2.2. Особенности проектирования пластмассовой детали, обусловленные технологическими ограничениями

Усадка пластмасс почти всех групп соизмерима с усадкой металлов и лишь для групп 1 и 2 достигает больших значений (табл.2.8).

Таблица 2.8. Группы пластмасс по литейной усадке v

Марка пластмассы v, % Марка пластмассы v, %

1 2 1 2

Группа 7 0,01 - 0,09 ПЭНП-НС 40-30 0.29 - 0.31

ПАИ-НУв 30 0.01 ПЭВП-НС 40-30 0.25 - 0.40

САН-НС, НСш (35) 0.01 ПА 11-НС 30 0.30 - 0.40

САН-НС 40 0.01-0.10 ПЭТФ-НС 55-20 0.20 - 0.50

Группа 6 0,10 - 0,19 САН-НС 20-10 0.20 - 0.50

ПА6-НС 50 0,10 ПУР-НС 30 0.30 - 0.40

ПС-НС 40 0,10 ПК-НС 30-10 0.20 - 0.60

САН-НС 35 0,10 ПА 66-НС 30-20 0,20 - 0,60

АБС-НУв 30-20 0,09 - 0,11 ПА 66-НМН 40 0,30 - 0,50

ПФО-НС 40 0,09 - 0,11 ПА 6-НСк 33-27 0,20 - 0,60

ПФО-НУв 0,10 ПА 610-НСк 30 0,20 - 0,60

ПС-НУв 30-20 0,05 - 0,20 ПБТФ-НС 50-40 0,20 - 0,60

ПЭС-НС 40 0,05 - 0,20 ПСФ-НС 10 0,30 - 0,50

ПЭС-НУв 30 0,10 - 0,15 ПЭТФ-НС, НСЛ(35) 0,40

ПСФ-НС 40 0,05 - 0,20 ПАИ-НС 30 0,30 - 0,50

ПЭС-НС 30 0,10 - 0,20 ПП-НС,НТ 0,40

ПЭТФ-НУв 30 0,10 - 0,20 ПП-НСЛ 50 0,20 - 0,60

ПСНС 30-20 0,10 - 0,20 ПФО-НС 10 0,30 - 0,50

САН-НС 30 0,10 - 0,20 ПФО-НСЖ 25 0,20 - 0,60

АБС-НС 40-30 0,10 - 0,20 ПММА 0,20 - 0,60

ПВХВ-НС 20 0,10 - 0,20 СММА 0,20 - 0,60

ПУР-НУв 30 0,10 - 0,20 ПЭВП-НС 20 0,30 - 0,50

ПC-НУв 30-20 0,03 - 0,30 ПЭИ-НС 10 0,40

ПМП-НС 15 0,14 - 0,24 Группа 4 0,45 - 0,69

АБС-НС 20 0,15 - 0,20 ПИ-А (графит 50) 0,39 - 0,50

АБС-НСЖ 40 0,05 - 0,30 ПА 6-НСк 33-27, А (ПЭ) 0,20 - 0,70

Группа 5 0,20 - 0,44 ПА 610-НС 30 0,40 - 0,50

ПА 66-НС 50 ПСФ-НС 30 САН-НС 15, НМН 15 САН-НС 20, НМН 10 ПМП-НС 30 ПФО-НС 30 ПК-НС 40 ПЭНП-НС 45 ПЭИ-НС 30 ПСФ-НС 20 ПМП ПА 11-НС 40 ПЭС-НС 20 ПЭС-НСк 20 ПУР-НС 40 ПЭИ-НС 20 ПА 6-НС 30 ПСФ-НС 20 АБС-НС 13-10 ПВХВ ПВХВ-НС 10 ПФО-НС 20 ПЭВП-НС 10 ПИ-А (графит 15) ПА 6-НМН 50-30 ПБТФ-Нс 20 ПС 0,50 - 0.20 0.10-0.30 0.20 0.20 0.10-0.30 0.10-0.30 0.10-0.30 0.20 0.20 0.15-0.30 0.15-0.30 0.20-0.30 0.20-0.30 0.20-0.30 0.20-0.30 0.20-0.30 0.10-0.45 0.20-0.40 0.30 0.10-0.50 0.30 0.20-0.40 0,50 - 0,60 0,50 - 0,67 0,40 - 0,80 0,40 - 0,80 0,40 - 0,80 ПБТФ-НС 30, ИСК