Basov N.I. i dr. Raschet i konstruirovanie formiruyushchego instrumenta dlya izgotovleniya izdelij (1991

чало )

(/'Конец )

Рис. 2.24. Схема алгоритма вычисления W и траэ,2-'

блок 2 — ввод исходных данных; блоки с 3 по 9 включительно — выполнение операции интегри­ рования по формуле для /приближенным методом прямоугольников; блок 5 — назначение шага ин­ тегрирования б по аргументу Д7^ блок 9 — определение конца интервала интегрирования по аргу­ менту

разогрева траз i, то необходимо задаться несколько ббльшим значени­ ем мощности (см. блок Л) и повторить расчет.

Расчет Щ. Принципиально этот расчет подобен расчету К^. Мощ­ ность нагревательных элементов У/j, должна быть достаточной для обеспечения полного теплового баланса (внешних источников тепла):

Оэл = Опол + Осп + Оол + Qbc + ftip.

110

где Qnon — полезное тепло, расходуемое на нагрев пресс-массы; Qc#n — потери тепла в стол пресса; Q0-c — потери тепла в окружающую среду через боковые поверхности и места разъема пресс-формы (00,с = Qg + бр); £?б.с ~ потери тепла через болтовые соединения; Quv — прочие потери (потери тепла при обдувке воздухом, продувке пресс-формы, вынуж­ денных перерывах в работе и пр.).

Основными являются три первых члена правой части равенства, которые могут быть определены с достаточной для практических расчетов точностью. Определение потерь является задачей менее определенной: поскольку два члена являются к тому же незначитель­ ными по величине, такие приближенные расчеты не вносят существен­ ных изменений в результаты расчета.

По экспериментальным данным, при различных условиях работы пресс-формы величина прочих потерь колеблется в пределах 10-20% от общего расхода электроэнергии.

Полезная теплота QnoJ1 определяется по зависимости

Qnon = cGiATz,

где с — теплоемкость прессуемого материала, кДж/(кгтрад); Gj — масса одного изделия, кг; ДТ — изменение температуры материала в процессе его нагревания в пресс-форме, К; г — число изделий, изготавливаемых в час.

При расчете потерь в окружающую среду обязательным является учет Qp =тр1ар/рДГ, где/р - площадь поверхности разъема, м2; Л Г - разность температур поверхности пресс-формы и окружающей среды, *С; тр - продолжительность раскрытия пресс-формы за 1 ч работы, ч.

Для матрицы и пуансона эти потери следует считать раздельно, потому что значения <хр и /р для них различны.

Коэффициент теплоотдачи мест разъема оср для оформляющей части матрицы может быть найден из зависимости

ap = 0,95(\/h)(Gr-Pr)0,02)

где А — высота гнезда матрицы, м.

р= 4,2Д Г0.19.

Вуравнения для оср все величины, зависящие от температуры, подсчитываются по определяющей температуре Т = (Гс - Гос)/2.

Вгоризонтальных плоскостях разъема коэффициент теплоотдачи меньше, чем в вертикальных, но учитывая, что пуансон имеет пери­ одическое поступательное движение и обдувается холодным возду­ хом, коэффициент теплоотдачи для него может быть увеличен и

принят равным коэффициенту теплоотдачи вертикальных стенок - порядка 1,5-10-2кДж/(м2-с-град).

Поверхность соприкосновения пресс-формы со столом пресса состав­ ляет 15-25% от ее общей поверхности, и, если принять коэффициент теплоотдачи в стол пресса, равным коэффициенту теплоотдачи от боковых поверхностей,будем иметь тепловой запас порядка 7,5-12% на пресс-форму (по сравнению с точным учетом расхода теплоты в стол пресса), обеспечивающий бесперебойную работу пресс-форм при снижении напряжения в сети и т.д. Тогда общие потери тепла могут

Ш

быть подсчитаны по одной формуле

0по1 = «/полнЛГ,

гдеа — условный коэффициент теплоотдачи, кДжДм2 -страд); /ПОпн ~ полная поверхность пресс-формы, м2.

Ввиду того, что во время работы напряжение в сети иногда падает, что приводит к перерывам в работе и появлению брака в изделиях, необходимо найденную величину Q3„ увеличить на 15-20%, что ком­ пенсирует также все непредвиденные расходы тепла (сквозняки, сильные морозы и т.п.): Qpacx = ОэлФИзбыток энергии при этом будет исключаться терморегулятором.

