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

ром до 3 мм для того, чтобы не применять на производстве резьбовых знаков в формах, для обеспечения высокой точности (6-й, 7-й степе­ ней) при больших и нормальных длинах свинчивания. Резьба в этом случае или нарезается полностью, или „калибруется" после формова­ ния ее литьем или прессованием. Наиболее целесообразно изготавли­ вать резанием внутреннюю резьбу с применением метчиков.

Диаметры и шаги резьб деталей из пластмасс принимаются по ГОСТ 872481 (СТ СЭВ 181 - 75), но при этом не допускается применять для пластмассовых изделий резьбы с шагами 0,5; 0,75; 1 мм для диа­ метров свыше 16, 18 и 36 мм соответственно; не допускается также применение мелких шагов для диаметров менее 4 мм. Основные размеры резьб с крупными и мелкими шагами для изделий из пласт­ масс не отличаются от стандартных и принимаются по ГОСТ 9150-81 (СТ СЭВ 182-75). Основные положения системы допусков, обозначе­ ния полей допусков, числовые значения допусков и основных откло­ нений, длины свинчивания и форма впадины резьбы принимаются по ГОСТ 16093-70 (СТ СЭВ 640-77), как и поля допусков металлических деталей, сопрягаемых с пластмассовыми. Однако для диаметров от 3 до 8 мм допускается применение особо крупных шагов, причем в равной степени в парах металл-пластмасса и пластмасса-пластмас­ са, т. е. особо крупные шаги выполняют и в резьбе металлических деталей резьбового соединения.

Поля допусков устанавливают в зависимости от выбранного клас­ са точности резьбы. В соответствии с требованиями, предъявляемыми к точности резьбового соединения, поля допусков резьб болтов и гаек установлены в трех классах точности: среднем, грубом и очень грубом. Кроме того, следует учитывать длину свинчивания резьбы: короткую 5, нормальную N и длинную L (ГОСТ 16093-81). Длина свинчивания для резьбовых деталей из пластмасс с особо крупными шагами равна: при р=1 мм и номинальных диаметрах св. 2,8 до 5,6 мм S < 3 мм; N> 3 - 9 мм; L > 9 мм; при шаге 1,5 мм и тех же номинальных диамет­ рах 5 < 4,6 мм; N> 4,6 •*• 14 мм; L > 14 мм.

Допуски диаметров резьб, если нет особых оговорок, относятся к наибольшему значению нормальной длины свинчивания или ко всей длине резьбы, если она меньше наибольшей нормальной длины свин­ чивания.

Поля допусков класса точности „средний" предназначаются для резьбовых изделий с мелким шагом и малым диаметром, к которым предъявляются высокие требования соосности соединяемых изделий, отсутствия эксцентриситетов, герметичности при отсутствии ощути­ мой затяжки и при использовании специальных паст для подвижного соединения.

Поля допусков класса точности „грубый" рекомендуются для сильно нагруженных резьбовых соединений. В этих соединениях не рекомендуется сопрягать изделия из хрупких и упругопластичных материалов, так как прочность соединений при этом снижается в 3 - 5 раз.

60

Поля допусков класса точности „очень грубый" предназначаются для слабонагруженных резьбовых соединений изделий из пластмасс и соединений, в которых одно изделие-металлическое. Соединения типа „металл-пластмасса" будут иметь большую прочность, чем соединения типа „пластмассапластмасса".

Классы точности рузьбы как конструкторские категории связаны со степенями точности изготовления резьб-от 6-й до 9-й включительно, причем 6-я степень точности является основной, допуск ее является резьбовой единицей.

Предельные отклонения полей допусков резьб в общем соответст­ вуют ГОСТ 16093-81, кроме не указанных там случаев, а именно полей 9hSh, I0h8h, 9g&g и полей допусков резьб с особо крупными шагами. Допуск среднего диаметра является суммарным и ограничи­ вает сумму отклонений среднего диаметра, шага и половины угла профиля.

Структурная формула для допуска среднего диаметра резьбы болта имеет вид:

Тй2>АС2+А^Изг+дИЗн+АР+Ар,5+Ар,А5+Аа/2.