АБС/ПВХ ПА 12-НС 30 ПА 66-НС 13 ПБТФ-НС 30 ПА 11-НС 20-10 ПОД МС МСН АБС ПП-НС 20, ВС ПП-НС, НСш ПП-НС, НМН НЭНП-НС 10 ПЭНП-НС 15 ПА 610-НМН 40 ПБТФ-НС, НСш ПБТФ-НС, НМН ПП-НС 20, НСЖ 15 ПП-НСЛ 40 АЦЭ ПУР-НС 20-5 ПП-НСЛ 25-20 ПАЛИ-НС, НТ ПИ ПП-НА 40 ФТ-ЭП (бронза 60) 0,20 - 0,70 0,30 - 0,60 0,40 - 0,60 0,50 0,20 - 0,80 0,40 - 0,60 0,50 0,40 - 0,60 0,40 - 0,60 0,30 - 0,70 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 - 0,60 0,20 - 0,90 0,30 - 0,80 0,40 - 0,70 0,30 - 0,80 0,20 - 0,90 0,10 - 1,00 0,94 0,94 0,70 - 1,20 0,80 - 1,20 1,00

САН 0,40 - 0,80 СФ-НС 30-25 0,4 - 1,7

САМ 0,40 - 0,80 ПП-НСш 40-30 1,00 - 1,11

ПТ 0,60 ПБТФ-НМН 0,50 - 1,70

ПФО 0,50 - 0,70 ПА 612-НСк 33, УП 1,10

ПФО-ВС 0,50 - 0,70 Группа 2 1,20 - 2,40

ПЭИ 0,50 - 0,70 ПП-НМЛ 30 1,20

ПК 0,50 - 0,80 ПП-НТ 20 0,80 - 1,50

ПА 6-НСш 50 0,30 - 1,00 ПП-НАЖ 40 1,00 - 1,50

ПБТФ-НС 15 0,50 - 0,80 ПА 612 1.30

ПЭС 0,60 - 0,70 ПА 12 0,70 - 2,00

ФН 0,50 - 0,80 ПА 610 0,80 - 1,90

АБС-ВС 0,50 - 0,80 ПА 610-НМН 10 1,20 - 1,50

АБС/ПК 0,50 - 0,80 ПП-НСш 20-10 1,30 - 1,40

ПП-НСП 30 0,50 - 0,80 ПП-НТ 10 1,50

ПАИ 0,50 - 0,80 ПА 6 0,60 - 2,50

Группа 3 0,70 - 1,19 ПУР 0,10 - 3,00

ПЭС-НС 10 0,70 АК 1,40 - 1,80

ПП-НТ 40 0,40 - 1,00 ПБТФ 1,20 - 2,00

СММА-УП 0,40 - 1,00 ПЭТФ 1,30 - 2,00

ПА 12-НСш 50 0,50 - 1,00 ПК-УПм, ТС, ХС 1,00 - 2,50

ПА 11-НСш 30 0,70 - 0,80 ПА-66 1,00 - 2,50

ПСФ 0,70 - 0,80 ПП 1,о0 - 2,50

НЦЭ 0,40 - 1,10 ПП-НМЛ 10 1,20 - 2,50

ПА 66-НСк 33-27 0,60 - 1,00 БСПЭ 1,00 - 3,00

ПС-НС 10 0,80 Группа 1 2,50 - 5,00

УПС 0,40 - 1,20 ПАР 2,50

ПК-УПм, УФ 0,85 СФ 1,50 - 3,50

ПП-НТ30 0,65 - 1,20 ПЭНП 2,00 - 3,00

ПК-УПм, ХС 0,90 ПЭВП 1,00 - 4,00

ПА 610-НМН 20 0,80 - 1,00 ПАЛИ 2,50 - 2,80

ПБТФ-НС 10 0,80 - 1,00 ПВХП 1,00 - 5,00

ПП-НМЛ 40 0,60 - 1,20 ФТ 3,00 - 7,00

Усадка пластмассы приводит к значениям напряжений, близким к пределу прочности материала. Эта особенность накладывает жесткие технологические ограничения на определенные геометрические элементы и соотношения конструкции пластмассовой детали для исключения коробления, образования трещин и даже разрушения после охлаждения или при работе в изделии.

