СБОРКА ИЗДЕЛИИ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
413 |
Крутящий момент при срыве резьбы
Крутящий момент, необходимый для того, чтобы в ответной части (то есть в пласт массовой бобышке) была сорвана резьба. В этом режиме разрушения профиль резь бы в пластмассе срезается при продолжении вращения винта.
Крутящий момент при разрушении (повреждающий крутящий момент)
Крутящий момент, вызывающий разрушение сборочного узла винт/бобышка. Этот термин характеризует более серьезное разрушение, чем термин «крутящий мо мент при срыве резьбы», поскольку в данном случае происходит разрушение бобыш ки и самого винта.
Установочный крутящий момент (крутящий момент затяжки)
Крутящий момент затяжки позволяет сборочному узлу выдерживать эксплутационныс нагрузки. Его величина должна находиться в интервале от максимального крутящего момента при завинчивании до разрушающего крутящего момента. Значе ние установочного крутящего момента является суммой крутящего момента при за винчивании и крутящего момента для создания предварительного натяга.
Крутящий момент для создания предварительного натяга
Это разность между крутящим моментом затяжки и максимальной величиной крутящего момента при завинчивании. Уровень крутящего момента для создания предварительного натяга напрямую характеризует величину стягивающего усилия в сборочном узле.
Отношение между крутящими моментами, разрушающим и при завинчивании
При высоком значении этого отношения снижается вероятность повреждения со единения.
Превалирующий крутящий момент (сопротивление ослаблению соединения)
Крутящий момент, необходимый для извлечения винта из бобышки после того, как снята стягивающая нагрузка.
Длина зацепления винта
Та часть общей длины винта (длина винта вдоль оси или число витков винта), которая находится в направляющем отверстии. Начальная коническая часть резьбы обеспечивает минимум удерживающего усилия. Контактная длина винта прибли зительно равна трем диаметрам полных витков, не считая длины конический части. [19].
Коэффициент использования глубины резьбы винта
Степень проникновения витка нарезающей резьбы в стенке бобышки. Направля ющее отверстие, диаметр которого равен диаметру тела винта, будет приводить к 100 %-пому использованию глубины резьбы, а направляющее отверстие, диаметр которого равен максимальному диаметру винта, будет приводить к коэффициенту использования глубины резьбы, равному 0%. Величина использования глубины резь бы U выражается в процентах и может быть определена по уравнению:
(6.13)
где D — максимальный диаметр винта; d — диаметр тела винта; db — внутренний диаметр бобышки (то есть диаметр направляющего отверстия).
414 |
КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИИ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
Рис. 6.48. Радиальный зазор получается при введении винта в сквозную бобышку. Глухая (или нижняя) приемная бобышка имеет диаметр направляющего отверстия, кото рый определяет коэффициент использования глубины резьбы
Усилие извлечения винта
Осевая сила, которая необходима для «вытаскивания» винта из бобышки.
Характеристики винтов во время сборки
Зависимость крутящего момента от числа оборотов создающего резьбу винта при ведена на рис. 6.49. Винт вставлен с зазором в открытую бобышку, отлитую в одном из сопрягаемых компонентов (диаметральный зазор обычно составляет 0,25 мм). На чальная установочная зона, аналогичная показанной на рис. 6.48, может быть исполь зована, чтобы способствовать начальному движению винта и снизить вероятность скалывания верхнего края направляющего отверстия. Установочная зона для винтов с коническим концом или концом в форме буравчика не нужна.
При нормальном ходе процесса сборки завинчивание не приводит к разрушению, а только достигает уровня момента затяжки, находящегося посередине между
СБОРКА ИЗДЕЛИЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
415 |
Рис. 6.49. Типичная зависимость крутящего момента от длины зацепления (числа оборотов) для создающих резьбу винтов, которые ввинчиваются в пластмассовую бобышку
максимальным моментом завинчивания и моментом срыва резьбы [16, 30]. Жела тельно, чтобы соотношение между крутящими моментами срыва резьбы и завинчи вания было, по крайней мере, 3 или 4:1. Это гарантирует правильное и безопасное соединение даже при использовании мощного инструмента для завинчивания вин тов. Значение 2:1 данного соотношения подходит только для ручной квалифициро ванной сборки. Использование масел, смазки или жидкости для выталкивания от ливки из литьевой формы исключено, потому что это уменьшает крутящий момент при срыве резьбы на 50 %. Разрушение изделия при использовании создающих резь бу винтов не ограничивается только срывом резьбы. Может произойти сдвиговое разрушение бобышек под винтом, растрескивание бобышки или срез копчика винта. Но лучше, если произойдет просто срыв резьбы, поскольку в этом случае можно отре монтировать соединение с помощью винтов большей длины или большего диаметра, а также есть возможность отремонтировать направляющее отверстие с помощью спе циального герметика [26,27,31,32].
