Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Проблемы выявления и устранения возможных дефектов в процессе получения изделий из термопластов. Учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
08.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
при расположении отверстия близко от края изделия же-
лательно, чтобы край изделия соответствовал форме примы­кающего к нему отверстия, что способствует соблюдению рав­ностенности, уменьшению возможной деформации отверстия в результате неравномерной усадки стенок;
при расположении отверстия очень близко от края изде-
лия или соседнего отверстия при усадке изделия возможны рас­трескивания перемычки и ее деформация.
В зависимости от требований эксплуатации уровень качества изделия может реально выражаться различными параметрами ­точностью размеров, чистотой поверхности, внешним видом, прочностными показателями и т.п. Однако практически все эти параметры определяются напряженным состоянием материала изделия после его изготовления и изменениями в процессе хра­нения и испытаний. Таким образом, напряженное состояние ма­териала объективно отражает общий уровень качества изделия. Это состояние характеризуется собственными напряжениями, называемыми также внутренними или остаточными. Они возни­кают в тех случаях, когда в поперечном и продольном сечениях тела появляются неравномерные деформации или изменения объема и формы. Собственные напряжения взаимно уравнове­шиваются - общая равнодействующая и результирующий мо­мент в каждой данной точке имеют нулевые значения.
По характеру происхождения собственные напряжения могут быть подразделены: на временные – исчезающие после удаления вызвавшей их причины (например, термические напряжения из­за неравенства температуры в различных частях изделия, исче­зающие после выравнивания температур) и остаточные – остающиеся в теле изделия после удаления вызвавших их при­чин.
Для изделий из пластмасс характерными являются остаточ­ные напряжения первого рода, т.е. такие, которые уравновеши­ваются в областях, имеющих размеры одного порядка с разме­рами тела изделия. Эти напряжения вызываются неравномер-
31
ным распределением массы; неоднородными силовыми и тем­пературными полями во время образования изделия.
Принципиально любой процесс формования пластмассового изделия приводит к образованию остаточных напряжений. Ос­таточные напряжения в пластмассовых изделиях классифици­руются по видам: ориентационные, термические, диффузион­ные, напряжения армирования.
Опыт показывает, что остаточные напряжения в ряде случаев играют и положительную роль. Действительно, если остаточные напряжения совпадают по направлению с внешней нагрузкой, их величина должна быть вычтена из величины допустимого напряжения. Если же остаточные напряжения направлены про­тивоположно внешней нагрузке, то величина допустимых на­пряжений не изменяется, а при снятии остаточных напряжений надежность конструкции будет повышаться.
Ориентационные остаточные напряжения в значительной степени зависят от конструкции изделия, количества и располо­жения мест впуска расплава в форму или общего направления движения материала. Первой причиной возникновения ориента­ционных напряжений является течение материала по одному или двум направлениям (одно- или двумерное течение). При этом в направлении потока за счет трения расплава о стенки ме­таллической формы, а также от внутреннего трения между слоя­ми возникает разность скоростей потока по сечению. Напряже­ния сдвига вызывают деформацию макромолекул и их ориента­цию, которая фиксируется при застывании расплава.
Если происходит двумерное течение, поток расплава расши­ряется перпендикулярно направлению его движения. Пример такого течения - заполнение формы диска от литника, располо­женного по центру. Фронт потока в любой момент заполнения формы представляет собой дугу с центром у литника. Расшире­ние расплава происходит неравномерно по сечению. После сма­чивания стенки формы расплав около нее начинает охлаждаться и застывать, в то время как новые порции расплава будут пере­двигаться по застывшему слою и одновременно расширяться.
32
Это приводит к возникновению сдвиговых напряжений в на­правлении, перпендикулярном основному направлению течения потока. Возникает двухосная ориентация материала в теле изде­лия, причем доминирующей оказывается продольная ориента­ция. Следовательно, второй причиной, обусловливающей оста­точный характер ориентационных напряжений, является бы­строе охлаждение (при литье под давлением, экструзии) и за­твердевание материала после формования.
Наиболее отчетливо возникновение ориентационных напря­жений проявляется при литье под давлением термопластов типа полистирола, полиметилметакрилата и т.п. Было установлено, что у поверхности исследуемых образцов ориентация молеку­лярных структур выражена наиболее ярко, затем она снижается по направлению к центру поперечного сечения. В центре всегда наблюдается незначительная ориентация, материал здесь может быть признан изотропным. Это объясняется протеканием при медленном застывании расплава релаксационных явлений, обу­словленных броуновским движением частиц материала. Подоб­ная ориентация наблюдается и в тех конструкциях, которые обеспечивают расплаву достаточно короткий путь течения. При более длинном пути потока ориентационные явления сущест­венно усложняются.
