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

резких перепадах температур подвергают высокому отпуску (более 500 °С); для мелких ФОД, работающих в условиях медленного повы­ шения температур, - низкому отпуску (до 250 °С).

Улучшенные стали применяют для крупных и средних ФОД. В них устранены недостатки цементуемых и закаливаемых сталей - они отличаются высокой прочностью сердцевины, что позволяет допускать значительные локальные перегрузки, повышенной поверхностной прочностью и пластичностью (из них выдавливают глубокие и сложные

Таблица 2.8. Рекомендуемые марки сталей для изготовления ФОД

120

полости ФОД). Улучшение сталей проводят легированием, добавляя бор, молибден, никель, вольфрам,а также специальной обработкой. Например, при закалке с последующим отпуском при температуре более 500 °С в течение 1-2 ч получается структура сорбита, обеспечи­ вающая сочетание оптимальной вязкости и прочности.

Рекомендуемые ГОСТ 27358-87 стали для изготовления ФОД приве­ дены в табл. 2.8 (марки сталей 20X13, 30X13, 40X13, 95X18 по ГОСТ 5632-72; 65Г по ГОСТ 14959-79; 12ХНЗА, 20ХНЗА, 38Х2МЮА, 20Х, 40Х по ГОСТ 4543-71; 9ХС, 5ХНМ, 7ХГ2ВМ, 4Х5МФС, Х6ВФ, ХВГ, Х12М, Х12Ф1 по ГОСТ 5950-73; У8А, У10А по ГОСТ 1435-74).

Допускается заменять стали на другие с механическими свойствами не ниже, чем у приведенных.

В деталях, имеющих различные твердости, размер переходной зоны твердостей должен быть в пределах 15-30 мм нормируемого участка.

Детали ФОД изготавливают из отливок (требования к ним - по ГОСТ 977-75 и ГОСТ 26358-84. Неуказанные литейные радиусы в зависимости от габаритных размеров заготовок деталей пресс-форм должны быть от 2 до 40 мм. Допускается вместо литейных радиусов применять фаски.

Заготовки ФОД из чугуна должны быть подвергнуты старению. Допуски размеров отливок из металлов и сплавов, не подвергаемых механической обработке, назначают по 10-му классу ГОСТ 26645-85. В технической документации могут быть установлены другие допуски размеров.

Выбор сталей для ФОД оказывает значительное влияние на техникоэкономические показатели производства. Главными факторами, определяющими выбор той или иной марки сталей, являются: тип перерабатываемого материала, сложность конструкции из ФОД, давле­ ние формования, серийность выпуска, гнездность формующего инстру­ мента, особенности планируемого технологического процесса изготов­ ления ФОД.

2.8.2. Цветные сплавы и другие материалы

ФОД для серийного производства можно изготавливать из медных, цинковых или алюминиевых сплавов, для опытного - даже из свин­ цовых или оловянистых сплавов.

Медные сплавы (латуни, бронзы) применяют наиболее широко. Наиболее высокой твердостью из них отличается бериллиевая бронза; ФОД из нее в сочетании с хромовым покрытием успешно используют для матриц, в которых формуют небольшие тонкостенные изделия. ФОД из цветных сплавов получают литьем, благодаря чему формо­ образующие поверхности получаются с малой шероховатостью, без окалины, они отличаются низкой адгезией к материалам мастер-моде­ ли.

Никель-кобальтовые материалы применяют для изготовления ФОД методом гальванопластики. При этом получают высокие (7-9 квалитеты) точность размеров и качество поверхности (Ra 0,2-0,05 мкм) без

121

дополнительной механической обработки формообразующих поверх­ ностей, термообработки и хромирования. Матрицы из никелькобальтовых материалов для изготовления тонких длинных изделий, со сложным рельефом получают по модели.