где Дс^—погрешность вследствие рассеяния размеров среднего диаметра резьбы ич-за колебания усадки; ДЙ2 И З г - п о г Р е ш н о с т ь изготовления среднего диаметра резьбы формы; Д - погрешность вследствие износа резьбы формы; Др — погрешность среднего диаметра резьбы, учитывающая погрешность изготовления шага резьбы формы; Др_5, Др, д5—по­ грешности среднего диаметра резьбы, учитывающие соответственно усадку и колебание усад­ ки шага резьбы на всей длине свинчивания; Да/2—погрешность среднего диаметра резьбы, учитывающая неточность половины угла профиля [так же записывается формула для Г1)2' пластмассовой гайки (см. рис. 2.17)].

Составляющая допуска Ар зависит от точности изготовления резьбы формы, которая, как правило, бывает высокой; значения Д. находятся Б пределах ± 0,01 мм.

Составляющая допуска Ap>s зависит не только от величины усадки, но и от ее колебания, а также от конструкции формы, которая может быть изготовлена как с увеличением размеров на размер средней усадки (с корректированным шагом), так и без увеличения (с номи­ нальным шагом, особенно для резьбовых колец). Различают два вида

A p , s = n £ S m a x >

где л и Р- число ниток и шаг резьбы соответственно; Sm a x -максимальная расчетная усадка материала, %\

погрешность Ар> д ? среднего диаметра резьбы вследствие колебания усадки материала Д5 по шагу резьбы пластмассового изделия на длине свинчивания

А Р ,Д5 =nP&S.

Погрешности Дф, Д^изг и Аизн квадратично суммируются, и для определения этой суммарной погрешности Д^ можно использовать аналогичную для гладких размеров пластмассогых изделий методику.

61

Рис. 1.25. Точность резьбы болтов, достигаемая формованием пластмасс (заштрихованы зоны достижения обозначенных степеней точности)

Верхнее отклонение наружного диаметра гайки и нижнее отклоне­ ние внутреннего диаметра, по ГОСТ 11709-81 не устанавливаются, хотя косвенно нижнее отклонение ограничивается формой впадины по ГОСТ 16093-81.

62

При образовании резьбового соединения ГОСТ 11709-81 предусмат­ ривает два типа посадок: скользящих и с гарантированным зазором. Например, для болта посадка получается либо в системе отверстия с основными отклонениями H/g, либо в системе вала с основными отклонениями G/h(H и G-поля допусков гайки). По ГОСТ 11709-81 в посадках допускаются любые сочетания полей допусков наружной и внутренней резьб, но предпочтительно одного класса точности.

Точность резьбы формуемых изделий (прессованием, литьем под давлением) оценивается степенями точности в зависимости от значе­ ний Д5(сгруппированных так же, как в табл. 1.4), длин свинчивания и номинальных диаметров резьбы. На рис. 1.25 приведены в качестве примера степени точности болтов (т. е. наружной резьбы), формуемых из пластмасс, при разных условиях достижения этих степеней. Они ограничены значениями шагов от 0,7 до 1,5 мм (более полные сведения для шагов 1,75; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6 мм, а также для пластмас­ совых гаек (см. [4] к гл. 1), причем при условии изготовления в фор­ мах со скорректированными на величину средней усадки шагами. При изготовлении резьбы в формах с нескорректированными шагами указанные степени точности могут быть достигнуты, если длины свинчивания будут уменьшены до допустимого значения n'=nASA2Smax). Длина свинчивания в любом случае должна быть такой, чтобы прочность витков была равна прочности стенок пласт­ массового изделия.

Точность изготовления изделий из стеклопластиков зависит от

метода формования. Например, при контактном формовании техно­ логически совмещены два процессаполучение определенной стеклопластиковой структуры, т. е. получение конструкционного материала, а также самого изделия с заданной точностью и качеством поверхнос­ ти. Каждый из этих процессов является самостоятельным источником производственных погрешностей, которые соответственно можно разделить на две категории: структурные погрешности и дефекты; геометрические погрешности.

