Лабораторная работа 1–3 расчет размеров рабочих поверхностей пресс-формы

1. Цель работы

Целью работы является изучение методики и приобретение навыков определения размеров рабочих поверхностей пресс-формы для заданных размеров и материала детали.

2. Задание на лабораторную работу

2.2 Для заданных эскиза или рабочего чертежа детали и указанного преподавателем пресс-материала обосновать способ и режим формообразования детали.

2.3 Обосновать конструкцию пресс-формы и оформить ее эскиз.

2.4 Рассчитать предельно допустимые значения размеров охватываемой поверхности пресс-формы.

2.5 Дать характеристику предложенной студенту пресс-формы, в соответствии с принятыми признаками классификации пресс-форм для пластмасс.

3. Методические указания

3.1. Основными технологическими свойствами пластмасс являются текучесть, усадка, скорость отверждения реактопластов, термостабильность термопластов.

Текучесть характеризует способность материала заполнять форму при переделенных температуре и давлении. Количественная мера текучести - "индекс расплава" - масса материала, выдавливаемого через сопло диаметром 2,095 мм при заданных температуре и давлении в единицу времени.

Усадка - относительное уменьшение размеров детали по сравнению с соответствующими размерами пресс-формы. Наибольшую долю в суммарной усадке составляет усадка за счет разности температурные коэффициентов линейного расширения материла детали и пресс-формы.

При формовании реактопластов необходимо также учитывать усадку при сополимеризации и поликонденсации.

Скорость отверждения - продолжительность процесса перехода реактопластов из вязкотекучего состояния в состояние полной полимеризации. Повышенная скорость отверждения может быть причиной не заполнения отдельных участков пресс-формы. Скорость отверждения существенно зависит от температуры процесса полимеризации.

Под термостабильностью понимают время, в течение которого термопласт выдерживает определенную температуру без разложения.

3.2 Основные параметры режима прессования некоторых пресс-материалов приведены в табл.1

Прямое (компрессионное) прессование (было изучено в работе 1–1). Схема прямого прессования представлена на рис.1.

Таблица 1

Основные параметры режима прессования некоторых пресс-материалов

Марка материала	Давление прессования, МПа	Температура прессования, °С	Время выдержки на 1 мм толщ. стенки, мин.	Усадка при полимеризации Кп, %	Температурный коэффициент материала детали α, k−1	Темп. коэфф. матер., формы, αф, k−1
Термореактивные материалы
K-21-12	30 ±5	155 ±5	1	0,4−0,5	55·10−6	12·10−6
K-211-2	30 ±5	160 ±5	1−2,5 С	0,5−0,6	60·10−6	12·10−6
АГ-4	30 ±8	155 ±5	1−1,5 С	0,5−0,7	60·10−6	12·10−6
Термопластичные материалы
Полистирол	18−20	135−150	Охлаждение в пресс-форме до 100°С	−	110·10−6	12·10−6
Полиэтилен	7−14	120−160		−	(110−145)·10−6	12·10−6
Фторопласт	30−50	220−260		−	110·10−6	12·10−6

Рис.1. Схема прямого прессования

1 - пуансон; 2 - матрица; 3 - деталь; 4 - знак (элемент пресс-формы, предназначенный для образования внутренней полости детали); 5 - выталкиватель

При прямом прессовании загружают пресс-материал в разомкнутую форму (в полость матрицы). С помощью пуансона замыкают пресс- форму и создают давление на пресс-материал после нагрева его теплом пресс-форма. Разогретый пресс-материал становится вязким, хорошо заполняет форду и полимеризуется. Прямым прессованием получают детали средней сложности.

При литьевом прессовании прессуемый материал загружают в загрузочную камеру, соединённую с полостью пресс-формы литником. Разогретый в камере пресс-материал в вязкотекучем состоянии под действием пуансона выжимается в полость замкнутой пресс-формы. Схема литьевого прессования представлена на рис.2.

Рис.2. Схема литьевого прессования

1 - пуансон; 2 - загрузочная камера; 3 - литник; 4 - детали; 5 - литниковая плита; 6 – матрица

Литьевое прессование характерно для термопластичных пресс-материалов. Оно позволяет получить детали сложной формы, исключает внутренние напряжения в изделии и деформация нежестких элементов арматуры.

