литература / Konstruirovanie_plastmassovykh_izdeliy_dlya_litya_pod_davleniem
.pdf
СБОРКА ИЗДЕЛИЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
3 9 3 |
а)
Рис. 6.22. Геометрия крючка может быть изменена, чтобы получить нужные усилия при сборке и разборке
Рис. 6.23. Компоненты из эластомера или вспененного материала используются в соедине ниях с крючками, чтобы снизить требования к допускам на размеры деталей и обеспечить натяг, предотвращающий нежелательное воздействие вибрации
394 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Рис. 6.24. Крючки иногда отливаются отдель но, а затем устанавливаются на другие пластмассовые или метал лические детали
съемного. Крючок (рис. 6.24) крепится к каркасу с помощью самонарезающих вин тов. Использование подобного крючка может упростить техническое обслуживание изделий. Крючки такого типа используются для деталей, изготовленных из очень хрупких полимерных материалов.
б.З.З. Крючки, отлитые под давлением
Использование замковых соединений с помощью крючков позволяет снизить за траты на сборку, но отливать элементы замка вместе с самой деталью довольно слож но. Детали имеют поднутрения, что ставит проблему их съема с литьевой формы. Крючки бывают длинными и узкими, что затрудняет заполнение литьевой формы в процессе литья под давлением.
Крючки располагаются вдоль боковых стенок детали (рис. 6.25). Они могут быть отлиты в простой литьевой форме, состоящей из двух частей.
Рис. 6.25. Необходимость формования крючков может увеличить стоимость и сложность конструкции литьевой формы. В этом случае крючки устанавливаются таким образом, чтобы не потребовалось специальных процедур для выталкивания от ливки из литьевой формы
Изменение конструкции может создать существенные проблемы при выталкива нии деталей. Если самофиксирующийся (обратный угол 90 град) крючок направлен внутрь формующей полости (то есть повернут на 180 град), отливка не может быть извлечена или отделена от полости (рис. 6.26). Поднутрение с обратным углом 90 град фиксируется в формующей полости, и его извлечение невозможно. Иногда
СБОРКА ИЗДЕЛИИ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
3 9 5 |
выталкивание возможно для крючков с величиной обратного угла меньше 90 град (рис. 6.27). Крючки с уменьшенными обратными углами могут быть вытолкнуты из формующей полости, но при этом деталь будет подвергаться воздействию на пряжений растяжения и изгиба. При этом деформация крючка сохраняется, по скольку в момент выталкивания отливка имеет высокую температуру и не обла дает необходимой жесткостью. Следовательно, отливки, выталкивающиеся путем простого приложения тяговых усилий, будут не строго соответствовать допускам на размеры.
Рис. 6.26. Крючки с обратным углом 90°, обращенные внутрь полости литьевой формы, не могут быть вытолкнуты из нее из-за поднутрений, в которые входят выступы крючков. В этом случае необходимы специальные процедуры для выталкивания детали из литьевой формы
Рис. 6.27. Конструкция элеметов замка позволяет вытолкнуть деталь из формующей полос ти простым нажимом. Этот метод больше подходит для деталей из гибких, элас тичных пластмасс
396 |
|
КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
Крючки, выходящие за пределы стенки отливки, не могут быть вытолкнуты из литьевой формы без специальных механизмов. Крючок должен выталкиваться с помощью толкателя (рис. 6.28). Наклонный толкатель является подвижной частью пуансона, освобождающей поднутрения при выталкивании отливки. Потребность в наклонном толкателе существенно влияет на стоимость оснастки, но уменьшает сто имость самой сборки с помощью крючков. В любом случае нужно учитывать, что использование наклонного толкателя будет в какой-то степени ограничивать воз можности конструкции литьевой формы. Ребра, бобышки или уступы не могут быть расположены вблизи толкателя, поскольку он должен свободно горизонтально пере мещаться по поверхности детали в процессе выталкивания (рис. 6.29).
