Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология переработки пластических масс (теория и практика). Учебное пособие
.pdf
Рис. 23. Установка для производства крупноразмерных изделий
ротационным формованием:
1 – термокамера; 2 – ротационное устройство; 3 – форма; 4 – изделие
Ротационное формование относится к практически безотходным процессам. При конструировании ротационных форм
можно достичь 100 % выхода изделий из исходного сырья. Бракованные изделия и удаляемые части изделий утилизируются, а
полученные материалы используются для изготовления новых
изделий. Типичные примеры применения изделий, полученных
ротационным формованием, приведены ниже.
Центробежное формование
Центробежное формование (иногда центробежное литье) –
метод изготовления изделий в виде тел вращения — цилиндров
(труб), втулок, подшипников скольжения и т. п. Этот метод, как
правило, находит применение в тех случаях, когда размеры (габариты или толщина) изделия не позволяют изготовить его другими методами.
Для получения изделий по такой технологии в нагретую
форму, торцы которой закрыты фланцами, загружают порцию
расплава термопласта или жидкой смолы с отвердителем. Если
51
52
термопласт загружают в форму в виде порошка или гранул, плавление полимера и его гомогенизация в обогреваемой форме существенно снижает производительность. Поэтому для ускорения
процесса получения изделий нередко применяют (экструдер с копильником, откуда в форму подается необходимый объ ем
расплава.
В отличие от ротационного формования процесс осуществляется при высоких частотах вращения нагреваемой формы, поэтому под действием центробежных сил в материале развивается
достаточно большое давление и усадка готового изделия невелика. После охлаждения и остановки снимаются фланцы, изделие
извлекают из формы. Обычно внутренний слой изделия имеет
более рыхлую структуру и удаляется механической обработкой
для получения необходимого внутреннего диаметра. С учетом
этого материал дозируют с запасом в 10-15 %.
Наибольшее распространение этот метод находит в получении толстостенных труб большого диаметра из полиамидов,
полиэфиров и других термопластов с низкой вязкостью расплава;
из-за склонности этих полимеров к окислению полость формы
заполняется инертным газом (СО2, азот). При изготовлении изделий из полиамидов один из вариантов технологии предусматривает загрузку в форму расплава капролактама и катализатора
анионной полимеризации, после чего нагретая форма приводится
во вращение. Из-за высокой скорости полимеризации длительность процесса практически не зависит от толщины стенок формуемого изделия.
Лабораторная работа № 6.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МЕТОДОМ
ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
Цель работы:
практическое ознакомление с технологией изготовления
деталей методом центробежного литья.
Материалы и оборудование
Термопластичный материал (капрон, полиэтилен) в виде
гранул или порошка. Установка для центробежного литья, состоящая из настольного токарного станка, формы, съемного электрообогрева, ЛАТРа, потенциометра типа ЭПД. Весы технические, разновес. Инструменты для снятия крышек с формы. Изготовление изделий методом центробежного литья производится на
установке с горизонтальной осью вращения, схема которой показана на рис. 24.
Описание установки
Установка состоит из металлической формы типа цилиндра 1, которая закрывается двумя зажимными крышками 2. На
внутренней поверхности цилиндра формуется деталь 3 из полимера. Форма приводится во вращение шпинделем токарного
станка 4. Обогрев формы осуществляется нагревательным элементом 5 мощностью 600 Вт. Верхняя половина элемента является съемной, нижняя закреплена неподвижно. Температура внутри
формы измеряется термопарой 6 и регулируется потенциометром 7
типа ЭПД. Пуск электродвигателя токарного станка производится
кнопочным пускателем 8.
Рис. 24. Схема установки для получения изделий методом
центробежного литья
53
54
Проведение испытаний
На технических весах взвешивают необходимое количество полимера, рассчитанное для определенной толщины стенки
(2-6 мм) получаемой втулки. Расчет массы полимера G, г, производят по формуле
G=πL[R2– (R–δ)2]φ+Gn ,
где L – длина формы (втулки), см; R – наружный радиус втулки,
равный внутреннему радиусу формы, см; δ – толщина стенки втулки, см; φ – плотность полимера, г/см3; Gn – масса потерь на удаление летучих и разложение полимера (принимается 1-2 %
от массы изделия), г.
Полимер загружают в форму, предварительно смазанную
по внутренней поверхности кремнийорганической жидкостью и
закрытую с одной стороны крышкой. Форму устанавливают на
токарном станке в горизонтальном положении, закрепляют правую крышку, устанавливают съемную часть нагревательного
элемента и включают обогрев. Напряжение сети подается на
электронагреватель с помощью ЛАТРа.
