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

Плиты съема особенно часто применяют, когда при выталкивании требуется преодолеть значительные усилия (эластичные материалы, небольшие поднутрения на внутренних поверхностях и т.д.), когда извлекается нежесткое тонкостенное, легко деформируемое изделие. Плита позволяет равномерно распределить усилие съема на большую поверхность и тем самым обеспечить минимальное давление на ее единицу. Плиты съема имеют еще одно существенное преиму­ щество перед стержневыми и плоскими выталкивателями: они позво­ ляют конструктору более маневренно располагать каналы и полости для охлаждения формы. Разнообразие конструкций непосредственно связано с многообразием изделий, их габаритами, сложностью, а также зависит от гнездности форм. Особенно много различных вариантов механических систем выталкивания.

Перемещение плит выталкивателей и плит съема производится непосредственно с помощью упора машины, опорной плиты и хвосто­ вика формы. Плиты съема и вообще выталкивающая система могут располагаться не только в подвижной, но и в неподвижной полуфор­ мах; это несколько осложняет конструкцию деталей, ответственных за перемещение, - применяют рычаги, закрепленные в подвижной полуформе; планки, телескопически связанные с неподвижной полу­ формой, пружины и рычажно-параллелограммный механизм.

Пример пневматической системы выталкивания показан на рис. 3.43. Сжатый воздух подводят через грибковый или игольчатый клапан. Пневматический выталкиватель чаще всего размещают в центре отливки, его необходимо интенсивно охлаждать. Игольчатый клапан применяют в формах для изделий со сложной наружной конфигура­ цией.

Для работы пневматического выталкивателя необходим сжатый воздух давлением 4-6 атм. Его можно подводить через клапан, приводимый в движение вручную или рычагом, установленным на подвижной части формы. Клапаны могут управляться от реле времени.

В автоматических формах для повышения надежности работы применяют комбинированные механо-пневматические системы, полностью устраняющие возможность „зависания" отливок на знаках, пуансоне или выталкивателях. С этой же целью применяют и много­ ступенчатое выталкивание (двойное, тройное). Очередность выталки­ вания обеспечивают пружины, храповики, кулачки, шариковые фиксаторы. Вообще полезно даже в случае выталкивания с помощью простых выталкивателей подпружинивать их; пружины дают дополни­ тельный импульс движению, а это повышает надежность срабатывания системы, обеспечивая безусловный сброс изделия.

Возврат выталкивающей системы осуществляют пружиной, толка­ телем, кулачковым диском и др. (рис. 3.44).

В формах с раздвижными полуматрицами необходимо полное удаление выталкивателей на определенной стадии замыкания формы,

190

f M

иначе происходит столкновение полуматриц с выталкивателями и поломка формы. Для предотвращения столкновения применяют механизм опережающего возврата выталкивателей, например, кулач­ ковый.

Пружина возвращает выталкиватели в начале замыкания формы, что необходимо при литье с арматурой, а также в тех случаях, когда выталкиватель должен освободить путь для боковых подвижных оформляющих частей формы (полуматриц, знаков и т.д.).

Возврат выталкивателей может производиться с помощью попереч­ ных планок, соединенных с ползуном (рис. 3.45). Во время замыкания формы возврат обеспечивается под действием центральной пружины, которая установлена на хвостовике поперечной планки 1, перемеща­ емой наклонным пальцем 2. Если пружина не возвратит выталкивате­ ли, их переместит планка 1, упираясь скошенной поверхностью в плиту выталкивателей.

191

Поскольку Ei » Е, то величиной C\lE\ можно пренебречь. Тогда РУд = {S/d){ElО, где С = {ц + [(К* + 1)/(ка - 1)]}.

Сила трения определяется по известной формуле Fip " /Руд/б = /РудЛЛ = /0р2л(,

где I — длина изделия или длина части знака, находящаяся в контакте с изделием.

Усилие выталкивания (полное осевое усилие) будет равно Рв = F™ Опыт показывает, что для большей надежности выталкивания изделии из автоматических форм желательно, чтобы Рв > l,15Fjp.