2.8.3. Технологические процессы изготовления и сборки ФОД

Выбор экономически целесообразного метода изготовления ФОД определяется минимумом приведенных затрат:

л

Z =f=iCP2iXi '

где Срг, — приведенные часовые затраты (с учетом капитальных) по эксплуатации обору­ дования при выполнении i'-й операции; т, — норма времени на выполнение i'-й операции при изготовлении требуемого количества ФОД; п — число операций.

Однако этой оценке должен предшествовать всесторонний анализ технических возможностей (по табл. 2.9 и другим данным) процессов изготовления ФОД. Напомним кратко суть некоторых из этих процес­ сов.

Электроэрозионная обработка заключается в разрушении металла обрабатываемой поверхности под действием электрических разрядов. В точке разряда металл локально оплавляется, испаряется, образуя

Таблица 2.9. Технические возможности процессов изготовления ФОД

*Не требуется дополнительной слесарной обработки поверхностей.

122

лунку. Удаляются продукты эрозии из зоны обработки благодаря газодинамическим явлениям, сопровождающим процесс. Копироваль­ ное прошивание производится электродами - инструментами (из меди, латуни, чугуна, углеграфитовых масс), по форме повторяющими конфигурацию обрабатываемой полости. Вырезание непрофилированным электродом (точнее - проволокой диаметром 0,08- 0,3 мм) произ­ водят по шаблонам, копирам, а на станках с ЧПУ - по программам.

Точное литье, например в керамические формы по постоянным и эластичным моделям, заключается в заливке расплавленного металла требуемой марки в керамическую форму. Эта форма, в свою очередь, выполняется по модели (постоянная - из дерева, металла.пластмассы; эластичные - из термостойкого заливочного компаунда, причем саму эту модель получают по другой модели, выполненной из пластилина, воска, парафина и т.п.). Керамическая форма используется один раз. Этот процесс дает возможность изготовления ФОД большой массы, сложной конфигурации с поднутрениями, боковыми отверстиями.

Холодное выдавливание состоит во вдавливании закаленного мастер-инструмента из легированной высокосортной стали в отожжен­ ную заготовку из пластичной стали. Полость, образующаяся в резуль­ тате, точно копирует конфигурацию рабочей части мастер-пуансона. Этот процесс позволяет существенно снизить трудоемкость образова­ ния сложных фасонных поверхностей ФОД, в 1,5-2 раза повысить износостойкость благодаря упрочнению поверхностного слоя. Но есть и ограничения применений процесса: невозможность выдавливания сложных полостей в инструментальных и легированных сталях; необходимость применения дорогостоящего оборудования - прессов большой мощности; необходимость изготовления высокоточных мастер-пуансонов из высокопрочных сталей; невозможность изготов­ ления полостей ФОД, не имеющих уклонов и имеющих поднутрения.

Полугорячее выдавливание аналогично холодному, но осуществля­ ют его на быстроходных гидравлических прессах. Пластическому деформированию подвергают стальные заготовки, разогретые до температуры 600750 °С. Полугорячее выдавливание несколько расширяет ограничения холодного выдавливания.

Порошковая металлургия .позволяет получать заготовки ФОД, прессуя металлический порошок в стальной пресс-форме, с последую­ щим спеканием в печах с защитной атмосферой при температуре, равной 2/3 температуры плавления спекаемого металла.

Плазменное напыление заключается в напылении на мастер-модель металлов в виде порошковой композиции, используя в качестве ис­ точника тепла низкотемпературную плазменную струю, которая полу­ чается путем подачи смеси газов в зону горения электродов, созда­ ющих электрическую дугу. Модели делают из металла или керамичес­ ких смесей. Этот процесс высокопроизводителен и эффективен, при­ чем его достоинства возрастают по мере усложнения конфигурации де­ тали; однако напыленный слой достаточно хрупок, а стойкость ке­ рамической модели - одноразовая (одна наплавка).