Рис. 6.28. Наклонный токатель используется для выталкивания детали с крючком
Рис. 6.29. Ребра, ступеньки и бобышки не должны располагаться вблизи крючка, так как « будут ограничивать горизонтальное перемещение толкателя
СБОРКА ИЗДЕЛИЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
397 |
Прямые толкатели также должны быть модифицированы, чтобы можно было из готавливать полукруглые крючки (рис. 6.30). Толкатель контактирует с нижней по верхностью детали. В этом случае может понадобиться извлечение отливки вручную или с помощью робота-манипулятора, а также потребуется использование механиз ма двойного выталкивания.
Рис. 6.30. Для извлечения деталей, снабженных скругленными крючками, могут понадо биться толкатели специальной формы
Другие способы упрощения конструкции крючков изображены на рис. 6.31-6.32. Деталь, показанная на рис. 6.31, имеет два крючка, расположенные на основной стен ке. Крючок слева требует использования наклонной подвижной полуформы, а крю чок справа может быть отлит в простой матрице с пуансоном (рис. 6.32). Это приме няют для изготовления элементов корпусов бытовой техники.
Рис. 6.31. Геометрия детали может быть изменена с учетом необходимости извлечения от ливки. Прорези в стенках позволяют отказаться от использования специальных перемещений элементов литьевой формы
398 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Этот метод неприменим при изготовлении «крышек» бытовых приборов, так как прорези на поверхности крышек, как правило, недопустимы. Геометрия крючков, из готовленных таким способом, будет иметь некоторые ограничения (см. рис. 6.32). Боковые стороны крючка должны иметь клиновидную форму, чтобы уменьшить вероятность касания матрицы с пуансоном в процессе смыкания литьевой формы
Рис. 632. Консольный крючок может быть отлит в простой литьевой форме, состоящей из двух частей, без использования специального перемещения ее элементов. Этот метод можно использовать, если конструкция допускает наличие прорези у осно вания крючка
и улучшить течение расплава. Верхняя горизонтальная поверхность крючка (см. рис. 6.32) должна быть параллельна вертикальной стенке, а нижняя горизонтальная поверхность — на усмотрение конструктора — может быть с наклоном. Размеры про рези в детали определяются максимальной шириной крючка, суммой натяга, шири ной уступай величиной уклона, связанной с углом запирания, в другом направлении.
6.3.4. Проектирование замковых соединений
Проектирование замковых соединений не отличается от проектирования любого другого пластмассового изделия. При этом нужно учитывать как эксплуатационные требования, так и возможности изготовления. Особое внимание следует уделять конструкционным требованиями, поскольку 1) элементы замка подвергаются зна* читсльному изгибу в процессе сборки и разборки, 2) элементы замка обеспечивают механическую целостность сборочного узла. Механические и конструкционные ха рактеристики сборочных узлов с использованием замковых соединений должны рассматриваться как часть конструкторского анализа всего изделия (см. главу 4). Простейшим способом такого анализа является рассмотрение элементов замка от дельно от детали. Крючки рассматриваются как штыри с постоянным / переменным
СБОРКА ИЗДЕЛИЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
399 |
поперечным сечением. Классические формулы расчета балок пригодны для расчета крючков, особенно тех, которые находятся на стенке корпуса детали и имеют соотно шение длины к толщине более чем 5:1 [8]. Метод конечных элементов дает более точные значения напряжений и деформаций, вызванных прогибом крючков. Более полный анализ дает возможность оценить прогиб прилегающих участков стенок, вли яние радиусов закруглений (галтелей) и геометрии [8-10].
Расчеты выполняются для определения кратковременных напряжений, возника ющих в процессе сборки и для определения долговременных эксплуатационных ха рактеристик. В последнем случае следует учитывать характеристики ползучести или релаксации напряжений материала, из которого будет отливаться деталь. Кратковре менные характеристики материала обычно используют для анализа изгиба крючка в процессе сборки /разборки.