Можно выделить пять таких технологических ограничений.

1. Стенки детали должны быть по возможности равной толщины.

2. В конструкции детали должны быть предусмотрены технологические уклоны и радиусы сопряжения.

3. В конструкции детали должны быть предусмотрены ребра жесткости для повышения ее прочности при тонких стенках.

4. Поднутрения и выступающие части конструкции детали должны быть исключены или должны применяться в крайних случаях, поскольку вызывают усложнение конструкции пресс-формы.

5. Отверстия следует по возможности получать в процессе формования пластмассовой детали.

Рассмотрим обоснование выбора численных значений этих ограничений.

Толщину стенок s выбирают из условия механической прочности детали, экономии материала и наилучшего заполнения им пресс-формы. Минимальная толщина стенки детали определяется габаритными размерами, конфигурацией и механической прочностью детали, текучестью пластмассы.

Оптимальная толщина стенки детали средних размеров из термопластов берется из диапазона 0,8 < s < 4 мм, а для малогабаритной детали 0,4 < s < 4 мм. Допустимые значения толщины стенки в зависимости от высоты деталей из термопластов приведены в табл.2.9 и 2.10. Для малогабаритных деталей из волокнистых пластмасс s > 0,2 мм.

При проектировании пластмассовой детали необходимо по возможности выдерживать стенки одинаковой толщины, поскольку разнотолщинность стенок вызывает неравномерную усадку материала, являющуюся причиной образования вздутий, трещин и утяжек. Разнотолщинность стенок не должна превышать 30%.

Местные утолщения стенок пластмассовой детали допускаются в следующих случаях:

- при наличии отверстий;

- при конструировании деталей с резьбой;

- при конструировании армированных деталей для увеличения прочности конструкции, например, путем создания стенок необходимой толщины вокруг арматуры.

Таблица 2.9. Допустимые значения толщины стенок пластмассовых деталей при литье под давлением

Высота детали, мм Толщина стенки s, мм

До 10 включительно Свыше 10 до 20 20 - 30 40 - 50 40 - 50 50 - 60 60 - 80 80 - 100 100 - 120 120 - 160 160 - 200 200 - 250 250 - 320 320 - 400 0,5 Свыше 0.5 до 0.7 0,7 - 0,8 0,8 - 1,0 1,0 - 1,3 1,3 - 1,4 1,4 - 1,8 1,8 - 2,0 2,0 - 2,3 2,3 - 2,7 2,7 - 3,0 3,0 - 3,3 3,3 - 3,8 3,8 - 4,0

Таблица 2.10. Допустимые значения толщины стенок пластмассовых деталей при литьевом прессовании

Высота детали, мм Толщина стенки s, мм

До 10 включительно Свыше 10 до 20 20 - 40 40 - 60 60 - 100 100 - 150 Свыше 150 От 0,8 до 1,0 Свыше 1,0 до 1,5 1,5 - 2,0 2,0 - 3,0 3,0 - 4,0 4,0 - 5,5 5,5 - 8,0

Выбор толщины стенок является одной из ответственных процедур проектирования детали, поскольку при этом формируются ее габаритные размеры и конфигурация, влияющие на прочностные свойства конструкции.

Технологические уклоны в конструкции пластмассовой детали, как и при литье металлов, необходимы для обеспечения беспрепятственного извлечения ее из пресс-формы. Их необходимо предусматривать на внутренних (a) и наружных (a₁) поверхностях детали, перпендикулярных плоскости разъема О-О пресс-формы, при этом обычно а > а₁ (рис.2.1).

Рис.2.1. Положение технологических уклонов

Величина технологического уклона зависит от величины усадки материала, высоты детали, толщины стенок, требуемой точности изготовления и шероховатости поверхностей оформляющей полости пресс-формы.

Усадка материала всегда имеет направление к центру детали, поэтому технологические уклоны внутренних поверхностей должны превышать технологические уклоны наружных поверхностей. Значения технологических уклонов для деталей из различных пластмасс приведены в табл.2.11.

Таблица 2.11.