Общий расход тепла (в кВт) в период прессования может быть подсчитан по уравнению теплового баланса <20бщ ~ Оэл + Ореакц» гДе Оэл ~ тепловой поток, подведенный к пресс-форме в виде электроэнер­ гии; Ореакц ~ тепловой поток от экзотермической реакции.

В случае, когда требуется, чтобы Wj» W2, к пресс-форме подклю­ чают специальные секции стартовых нагревателей, мощность которых WCT = W\- К'г;эти секции отключают при выходе пресс-формы на стационарный режим. Рассчитанную для всей пресс-формы мощность требуется распределить на две полуформы (учитывая массы их и расположение полости), и каждую автономно подключить к системе терморегулирования. Далее расчет проводят в зависимости от типа источника электроэнергии - электронагревательных элементов (устанавливая их единичную мощность) для индукторов (устанавли­ вая число витков, толщину изоляции и другие функциональные параметры).

Для уменьшения тепловых потерь, учитывая реальные их значения, предусматривают применение теплоизоляционных плит, а также покрытие наружных поверхностей термостойкой краской.

2.7. Системы удаления изделий из полости пресс-формы, перемещения и центрирования деталей.

Установка пресс-форм

Названные в этом разделе функциональные системы пресс-форм конструктивно чрезвычайно разнообразны, что определяется разнооб­ разием конфигураций изделий. Опыт конструирования дает возмож­ ность выделить некоторые типовые положения и типичные варианты, которые следует рассматривать как первоначальную базу для выбора конкретных необходимых решений. Важно, чтобы конструкции этих систем были максимально простыми и в механическом, и в кинемати­ ческом отношениях.

2.7.1. Система удаления изделий

В эту систему входят детали, взаимодействие которых (после формо­ вания изделий и размыкания пресс-форм) приводит к перемещению и выталкиванию изделий.

112

Р и с . 2.26. Способы выталкивания прессовых изделий: щ а — стержнем с гладким торцом; б — подвижным формующим знаком; в — выталкивателем

через арматуру; г — при помощи клиновых щек; д — при помощи щеки и стержневых выталкивате­ лей; е — при помощи гилыы; ж — при помощи центрального стержня

На рис. 2.26, г представлен способ выталкивания изделия при помощи клиновых щек. Клиновые щеки при движении вверх скользят по наклонным пазам, при этом осуществляется разъем. Для извлече­ ния изделий сложной конфигурации используют комбинированные способы выталкивания. На рис. 2.26, д показан способ выталкивания при помощи щеки и стержневых выталкивателей. Изделие отделяется от щеки вручную.

Одним из способов выталкивания являетея способ извлечения изделия при помощи пуансона. В этом случае изделие остается на пуансоне или в пуансоне и снятие его с пуансона является вторым этапом извлечения. Принудительное снятие изделия осуществляют различно: при помощи специальной гильзы, играющей роль трубчатого выталкивателя (рис. 2.26,е) или при помощи центрального стержня (рис. 2.26, ж).

В съемных пресс-формах функции выталкивателей могут выпол­ нять формующие знаки или специально устанавливаемые толкатели. В большинстве случаев они не имеют постоянной связи с пресс-формой и после каждого извлечения детали устанавливаются на место вручную.

114

Общие требования к выталкивателям изложены ниже.

1.При расположении выталкивателей необходимо предусматривать, чтобы изделие не перекашивалось при удалении из матрицы, иначе неизбежна его деформация или поломка; усилие, возникающее при выталкивании на торцах толкателей, не должно деформировать или разрушать изделие, поэтому рекомендуется ставить выталкиватели под арматуру или утолщенные места (ребра, бобышки и пр.).

2.Остающиеся от выталкивателей отпечатки, следы не должны портить внешний вид. Поэтому торцы выталкивателей должны нахо­ диться в одной плоскости с дном формующей полости. Если сторона изделия, на которую действуют выталкиватели, не является лицевой, можно торцы выталкивателей делать на 0,15-0,2 мм выше дна матри­ цы, что даст небольшие углубления (эти углубления необходимо предусмотреть в чертеже). При "утопленных" в матрицу (относительно плоскости дна) выталкивателях на изделии будут оставаться выступы, что не допустимо.

