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

Т а б ли ца 1.3. Методы обеспечения заданной точности размеров изделий

Примечания. Ду К — погрешность от технологического уклона; Т — существующий техноло­ гический допуск; Тд — технологический допуск на механическую доработку; Т^ — технологический допуск после применения конструкционных, технологических и метрологических мероприятий; Т^ — технологический допуск с использованием отбраковки перед сборкой; Tj, T2 — групповые технологические допуски при селективной сборке; Дкон—погрешность контроля размеров изделий; Дх—погрешность, возникающая при хранении изделий.

и,следовательно, уменьшения технологического допуска. При этом моадно принять, что Длг = (0,10-5- 0,25)Т.

Технологические допуски предназначаются: для оценки точности формования изделий из пластмасс; для установления допусков на межоперационные размеры и расчета припусков на отдельные элемен­ ты заготовок, подвергающихся механической обработке; для расчета формообразующих деталей, их исполнительных размеров (см. разд. 2.2.4).

На рис. 1.22 указаны типы размеров изделий из пластмасс, изготав­ ливаемых в замкнутых формах (прессованием, литьем под давле­ нием).

Наиболее высокую точность приобретают размеры A j , определяе­ мые размерами формующих элементов (матрицы, пуансона, знака), но не зависящие от взаимного расположения последних. По размерам А1 предпочтительно собирать изделия друг с другом, т. е. образовывать сопряжения. К размерам типа А\ относятся диаметры отверстий и валов. Наименее точными являются раз>1еры.Аз, определяемые взаим­ ным расположением формующих деталей в направлении смыкания формы, зависящие от облоя. Размеры А2 занимают промежуточное положение, они определяются взаимным расположением формующих элементов в направлении, перпендикулярном смыканию формы (например, толщина боковых стенок изделий). Следовательно, и технологические допуски, назначаемые на размеры разных типов, должны отличаться друг от друга. С целью большей унификации

50

Рис. 1.22. Типы размеров изделий из пластмасс, изготавливаемых в замкну­ тых формах прессованием и литьем под давлением

влияет на точность любого типа размера изделия (см. далее методику установления этого критерия).

Из теории допусков и посадок известно, что величина допуска T=ai, где j - единица, а а- число единиц допуска. Экспериментами установ­ лено, что за единицу технологического допуска размеров изделий из пластмасс jT должно быть принято выражение: /т = (0,0251 + 0,6) мм, где X,- номинальный размер изделия (для элемента типа Aj). Число единиц допуска, определяющее уровень точности, по аналогии с известными системами допусков изменяется по пятому ряду предпочтительных чисел, принимая значения: 25, 40, 64, 100, 160, 250, 400, 640 (коэффици­ ент указанного ряда R= 1,6). Соответственно этому ряду сгруппирова­ ны промышленные марки пластмасспо величине колебания усадки, происходящей при их переработке. Крайние члены ряда значений колебаний усадки, приведенные в табл. 1.4, установлены на основании анализа производственных данных и специальных исследований.

Обоснованная возможность использования квалитетов при нормиро­ вании технологических допусков (для этого численные значения допус­ ков по квалитетам для металлов округляют с точностью до 0,01 мм) обеспечивает надежную преемственность норм точности в Единой системе допусков и посадок. Значения усадок и колебания усадок промышленных марок пластмасссм. табл. 2.6.

Выбор технологических допусков размеров по табл. 1.4 предпола­ гает гибкую возможность (в зависимости от конкретных условий, приводящих к изменению колебания усадки) устанавливать квалитеты для нормальной и повышенной точности (нормальная достигает­ ся в обычных производственных условиях, повышенная-при прове­ дении специальных технологических мероприятий, как правило, повышающих трудоемкость и себестоимость изделий, например при высоком уровне входного контроля сырья, применении одногнездных форм и др.).

Данные табл. 1.4 относятся к пластмассовым изделиям простой

51

Таблица 1.4. Технологические допуски размеров изделий из пластмасс (квалитеты размеров)

геометрической формы, изготовленным в современных условиях массового производства.

Усложнение конфигурации изделия требует (при прочих равных условиях) назначения квалитета на один грубее. К простым изделиям условно относят: прямоугольные и круглые неармированные, типа плат и прокладок с габаритными размерами до 30 мм и отношением высоты к длине не более 1:10, с разностенностью не более 2:1 при прямом прессовании и не более 2,5:1 при литьевом прессовании и литье под давлением; цилиндрические типы втулок неармированные и с соосно расположенной цилиндрической арматурой; коробчатого типа (колпаки, кожухи), у которых отношение диаметра к высоте не более 1:2, габаритные размеры до 50 мм и толщина стенки не более 5 мм.