Геометрические погрешности складываются из погрешностей геометрической формы (плоскостности, овальности и их взаимного расположения, непараллельности, несоосности, эксцентричности и т. п.), погрешностей размеров, шероховатости. Структурные погреш­ ности-это погрешности армирования (выражающиеся, например, в анизотропии геометрических параметров), погрешности текстуры (например, монослойность, т. е. отсутствие прослоек связующего) и погрешности микроструктуры (связанные с однородностью и дисперс­ ностью распределения арматуры, наличием расслоений, газовых включений, пор и т. п.).

Точность геометрических форм и размеров после извлечения изде­ лия из формы изменяется под действием структурных напряжений в стенках, что обусловлено неоднородностью натяжения стеклоарматуры при формовании изделия.

63

Точность изготовления изделий из листовых пластмасс способами объемного формования определяется технологическими особенностя­ ми, вызывающими анизотропию свойств, в том числе плотности, усадки, точности.

Точность толщины детали в значительной мере определяет степень вытяжки.

Для изделий, изготавливаемых объемным формованием из листа, можно записать уравнение для определения суммарной размерной погрешности:

А г= А т+ А заг+ А х+ А кон.

где Азаг—погрешность первоначальной толщины листа—заготовки.

В свою очередь, технологическая погрешность Дт включает в себя: погрешность Дизг.ф, возникающую за счет» неточности изготовления оформляющих деталь элементов формы; погрешность АЭКспл.ф> в03" никающую за счет неточности эксплуатации формы (неплотное приле­ гание и пр.); погрешность Дохл, возникающую в процессе охлаждения изделия, причем Aoxn=f(At, Д„,ДВ) (здесь At- погрешность, возникаю­ щая из-за неравномерности разогрева листа; Av - погрешность из-за различия в скорости вытяжки; Ав-погрешность, возникающая как следствие влияния технологической операции вытяжки) и другие погрешности Адр.

Учитывая природу погрешностей, можно записать:

Ат = Аизг.ф + Дэкспл.ф + (Аохл + А кон+ Алр)1/2-

Кобщим рекомендациям по повышению точности изделий, изго­ тавливаемых методами объемного формования из листа, относятся следующие: повышение стабильности и равномерности разогрева листа

сучетом расположения мест его утонения при формовании; макси­ мальный учет требований технологии при конструировании изделий и формы для его изготовления (наличие углов уклона, скругления, достаточной опорной поверхности при закреплении листа и т. д.); подбор листовых заготовок с минимальным колебанием размеров по толщине и т. д.

Точность изделий, получаемых экструзией, зависит от неоднород­ ности сырья; нестабильности технологических параметров экструзии; изменения условий калибрования и охлаждения экструдата; откло­ нений в нормальной работе основного оборудования, вспомогатель­ ных и тянущих устройств; погрешности методов и средств контроля.

Эти факторы вызывают характерные для экструзионных изделий погрешности: от разбухания Др; от температурной усадки материала А1<у; от структурной усадки материала Дс у; от релаксации внутренних напряжений Дт; от колебания степени вытяжки Дв.

Таким образом, можно записать:

АЕИНСТР = К З Г + АЭ+ АИЗН+ ЛК0Н)1/2.

64

где Аизг-погрешность, возникающая из-за неточности изготовления формующего и калибрующего инструментов; Дэ - погрешность, возникающая за счет эксцентричной установки дорна и мундштука; Дизн ~ погрешность от износа формующего и калибрующего инстру­ ментов; Ак о н - погрешность методов контроля экструдата.

Перечисленные общие зависимости для Aj; при оценке точности различных изделий должны конкретизироваться. Прежде всего необ­ ходимо устанавливать вид связи суммарной погрешности основного размера экструдата (диаметра, толщины и т. д.) с номинальным его значением.

ГЛАВА 2

ФОРМЫ ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ

2.1. Назначение, устройство и принцип действия форм для прессования

В формах для прессования (пресс-формах) получают изделия массой от нескольких граммов до 5 - 10 килограммов, простой и сложной конфи­ гурации, с металлической арматурой, мало- и крупногабаритные, плоские и объемные, т.е. очень разнообразные.

Пресс-формы должны обеспечить: перевод массы в вязкотекучее состояние; деформирование массы и придание ей требуемой конфигу­ рации (соответствующей полости, образующейся в замкнутой форме); фиксацию этой конфигурации, т.е. изделия; извлечение, удаление отпрессованного изделия из рабочей зоны.

