литература / Konstruirovanie_plastmassovykh_izdeliy_dlya_litya_pod_davleniem

Рис. 6.61. Следует избегать слишком толстых или тонких стенок в основании глухих бобы­ шек. Радиусы галтелей должны обеспечивать снижение концентрации напряже­ ний, но при этом они должны быть достаточно малыми, чтобы ограничить про­ блемы, связанные с усадкой

и фонтанирующих трубок) иногда помогает решить проблему утяжин, поскольку при этом компенсируется образование пустот. Пустоты уменьшают прочность сборочно­ го узла, в котором используется бобышка. Использование усиливающих ребер или косынок также приводит к уменьшению толщины стенок, обеспечивая дополнитель­ ную жесткость (подробнее см. главу 2). Производители винтов и поставщики пласт­ масс могут сами рекомендовать значения размеров бобышек. В любом случае нужно следить, чтобы наружные диаметры бобышек по величине были в 2,5-3 раза больше номинального диаметра винта [27,32, 33J.

Существует несколько проблем при литье под давлением, которые связаны с из­ готовлением глухих полых бобышек для создающих резьбу винтов. К этим пробле­ мам относятся:

1. Невозможность обеспечить нужное охлаждение из-за маленького диаметра оформляющего знака. «Горячий» знак увеличивает время цикла и диаметр в основа­ нии отверстия (то есть возникает «эффект бутылочного горла»). Больший диаметр в нижнем сечении бобышки возникает из-за уменьшения скорости охлаждения,

424 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

особенно в частично кристаллических термопластах. Изменение диаметра трудно оп­ ределить с помощью датчика, вставленного через верхнюю часть отверстия, посколь­ ку в этой зоне бобышка охлаждается быстрее. При проверке направляющего отвер­ стия рекомендуется исследовать поперечное сечение бобышки.

2.Проблемы при выталкивании, вызванные усадкой материала, прилегающего

коформляющему знаку. Для улучшения выталкивания детали обычно знаку прида­ ется небольшая конусность, иногда на знак наносят сухую смазку или полируют в направлении выталкивания. Антиадгезионные смазки для форм использовать не рекомендуется, так как возникает вероятность «срыва» процесса сборки.

3.Изгиб оформляющего знака и усталость материала знака. Длинный оформля­ ющий знак малого диаметра для формования глухого отверстия, изгибается в про­ цессе литья под давлением и растягивается при выталкивании. Оформляющие знаки малого диаметра имеют небольшой срок службы.

Острота описанных выше проблем может быть снята за счет уменьшения длины оформляющего знака, который используется для формования направляющего от­ верстия. Короткие знаки могут быть использованы без всякого риска увеличения утяжин напротив глухого отверстия в глухой бобышке с помощью метода, показан­ ного на рис. 6.62.

Рис. 6.62. Уменьшение длины оформляющего знака позволяет оптимизировать процесс ли­ тья под давлением

Сквозная бобышка на сопрягаемой детали

Общая длина оформляющего знака для сквозного отверстия бобышки увеличи­ вается, но это не создает проблем поскольку:

•оформляющий знак для сквозного отверстия имеет существенно больший диа­ метр;

•в процессе литья под давлением оформляющий знак может иметь опору как со стороны матрицы, так и со стороны пуансона, т. е. с любого торца.

Альтернативным вариантом может служить формование сквозного отверстия | с помощью двух коротких оформляющих знаков, которые фактически являются соот­ ветственно расположенными выступами противоположных сторон литьевой формы. Точный теоретический расчет конструкции бобышки для создающих резьбу вин­ тов затруднителен из-за большого количества взаимозависящих параметров. Напри­ мер, крутящие моменты при завинчивании и срыве резьбы в значительной степени зависят от коэффициента трения между металлическим винтом и пластмассой. А значе­ ние коэффициента трения зависит от температуры поверхности, нормального напря­ жения, качества поверхности и смазки. Теоретический анализ [39] дает только при­ близительные характеристики конструкции, затем проводятся экспериментальные оценки, чтобы точнее определить диаметр направляющего отверстия и длину зацеп­ ления [19, 29, 30, 33]. Контрольные отливки (прототипы) (рис. 6.63), используются для определения характеристик комбинации заданный винт/конструкция бобышки

(из конкретного материала).