123

Гальванопластика, или пластическое воспроизведение поверхности модели путем осаждения на нее металла или сплава из электролита производится следующим образом. Модель изготавливают из токопроводного материала или другого, но покрытого серебром, графитом, медью, никелем. Модель является катодом, пластины осаждаемого ме­ талла-анодом. Материал для изготовления ФОД-сплав никеля с ко­ бальтом, он обеспечивает минимальное коробление при осаждении на модель, имеет твердость поверхности 4552 HRC3. На осажденный ра­ бочий слой из этого сплава толщиной 0,8- 1,5 мм наращивают конструк­ ционный слой меди толщиной до 3050 мм. Такая деталь-корка закреп­ ляется в обойме или на стальном основании (припаивается, приклеи­ вается и т.д.). Процесс имеет много достоинств (главное - снижение трудоемкости изготовления сложных ФОД) и ограничений (повышен­ ная хрупкость рабочего слоя, длительность цикла изготовления и др.).

В последние годы для изготовления сложных отверстий в ФОД успешно применяют лазерную обработку.

Общими требованиями к качеству обработки ФОД при любом про­ цессе их изготовления являются следующие: на поверхности деталей не должно быть следов коррозии, трещин и других механических пов­ реждений, ухудшающих прочность, эксплуатационные качества и внешний вид.

Шероховатость поверхностей деталей должна соответствовать значениям параметра Ra по ГОСТ 2789-73 (например, 3,2 мкм - резьб, 0,80 мкм - опорных плоскостей разъема; 0,20 мкм - формообразую­ щих полостей; 0,025 мкм - формообразующих полостей для изделий светотехники и для изделий с поверхностями для гальванической или вакуумной металлизации).

Формообразующие поверхности деталей пресс-форм в зависимости от перерабатываемого полимерного материала должны быть подверг­ нуты одному из видов гальванической, химической или химико-тер­ мической обработки: хромированию, никелированию, азотированию, оксидированию и др. Толщина слоя хрома должна быть не менее 12 мкм. В труднодоступных местах допускается толщина слоя хрома не менее 6 мкм.

Детали, изготовленные из сталей типа 30X13, 40X13, 95X18 и др., гальванической обработке не подлежат. Формообразующие поверх­ ности должны полироваться до и после гальванической, химической или химико-термической обработки. Полировку в разводящих кана­ лах и литниках целесообразно проводить вдоль потока массы и по на­ правлению съема детали.

Технологические процессы сборки ФОД в принципе традиционны, для машиностроения. В основном - это процессы слесарно-механичес- кие. Точность сборки определяется заданным1! допусками: допуск плоскостности опорных плоскостей плит, плоскостей разъема форм, а так же параллельности прилегающих поверхностей плит, матриц, дер­ жателей, обойм должен соответствовать 6-й степени точности по ГОСТ 24643—81; допуск перпендикулярности отверстий под знаки, матрицы,

124

вкладыши относительно плоскости разъема не должен быть более 0,02 мм; допуски расположения осей отверстий для крепежных деталейпо ГОСТ 14140-81; допуск параллельности опорных поверхностей ниж­ ней (неподвижной) и верхней (подвижной) плит крепления в закрытой форме и допуск параллельности плоскости разъема по отношению к опорным плоскостям плит формы должны соответствовать 8-й степени точности по ГОСТ 24643-81; допуск перпендикулярности направляю­ щих колонок и втулок, а также колонок возврата относительно опор­ ных плоскостей плит пресс-форм должен соответствовать 8-й степени точности по ГОСТ 24643-81; смещение контуров формообразующих поверхностей относительно друг друга по плоскости разъема не должно быть более 0,05 мм; торцы выталкивателей должны быть в одной плоскости с формообразующей поверхностью матрицы. Допус­ кается выступание над поверхностью или "утопление" выталкивате­ лей до 0,2 мм, если сторона изделия, на которую действуют выталки­ ватели, не является лицевой, и в зависимости от требований, предъ­ являемых к изделию.