Схемы на рис. 3.47 поясняют действие сил при выталкивании изде­ лий: N - нормальная сила от усадки изделия, сжимающая пуансон, знак; tgp = /. Для изделия с конической внутренней поверхностью

Ръ = /Руд/б =/op 2n6/tg(p-p),

где Р — угол, дополняющий до нормали к поверхности (при Р = р ^в = 0), зависящей от силы адгезии к поверхности.

Удаление резьбовых изделий из формы требует предварительного свинчивания резьбооформляющих знаков или вывинчивания изделия из резьбооформляющих гнезд. Сопротивление этому оказывает сила трения, возникающая при вращении знака в пластмассовой резьбе

(или наоборот).

Резьба пластмассового элемента сжимается от усадки, но эта усадка не свободная, и в теле изделия возникают внутренние напряжения, кожно условно принять, что эти напряжения подчиняют­ ся на упругом участке зависимости о - е закону Гука, причем е имеет то же значение, что и усадка, поскольку удлинение невозможно из-за сжатия материала изделия в форме.

Рассматривая равновесие сил и напряжения, получаем, что момент трения отвинчивания М^ = fSEV, где V - объем резьбовой части изделия. Величина М^, является исходной для расчета размеров привода свинчивания.

3.8. Системы перемещения и центрирования

Точность перемещения подвижной полуформы связана с точностью центрирования обеих полуформ. Это перемещение обеспечивается механизмом смыкания машины-автомата; ход механизма (и, следова­ тельно, ход разъема полуформ, достаточный для извлечения изделий) установлен паспортом оборудования (см. разд. 3.3.1).

Рассмотрим конструктивные особенности системы перемещения деталей, оформляющих боковые отверстия, поднутрения на наружных и внутренних поверхностях отливок. Эти детали (раздвижные полу­ матрицы, составные пуансоны, знаки) перемещают с помощью приво­ дов - механического, гидравлического, пневматического. Их переме-

193

Рис. 3.48. Схема механического привода перемещения подвижного элемента с помощью наклонной колонки (а), распределение сил в колонке (б) и на поверхности клина (в). Пояснения в тексте

щение связано с соблюдением заданной точности движения, возвра­ щением в исходное состояние, т.е. с центрированием соответствующих сопрягаемых деталей. Вариантов разнообразных конструкторских решений много.

При оформлении наружных поднутрений чаще всего используют наклонную колонку (палец) (рис. 3.48). Величина хода 5 рассчитыва­ ется относительно плоскости х-х, причем S > w (см. формулы на рис. 3.48). Рабочая длина наклонной колонки L = S since (a - угол наклона). Из диаграммы сил видно, что суммарное усилие, действующее на колонку, равно R = Pocosoc (где Рц - усилие размыкания); чем меньше а, тем меньше PQ И изгибающее усилие Posina, и больше усилие N, прижимающее подвижный элемент к поверхности отливки. Для более сильного прижима угол а выбирают в пределах 15-25°, (3 = 15°, с уменьшением а увеличивается L.

Число наклонных пальцев зависит от размеров подвижных элемен­ тов. Если они узкие, с длинными направляющими, применяют один

194

палец, а для широких с короткими направляющими - два пальца с максимально возможным расстоянием между ними.

Если отливка при размыкании формы остается в неподвижной ее части, подвижные элементы также располагают в неподвижной части формы, а наклонные пальцы - в подвижной. В некоторых формах наклонные пальцы являются одновременно и оформляющими знаками.

Клиновое или шиберное устройство перемещения в отличие от колонок позволяет начать перемещение подвижного элемента со значительным запаздыванием. Благодаря этому появляется возмож­ ность снять отливку с пуансона до начала движения подвижного элемента, расположенного со стороны, противоположной пуансону.

Во многих случаях для привода подвижных элементов используют пружины, особенно когда усилия извлечения знаков незначительны. Пружины используют только для извлечения знаков из отливки, а для их возврата в исходное положение применяют опорные клинья. В механизмах перемещения боковых знаков применяют толкатели и механизмы с боковыми направляющими.

Гидропривод используют для извлечения из отливки крупных подвижных элементов при значительных усилиях, для получения большого хода при длинных оформляющих знаках, когда применение механического привода затруднено из-за конструктивных особеннос­ тей формы. Для гидравлического привода используют гидроцилиндры двойного действия, чаще всего включаемые в гидросистему и систему управления литьевой машины.