Технологические уклоны для деталей из различных пластмасс

Толщина стенки s детали, мм

Группы До 2,0 2,0 и более

пластмасс Вид поверхности

по табл.2.8 Внутренняя Наружная Внутренняя Наружная

1,2 3,4 5-7 1°10’ 0°22’ 0°17’ 0°22’ 0°17’ 0°14’ 1°10’ 1°10’ 0°35’ 0°35’ 0°35’ 0°22’

Обычно на чертежах проставляют значения уклонов, которые удобнее пересчитать в линейные отклонения размеров, поэтому в табл.2.12 приведены значения приращения толщины стенки в зависимости от высоты детали и выбранной величины уклона.

Уклоны допускается не использовать:

- для плоских монолитных деталей толщиной до 6 мм;

- для тонкостенных деталей высотой до 15 мм;

- для наружных поверхностей полых деталей высотой до 30 мм;

- при конусной и сферической формах деталей.

Таблица 2.12. Приращения толщины стенки для разных углов уклона

Высота детали, Угол уклона

мм 15' 30' 45' 1° 1°30' 2°

1 2 3 4 5 6 8 10 12 15 18 20 25 30 35 40 50 60 70 80 90 100 110 130 150 0.004 0.008 0.012 0.017 0.020 0.025 0.035 0.040 0.050 0.060 0.075 0.080 0.100 0.120 0.150 0.160 0.200 0.250 0.280 0.340 0.400 0.420 0.460 0.540 0.600 0.008 0.016 0.025 0.034 0.040 0.050 0.070 0.080 0.100 0.120 0.150 0.160 0.200 0.250 0.300 0.320 0.400 0.500 0.560 0.700 0.800 0.840 0.900 1.100 1.250 0.013 0.025 0.040 0.050 0.060 0.080 0.100 0.125 0.150 0.180 0.230 0.260 0.300 0.400 0.450 0.520 0.650 0.800 0.900 1.000 1.200 1.300 1.400 1.700 2.000 0.017 0.035 0.050 0.060 0.080 0.100 0.140 0.170 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 0.500 0.600 0.700 0.850 1.000 1.200 1.400 1.600 1.750 2.000 2.300 - 0.025 0.050 0.080 0.100 0.120 0.160 0.200 0.250 0.300 0.360 0.450 0.520 0.650 0.800 0.900 1.000 1.250 1.500 1.750 2.000 2.400 2.600 2.800 - - 0.035 0.079 0.100 0.140 0.160 0.200 0.280 0.350 0.400 0.500 0.600 0.700 0.900 1.000 1.200 1.400 1.750 2.100 2.150 2.800 3.150 3.500 - - -

Радиусы сопряжения r в пластмассовых деталях могут быть назначены на основании следующих соображений:

- увеличить механическую прочность детали;

- уменьшить напряжения;

- повысить текучесть пластмассы в пресс-форме;

- упростить изготовление пресс-формы и снизить ее износ;

- улучшить внешний вид детали.

Следует предусматривать наименьшее число значений радиусов для одной детали с учетом возможности применения стандартных фрез диаметром D_фр при изготовлении пресс-формы.

Величина внутреннего радиуса сопряжения деталей из реактопластов составляет r_вн ³ 1,0 мм, из термопластов - r_в ³ 0,6 мм, а величина наружного радиуса сопряжения соответственно - r_н ³ 1,6 мм и r_н ³ 1,0 мм.

На рис. 2.2 дан один из вариантов соотношения между внутренним радиусом r_вн или наружным радиусом r_н сопряжения и толщиной стенки s [2].

Рис. 2.2. Выбор величины радиуса сопряжения

Радиусы сопряжения не следует назначать на поверхностях, находящихся в плоскости разъема пресс-формы, и на наружных кромках детали или отверстий, образующихся в местах соединений оформляющих элементов пресс-формы.

Ребра жесткости позволяют снизить напряжения в местах сочленения стенок различной толщины и тем самым предотвратить коробление и трещины, а также уменьшить площадь поперечного сечения элементов конструкции детали.