Стандартные самонарезающие винты
Некоторые из обычно используемых стандартных самонарезагощих винтов представлены на рис. 6.50. Эти винты имеют либо одну режущую кромку и канавку (рис. 6.50, а, с), либо разделенные кромки и канавки. Они нарезают резьбу в пласт массовой бобышке по мере продвижения по направляющему отверстию, в результате чего образуется стружка. Если используются глухие направляющие отверстия, стружка будет смещаться в нижнюю часть глухого отверстия, которая используется как место накопления стружки. При использовании глухих отверстий должно быть предусмотрено пространство для стружки.
416 |
КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕГ |
Стружка и производственный мусор могут создавать помехи при использовании сквозных направляющих отверстий [32].
а)
Тип ВТ(25)
Большие расстояния между витками Косая канавка
Угол профиля резьбы 60 град
Ь)
Тип BF
Большие расстояния между витками Разделенные канавки
Угол профиля резьбы 60 град
с)
Тип 7(23)
Малые расстояния между витками Косая канавка
Угол профиля резьбы 60 град
Рис. 6.50. Многие типы самонарезующих винтов, соответствующие стандарту ANSI1, обыч но используются для соединения деталей из жестких пластмасс
Самонарезающие винты используются с пластмассой, имеющей высокий модуль упругости. Винт типа2?Г(или 25) популярен из-за больших расстояний между вит ками и большим косым срезом на конце. Винт ЯРтакже имеет большие расстояния между витками, но канавки на его режущих частях могут быть полностью заполнены при завинчивании в детали из мягких материалов [19]. Винты серии В используются для соединения деталей из матералов, которые имеют модуль упругости при изгибе ниже 1380 МПа [27,32].
Винт типа Т (или 23) используется для сборки деталей из материалов с очень высоким модулем упругости более 6900 МПа [27]. Однако резьба в этих твердых и жестких пластмассах крошится в процессе сборки и разборки. Самонарезающие винты характеризуются меньшими значениями крутящих моментов при завинчива нии и срыве резьбы, чем формующие винты, и создают меньший уровень напряже ний. Они пригодпя для соединения стеклообразных аморфных материалов, легко подвергающихся растрескиванию [30]. Самонарезающие винты должны иметь боль шую общую длину, так как их режущая часть обладает низкой удерживающей силой. Самонарезающие винты используются в изделиях, где возможность повторных опе раций разборки и сборки ограничена [16].
American National Standart Institute — Американский национальный институт стандартов.
СБОРКА ИЗДЕЛИЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
417 |
Рис. 6.51. Внешний вид некоторых создающих резьбу винтов #6. Слева: винт типа ВТ С большим расстоянием между витками и косым срезом на конце. В центре — винт, формующий резьбу типа HiLo®. Справа: винт типа Т с косым срезом на
конце и более плотным расположением витков резьбы
Стандартные формующие резьбу винты
Эти винты не имеют режущих кромок и не создают стружку. Формующие резьбу винты обычно используются для соединения деталей из пластмасс с низким модулем упругости, менее 2760 МПа [27, 32]. Исследования показывают, что винты типа В с большими расстояниями между витками резьбы могут использоваться с жесткими материалами, армированными стекловолокном [33, 34]. В пластмассах с высоким модулем упругости нужны направляющие отверстия большого диаметра. Винты, фор мующие резьбу с углом профиля 60 град, создают относительно высокие радиальные и окружные деформации. Наличие большого пространства между витками у винтов типов АВ или В делает их более универсальными, чем винты типа С [19, 25, 32]. Наличие законцовки в форме буравчика у винтов типа АВ требует большей длины их зацепления по сравнению с винтами типа В [19].