В процессе нагрева до заданной температуры производят периодическое (через 5-10 мин) включение электродвигателя станка
(на 1 -2 мин) с тем, чтобы при вращении формы расплав полимера
равномерно распределялся по внутренней поверхности цилиндра.
При достижении необходимой температуры (для ПЭНП –
180, 200, 2200С, для капрона – 220, 230, 2400С) форма находится
при непрерывном вращении в течение 10 – 20 мин. Ориентировочное число оборотов формы определяется по формуле
2000
n
.
d
-=R
Центробежную силу Fц, действующую на материал при
вращении формы, определяют по формуле:
rw
××=2mF
ц
или
ц
æ
××=nmF
r
ç
è
30
,
÷
ø
2
×
p
ö
где m – масса материала, г; ω – угловая скорость, рад/с;
ρ – внутренний радиус втулки, см; n – частота вращения, мин-1.
Можно отлить несколько втулок при постоянной температуре с
различной частотой вращения формы ( 6 30 , 10 0 0, 1 6 0 0 мин-1).
После выдержки при постоянной температуре отключают
обогрев формы, снимают верхнюю часть электронагревателя и
форму охлаждают при вращении до температуры (50-60) °С. Затем с формы снимают боковые крышки и механическим способом выталкивают изделие.
Образцы, вырезанные из втулки, испытывают на твердость,
прочность при растяжении, на статический и динамический изгиб.
Техника безопасности
Не трогать горячую форму и включенные электронагреватели руками. При снятии горячей формы пользоваться перчатками. Запрещается стоять вблизи вращающейся формы.
Задание
1. Охарактеризовать материал, применяемый при перера-
ботке.
2. Получить методом центробежного литья изделия при
различных температурах расплава или при различной скорости
вращения формы.
ГЛАВА 5. МЕТОД АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
(3D-ПЕЧАТИ)
3D-печать – процесс создания трехмерного объекта путем
послойного добавления материала на основу (платформу). Является разновидностью аддитивного производства (англ. Additive
Manufacturing) – технологии послойного наращивания и синтеза
объектов.
В начале 1980-х годов ХХ века начали развиваться новые
методы производства деталей, основанные не на удалении материала как традиционные технологии механической обработки, а
на послойном изготовлении изделия по трехмерной модели, полученной в САПР, за счет добавления материала в виде пластиковых, керамических, металлических порошков и их связки тер-
55
56
мическим, диффузионным или клеевым методом. К настоящему
времени технология позволяет получать прототипы и функциональные изделия из различных материалов, в том числе пластмасс, которые не требуют механической постобработки [1-4].
Среди применений аддитивных технологий наиболее востребовано производство функциональных изделий для нужд наиболее заинтересованных отраслей промышленности таких, как
авиакосмическая отрасль, автомобиле- и машиностроение, ВПК,
медицина в части протезирования, то есть там, где существует
острая потребность в изготовлении высокоточных изделий и их
прототипов в кратчайшие сроки [2].
Существуют различные методы 3D-печати изделий, имеющие принципиальные отличия в технологии и конструкции оборудования. На данный момент наибольшее распространение получили следующие методы:
лазерная стереолитография (LaserStereolithography).
SLA– объект формируется из специального жидкого фотополимера, затвердевающего под действием лазерного излучения ( или
излучения ртутных ламп). При этом лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта,
после чего объект погружается в фотополимер на толщину одн ого слоя, чтобы лазер мог приступить к формированию следующего слоя. Также существует вариация данной технологии – SLADLP, в которой вместо лазера используется DLP-проектор (в этом
случае слой формируется сразу целиком, что позволяет ускорить
процесс печати).Данный метод стал первым среди аддитивных
производств В 1988 году компания 3D Systems продала свой первый промышленный 3D-принтер с использованием технологии
SLA;
селективное лазерное спекание (Selective Laser Sintering).
SLS – объект формируется из плавкого порошкового материала
(пластик, металл) путём его плавления под действием лазерного
излучения. Порошкообразный материал наносится на платформу
тонким равномерным слоем, после чего лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта.
Затем платформа опускается на толщину одного слоя и на неё
вновь наносится порошкообразный материал. Данная технология
не нуждается в поддерживающих структурах «висящих в воздухе» элементов разрабатываемого объекта за счёт заполнения пустот порошком. Для уменьшения необходимой для спекания энергии температура рабочей камеры обычно поддерживается на
уровне чуть ниже точки плавления рабочего материала, а для
предотвращения окисления процесс проходит в бескислородной
среде;
селективное лазерное плавление (Selective Laser Melting).