С увеличением габаритных размеров изделий точность их понижа­ ется. Это связано с деформацией при извлечении из формы, а также с увеличивающейся неравномерностью охлаждения изделия.

Поля технологических допусков размеров изделий располагают на чертежах (межоперационных или конструкторских, если Тк =Т) сле­ дующим образом: односторонне „в тело"-для размеров элементов изделий, оформляемых в одной части формы, при этом для охваты­ вающих поверхностей (типа отверстий) поле допуска располагается „g плюс", а для охватываемых поверхностей (типа валов) поле допуска- „в минус" от номинального размера; симметрично-для размеров элементов изделий, зависящих от подвижных частей формы; односто­ ронне в плюсдля размеров элементов изделий, оформляемых в двух и более частях формы вдоль направления замыкания формы. При

52

наличии технологических уклонов на отдельных поверхностях изде­ лий их направление должно совпадать с направлением поля допуска „в тело" (см. разд. 1.2.2).

Технологические допуски размеров изделий из пластмасс, выбира­ емые по табл. 1.4, относятся к линейным (диаметральным) размерам. Допуски угловых размеров имеются трех групп: первая-для отверс­ тий или выступов, формуемых одной частью формы; вторая-для отверстий и других элементов изделий, формуемых двумя и более частями формы, или при постановке резьбовых втулок; третья-в основном для несопрягаемых размеров изделий. Принято, что погреш­ ности формы изделия и погрешности взаимного расположения его поверхностей и осей „укладываются" в величину технологического допуска размера. Однако во многих случаях такие погрешности оказываются либо большими, либо особо функционально важными, и их требуется назначать специальной нормой, выбираемой из действую­ щих стандартов, где отмечается специфика материалов изделия [4].

Обычно при простановке размеров по схеме, приведенной на рис. 1.23, а, расчет допусков на межосевые размеры ведется по фор­ муле J=0,7s, где Т-допускаемые отклонения на размеры I и 1ь- s - зазор, равный разности диаметров отверстия и крепежной детали.

Изготовление пластмассовых изделий с одинаковыми допусками различных по номинальной величине размеров невозможно, поэтому назначение допусков на межосевые размеры имеет свои особенности. Номограмма на рис. 1.23,6 позволяет назначать на межосевые разме­ ры отверстий, расположенных по прямым линиям, неравные допуски, обеспечивающие взаимозаменяемость изделий. Например, при зазоре 5 = 0,85 мм равные допуски на размеры L и L\, согласно номограмме,

Рис. 1.23. Схема простановки межосевых размеров пластмассового изделия (а); номограм­ мы для определения допусков на межосевые размеры (б) и допусков отверстий, располо­ женных по окружности (в)

53

равны ± 0,6 мм. Если увеличить допуск на размер! до ± 0,75 мм, то по номограмме определим, что при условии обеспечения взаимозаменяе­ мости изделий допуск на размер Lj необходимо назначить рав­ ным ± 0,4 мм. Номограмма для определяемых допусков для отвер­ стий, расположенных по окружности, представлена на рис. 1.23, е.

Во всех случаях назначения допускаемых отклонений от правиль­ ной геометрической формы изделий на взаимное расположение по­ верхностей и осей соотношения между конструкторскими требования­ ми и технологическими возможностями должны быть дополнены условием ГКф>Длф (где индекс „ф" указывает на неотносящийся к размеру изделия любой допуск или допускаемое отклонение).

Выше была отмечена возможность изменения Ат (соответственно Т) путем применения механической обработки. Обработка изделий из пластмасс производится при зачистке их от облоя; при необходимости изготовления сложной конфигурации изделия, формование которого по разным причинам затруднительно и неэкономично (изготовление экспериментальных образцов-изделий и др.); при необходимости повышения точности размеров изделий после формования перед сборкой (два первых случая, как правило, также связаны с достиже­ нием определенной точности размеров обрабатываемых элементов изделий).

Втабл. 1.5 приведены данные о достижимых квалитетах размеров пластмассовых изделий, обработанных резанием.

Вуказанных в таблице пределах более точный квалитет относится к повышенной точности изготовления, он также достижим в условиях единичного производства.

Более грубый квалитет характеризует нормальную точность изго­ товления в условиях серийного и массового производства. Во всех случаях более грубый квалитет следует выбирать для больших раз­ меров (св. 180 мм).

Оценку точности обработки цилиндрических поверхностей при l/d>2 (где / и d- соответственно длина и диаметр обработки) и плос­ ких поверхностей при 1/Ъ > 2 (где / и Ь- соответственно длина и шири­ на обрабатываемой поверхности) следует производить по более гру­ бому, чем указано в табл. 1.5, квалитету.