На уровень напряжений в пластмассовых бобышках влияют несколько факторов (установочный крутящий момент при сборке, напряжения, создаваемые крепежным элементом во время завинчивания, и напряжения в процессе эксплуатации). В высо копрочных стеклообразных материалах трудно поддерживать локальные напряже ния на безопасном уровне [25]. Остаточные технологические и эксплуатационные напряжения уменьшают стойкость изделий к химически активным веществам и спо собствуют их преждевременному разрушению. Создающие резьбу винты обычно ис пользуются для соединения деталей из частично кристаллических или вязких при разрушении аморфных термопластов, где остаточные напряжения со временем снижаются до приемлемого уровня. Винты обеспечивают высокое сопротивление при их извлечении и с трудом поддаются вращению в обратном направлении. Сни жение усилия затяжки и момент вывинчивания со временем зависит от редакцион ных характеристик полимерного материала бобышки. Формующие винты пригодны
4 1 8 |
КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕГ |
для изделий, срок службы которых ограничен. Такие винты более пригодны для со единения деталей из вспененных термопластов чем самонарезающие винты. Однако из-за ограниченной долговечности таких термопластов чаще такие детали соединяют с помощью резьбовых вставок и машинных винтов.
Тип АВ
Большие расстояния между витками Конец винта в форме буравчика Угол профиля резьбы 60 град
Тип В
Большие расстояния между витками Притуплённый конец винта Угол профиля резьбы 60 град
Тип С
Малые расстояния между витками Притуплённый конец винта Угол профиля резьбы 60 град
Рис. 6.52. Некоторые типы формующих резьбу винтов, соответствующие стандарту ANSI, используются для соединения отлитых деталей, изготовленных из более податли вых полимерных материалов
Самонарезающие
Большие расстояния между витками Косая канавка
Угол высокого профиля резь бы 30 град Угол низкого профиля резь бы 60 град
Формующие резьбу
Большие расстояния между витками Отсутствие косой канавки
Угол высокого профиля резь бы 30 град Угол низкого профиля резь бы 60 град
Рис. 6.53. Разновидности самонарезающих и формующих резьбу винтов типа HiLo®
СБОРКА ИЗДЕЛИЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
419 |
Создающие резьбу винты
Небольшой угол профиля резьбы способствует уменьшению радиальных напря жений и снижению деформации сжатия между витками [16, 25, 26, 30, 32]. Самона резающие и формующие винты типа HiLo® [35] имеют дублированные витки. Высо кие витки у винтов с большим расстоянием между витками имеют угол профиля резьбы 30 град, а низкие витки имеют угол профиля резьбы 60 град. Крутящий мо мент завинчивания этих винтов невысок, но при срыве резьбы он значительно возра стает [26, 29, 32]. Витки с углом профиля резьбы 30 град способствуют снижению радиальных напряжений и вероятности растрескивания бобышки.
Винты типа Plastite®
Винт типа Plastite® [36] имеет уникальную конструкцию: его поперечное сечение не круглое, а по форме несколько напоминающее треугольник. Угол профиля резьбы при этом обычно 45 град. Треугольная форма сечения винта уменьшает крутящий момент при завинчивании [25]. Уникальная особенность этого винта заключается в том, что он обеспечивает высокую прочность соединений, работающих в условиях вибрации. Хлад отеку честь пластмассы способствует фиксации винта с иекруглым сечением в месте его установки, увеличивая сопротивление ослаблению.
нРис. 6.54. Формующий резьбу винт типа Plastite®. Винт имеет некруглую форму с треугольым поперечным сечением (вид сечения приведен справа)
Винт типа РТ®
Формующий винт типа РТ® [37] имеет резьбу с одним видом витков (рис. 6.55), большим расстоянием между витками и с углом профиля резьбы 30 град. Такой угол резьбы уменьшает радиальные и окружные напряжения, что дает возможность ис пользовать бобышки стойкими стенками [30,37].
Рис. 6.55. Конфигурация формующего резьбу винта типа РТ®
4 20 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Винт типа Polyfast®
Формующий резьбу винт Poly fast® уникален благодаря асимметричному профи лю сечений витков. Этот винт имеет большое расстояние между витками и угол на клона передней кромки 35 град, а угол наклона задней кромки 10 град [38].