SLM – технология послойного аддитивного производства с ис-
пользованием лазера. На сегодня данный метод является наиболее быстро развивающейся технологией среди методов аддитивного производства. Однако остро стоит проблема производительности технологии, ограничивающая её дальнейшее широкое распространение для нужд современной индустрии [5]. Высокая востребованность технологии обусловлена достижимым качеством
изготовления конечного изделия: требуемыми шероховатостью,
точностью исполнительных размеров ответственных элементов
изделия, минимальной толщиной изготовления конструкторскотехнологических элементов формы изделия, которые могут быть
гарантированы малым радиусом лазерного пятна (до 20 мкм);
моделирование методом наплавления
(Fuseddepositionmodeling). FDM – объект формируется путём послойной укладки расплавленной нити из плавкого рабочего материала. Материал подаётся в экструзионную головку, которая выдавливает на охлаждаемую платформу тонкую нить расплавленного материала, формируя таким образом текущий слой разрабатываемого объекта (рис. 25).
Далее платформа опускается на толщину одн ого слоя, чтобы можно было нанести следующий. Часто в данной технологии
участвуют две рабочие головки — одна выдавливает на платформу рабочий материал, другая — материал поддержки.
В настоящее время FDM — самая распространенная технология 3D-печати в мире. С ее помощью получают изделия как на
простых бытовых (домашних) принтерах, так и на промышленных системах высокоточной 3D-печати.
57
58
Преимуществами данной технологии являются низкая
стоимость материалов, получение прочных износостойких изделий, широкие возможности пост-обработки. Однако данная технология уступает другим при производстве мелкогабаритных
деталей.
Рис. 25. Упрощенная схема 3D - печати по технологии FDM
Основные технологические параметры FDM 3D-печати
Область печати. От размера рабочей камеры оборудования
напрямую зависят габариты и количество производимых изделий.
Большая рабочая поверхность позволяет запускать в производство сразу несколько изделий за один цикл, что повышает производительность печати.
Температура печати (переработки). От данного показателя
зависит тип и разнообразие материалов, которым может печатать
выбранное оборудование. От легкоплавких пластиков с температурой плавления от 190 °С, до конструкционных с температурой
плавления около 300 °С.
Наличие подогреваемой платформы. Многие пластмассы
требуют данной опции для работы с ними. В совокупности с закрытой областью печати (кожух), печать такими материалами не
требует жесткого контроля температуры в помещении.
Минимальная толщина слоя печати. От толщины слоя зависят как качество изделий, так и производительность производства. Чем меньше слой, тем дольше время печати, но при этом
качество изделия выше, что также способствует уменьшению затрат на постобработку. Качество изделий, полученных при печати различной толщиной слоя полимера представлены на рис. 26.
Линейная скорость печати. Параметр измеряется в мм/с. С
повышением скорости начинает страдать качество изделий.
"Флагманы" в 3D-печати обеспечивают высокую скорость работы
без потери качества печати за счет использования более качественных и надежных движущихся элементов конструкции, а
также элементов каркаса (жесткие рамы, антивибрационые прокладки и т.д.).
Количество печатающих головок (экструдеров, оснастки).
При выборе оборудования важным параметром является оснащение 2 экструдерами, что позволяет печатать изделия сложной конфигурации с растворимыми поддержками. Это значительно облегчает дальнейшую обработку изделия после завершения печати.
Также при простой конфигурации формы, для которой не
требуется большое количество поддержек, есть возможность печатать два изделия одновременно разными экструдерами, что
увеличивает производительность процесса.
Преимущества и недостатки 3D-печати
Если говорить о сравнении с традиционными технологиями
производства пластиковых изделий (такими как литье, экструзия,
штамповка и т.д.), то можно выделить следующие критерии:
скорость производства, которая указывает на затраченное
время от моделирования до постобработки деталей;
стоимость производства – финансовые затраты на производство каждой конкретной детали;
качество продукции, говорящее о точности производства относительно её соответствия итоговому продукту до постобработки ;
точность копий, которая указывает на уровень идентичности производимых копий одного и того же изделия;
гибкость производства – затраты времени и финансов на
переход к изготовлению нового продукта или внесение изменений в уже запущенного в производство;
доступность – необходимость в финансовых затратах для
приобретения производственных мощностей разного уровня
сложности.
59
60
Рис. 26. Зависимость внешнего вида поверхности изделий
от толщины слоя печати
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]