Контроль изделий из пластмасс после окончательного их формо­ образования (формования или обработки) должен производиться после выдержки, необходимой для релаксации внутренних напряже­ ний материала и стабилизации размеров. Время выдержки изделий после изготовления до начала контроля, если оно не оговорено особо, должно быть не менее 16 ч-для квалитетов до IT12. Из производст­ венного опыта следует, что время выдержки изделий после изготов­ ления до начала контроля должна составлять 12 ч-для квалитетов ГГ12-ГПЗ, 6 ч-для квалитетов IT14-IT15, 3 ч-для квалитетов грубее IT15 (эти данные в большей степени относятся к формованию изделий).

Выбор технологических допусков, а затемподбор стандартных

54

Т а б л и ц а 1.5. Технологические допуски размеров изделий из пластмасс при механической обработке (квалитеты размеров)

Примечания: 1.При размерах больше 180 мм следует выбирать допуски на один квалитет грубее. 2. Для цилиндрических поверхностей с отношением длины к диаметру > 2, а также для плоских поверхностей с отношением длины к ширине > 2 следует выбирать допуски на один квали­ тет точнее.

посадок по квалитетам (в зависимости от значений AS, типов разме­ ров и номинальных их величин) может быть выполнен на ЭВМ. Напри­ мер, разработано программное средство (ПС), предназначенное для автоматизации следующих основных функций: хранения и поддержа­ ния данных о свойствах наиболее распространенных материалов для формования изделий; назначения допуска несопрягаемого размера; назначения допуска сопрягаемого (посадочного) размера; расчет исполнительных размеров формующих элементов (см. разд. 2.4.4).

Область действия ПС: номинальные размеры от 1 до 3150 мм (ГОСТ 25349-88); точность задания размеров ограничивается 0,01 мм; требование к допуску размеране выше, чем IT8.

ПС предоставляет возможность анализа воздействия на сохранение заданных допусков: теплового расширения или усадки материала на сохранение заданных размеров; последующей обработки (способами, которые приводят к изменению зависящего от материала размера, например термообработки, кондиционирования и др.); различий в усадке материалов собираемых деталей.

Работа с ПС ведется с помощью „меню". ПС реализована на ПЭВМ IBM PC/AT со стандартным набором терминальных устройств на языке Turbo Basic.

55

Размер формующей детали при 20°С

Термическое расширение материала формующей детали

Размер формующей детали и изделия при температуре формования

Технологическая усадка изделия при охлаждении

Размер изделия при 20°С

Дополнительная усадка изделия при хранении до сборки, применения

Размер изделия при 20°С после допол­ нительной усадки

Рис. 1.24. Схема образования размера пластмассового изделия с учетом усадки

компенсации зазора или натяга соответственно в подвижном или неподвижном соединении деталей), для предпочтительного выбора пластмассы в качестве конструкционного материала (при заданных требованиях к точности и прочности деталей).

Усадочные изменения, происходящие при длительном хранении, устанавливают по так называемой дополнительной усадке (абсолют­ ное или относительное изменение размеров перед и после термообра­ ботки при заданных температуре и времени).

Стандартные образцы, как метрологическая мера, позволяют полу­ чать сравнительные данные, традиционно считающиеся усадкой материала. На изделиях наблюдают усадочную деформацию, которая проявляется в каждом случае специфически, зависит от остаточных напряжений, действующих в изделии, и, как правило, отличается от усадки материала. На изделиях можно выделить участки свободно или затрудненно усаживающиеся. Усадочная деформация (или усадка) изделия, а также колебания его усадки требуются для решения кон­ кретных инженерных задач по повышению прочности и точности изделий.

Взаимосвязь технологической усадки и точности размеров подроб­ нее рассмотрена в разд. 2.4.4.

Технологическая усадка по существу связана со структурными превращениями, происходящими с пластмассой при формовании изделий. В свою очередь, структурные превращения зависят от про­ цессов в замкнутой полости i формы, приводящих к изменению объема материала. Для термопластов это физические процессы, опи­ сываемые, например, уравнением состояния вида:

(р+л)(ц,-Ь)=ЯГ,

гдер—внешнее давление; iо-удельный объем образца; я, Ь—константы; Л—универсаль­ ная газовая постоянная.

57

Это уравнение является преобразованным уравнением Ван-дер-Ва- альса. Спенсер и Джилмор показали возможность его применения для описания поведения высокомолекулярных полимеров, предполагая, что полимерный материал однороден, отличается гомогенной внутрен­ ней структурой, при которой объем изменяется только в результате изменения температуры и давления, никакого изменения объема вследствие других внутренних физических или химических процессов не должно быть. Средняя усадка 5 при отмеченных условиях будет равна

S=1-\[Y; Y-MvQ(p+n)l[RT+Mb(p+Ti)l

где Уд—удельный объем полимера при комнатной температуре и атмосферном давлении; М—молекулярная масса.