Рис. 6.56. Конфигурация профиля резьбы формующего резьбу винта типа Poll/fast®
Головки и шайбы винтов
Создающие резьбу винты часто имеют встроенные шайбы. Шайбы позволяют рас пределить усилие затяжки и напряжения в соединении на большую поверхность. Эти шайбы обычно имеют коническую или волнистую форму. Слегка подпружиненные шайбы используются для снижения скорости ослабления соединеня, которое воз можно из-за ползучести пластмассы.
Головка винта обычного типа
Головка винта с фланцем
(встроенная шайба)
Головка винта обычного типа и шайба
Зубчики внизу головки винта (альтернатива шайбе)
Пружинная или волнистая шайба под головкой
Могут возникнуть высокие локальные напря жения из-за относительно небольшой по верхности контакта пластмассовой детали с головкой
Уменьшение локального напряжения в ре зультате увеличения поверхности контакта пластмассовой детали с шайбой
Уменьшение локального напряжения в ре зультате увеличения поверхности контакта пластмассовой детали с шайбой
Увеличение крутящего момента при срыве резьбы и уменьшение вероятности ослабле ния соединения под влиянием вибрации
Поддержание постоянного усилия затяжки и уменьшение эффектов хладотекучести или ползучести
Рис. 6.57. Разные типы головок/шайб, используемых с создающими резьбу винтами
СБОРКА ИЗДЕЛИЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ |
421 |
Конструкция бобышек для создающих резьбу винтов
Эксплуатационные характеристики и качество сборочного узла определяются как характеристиками винта, так и конструкцией приемного отверстия. Толщина стенок большинства литых под давлением пластмассовых деталей не позволяет сохранять постоянными размеры и выдерживать на приемлемом уровне напряжения, которые возникают при эксплуатации большинства систем крепления деталей винтами [16]. Следовательно, иногда требуется локальное увеличение толщины стенки детали в месте ее крепления. Но нужно учитывать, что локальное утолщение стенки черевато образованием усадочных напряжений, утяжин и усадочных пустот (рис. 6.58).
Рис. 6.58. Бобышки должны устанавливаться отдельно, быть укреплены косынками и при соединены к боковым стенкам с помощью ребер. Это уменьшит возможность обра зования утяжин и усадочных пустот
Косынки
• Увеличение жесткости при кру чении и изгибе
• Улучшение течения потока рас плава и вентиляции в процессе заполнения литьевой формы
Рис. 6.59. Косынки часто используются для повышения жесткости при кручении и изгибе отдельно размещенных бобышек
422 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Направляющие отверстия должны быть расположены в бобышках, которые уда лены от боковых стенок. Бобышки размещаются отдельно или соединяются с боко выми стеклами с помощью ребер, что увеличивает прочность при кручении и изгибе бобышки [16]. Косынки нужны для тонкостенных бобышек, заполнение которых за труднено из-за колебаний в процессе течения потока расплава. Обычно используют ся три или четыре косынки [26,33,34].
Глубина направляющего отверстия в приемной бобышке должна быть больше длины зацепления винта (рис. 6.60). Увеличение глубины отверстия создает по лость для приема стружки, которая возникает при использовании самонарезающих винтов.
Отверстие в глухой бобышке |
Оформляющий знак, который |
(направляющее отверстие) доста |
формует глухое отверстие, |
точно длинное, чтобы в него |
делают увеличенной длины, |
полностью вошел винт, что приво |
чтобы уменьшить количество |
дит к утолщению стенки |
материала в толстой стенке (он |
|
также создает полость для |
|
стружки) |
Рис. 6.60. Оформляющие знаки, использующиеся для формования отверстия в глухих бо бышках, должны выдвигаться при размыкании литьевой формы ровно настоль ко, чтобы можно было удалить избыток материала
Короткие оформляющие знаки, большие закругления в основании (галтели) и толстые бобышки — все это увеличивает тенденцию образования утяжин (рис. 6.61). Прочность бобышки возрастает вместе с увеличением толщины стенки.
Размер утяжин зависит от конструкции литьевой формы и параметров процесса литья под давлением. Например, туннельные впускные литники способствуют боль шему уплотнению в полости и компенсируют усадку. Локальное охлаждение поверх ности полости в области напротив бобышки (например, с помощью перегородок
