литература / Konstruirovanie_plastmassovykh_izdeliy_dlya_litya_pod_davleniem

434 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИИ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Напряжения вокруг вставок, возникающие в процессе литья под давлением

В пластмассе, окружающей вставку, возникают напряжения, поскольку ее усадка ограничена жестким металлом. Эти напряжения вокруг вставки приводят к образо­ ванию волосных трещин или к растрескиванию материала [19,44,48]. Предваритель­ ный нагрев вставки может уменьшить напряжения, но из-за разности между КЛТР (у пластмасс коэффициент существенно больше, чем у металлов) остаточные напря­ жения компенсируются лишь частично. Если применяют предварительный нагрев металлических вставок, размеры литьевой формы должны соответствовать разме­ рам нагретых вставок.

При оценке проблем, возникающих из-за усадки пластмассы, нужно учесть два параметра: усадку отливки и допустимую деформацию детали. Податливый поли­ мерный материал с высоким значением усадки больше подходит для литья со встав­ ками, чем хрупкие материалы с высокой степенью усадки. Вставки легко заформовываются в податливые пластмассы с низкой величиной усадки, такие как, например, ЛБС-пластик, но они не пригодны для ПС общего назначения, имеющего низкую усадку и тенденцию к образованию волосяных трещин. Необходимо принимать во внимание релаксационные характеристики полимерного материала, поскольку по время эксплуатации изделия возможно изменение температуры окружающей среды и различие КЛТР материалов вставки и детали.

При работе с заформованными вставками обычно рекомендуется проводить ис­ пытания на прототипах [44].

Вставки представляют собой цилиндрические тела с глухими отверстиями

ивнутренней резьбой, изготовленной механически. Вставки со сквозными отвер­ стиями и внутренней резьбой используются гораздо реже. Вставки должны иметь выступы, которые ограничивают их перемещение в осевом направлении и препят­ ствуют прокручиванию. Вставки должны иметь большие радиусы, чтобы избежать концентрации напряжений и улучшить течение расплава материала при литье детали [44]. Канавки обеспечивают прочность при «вытаскивании», а шлицы и накатка на поверхности увеличивают прочность при кручении. Вставки должны быть чистыми

исвободными от загрязнений па поверхности. Накатка должна быть нанесена по всей поверхности вставки и иметь глубину, по крайней мере, 0,25 мм [48]. Заплечики (вер­ тикальные или горизонтальные) предотвращают попадание расплава на внутреннюю резьбу (рис. 6.75). Вставка должна выступать из полости литьевой формы, по край­ ней мере, на 1,6 мм в, чтобы избежать возникновения облоя. Под дном глухой встав­ ки должно быть достаточно пространства, чтобы не нарушать течение расплава, избе­ жать образования линий спая и обеспечить дополнительное упрочнение детали. Сквозные вставки должны иметь заплечики с каждой стороны на 0,025-0,051 мм больше, чем глубина полости литьевой формы. Вставки, ориентированные в направ­ лении перемещения литьевой формы при открывании, заформовывать легче. Они удерживаются с помощью знаков или с помощью выемок в формующей полости.

Другие типы заформованных вставок В то время как заформовывание вставок в реактопласты в процессе изготовления

деталей применяется достаточно широко, в термопласты этим методом вставки вводятся реже. Это объясняется тем, что в детали из термопластов вставки МОГУТ

438 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

для арматуры большого диаметра. Вставки должны быть расположены таким обра­ зом, чтобы усадка пластмассы способствовала более прочной их фиксации в деталях. Расплав, поступающий в обод, показанный на рис. 6.81, усаживается при охлаждении таким образом, что будет образовываться зазор между пластмассой и ободом. Конст­ рукция металлической арматуры должна быть модифицирована таким образом, что­ бы способствовать более прочной фиксации в пластмассе (рис. 6.81) [48].

Рис. 6.81. Конструкция арматуры должна способствовать ее более прочной фиксации при усадке пластмассы

Существуют технологии, позволяющие получать литые под давлением детали с пластмассовыми вставками (вторая деталь). Эти технологии применяются для из­ готовления многоцветных или многофункциональных деталей, например, многоцвет­ ные линзы для автомобильных фар [49,50]. Пластмассовые вставки могут быть уста­ новлены в форму вручную или с помощью робота. Детали из разнородных пластмасс могут быть изготовлены методом двухкомпонентного литья (рис. 6.82 или 6.83).

При двухкомпонентном литье используются вращающиеся литьевые формы и двухкомпонеитная литьевая машина (см. рис. 6.82). Как только первый материал затвердевает, деталь поворачивается и устанавливается в матрицу, после чего осуще­ ствляется впрыск другого материала, который целиком заполняет формующую по­ лость для двухцветной отливки. В процессе, который показан на рис. 6.83, используют­ ся подвижные вкладыши или литьевые формы с ползунами, которые располагаются в матрице литьевой формы в том месте, где затвердевает первая порция отлитого материала.

Как только первый материал охлаждается, пуансон отодвигается и образуется полость, которая заполняется вторым материалом.

В некоторых случаях соединение между двумя пластмассовыми деталями осуще­ ствляется за счет простой механической связи, а в других случаях процесс аналоги­ чен сварке и даже соединению в результате химической реакции.

Рис. 6.82. Двухкомпонеытное (два впрыска) литье под давлением с использованием враще­ ния литьевой формы

Рис. 6.83. Двухкомпонентное литье под давлением с помощью «отодвигаемых» вкладышей. После того как формующая полость заполняется первой пластмассой (и охлаж­ дается), полуформы литьевой формы раздвигаются, создавая дополнительный объем, который заполняется второй пластмассой

Осадка материала

Это альтернативный заформовыванию процесс фиксации вставки. Вставка, кото­ рая должна быть зафиксирована, вставляется в «карман» внутри отлитой детали из термопласта таким же способом, как устанавливается металлическая вставка с резь­ бой внутри полой бобышки. Пластмассовая деталь отливается с «карманом», а края затем переформовываются с помощью осаживающей оснастки (электронагрев или ультразвук (рис. 6.84)) [51].

