Добавил:
ivanov666
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
− 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 следствий – сред-
–
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]