2.9. Приемка, эксплуатация, ремонт и ресурс пресс-форм*

2.9.1. Приемка

Приемке должна подвергаться каждая пресс-форма. Изготавливаемые детали и узлы пресс-форм подвергают приемочному контролю в соот­ ветствии с нормативно-технической документацией.

Соответствие каждой пресс-формы требованиям подтверждают измерениями отформованных изделий и, при необходимости, по эта­ лону внешнего вида изделия. Измерения проводят не ранее, чем через 16 ч после получения изделий. Объем партии изделий при испытании пресс-форм устанавливается по согласованию между изготовителем и потребителем.

В пресс-формах и отпрессованных изделиях внешний вид, наличие покрытия, полировки, плавность переходов проверяют осмотром; размеры, допуски формы и расположения поверхностей проверяют универсальными или специальными средствами измерения.

Твердость термически обработанных деталей проверяют по ГОСТ 9013-59, но не на формообразующих поверхностях пуансона, матриц и других деталей.

Сопротивление изоляции электрических цепей проверяют мегаомметром при напряжении 5001000 В до испытания пресс-форм.

Проверку плавности перемещения подвижных частей пресс-форм проводят при испытаниях на холостом ходу (не менее 3 смыканий). Герметичность системы охлаждения проверяют на специальном стенде или при испытании пресс-форм.

* Сведения, приводимые в разделе, относятся также к другим типам формующего инструмента.

125

Проверку остальных требований, проверяемых при приемо-сдаточ­ ных испытаниях, следует проводить при работе пресс-форм (надо произвести не менее 5 отпрессовок). В результате приемки составляют паспорт пресс-формы.

Пригодную к работе пресс-форму маркируют и, если она предназна­ чена для эксплуатации на предприятии заказчика, производят консер­ вацию и упаковку.

Временная противокоррозионная консервация пресс-форм, деталей и узлов должна соответствовать ГОСТ 9.014-78 (группа II).

Методы и условия консервации должны обеспечивать сохранность изделий в течение года.

Пресс-формы, детали и узлы в зависимости от габарита и. массы должны быть упакованы в тару, но допускается транспортировать пресс-формы, их детали и узлы без тары в контейнерах или другими способами, обеспечивающими предохранение груза от воздействия атмосферных осадков и сохранность его при транспортировании.

Формы, детали и узлы следует хранить на стеллажах или подстав­ ках в один ряд.

2.9.2. Эксплуатация

Пресс-формы должны устанавливаться на оборудование, нормы точ­ ности которого соответствуют стандартам и (или) паспортным данным.

Закрепленная и выставленная на оборудовании пресс-форма долж­ на закрываться без толчков и раскрываться без заеданий. Пресс-формы следует эксплуатировать в закрытых помещениях при температуре окружающего воздуха не ниже плюс 10 °С и относительной влажности (65± 15)%.

При перерывах в эксплуатации пресс-форм на длительный срок фор­ мообразующие полости и трущиеся поверхности должны быть покрыты смазкой, предохраняющей от коррозии.

Формообразующие полости пресс-форм в процессе работы при необ­ ходимости смазывают (в соответствии с технологической картой). Попадание в формообразующие полости жидкостей и масел, не предус­ мотренных технологической картой, не допускается.

Очистку формообразующих деталей пресс-форм следует проводить при помощи предметов, изготовленных из цветных металлов, дерева, пластмассы.

В пресс-формах для прямого и литьевого прессования после каж­ дой отпрессовки формообразующие полости следует продувать сжа­ тым воздухом. / Подвижные соединения, не соприкасающиеся с формообразующей полостью пресс-формы, до начала работы и в процессе эксплуатации должны быть смазаны графитной смазкой или другими смазками для

данных условий эксплуатации.

Для эксплуатации пресс-форм прямого и литьевого прессования плиты обогрева должны быть теплоизолированы от стола пресса.

В пресс-формах с электрическим обогревом должно быть предусмот-

126

рено заземление. Место заземления должно быть обозначено словом "заземление".