Наибольшее напряжение сдвига наблюдается у стенки фор­мы. Выделяющееся при этом тепло отводится через стенку фор­мы. Только на определенном расстоянии от стенки тепло уже полностью не отводится, вязкость расплава понижается, и в этой области ориентация материала проявляется меньше.
Величина ориентационных напряжений зависит от двух об­стоятельств. Первое - это уже рассмотренные напряжения от за­мораживания ориентированных молекул с образованием нерав­новесного объема. Второе - напряжения, связанные с изменени­ем конформаций молекул и вызывающие деформацию только части объема материала.
Значительное различие в величинах коэффициентов линейно­го термического расширения материала формы и изделия при-
33
водит к существенным объемным изменениям. Образование твердой наружной оболочки раньше, чем полностью затвердеет вся масса по сечению изделия, в свою очередь, препятствует то­му, чтобы изменения объема протекали свободно, без затрудне­ний. В результате, как правило, внутренняя часть изделия ока­зывается растянутой, а наружная – сжатой. Сжимающие напря­жения у поверхности вызывают коробление изделия, образова­ние утяжин и т.п. Растягивающие термические напряжения при­водят к возникновению усадочных раковин, пустот.
Диффузионные остаточные напряжения возникают при по­глощении или потере влаги полимерным материалом. Они обу­словливаются разностью коэффициентов линейного термиче­ского расширения соседних слоев материала, в которых концен­трации жидкости различны вдоль какой-либо линейной коорди­наты. Поскольку одновременно следует считаться и с явлением миграции влаги внутрь тела изделия, можно ожидать возникно­вения дополнительных остаточных напряжений при миграции жидкостей в течение всего периода до насыщения, а для замкну­тых систем - и после насыщения. Для количественного опреде­ления диффузионных остаточных напряжений необходимо знать функцию распределения концентрации жидкости по линейной координате, а также коэффициенты диффузии материала.
Остаточные напряжения армирования также обусловливают­ся в основном разностью коэффициентов линейного термиче­ского расширения металлической (как правило) арматуры и пла­стмассы.
В реальных условиях из-за сложности раздельного установ­ления и анализа причин и результатов проявления остаточных напряжений в конкретном пластмассовом изделии необходимо оценивать суммарный эффект. При этом практика подтверждает доминирующее влияние факторов формы и размеров изделия. Косвенно это проявляется, например, в различной величине уса­дочной деформации разнообразных изделий, к тому же нерав­номерной в разных направлениях для одного и того же изделия.
34
Вопросы для самоподготовки
1) Как влияет конструкция деталей из пластмасс на возник-
новение короблений и трещин в готовых изделиях?
2) Как влияет конструкция деталей из пластмасс на величи-
ну усадки при получении изделий методом литья под давлени­ем?
3) Перечислите основные требования к конструкции дета-
лей из пластмасс, исключающие получение дефектных изделий.
4) С какой целью на деталях из пластмасс делают техноло-
гические уклоны?
5) Для каких целей в деталях из пластмасс используют реб-
ра жесткости?
6) Как необходимо располагать ребра жесткости, чтобы из-
бежать дефектов в готовых изделиях?
35
3 ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ НА СВОЙСТВА ИЗДЕЛИЙ
ПРИ ИХ ПОЛУЧЕНИИ, ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ
ДЕФЕКТОВ И ПУТИ ИХ УСТРАНЕНИЯ
3.1 Дефекты изделий из термопластов, получаемых при
литье под давлением. Причины и возможные пути их устра-
нения
Выявление и устранение возможных дефектов при получении изделий чаще всего является реакцией на технологический про­цесс, когда один или несколько параметров становятся неудов­летворительными. Однако одиночными мерами решить эту дос­таточно сложную задачу не всегда удается. Нужно определить, когда возник дефект, чем он вызван: особенностями протекания процесса или дело в пресс-форме, или в конструкции детали, или в выборе материала. Чаще всего необходима согласованная корректировка нескольких этапов процесса поиска и устранения дефектов изделия. Результат процесса, например литья под дав­лением термопластов, зависит от многочисленных факторов, между которыми существуют отношения типа причина (фактор)
следствие (результат). Диаграмма причин и следствийсред-
ство, позволяющее выразить эти отношения в простой и доступ­ной форме.
В 1953 г. профессор Токийского университета Каору Исика­ва, обсуждая проблему качества на одном заводе, суммировал мнения инженеров в форме диаграммы причин и результатов. Когда диаграмму начали применять на практике, она оказалась весьма полезной и скоро стала широко использоваться во мно­гих компаниях Японии, получив название диаграммы Исикавы. Она была включена в японский промышленный стандарт (JIS) на терминологию в области контроля качества и определяется в нем следующим образом: диаграмма причин и результатов – диаграмма, которая показывает отношения между показателями качества и воздействующими на него факторами.