Материал детали охлаждается и затвердевает и под давлением оснастки захваты­ вает вставку. Мягкие и податливые пластичные термопласты, такие, например, как АБС-пластики, достаточно легко подвергнуть осадке. В некоторых случаях использу­ ется осадка без помощи тепловой энергии (то есть холодная осадка). Этот процесс применим только для материалов, которые в состоянии выдерживать большие

440 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИИ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Рис. 6.84. Осаживающая оснастка используется для фиксации вставки, размещенной внут­ ри отлитой под давлением детали

деформации. Формованные детали имеют тонкие стенки. Процесс холодной осадки больше всего подходит для частично кристаллических и вязких при разрушении аморфных термопластов. Соединения, полученные с помощью холодной осадки, в больщей степени склонны к восстановлению формы, растрескиванию и чувствительны к воздействию химически активных сред, чем те, которые были получены с помощью нагрева или ультразвука.

Введение вставок в готовые пластмассовые детали

Этим методом обычно вводят специальной формы гайки или цилиндрические металлические вставки со сквозными или глухими резьбовыми отверстиями, в ко­ торые затем вводятся машинные винты. Соединения, выполненные с помощью таких вставок и машинных винтов, характеризуются высокой точностью сборки и долго­ вечностью и могут подвергаться повторной сборке. Пластмассовая деталь отливается с направляющими отверстиями в местах, где предполагается разместить вставки. Для введения и фиксации вставок внутри отверстия используются различные ме­ тоды [19, 24, 51, 52]:

•вставки, запрессованные «на холоду»;

•горячая запрессовка;

•введение и запрессовка вставок с использованием ультразвука;

•установка расширяющихся вставок;

•вставки, создающие резьбу.

Вставки, запрессованные «на холоду»

Самым простым средством установки металлических крепежных деталей с внут­ ренней резьбой в отлитой пластмассовой детали является простой нажим или за­ прессовка во внутрь детали. Вставка запрессовывается в отверстие или полую бо­ бышку так, как это показано на рис. 6.85.

Вставка может быть закреплена с помощью фланца, запрессованого в ступенчатое отверстие или в бобышку.

Основные рекомендации и инженерные уравнения, приведенные выше в этой гла­ ве для соединения прессовой посадкой, могут быть использованы для определения значения натяга в рассматриваемом методе. Отверстия в прототипах деталей должны

442 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИИ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Горячая запрессовка

Метод предполагает использование отверстия в детали, меньшего, чем у вставки, диаметра, и вставок с канавками или рифлением на наружной поверхности. Вставка запрессовывается электрообогреваемым инструментом. Пластмасса детали, находя­ щаяся в контакте со вставкой, размягчается и заполняет поднутрения по мере ее вдав­ ливания в отверстие. При горячей запрессовке вставка и отверстие должны иметь коническую форму. Это необходимо, чтобы обеспечить более равномерное давление и предотвратить осевое смещение расплава при перемещении вставки. В бобышках, используемых для горячей запрессовки, должна быть предусмотрена емкость под вставкой (обычно высотой 0,8 мм) для размещения выдавленного материала. Для ускорения процесса можно применять предварительно нагретые вставки, но при этом усложняется их монтаж в детали и приложение к ним нагрузки. Оборудование для выполнения данного процесса простое, а уровень остаточных напряжений ниже, чем при холодной запрессовке. Однако процесс отмечается низкой производительностью, так как необходимо нагревать всю вставку до температуры, достаточной для размяг­ чения окружающего вставку полимерного материала [16].

Вставки, создающие резьбу

Вставка имеет наружную резьбу, которую можно получить, ввинчивая вставку, то есть врезая ее в деталь, или формовать литьем под давлением. Как только достигается нужное положение, трение между материалом детали и вставкой будет удерживать последнюю от проворачивания, а ее наружая резьба будет обеспечивать сопротивле­ ние ее вывинчиванию. Наружный размер резьбы вставки составляет 9,5 мм, что обус­ ловлено ограничением на верхний предел крутящего момента. При этом наружный диаметр внутренней резьбы вставки составляет 6,35 мм. Создающие резьбу вставки могут быть введены в детали как из реактопластов, так и из термопластов. Тип мате­ риала определяет конфигурацию наружной резьбы. Формующие резьбу вставки обычно используются в деталях из эластичных термопластов, а нарезающие резьбу вставки — в деталях из жестких стеклообразных или армированных термопластов и реактопластов [24,52].

Вставки из свернутой в виде спирали проволоки иногда используются для созда­ ния точного и долговечного резьбового соединения с винтами. Не создающие резьбу вставки помещаются в отверстие детали, в котором резьба предварительно отформо­ вана или нарезана [24].

Введение и запрессовывание вставок с использованием ультразвука

Установка для ультразвуковой сварки может быть использована для введения вставок в детали из пластмасс. При ультразвуковой запрессовке обычно используют­ ся вставки из латуни с внутренней резьбой и набором трапециевидных в сечении выступов. Эти выступы (рис. 6.87 и 6.88) предназначены для повышения сопротивле­ ния извлечению вставок из детали. Вставки и приемные отверстия в деталях обычно имеют коническую форму, чтобы снизить усилие запрессовки, гарантировать равно­ мерное выделение тепла и уменьшить продолжительность запрессовки (обычно ме­ нее 1 с) [16, 24, 51].