Они должны находиться на расстоянии 0,5...1,0 мм от опорной поверхности или края детали и плавно переходить в стенку детали (рис. 2.3). Ребро жесткости должно иметь конусность в направлении приложения нагрузки при прессовании, а также скругленную или плоскую вершину ребра жесткости при следующих соотношениях по сравнению с толщиной стенки s:

- высота ребра жесткости Н = (1.8... 2.4)s;

- радиус сопряжения ребра жесткости со стенкой детали составляет r = (1.8...2.4)s; - радиус сопряжения стенок ребер жесткости между собой составляет r = 0.18s.

- оптимальная толщина ребра жесткости а = (0,6...0,8)s.

Рис. 2.3. Основные размеры ребра жесткости

Отверстия в пластмассовой детали оформляются с помощью подвижного или неподвижного знака, что усложняет пресс-форму. Неподвижный знак может быть применен только в плоскости, перпендикулярной плоскости разъема пресс-формы.

Отверстия в пластмассовой детали должны иметь простую форму, поскольку сложные отверстия ведут к удорожанию пресс-формы. Предпочтительным является гладкое цилиндрическое отверстие, но могут применяться и ступенчатые, состоящие из отверстий разных диаметров с разным профилем поперечного сечения.

Глубина h глухого отверстия или глубина h₁ сквозного отверстия зависит от его диаметра d и способа крепления оформляющего знака (рис. 2.4). На рис.2.4ба приведено глухое отверстие диаметром d и глубиной h, а на рис.2.4в - сквозное отверстие диаметром d в детали толщиной h₁.

Рис. 2.4. Отверстия в пластмассовой детали: а) основные размеры положения отверстия, б) оформление глухого отверстия знаком, в) оформление сквозного отверстия знаком

Минимальные значения расстояния b от края детали и перемычки b₁ между отверстиями, отношение максимально допустимой глубины h или h₁ отверстия к его диаметру и минимально допустимая толщина s₁ дна глухого отверстия даны в табл.2.13.

Таблица 2.13. Размеры отверстий в пластмассовых деталях.

Диаметр d от-верстия, Рас-стоя-ние b отверстия Перемычка b₁ между от- Отношение глубины h (h₁) к диа-метру d отверстия Мини-мальная толщина s₁ дна

мм от края, мм верстиями,мм глухого h сквозного h₁ отверстия, мм

До 2,5 включительно Свыше 3,0 до 4,0 4,0 - 5,0 5,0 - 6,0 6,0 - 8,0 8,0 - 10,0 10,0 - 12,0 12,0 - 14,0 14,0 - 18,0 18,0 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,75 3,25 3,75 4,50 0,5 - 0,7 0,8 - 1,0 0,8 - 1,0 1,0 - 1,2 1,0 - 1,2 1,2 - 1,5 1,2 - 1,8 2,0 - 2,2 2,2 - 2,5 2,5 - 3,0 2,0 2,3 2,5 2,8 3,0 3,4 3,8 4,2 4,6 5,0 3,0 3,5 3,8 4,2 4,7 5,1 5,5 6,0 6,5 7,0 1,00 1,00 1,25 1,50 1,50 2,00 2,50 2,50 3,00 3,00

Примечание. При расположении отверстия от края детали на расстоянии b меньшем, чем указано в табл.2.13, следует его заменять пазом (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Использование паза вместо отверстия, расположенного близко к краю

Допускается частичное формование отверстий в детали с последующим сверлением в следующих случаях:

- если отношение глубины отверстия к его диаметру превышает допустимую величину, а ступенчатое отверстие невозможно по конструктивным соображениям;

- если конструкция детали затрудняет или делает невозможным разъем пресс-формы (в этом случае в детали оформляются разметочные отверстия для удобства последующего сверления).

Резьбовая поверхность в пластмассовой детали может быть получена следующими способами:

- непосредственно в пластмассе при формовании детали;

- запрессовыванием металлической арматуры с резьбой;

- последующей механической обработкой.

Для пластмассовых деталей предпочтительной является метрическая резьба с крупным шагом по ГОСТ 11709-81. Не рекомендуется для термореактивных пластмасс использовать резьбу с шагом менее 0,5 мм. Наружную резьбу следует оформлять резьбовыми кольцами, а внутреннюю - резьбовыми знаками.

Отношение высоты к диаметру резьбы, величина перемычки между резьбовыми отверстиями и расстояние от резьбового отверстия до края детали должны соответствовать табл.2.13 с коэффициентом 1,25.