3.3 Размеры элементов пресс-формы определяют из условия равенства заданных размеров детали соответствующим размерам пресс-формы. При расчете необходимо учитывать условиям прессования, температурное расширение и упругую деформацию сжатия, усадку пресс-материала при полимеризации (для термореактивных пластмасс).

Размеры элементов охватываемых поверхностей пресс-формы, вычисляют по формуле, не учитывающей влияние величин второго порядки малости:

, (1)

где L_ф - размер охватывающей поверхности пресс-формы;

L - соответствующий размер детали;

Kп - коэффициент усадки материала при полимеризации, выраженный в %;

α, αф - температурный коэффициент линейного расширения материала детали и пресс-формы;

t - температура прессования;

t0 - нормальная температура (+20°С);

E, E_ф - модуль упругости при сжатии материала детали и пресс-формы.

Поскольку при прессовании пластмасс P/E ≈ 0, P/E_ф ≈ 0, формулу (1) можно использовать в виде

, (2)

Допуск на размер пресс-формы зависит от допуска на размер детали, но отличается от него. Обычно уменьшение составляет (0,5-0,8)·TL.

Для определения наибольшего и наименьшего предельных значений размера охватываемой поверхности используют расчетные формулы, имеют вид

,

,

.

где ℓ_ф max, ℓ_max - максимально допустимые значения размера и охватываемой поверхности пресс-формы в соответствующего размера детали;

ℓ_ф min, ℓ_min - минимально допустимые значения размера охватываемой поверхности пресс-формы и соответствующего размера детали;

T_ℓф, T_ℓ - допуск на размер охватываемой поверхности пресс-формы и соответствующего размера детали.

Если пресс-форма имеет разъем в плоскости, перпендикулярной высоте детали, то размеры замкнутой пресс-формы, определяющие высоту детали, рассчитываются по формулам

,

,

.

где H_ф, H - высотный размер замкнутой пресс-формы и соответствующий ему высотный размер детали;

T_Hф, T_H - допуск на высотный размер пресс-формы и соответствующий ему высотный размер детали;

С - толщина облоя (толщина слоя пресс-материала, выдавленного в разъем замкнутой пресс-формы).

Для прямого прессования С = 0,3-0,5 мм; для литьевого прессования С = 0,05-0,1 мм.

3.4 Варианты заданий для обоснования способа формообразования детали, обоснования конструкции пресс-формы и расчета предельно допустимых значений размера охватываемой поверхности приведены на рис. 3.

3.5 Признаками, по которым характеризуют пресс-форму, являются:

• способ формообразования,

• способ подогрева;

• способ связи с прессом,

• способ извлечения детали из формы,

• количество формующих полостей.

Характеризуя пресс-форму, необходимо указать, в каких условиях ee использование целесообразна.

Рис.3. Эскиз формуемой детали и варианты заданий студенту

Вариант	1	2	3
Материал	K-21-12	Фторопласт	Полиэтилен
d1	60h14(-0,74)	50h15(-1,00)	55h15(-1,20)
d2	55h14(-0,74)	40h15(-1,00)	50h15(-1,00)
d3	50H14(+0,62)	35H15(+1,00)	40H15(+1,00)
h1	30h14(-0,52)	30h15(-0,84)	30h15(-0,84)
h2	10h14(-0,36)	10h15(-0,58)	10h15(-0,58)

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет студента по лабораторной работе должен содержать эскиз изготовляемой детали, эскиз предложенной студентом пресс-формы для ее изготовления, расчетные формулы и результаты расчетов предельно допустимых значений размера охватываемой поверхности пресс-формы.

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

5.1 Какие характеристики пластмасс используют для оценки их технологичности?

5.2 В чем состоит прямое прессование, литьевое прессование, литье под давлением?

5.3 Какой способ формообразования используют при формовании термореактивпых пластмасс?

5.4 По каким признакам характеризуют пресс-форму для формования пластмасс?

5.5 Из какого условия определяют размеры элементов пресс-формы?