Применение гидравлического привода для знаков упрощает конст­ рукцию формы. Оформление поднутрений на внутренней поверхности отливки осуществляется сегментами, составными пуансонами, нак­ лонными толкателями и т.п.

Оформляющие сегменты образуют поднутрения небольшой глуби­ ны. Сегменты и механизмы их перемещения занимают немного места в форме по сравнению с ползунами.

Принцип действия сегментного механизма: сегменты, охватываю­ щие всю отливку или отдельные ее части, перемещаются вместе с ней по мере размыкания формы; при движении они одновременно расхо­ дятся и освобождают поднутрения. Движение под углом к оси формы обеспечивается специальными наклонными направляющими; кони­ ческая или клиновая обойма запирает сегменты в закрытой форме, а ход их ограничивается упорами. Сегменты могут приводиться в движение прямыми или наклонными толкателями, пружинами, с помощью цепной передачи и другими способами. При этом сегменты выдвигаются под действием толкателей, установленных в плитах выталкивателей. Так как направление толкателей параллельно оси формы, то сегменты имеют направляющие, благодаря которым обеспе­ чивается их наклонное движенце. Чем меньше угол скоса сегментов, тем больше усилие для их перемещения и меньше величина расхожде­ ния. Чтобы происходило свободное движение сегментов в направляю­ щих, угол наклона направляющих должен быть а = 10 -*- 15°.

195

Особые подвижные элементы предназначены для оформления резьбы, в основном внутренней, так как наружная резьба чаще всего образуется раздвижными полуматрицами. Перемещение подвижных элементов при оформлении резьбы всегда сложно и включает либо два прямолинейных движения, либо представляет собой сочетание враща­ тельного и прямолинейного движений (в первом случае чаще исполь­ зуют прерывистую резьбу). Подвижные элементы не должны смещать­ ся после раскрытия формы, поэтому в крайних положениях их фикси­ руют - с помощью шариков, пальцевых фиксаторов, пружинных или пневматических предохранителей.

Система центрирования непосредственно влияет на качество изде­ лий. Она должна обеспечить точное центрирование пуансона относи­ тельно матрицы в момент смыкания полуформ и при впрыске. Небла­ гоприятные смещения могут происходить из-за несимметричной конфигурации изделия и неравномерности заполнения полости, несимметричной плоскости разъема формы, дефектов крепления формы к плитам машины, износа направляющих колонн машины и т.д. Эти смещения вызывают значительные поперечные силы, действующие на центрирующие детали, а также дополнительные силы трения на контактных поверхностях. Для расчета размеров центрирующих колонок и втулок необходимо определять такие силы. На рис. 3.49 показаны схемы, позволяющие определять необходимые поверхности давления от поперечных сил на пуансоны - для круглой и прямоу­ гольной отливок.

В форме для круглой отливки поверхность давления Fi - это проекция параболы на плоскость, параллельную оси пуансона. Тогда поперечная сила Q\ = F\P = 2/3dihP (см. рис. 3.49, а). В форме для прямоугольной отливки поверхность давления Fj_ практически совпа­ дает с боковой стороной пуансона, тогда поперечная сила Qi = F2P=ahP (см. рис. 3.49, б).

Выбор того или иного способа центрирования зависит от величины поперечных сил, допустимой несоосности пуансона и матрицы, формы изделия и технологических возможностей изготовления формы.

Положение частей формы обеспечивается направляющими колонка­ ми и планками, коническими или наклонными поверхностями, попе­ речными валиками, коническими цапфами и т.д.

Направляющие колонки не только центрируют пуансон и матрицу, но по ним перемещаются плиты формы при замыкании и размыкании. Они должны обладать достаточной жесткостью и прочностью, чтобы взаимное смещение частей формы не вызвало в них упругой деформа­ ции, превышающей допустимую величину. Поэтому необходимо правильно выбрать диаметр колонки, обеспечить необходимую посад­ ку колонок в плите соответствующей толщины (толщина плиты берет­ ся большей или равной l,5d, где d - диаметр колонки), соосность колонок и направляющих втулок, а также взаимную параллельность колонок и их перпендикулярность основанию. Конструкции направля-

196

Рис. 3.49. Определение поверхностей давления от поперечной силы на пуансоны:

а — для круглойотливки;б — для прямоугольной отливки

ющих колонок стандартизованы по ГОСТ 22072-76, а втулок - по ГОСТ 22073-76; втулки центрирующие - по ГОСТ 22075-76 и др.