Конструкция зажимов защитного заземления должна быть выполне­ на в соответствии с требованиями ГОСТ 21130-75.

Сопротивление изоляции электронагревателей при температуре 20 "С должно быть не менее 1 МОм, при рабочей температуре - менее 0,5 МОм.

Система охлаждения форм должна быть герметичной и выдержи­ вать давление охлаждающей жидкости 0,6 МПа.

2.9.3. Ремонт

Для обеспечения гарантийной стойкости в процессе эксплуатации пресс-формы должны периодически подвергаться техническому обслу­ живанию и планово-предупредительному ремонту (ППР).

Система ППР включает основные виды обслуживания пресс-форм: профилактический осмотр и профилактическое межремонтное обслу­ живание пресс-форм; текущий ремонт; средний и капитальный ремонт.

Профилактические работы подразделяют на виды: техническое обслуживание пресс-форм, выполняемое в течение всей смены и выполняемое после снятия пресс-формы с оборудования, перед от­ правкой на склад.

Техническое обслуживание пресс-формы без снятия ее с оборудова­ ния предусматривает: проверку крепления и центровки пресс-формы на оборудовании и при необходимости подтягивание болтов; осмотр пресс-формы, регулирование и смазку направляющих элементов; прочистку отверстий от облоя; проверку плит (выталкивателей, штоков); проверку плит обогрева, замену в случае необходимости или закрепление клеммника, замену обогревателей; проверку наличия покрытия на формообразующих поверхностях деталей пресс-формы; проверку плавности перемещения движущихся частей пресс-формы, смазку движущихся частей; проверку других деталей и узлов пресс-формы, определяющих ее нормальную эксплуатацию.

Техническое обслуживание пресс-формы после снятия ее с обору­ дования до отправки на склад предусматривает: наружный осмотр формы; исправление мелких дефектов, подтягивание отдельных деталей и устройств, подналадку; замену легко демонтируемых и фик­ сирующих элементов.

Текущий ремонт пресс-форм может включать: частичную разборку и сборку пресс-формы с промывкой и очисткой отдельных деталей; замену выталкивателей (их пригонку), формующих вставок, стяжных болтов, стяжных винтов и штоков, механизмов бокового перемещения знаков, направляющих колонок и втулок, резьбовой втулки под хвостовик, сменных маркировок, штоков, загрузочных камер, боко­ вых рычагов, клиньев, колонок, системы обогрева формы, фиксирую­ щих штифтов, отдельных неформующих деталей и узлов; устранение забоин, вмятин, заусенцев на формообразующих деталях пресс-формы, обратных конусов; доводку до чертежных размеров отдельных вста-

127

вок, элементов матриц и пуансонов с их перехромировкой; установку и снятие пресс-формы с оборудования.

При среднем ремонте проводят частичную разборку пресс-формы, капитальный ремонт отдельных частей, замену и восстановление основных изношенных деталей, восстановление покрытия и переполи­ ровку формообразующих деталей пресс-форм с их доработкой по полученным изделиям до требований чертежа.

При капитальном ремонте проводят полную разборку пресс-формы, замену всех изношенных деталей с восстановлением всех ее эксплуа­ тационных характеристик, предусмотренных техническими условия­ ми и чертежами.

Трудоемкость работ восстановительных ремонтов по отношению к трудоемкости изготовления новой пресс-формы составляет около 20 - 30% для среднего ремонта; 40 - 60% - для капитального ремонта.

2.9.4. Ресурс

Пресс-форма - это особый вид технологической системы, надежность которой должна быть гарантирована. Надежность можно оценивать косвенными способами - по показателям качества формуемых изде­ лий.

Практикой установлены иные критерии оценки ресурсов работы пресс-формы, в частности, безотказная и гарантийная наработки, при условии соблюдения правил эксплуатации, хранения, транспортирова­ ния. Наработка и ресурс пресс-форм зависят от сложности их конструк­ ций (различают четыре категории сложности).