Конструкции пресс-форм также весьма разнообразны, они отражают особенности и требования, предъявляемые к изделиям, но при этом каждая пресс-форма должна выполнить свое назначение надежно и максимально долго (сообразуясь с программой выпуска конкретного изделия), производительно (т.е. при минимально возможном техноло­ гическом цикле прессования конкретного изделия, при максимальном прессосъеме - количестве пресс-материала, перерабатываемого в течение месяца, года и отнесенное к 10 кН эффективного усилия пресса, на котором установлена данная пресс-форма), качественно (с такими разбросами прочностных, точностных и других параметров качества у всей партии отпрессованных изделий, которые были бы в пределах заданных соответствующих допусков).

В пресс-формах изготавливают изделия практически из всех видов реактопластов, резиновых смесей, сравнительно редко - из термопластов.В последнем случае для фиксации конфигурации и затвердева­ ния изделия формы охлаждают. Во всех других случаях пресс-формы только нагревают, и деформирование массы, отверждение расплава реактопласта (или вулканизация резиновой смеси) в полости формы происходит под воздействием высокой температуры, причем к тепло­ вым потокам от внешних источников тепла добавляется небольшое

65

количество теплоты экзотермических химических реакций, происхо­ дящих в термореактивных полимерных материалах при их превраще­ ниях. Отверждение, создание твердой, жесткой, неплавкой, необрати­ мой структуры материала во всем объеме изделия окончательно фиксирует его конфигурацию, позволяет извлекать изделие без повреждений.

Наиболее распространены и чаще всего вновь проектируются пресс-формы для изделий из реактопластов - порошкообразных и волокнистых. Особенности реакции отверждения реактопластов и процессов, протекающих в полости пресс-формы, рассмотрены в работе [1], а типовые схемы и технология прессования - в работах [5, 6].

Глубина, или степень протекания реакции (степень отверждения) прямо определяет комплекс технологических свойств расплава (его эффективную вязкость, удельный объем), а также выходные характе­ ристики отвержденного изделия, причем эти характеристики при фиксированных температуре, давлении, интенсивности деформирова­ ния расплава являются однозначной функцией степени отверждения. Следовательно, конструкция пресс-формы должна обеспечить по возможности одинаковую степень отверждения материала в объеме изделия, тогда будут минимальными градиенты напряжений (терми­ ческих, усадочных), неоднородность, разброс качественных парамет­ ров. Для этого требуется создать и эффективно поддерживать доста­ точно однородное температурное поле в формующей полости на стадиях ее заполнения и уплотнения; во всем объеме изделия - во время стадии выдержки на отверждение (в пресс-формах перерабаты­ вают реактопласты при температурах от 130 до 180190 *С - в основ­ ном в зависимости от химических особенностей полимерных связую­ щих)^

Давление, которое передается на прессуемый материал, затрачива­ ется на уплотнение дозы его в полости формы или в специальной загрузочной камере (а если эта доза - таблетка, то и на ее раздавлива­ ние); на преодоление сопротивления растеканию расплава по полости формы или в загрузочной камере и полости формы; на обеспечение необходимой степени уплотнения расплава в целиком заполненной полости, из которой удалены летучие, пары влаги. На стадии выдерж­ ки на отверждение давление должно быть максимально возможным. В зависимости от вида пресс-материала, метода прессования, темпера­ турных параметров давление прессования реактопластов в пресс-фор­ мах может быть от 15 до 200 МПа; в пресс-формах прямого прессования пресс-порошков - 15-50 МПа; то же для»волокнитов - 40-70 МПа; в пресс-формах для литьевого прессования - 150200 МПа, поскольку в значительной мере давление затрачивается на преодоление сопротив­ ления течению расплава в литниковых каналах.

Временные параметры процесса прессования, которые должны быть обеспечены нормальной работой пресс-формы, назначают на основа­ нии: технологических свойств пресс-материала (удельная теплоем­ кость,„коэффициент температуропроводности, плотность); температур

66

размягчения, предварительного нагрева, расплава, интенсивного его отверждения, стенки пресс-формы; конфигурации й толщины стенки прессуемого изделия.