Рис. 6.63. Литой под давлением прототип бобышки, используемой для оценки параметров процесса сборки и эксплуатационных характеристик комбинации: заданный винт/конструкция бобышки (из конкретного материала)

!

Скорость завинчивания винта при тестировании этого прототипа должна быть эквивалентна используемой в условиях серийного производства. Цель данных оце­ нок состоит в определении параметров, которые обеспечивают высокое значение мо­ мента срыва резьбы и отношения этого момента к моменту завинчивания (рис. 6.64, 6.65). Крутящие моменты завинчивания и срыва резьбы зависят от типа винта, его размера, качества поверхности, скорости завинчивания, длины направляющего от­ верстия и длины зацепления.

Другие оценки проводятся, чтобы определить усилие вывинчивания винта. Ре­ зультаты такого теста приведены на рис. 6.66. Такие данные могут быть использованы для определения прочности при растяжении и характера разрушения сборочного узла с бобышкой под действием растягивающих нагрузок.

Типичные кривые зависимости крутящего момента от числа оборотов для создающего резьбу винта при низком соотноше­ нии крутящего момента срыва резьбы к моменту завинчивания (слева), и при высоком соотношении указанных моментов (справа)

Рис. 6.65. Диаметр направляющего отверстия в бобышке существенно влияет на соотноше­ ние крутящего момента при срыве резьбы к крутящему моменту при завинчива­ нии. Низкий крутящий момент при завинчивании и высокое указанное соотноше­ ние уменьшает вероятность разрушения изделия в процессе сборки

Рис. 6.66. Результаты измерения осевого усилия при вывинчивании винта типа ВТ из поли­ пропиленовых бобышек

428 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИИ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕ'

Эта информация нужна при определении типа винта, длины зацепления, толщи­ ны стенок бобышки и радиуса основания (галтели), которые влияют на прочность при растяжении сборочного узла, в который входит бобышка.

К другим экспериментальным оценкам относятся:

•оценка окружной деформации с помощью тензодатчиков;

•оценка в целях снижения усилия затяжки с помощью тензодатчиков;

•сохранение момента затяжки.

Все эти параметры меняются со временем из-за ползучести материала или релак­ сации напряжения.

Усилие затяжки и крутящий момент со временем уменьшаются (они сохраняют­ ся только в треугольных винтах типа Plastite®). Характеристики ползучести материа­ ла помогают оценить потери усилия затяжки.

Двухсторонняя резьбовая шпилька

Двухсторонняя резьбовая шпилька представляет собой комбинацию формующе­ го винта и машинного винта с головкой дискового типа. Конструкция шпильки изоб­ ражена на рис. 6.67. Эти винты вворачиваются в пластмассовую бобышку с помощь?: шпильковерта, оставляя конец с обычной винтовой резьбой снаружи. После этого вторая деталь, которая имеет сквозное отверстие, устанавливается на часть шпильки с машинным винтом. Она крепится гайкой, при этом усилие затяжки создается ма­ шинным винтом [32].

Рис. 6.67. Двухсторонняя резьбовая шпилька представляет собой комбинацию формующе­ го резьбу винта и машинного винта с дисковой шайбой между ними

Колпачки бобышек

Колпачки бобышек — это штампованные металлические крепежные элемента которые напрессовываются на верхние части полых бобышек. Они уменьшают веро­ ятность образования трещин, увеличивая прочность бобышек в окружном и осевсл направлениях. Колпачки используются вместе с формующими резьбу винтами, кро­ ме того, в них нарезается одпозаходная резьба, обеспечивающая дополнительную прочность [19,28,40].

430 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕ".