Изгибы и напряжения крючков, изображенных на рис. 6.33, можно рассчитать по формулам для балок с постоянным или линейно изменяющимся поперечным сечением. На практике крючки с постоянным поперечным сечением используются редко из-за неравномерного расл гределения напряжений по длине. Скошенные крючки
Рис. 6.33. Крючки могут быть скошены по ширине и по толщине. По сравнению с крючками, имеющими постоянное поперечное сечение, скошенные крючки обладают более равномерным распределением напряжений и допускают более высокий изгиб
400 |
КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИИ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
характеризуются более равномерным распределением напряжений по длине и дают возможность значительно увеличить допустимые значения прогиба при максималь ной нагрузке. Это уменьшает вероятность разрушения и дает возможность использо вать поднутрения большей величины.
Чаще всего используют крючки с уменьшающимся на 50 % сечением от места опо ры до конца (рис. 6.34).
Рис. 6.34. Консольные крючки с постоянным прямоугольным поперечным сечением и ско шенные
Рис. 6.35. Когда крючок подвергается нагружению на изгиб, в нем появляются напряжения растяжения/сжатия. Напряжения максимальны на наружных поверхностях в зоне стыка крючка с номинальной стенкой
СБОРКА ИЗДЕЛИЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
401 |
Соотношение между отклонением конца крючка с постоянным прямоугольным поперечным сечением и максимальной деформацией при растяжении (при этом не учитывается влияние выступа или радиуса закругления в основании) записывается следующей формулой (рис. 6.34, сверху) [11]:
(6.9)
где s — максимальная деформация при растяжении; d — толщина крючка; у — величи на отклонения; L — длина крючка.
Для крючка (см. на рис. 6.34, снизу):
(6.10)
Сравнение двух уравнений показывает, что допустимое отклонение скошенного крючка будет на 60 % больше, чем для крючка с постоянным прямоугольным попереч ным сечением. В этом случае снизится предельное напряжение растяжения и умень шатся усилия при сборке / разборке.
Допустимые значения деформации зависят от свойств используемого материала. Допустимые значения деформации часто представляют в виде выраженной в про центах части деформации, соответствующей пределу текучести (рис. 6.36) при соот ветствующих температуре, относительной влажности и скорости деформирования. Приведенные выше расчеты сделаны исходя из предположения, что сопрягаемая де таль жесткая. Более высокий уровень допустимых деформаций характерен для по датливых пластмасс. Если деталь подвергается нагружению в разных направлениях, допустимые значения деформации уменьшаются. Специальные рекомендации по ис пользованию полимерного материала можно получить у его поставщика.
Рис. 6.36. Максимально допустимые значения деформации изменяются в зависимости от типа материала
26 Зак. 593
402 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Рассчитанные с помощью соответствующих уравнений значения напряжений
идеформаций должны быть скорректированы с учетом реальной концентрации на пряжений. Коэффициент концентрации напряжения зависит от радиуса и толщины стенок (рис. 6.37). Увеличение радиусов закругления приводит к уменьшению коэф фициента учета концентраций напряжений и к проблемам при заполнении литьевой формы. Величина радиуса закругления должна обеспечивать необходимую прочность
иприемлимый внешний вид. Значений радиуса меньше 0,38 мм следует избегать [11].
Рис. 6.37. Величина напряжений в месте пересечения консоли крючка со стенкой детали будет выше рассчитанных с помощью стандартных расчетных формул для кон центрации напряжений
Сила Р отклонения для крючка с постоянным прямоугольным поперечным сече нием (см. рис. 6.34) может быть определена но формуле:
(6.11)
где b — толщина консоли крючка; Е$ — секущий модуль упругости (зависящий от деформации).
Секущий модуль используется вместо начального модуля упругости для матери алов, подвергающихся значительной деформации, так как максимальные значения нагрузки в данном случае будут за пределами области пропорционального изменения деформации от напряжения (рис. 6.38).
Сила WB зоне контакта элементов замка (усилие нажима и разъединения см. рис. 6.34) при сборке соединения может быть определена как сумма сил изгиба и трения:
(6.12)