3.Высота выталкивателей (в частности, в съемных пресс-формах без нижних плит) должна быть строго одинаковой, иначе возможны перекос и поломка выталкиваемого изделия.

4.Величина хода выталкивателей должна обеспечивать полное удаление отпрессованного изделия из пресс-формы. Для стационарных пресс-форм она равна расстоянию от дна формующей полости до верх­ ней плоскости обоймы матриц (загрузочной камеры) плюс 8-10 мм (для ввода под вытолкнутые изделия вилки-съемника).

5.Крепление выталкивателей в стационарных пресс-формах ре­ комендуется делать, как правило, свободным - плавающим. Такое крепление компенсирует некоторое несовпадение отверстий в матрице

иплитах выталкивателей и обеспечивает лучшую работу выталкива­ телей.

6.Выталкиватели нельзя располагать вплотную к стенкам формую­ щего гнезда, чтобы его не повредить, и надо устанавливать как можно ближе к контуру формующего элемента, а также в наиболее глубоких местах формующей полости - для равномерного извлечения и умень­ шения деформации изделия.

2.7.2. Система перемещения деталей

Назначение этой системы - перемещение формующих знаков одновре­ менно (или после) с размыканием пресс-формы, до начала выталкива­ ния изделий. Рассмотрим на рис. 2.27 пример простой конструкции гладкого знака, оформляющего боковое отверстие в прессуемом изделии.

Установка знака в рабочее положение и удаление его из изделия осуществляется за счет клиньев, закрепленных в пуансонодержателе верхней части пресс-формы. Рабочая длина клина L равна

L = (/+c)/sina,

где / — ход бокового знака, мм; с — добавочный ход (3—5 мм); a — угол клина (от 15 до

изделия и загрузки материала пресс-форма смыкается, колонка 3 возвращает ползун в рабочее положение.

Перемещение формующих знаков, как указывалось, производится с помощью механизмов: клиновых, шарнирных, рычажных, шестерен­ ных и гидравлических. Выбор типа механизма диктуется не только стремлением к максимальной механизации процесса извлечения, но и простоте, надежности работы.

Устройство механизма подачи арматуры в большой степени зависит от конфигурации, размеров и места расположения арматуры в форме.

2.7.3. Система центрирования

Система центрирования пресс-форм предназначена для точного совме­ щения двух полуформ при их смыкании, а также для направления движения выталкивающей системы. В нее входят главным образом направляющие колонки и втулки.

Направляющие колонки всегда устанавливают в подвижной (верх­ ней) полуформе: это облегчает загрузку пресс-формы, установку арматуры и знаков, удаление изделий, очистку полости формы.

Длину колонок следует определять конструктивно, руководству­ ясь длиной пуансона (с припуском 5-10 мм) или величиной необходи­ мого хода выталкивания, величиной толщины плит и толщины упора.

Размеры направляющих втулок к колонкам зависят от размеров последних. Высота втулки должна лежать в пределах 1,5-2 ее внут­ реннего диаметра. Колонки направляющие стандартизованы в ГОСТ 22072-76, а втулки - в ГОСТ 22073-76; втулки центрирующие - в ГОСТ 22075-76.

В съемных пресс-формах обычно устанавливают две колонки, разных диаметров. Если в таких пресс-формах несколько плоскостей разъема, то применяют ступенчатые колонки (число ступеней равно числу плоскостей разъема съемного пакета). Конструктивное испол­ нение направляющих колонок и втулок - см. рис. 2.2-2.4.

2.7.4. Установка и закрепление пресс-форм

Установку и закрепление пресс-форм производят с учетом разме­ ров и расположения пазов для крепления пресс-форм (см. ГОСТ 16114-80). Надежное закрепление необходимо, чтобы не происходили случаи травматизма рабочих из-за сдвигов, перекосов плохо установ­ ленной пресс-формы. На рис. 2.30 представлены распространенные варианты закрепления стационарных пресс-форм. Вариант рис. 2.30, а

117

Рис. 2.30. Варианты конструкций закреплениястационарныхпресс-форм:

а — проушины в основании пресс-формы и в пуансонодержателе; 6 — проушины в обойме и в пуансонодержателе; е — прихваты с регулирующими опорами (i — болт, 2 — резьбовое гнездо, 3 — прихват, 4 — регулируемая опора)