Установленную безотказную наработку Пби установленные ресурсы пресс-формы до среднего ремонта Пс и до капитального ремонта Пк определяют (в тыс. деталей) по формулам

П6(или Псили n j = Об(или Осили O^-kJcJc^cJcJc/i,

где С%, 0[., С^ — соответственно номинальная наработка пресс-формы с одного гнезда, но­ минальный ресурс пресс-формы до среднего ремонта с одного гнезда, номинальный радиус пресс-формы до капитального ремонта с одного гнезда, тыс. деталей; fcr —коэффициент, учитывающий гнездность пресс-формы; fcB — коэффициент, учитывающий высоту формуе­ мых пластмассовых изделий; кт — коэффициент, учитывающий твердость формообразую­ щих поверхностей; кщ - коэффициент, учитывающий шероховатость формообразующих поверхностей; ки — коэффициент, учитывающий квалитет размеров изделий; ^ — коэффи­ циент, учитывающий конструктивные особенности пресс-формы и дополнительные тре­ бования к качеству формуемых пластмассовых изделий; kg — коэффициент, учитывающий связь пресс-формы с оборудованием; п — число гнезд в пресс-форме.

Значения коэффициентов приведены в ГОСТ 27-358-87. Гарантийная наработка пресс-формы Пг (в тыс. деталей) до средне­

го ремонта принимается равной установленному ресурсу до среднего ремонта П,»

Гарантийная наработка пресс-форм, по сложности выходящих за рамки IV категории конструктивной сложности, определяется по сог­ ласованию между потребителем и изготовителем пресс-форм.

128

Гарантийный срок эксплуатации пресс-форм - 6 мес, а универсаль­ ных блоков - 1 год со дня ввода их в эксплуатацию.

Максимально возможное количество изделий JVma» которые можно изготовить за время эксплуатации формы до полного ее износа, опре­ деляется по формуле

tfmax = (Kmax+l)C,

где К т а х - максимально допустимое количество ремонтов формообразующих деталей; С — стойкость деталей.

При этом

К т а х - Д р е м ^ Т и - Д Е ,

гдеЛр ем — изменение исполнительного размера формообразующей детали при механичес­ кой обработке ее во время одного ремонта ^рем** 0,04 мм); Aj; — полное поле рассеяния соответствующего размера изделия (фактическая точность его, доаигаемая при формова­ нии); Т,, — допуск на этот размер изделия.

ГЛАВА 3

ФОРМЫ для гапъя под ДАВЛЕНИЕМ

3.1. Назначение, устройство и принцип действия литьевых форм

Формы для литья под давлением изделий из полимерных материалов относятся к самым распространенным сейчас и к весьма перспектив­ ным в будущем. В этих формах, устанавливаемых на универсальных или специализированных литьевых машинах-автоматах, получают из­ делия практически из всех термопластов, а также из многих марок по­ рошкообразных и гранулированных реактопластов, резиновых смесей. В формах для литья под давлением получают разнообразные изде­ лия - от простейших до особо сложных и высокоточных. Обеспечение за­ данных требований, предъявляемых к изделию (в отношении структу­ ры материала, величины и характера распределения внутренних на­ пряжений, прочностных и деформационных свойств, точности разме­ ров и геометрической формы), зачастую оказывается трудной пробле­ мой, компромиссное рациональное решение которой зависит от глубо­ кого знания особенностей литья под давлением конкретного матери­ ала, полного учета свойств материала в исходном состоянии и при переработке, максимального согласования технических возможностей литьевых машин-автоматов и конкретных форм для литья под дав­ лением.

Сущность процессов, протекающих в формах для литья под давле­ нием, рассмотрена в работе [1].

При анализе работы форм для литья под давлением термопластов целесообразно выделить следующие четыре стадии: заполнение за­ крытой, замкнутой формы расплавом (впрыск расплава), фронт ко­ торого продвигается постепенно до периферии внутренней полости

129