Примером уникальной нажимной крепежной детали может служить петля, пока­ занная па рис. 6.70. Петля на каждом крыле имеет зубчатые края и устанавливается нажимом в оформленную во время литья под давлением в детали прорезь, в резуль­ тате чего создается прочный неразъемный узел. Петли с зубцами хорошо подходят для работы с пластмассами, и лучше всего их запрессовывать в деталь сразу после литья иод давлением, пока она находится в разогретом и размягченном состоянии.

Рис. 6.70. Металлическая петля с зубцами на каждом крыле. Крыло петли запрессовывается в прорезь надетали после завершения процесса литья под давлением, таким обра­ зом создается прочное неразъемное соединение

Нажимные/наворачиваемые крепежные детали

Нажимные/наворачиваемые крепежные детали относятся к самоконтря щимсл (создающим резьбу), которые заменяют стандартные гайки и стопорящие шайбы. Они закрепляются на металлических штифтах или стойках и могут быть использова­ ны для соединения деталей, у одной из которых отформован выступ (рис. 6.71-6.73). Такие крепежные детали, как клипсы Tinnerman® [42], представляют собой самокон­ трящиеся пружинные шайбы, которые используются, когда не требуется большое стя­ гивающее усилие зажима. Изменяя контрукцию стержня, можно добиться разъем! соединения (см. рис. 6.72).

Клипсы и нажимные гайки пригодны для многих вариантов сборки, но они на исключают применения создающих резьбу наворачиваемых гаек. Последние создают нг сопрягаемой поверхности пластмассовых штифтов резьбу при вращении, подобно создаю­ щим резьбу винтам. Такие гайки используются в разъемных сборочных узлах и когда тре­ буется контроль предварительного натяга. Отлитые «заодно» с деталью стержни должны иметь радиус в основании минимум 0,38 мм, чтобы уменьшить концентрацию напряже­ ний и вероятность разрушения при боковом ударе или действии растягивающей

432 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

нагрузки. Величина радиуса выбирается на компромиссной основе — с одной-сторо- ны он должен обеспечить приемлемые механические характеристики, а с другой — стержень должен быть безупречен с эстетической точки зрения [15,28].

Заклепки и кнопки

Для сборки деталей, изготовленных литьем под давлением, иногда используют заклепки и кнопки. Зазор между заклепкой и отформованным отверстием величи­ ной 0,25 мм компенсирует изменения, возникающие из-за разности в КЛТР[ 16]. Пу­ стотелые заклепки с внутренней резьбой используются для дополнительного крепле­ ния винтами, в то время как заклепки, содержащие электрические контакты или луженые клеммы — в различных электронных приборах. Устройства для контроля усилия при установке заклепок позволяют обеспечить нужное давление расклепыва­ ния и равномерную толщину соединения. Рекомендуется использовать армирован­ ные шайбы и заклепки с большими диаметрами головок (рис. 6.74), чтобы распреде­ лить напряжения по большей площади. Заклепки с заплечиками ограничивают напряжения сжатия пластмассы. Обычно рекомендуются заклепки, изготовленные из мягких металлов (например, алюминия), или даже из таких материалов, как жид­ кокристаллические полимеры [16,28,43].

Рис. 6.74. Заклепки, используемые для сборки пластмассовых изделий, должны распреде­ лять нагрузку по максимально возможной площади. Рекомендуется использовать заклепки с головками и шайбами большого размера

6.4.2.3. Сборка с использованием вставок

Металлические вставки с внутренней резьбой используются в высококачествен­ ных пластмассовых изделиях, рассчитанных на длительную эксплуатацию. Они дол­ жны обеспечивать возможность многократной сборки и разборки при периодиче­ ском техническом обслуживании изделий.

Вставки конструируются для сборки с помощью машинных винтов как открытых, так и закрытых узлов. Вставки заформовываются или вставляются в отверстие после завершения цикла литья под давлением. Оба способа рассматриваются ниже.

Заформованные вставки

Такие вставки устанавливаются в литьевую форму перед началом операции ли­ тья под давлением. Поток расплава обтекает вставку и фиксирует ее после охлажде­ ния пластмассы, когда она даст усадку и затвердеет. Вставки используют не толькс