Исходными данными для определения значений констант уравне­ ния состояния являются сжимаемость как функция от давления и = / ' ( Р ) ; объем как функция от температуры vo=/"(T), а также плот­ ность р=/(р, T)mnvo =ty{p,Г).

Константа Ь отражает физическое состояние полимера и в значи­ тельной мере определяется давлением и температурой. Константа л связана с внутренним давлением, вызываемым силами притяжения, действующими между молекулами, и зависит от условий измерения; это существенный недостаток, мешающий применению уравнения состояния.

Значения констант ниже и выше температуры перехода значительно отличаются друг от друга. Для расчета объемных изменений полиме­ ров нужно знать соответствующие интервалы температуры разных морфологических состояний.

Уравнение состояния не учитывает таких характерных свойств полимерных материалов, как объемная вязкость, способность к ориентации, релаксации и, главное, влияние фактора времени на изменение объема и размеров отливок. Оно учитывает только объем­ ное или среднее линейное изменение массы. Но в литьевых изделиях усадка в значительной степени зависит от направления течения расплава, а также от характерных параметров процесса литья под давлением.

Для реактопластов усадка зависит от типа связующего и наполни­ теля (состав, консистенция), их соотношения в композиции, а также других ингредиентов; от условий предварительной подготовки мате­ риала к формованию и режимов формования. Усадка связана-с процес­ сами, происходящими в замкнутом ббъеме литьевой камеры (цилинд­ ра) и в форме; в литьевой камереединовременным расплавлением и сближением частиц „рыхлого" расплава и уменьшением пористости, а затем выдавливанием (и ориентацией) расплава по литниковым каналам в формующую полость; в форме-пластической деформаци­ ей частиц сжатием (уплотнением) расплава в монолитную массу, выделением при этом летучих; отверждение (под действием темпера­ туры и давления) связующего, сопровождающимся уменьшением его

58

объема и дополнительным выделением паров воды и газов (так назы­ ваемая химическая, или релаксационная, усадка).

Значительные объемные изменения реактопластов происходят за короткий период (несколько секунд) размыкания формы и извлече­ ния изделия: после снятия давления (при условии, что оно действует на массу, пока форма сомкнута) проявляется „память" материала как реакция на сжатие по линии приложения давления и ориентацию частиц наполнителя. Кроме того, в этот момент изделие испытывает термоудар (разница температур около 150-180 °С) и начинается нерав­ номерное охлаждение. Отмеченные причины вызывают анизотропию усадки реактопластов.

Итак, определение усадочных характеристик имеет важное само стоятельное значение: 1) при конструировании и изготовлении пласт­ массовых изделий, когда решается вопрос об их точности, для чего важно установить, кроме абсолютной величины, еще и колебание значений усадки; 2) при конструировании формующего инструмента, когда усадка материала компенсируется определенным увеличением размера формующих элементов относительно соответствующих разме­ ров изделия; 3) при оценке прочности пластмассовых изделий, по­ скольку величина усадки характеризует внутренние усадочные напряжения, возникающие во время формования, и вызывающие трещины, разрывы, коробление; 4) при оценке эксплуатационных качеств пластмасс, когда решается вопрос о величине компенсации зазора (натяга) в сопряжении вследствие размерной нестабильности изделий, для чего важно установить на образцах, кроме величины усадки при формовании, являющейся первичной, значение дополни­ тельной усадки, возникающей в определенных эксплуатационных условиях; 5) при выборе пластмассы в качестве конструкционного материала, когда предъявляются определенные требования к точности и прочности изделий, для чего производится сравнительная оценка величины и колебания усадки; 6) при проведении контрольных, приемочных и арбитражных испытаний полимерных материалов.

Точность и взаимозаменяемость резьбовых соединений пластмассо­ вых изделий. Резьба для изделий из пластмасс может иметь принципи­ ально любой профиль; в производстве наиболее широко распростра­ нены метрические резьбы. Эти резьбы для диаметров от 1 до 180 мм регламентированы ГОСТ 11709-81 „Основные нормы взаимозаменяе­ мости. Резьба метрическая для деталей из пластмасс", в котором нормируются профиль, основные размеры, допуски, предельные отклонения и обозначения резьбы.

Номинальный профиль метрической резьбы на изделия из пласт­ масс по ГОСТ 9150-81 может быть получен как формованием, так и резанием. При массовом и крупносерийном производстве формование (прессование, литье под давлением) наиболее экономично. Изготовле­ ние резьбы на изделии из пластмасс резанием целесообразно для изделий из листовых материалов и прутков, в единичном производст­ ве, при выполнении ремонтных работ, в резьбых с размерами диамет-

59