогнозные, но и насущные задачи производства, значительно ускоряя произ­ водственный цикл изготовления изделий, максимально способствуя обеспечению качества готовой продукции.

Существует много технологий изготовления прототипов пластмассовых изделий. Конкретный их выбор зависит от размеров изделий, средств и времени, которыми располагают разработчики, а также от того, насколько близки эксплуатационные ха­ рактеристики прототипа и готового изделия. К основным технология изготовления прототипов относятся:

•механическая обработка;

•фотополимеризация;

•стсреолитография;

•лазерное спекание порошковых материалов;

•послойное наложение расплавленной полимерной нити;

•склеивание (ламинирование) слоев;

•литье в эластичные силиконовые формы;

•литье под низким давлением;

•создание твердотельных объектов с помощью принтеров;

•изготовление моделей из вспененных пластмасс;

•литье прототипов в опытных формах.

Практически по любой из перечисленных технологий может быть получен прото­ тип, модель, имеющие качественный внешний вид. Но реальную информацию о тех­ нических характеристиках изделия, его пригодности для изготовления литьем под давлением в массовом производстве и о соответствии заданным допускам на разме­ ры предоставляет наиболее полно литье в опытной форме. Химические, термомеха­ нические, электрические и размерные характеристики отливок зависят от процесса переработки. Это означает, что точная оценка технологического процесса возможна,

Таблица 5.1. Окончание

328 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Рис. 5.2. Обработка прототипа пластмассового изделия на станке с ЧПУ

•На всех операциях механической обработки необходимо стремиться к устранению внутренних напряжений, которые возникли при изготовлении заготовки и могут привести к изменению размеров со временем или при повышении температуры.

•Тепло, возникшее в пластмассовой заготовке в процессе ее обработки, не рас­ сеивается так же быстро, как в металлах, и поэтому может быть достигнута темпе­ ратура, соответствующая размягчению материала. Однако применения агрессив­ ных охладителей следз^ет избегать, поскольку они способствуют возникновению трещин. Такие методы охлаждения как обдув воздухом, водяной туман (или распыленная вода), мыльные водяные растворы и водорастворимые масла, так­ же должны применяться с осторожностью. Охлаждение сжатым воздухом из­ бавляет от необходимости чистки прототипа после механической обработки.

•При фиксации заготовки перед обработкой очень важно убедиться, что локаль­ ные деформации, напряжения в ней отсутствуют. В некоторых случаях могут потребоваться специальные зажимы. Иногда для закрепления пластмассовых заготовок используется скотч-лента.

•Для непродолжительной обработки на станках допускается использование обычного инструмента; для длительной обработки рекомендуются алмазный инструмент или из карбида вольфрама. Инструмент должен быть всегда очень

острым. Все контактные поверхности должны быть тщательно отполированы. Пластмасс, которые рационально подвергать механической обработке, довольно мало; это полиформальдегиды (ПФ), полиамиды (ПА), иоливинилхлориды (ПВХ). поликарбонаты (ПК), АБС-пластики, некоторые другие высокотемпературные мате­ риалы, обладающие высоким модулем упругости, например, иолиимиды и армиро­ ванный фенолоформальдегидный слоистый пластик. К сожалению, прототипы.

полученные механической обработкой или собранные из деталей, полученных меха­ нической обработкой, не дают сведений о влиянии на качество изделия технологи­ ческих факторов и режимов [4, 5]. Свойства таких прототипов будут отличаться от свойств отливок, даже если они изготовлены из одного и того же базового материала, с тем же набором добавок, с одинаковой молекулярной массой, морфологией и сте­ пенью ориентации. Иногда допускается изготовление прототипа изделия механи­ ческой обработкой пластины, полученной литьем под давлением или литьевым прес­ сованием из материала, который будет использоваться для производства изделия. Но и в этом случае степень ориентации, линии спая, характеристики поверхности, а также другие эффекты, возникающие в процессе переработки, не будут эквивален­ тны тем, которые характерны для серийных изделий [5].

Прототипы, изготовленные механическим обработкой, могут быть как дорогими, так и дешевыми — это зависит от их сложности, требуемого качества и необходимого количества.

В некоторых случаях, например, когда прототип служит мастер-моделью для из­ готовления опытной литьевой формы, он необходим в единственном экземпляре, поэтому механическая обработка — наиболее подходящий вариант. Для простых из­ делий может оказаться рентабельным изготовление механической обработкой де­ сятка прототипов (до получения прототипа приемлемого качества), в то время как для сложных изделий изготовление механического обработкой даже двух прототи­ пов неприемлемо по экономическим причинам.

Станки с ЧПУ и компьютерные С/Ш-системы помогают снизить производствен­ ные затраты на изготовление прототипов изделий, имеющих сложную геометриче­ скую форму, например, модель протеза (рис. 5.3). Но все же могут потребоваться значи­ тельные производственные затраты на установку, фиксацию, а также ручную чистовую обработку каждого прототипа изделия по отдельности. Метод механической обработ­ ки пластмассовой заготовки до сих пор широко применяется для изготовления еди­ ничных прототипов. Эта технология является универсальной, поскольку использует доступное механическое оборудование и промышленные полимерные материалы.

Рис. 53. Модели пластмассовых изделий, изготовленные из цилиндрической заготовки механической обработкой: слева — детали узла привода; справа — модель протеза