Время стадий заполнения" полости пресс-формы и уплотнения в ней расплава аналитически оценить трудно (много переменных факто­ ров - материальных, технологических и конструктивных); в большин­ стве случаев оно составляет 3 - 5 с.

Время выдержки под давлением, в течение которого расплав продолжает нагреваться от стенок пресс-формы до температуры интен­ сивного отверждения массы, упрощенно оценивается произведением „условного" времени отверждения одного миллиметра толщины изделия на половину всей толщины (если осуществляется двухсто­ ронняя передача тепла от стенок к.материалу). Это „условное" время определяют экспериментально, его можно корректировать по резуль­ татам пластометрических испытаний материалов.

Все временные параметры зависят от присущей конкретному пресс-материалу продолжительности вязкотекучего состояния тВ1с, причем важно, чтобы тВ1С >ttm + т19 где т ^ - время предварительного нагрева прессуемой дозы (возможно, и вне пресс-формы); tj - суммар­ ное время, необходимое для загрузки дозы (таблетки, навески порош­ ка или волокнита) в пресс-форму, а также собственно формования (включая смыкание пресс-формы с учетом продолжительности подпрессовок). Как видно, временные параметры во многом зависят от конструктивных возможностей пресс-форм. Температура же прессова­ ния уточняется при условии обязательного выполнения приведенного выше неравенства.

Выбор метода прессования реактопластов и, следовательно, типа пресс-формы, зависит в равной степени от прессуемого материала, конструкции изделия. Последнее влияет на степень сложности конст­ рукции пресс-формы, на характер и число плоскостей ее разъема (плоскостей, по которым пресс-форма раскрывается для удаления из полости отпрессованного изделия).

Сложность изделия, использование в конструкции металлической арматуры, наличие поднутрений также влияет на характер расположе­ ния и число плоскостей разъема формы. Например, изделия, показан­ ные на рис. 2.1, а, изготавливаются в сравнительно простой пресс-фор­ ме прямого прессования с одной горизонтальной плоскостью разъема; на рис. 2.1, б - требуют для своего изготовления обязательно две плоскости разъема - горизонтальную и вертикальную и, естественно, это вызывает усложнение пресс-формы (используются клиновые обоймы-щеки или другие приспособления); на рис. 2.1, в - относитель­ но сложны, но малогабаритны, имеют сплошную проходную металли­ ческую арматуру, их изготавливают пресс-литьем.

На рис. 2.2 показана типичная пресс-форма для прямого (компрес­ сионного) прессования одного простого плоского изделия. В прессова­ нии участвуют: пуансон 6, матрица 5, контактные выталкиватели 22. Все остальные детали обеспечивают работу пресс-формы, установлен-

67

Ри с . 2,1. Эскизы типовых изделий, получаемых в пресс-формах:

«— с одной горизонтальной плоскостью разъема (прямое прессование); б — с одной горизонталь­ ной и одной вертикальной плоскостями разъема (прямое прессование); в — с одной горизонтальной плоскостью разъема, сложных, насыщенных металлической арматурой (пресс-литье)

ной на прессе постоянно, стационарно, на все время выполнения заданной планом программы изделий.

Деталями 2, 4, 7- 9 верхняя и нижняя полуформы закрепляются к плитам пресса. Детали 1,11,13,14 и 19 скрепляют отдельные узлы или детали друг с другом, а 16, 17, 23 и 27 - центрируют подвижные части пресс-формы. В деталях 3 и 10 осуществляется монтаж нагревательных элементов, а в 15 и 18 - монтаж основных формующих деталей 5, 6, 22. Деталь 20 предохраняет нагревательные элементы от повреждения. Детали 21 создают пространство для размещения блока выталкивате­ лей. Детали 12 обеспечивают контакт двух полуформ при их смыкании (это своеобразный компенсатор размерной цепи, определяющей вза­ имное положение основных формующих деталей по вертикали). Детали 2426 обеспечивают монтаж блока выталкивателей, деталь 28 соединяет блок выталкивателей с нижним выталкивающим гидроци-

68