36
Причинно-следственная диаграмма – инструмент, позволяю­щий выявить наиболее существенные факторы (причины), влияющие на конечный результат (следствие). Если в результате процесса качество изделия оказалось неудовлетворительным, значит, в системе причин, т.е. в какой-то точке процесса, про­изошло отклонение от заданных условий. Если эта причина мо­жет быть обнаружена и устранена, то будут производиться изде­лия только высокого качества. Более того, если постоянно под­держивать заданные условия процесса, то можно обеспечить формирование высокого качества выпускаемых изделий. Важно также, что полученный результат – показатели качества (точ­ность размеров, степень чистоты, значения физико­механических свойств и т.д.) – выражается конкретными дан­ными. Используя эти данные, с помощью статистических мето­дов осуществляют контроль процесса, т.е. проверяют систему причинных факторов. Таким образом, процесс контролируется по фактору качества.
Горизонтальная стрелка, проходящая посередине (рис.3.1), направлена прямо на проблему. Она образует «хребет» причин­но-следственной связи. Четыре основных причины: человек, машина, материал и метод – представлены в виде диагональных стрелок. Более мелкие горизонтальные стрелки, ведущие к че­тырем остальным причинам, – это второстепенные причины. Эта диаграмма позволяет «увидеть» проблему воочию. Возмож­ное решение прямо на схеме не указывается. Оно будет рас­сматриваться позднее.
На следующем этапе необходимо определить, когда возника­ет дефект и чем он вызван. В табл. 3.1 представлены дефекты литья, обусловленные особенностями протекания процесса и конструкции пресс-формы. Из этих данных становится ясно, что большинство дефектов технологического характера возникают на этапе пластикации и впрыска. В пресс-форме особое внима­ние следует обратить на исполнение литника.
37
Рис.3.1. Причинно-следственная диаграмма (диаграмма «рыбного хребта»)
38
После того как удалось локализовать проблемный участок, можно переходить к устранению дефекта. В табл. 3.2 показана схема связи основных технологических параметров и дефектов готового изделия. Порядок действия указан цифрами и стрелка­ми вверх-вниз. Именно в этом направлении следует изменять параметр, чтобы справиться с тем или иным дефектом. Чем меньше цифра, тем выше вероятность того, что данный пара­метр подлежит корректировке. Например, при появлении в от­ливке пригарных шлиров1 нужно: в первую очередь уменьшить температуру материала (1↓), затем – скорость впрыска (2↓), по­сле этого попробовать увеличить впускной литник (3↑) и, нако­нец, снизить скорость вращения шнека (4↓).
Если речь идет о более сложном дефекте, не указанном в табл. 3.1 и 3.2, то требуется тщательное наблюдение. Нужно описать внешний вид дефекта, рассмотреть, в какой части от­ливки он появляется (относительно литника), выяснить частоту появления дефекта и зависимость от каких-либо конкретных об­стоятельств. В случае использования многогнездной формы важно определить, не связан ли дефект с каким-либо из гнезд. Далее необходимо тщательно заполнить список параметров и решить, может ли тот или иной параметр оказывать воздействие на конкретный дефект или нет. Из оставшихся следует рассмот­реть возможные взаимоисключающие параметры, затем мето­дом последовательного приближения локализовать причину и устранить дефект.
Большой облой, грат. Грат – это заусенцы на изделии по
плоскости разъема формы. Основные причины его появления: малые усилия смыкания формы (форма при заполнении распла­вом раскрывается по плоскости разъема), высокая температура расплава и формы, из-за чего расплав, обладая большой текуче­стью, выдавливается из формы; неплотное смыкание формы в связи с попаданием в плоскость разъема остатков литников или
1
Шлиры – прожилки, разводы, прослойки, нитевидные включения.
39
массы материала в отверстия под направляющие колонки в ре­зультате смещения заливочной втулки.
Таблица 3.1
Дефекты литья, обусловленные особенностями протекания про-
цесса и пресс-формы
Процесс Пресс-форма
Дефекты отливки: дефекты поверх­ности, механиче­ские и размерные
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Визуальные дефекты изделия Пригарные шли­ры Влажные шлиры Красочные шли­ры Шлиры стеклово­локна Утяжки Χ Χ Блеск, неравно­мерность блеска Наличие в отлив­ке нерасплавлен­ного гранулята (неоднородность) Линия стыка, следы течения Образование «свободных струй» Дизельный Χ Χ Χ Χ
Χ Χ Χ
Χ Χ
Χ Χ Χ
Χ Χ Χ Χ Χ
Χ
Χ Χ Χ Χ Χ Χ
Впрыск
Подпитка
Пластификация
Χ Χ
Открытие формы
Усилие смыкания
Литник
Прочность
Температура
Извлечение изделия
Вентиляция гнезд
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]