предусматривает закрепление за специальные проушины в основании пресс-формы и в пуансонодержателе, совпадающие с Т-образными пазами стола пресса. Болты с квадратной головкой предотвращают провертывание болта при затягивании гайки. В варианте рис. 2.30, б проушины не в основании пресс-формы, а в обойме, и благодаря этому при затягивании болтов все плиты нижней полуформы дополнительно поджимаются. Подвижные резьбовые гнезда предотвращают пазы пресса от сколов. По сравнению с вариантом рис. 2.30, а здесь крепеж­ ные болты более длинные, нри затягивании их может скрутить. В варианте рис. 2.30, в установку осуществляют прихватами; требуемая высота их расположения достигается с помощью регулируемых опор.

2.8. Материалы и технологические процессы изготовления формообразующих деталей пресс-форм (ФОЛ)*

2.8.1. Стали

Основными и самыми распространенными материалами для изготовле­ ния формообразующих деталей (ФОД) являются стали. Срок службы пресс-форм зависит главным образом от стойкости ФОД, а она связана с« правильным выбором марки стали, режимов ее термообработки или упрочнения.

Основными причинами потери стойкости материалов ФОД являют­ ся: износ, разрушение, смятие, коррозия, адгезия полимеров к по­ верхности ФОД.

'Приводимые сведения относятся не только к пресс-формам, но и к другим типам формующего инструмента.

118

Износостойкость стальных ФОД определяется типом и количеством карбидной фазы и твердостью мартенситной основы сталей. Опреде­ ляющим является их абразивный износ, усиленный воздействием агрессивных химических веществ, выделяющихся в рабочей зоне формования.

Разрушение ФОД - сколы тонких элементов, перемычек и т.д. - наблюдаются чаще при использовании цементируемых сталей в ре­ зультате влияния концентрации напряжений.

Смятию подвергаются локальные участки поверхности ФОД из-за неравномерной и пониженной прокаливаемости некоторых сталей при попадании в плоскость разъема формы твердых частиц материала.

Коррозия ФОД наблюдается при переработке пластмасс, отличаю­ щихся сильно агрессивными выделениями летучих, особенно сложной конфигурацией полости, когда технологически затруднено выполнить однородное хромовое покрытие. В таких случаях стали с хромовым электролитическим покрытием заменяют на улучшенные коррозионностойкие стали. Они отличаются относительно небольшой устойчивостью к излому при закалке, средним (до малого) износом, низкой теплопроводностью, но отличными антикоррозионными свойст­ вами, постоянством размеров, сопротивлением к трещинообразованию, высокой прочностью на сжатие, хорошей полируемостью, обраба­ тываемостью.

При переработке малоагрессивных пластмасс возможно применять стальные ФОД даже без хромового покрытия.

Адгезия полимеров к ФОД проявляется чаще всего тогда, когда уже произошла коррозия поверхности, или когда эта поверхность была недостаточно чистой (шероховатой). Стали, применяемые для ФОД, по методу их термической обработки классифицируют на цементируе­ мые, закаливаемые (в том числе, стали сквозной закалки), улучшен­ ные, специальные (в основном - мартенситностареющие).

Особенностями цементируемых сталей являются: твердая поверх­ ность, большая износоустойчивость, отличная полируемость и воз­ можность нанесения твердого хромового покрытия. Чем глубже и тверже зона цементации, тем больше сопротивление износу и пласти­ ческой деформации; глубина цементации должна быть тем больше, чем больше давление формования и площадь плоской поверхности ФОД.

Закаливаемые стали имеют примерно одинаковые механические свойства во всем объеме ФОД, и не опасно (как и в цементируемых сталях) удалить прочный поверхностный слой при механической обработке или в результате пластической деформации. Эти стали особенно пригодны для электроэрозионной обработки, они хорошо полируются. При переработке реактопластов материалы ФОД должны отвечать двум основным требованиям - высокой прочности на сжатие и высокому сопротивлению износу. Эти требования выполняют закаливаемыТстали, напримергмарки Ш и многие другие. Они отличают­ ся и высокой размерной стабильностью, мало деформируются, доста­ точно пластичны и вязки. Закаливаемые стали для крупных ФОД при

119