Для направления и фиксации частей крупных литьевых форм применяют направляющие планки, привинчиваемые к боковинам формы. Обычно используют четыре планки, расположенные по четы­ рем сторонам или углам формы. Их преимущества: точность направле­ ния, высокая несущая способность, возможность смены изношенных планок без разборки формы, малая зависимость от теплового расшире­ ния плит.

Применение конических поверхностей для центрирования оформ­ ляющих деталей формы обеспечивает высокую точность фиксации и позволяет использовать их в формах с повышенной поперечной на­ грузкой (рис. 3.50). Во время впрыска на коническую поверхность

197

действует сила F = FM - FT = FM -(jid\№)P, где cfi - наибольший диа­ метр конического пуансона. Поперечная сила Q, действующая на точку А дополнительно к силе F', уточняет условия отсутствия размыкания формы: F > Q2llds. Высота фиксирующего конуса hs рассчитывается при условии, что все давление воспринимается поверхностью конуса.

При этом возможны два случая: коническая поверхность передает всю силу FM или она передает часть усилия замыкания F' и попереч­ ную силу Q. Для первого случая

hs ** FM/(JidjSina[acJ), мм,

а для второго случая

hs > (F' + Qsin2a)/(ndssina[oCM]), мм,

где [осм] - допускаемое напряжение на смятие.

198

ГЛАВА 4

ЭКСТРУЗИОННЫЙ ИНСТРУМЕНТ

4.1. Общее устройство экструзионных головок и калибрующих устройств

Назначение экструзионного формующего инструмента - оформление подготавливаемого экструдером расплава полимера в непрерывное изделие с постоянным (реже переменным) по длине поперечным сечением заданной формы.

Расплав сначала оформляется в виде непрерывного профиля, поперечное сечение которого весьма близко к окончательному; эту функцию выполняет первый, необходимый во всех случаях элемент экструзионного инструмента - головка. Придание конечной конфигу­ рации изделию и охлаждение его, достаточное для сохранения приоб­ ретенной конфигурации в течение времени транспортировки до уст­ ройства, обеспечивающего окончательное охлаждение, выполняется вторым элементом - калибрующим устройством. Наличие этого элемента не всегда обязательно. При изготовлении, например, рукав­ ных пленок методом раздува калибрующие устройства отсутствуют; при производстве листов функции калибрующих устройств выпол­ няют валковые машины.

Основные конструктивные элементы головок рассмотрим на приме­ ре головки для производства изделия трубчатой формы с треугольным поперечным сечением (рис. 4.1). Любая головка имеет формующий канал 12; его поперечное сечение повторяет форму поперечного сечения изделия. Наружная поверхность формуемого в этом канале изделия оформляется одной или несколькими деталями, называемы­ ми мундштуком 11 (менее распространенные названия этой детали - матрица, фильера). Если поперечное сечение изделия полое, то внут­ ренняя поверхность его оформляется дорном 15. Мундштук и дорн являются сменным инструментом головки, поскольку конфигурация их зависит от изготавливаемого в данный момент изделия. Дорн крепится к корпусу 7 головки посредством дорнодержателя 6. Изобра­ жение дорнодержателя сбоку показано на виде Б. Центральная его часть 6, к которой крепится дорн, соединена с его наружным кольцом 4 посредством двух или более ребер 5 дорнодержателя (в данном слу­ чае четырех).

Подавляющее большинство головок имеет устройства для регули­ рования зазора формующего канала. Как правило, это обеспечивается четырьмя (минимум тремя) болтами 19. Переходный канал 18 предназ­ начен для плавного преобразования круглого (в данном случае коль­ цевого) на входе поперечного сечения в требуемое поперечное сечение формующего канала.

На входе в подводящий канал 22, как правило, устанавливается решетка 21; решетка в ряде случаев служит опорным элементом для одной сетки или пакета устанавливаемых перед ней сеток. Одно из

199