Реферат: Общие требования к конструкции пластмассового изделия

--PAGE_BREAK--Наружные поверхности – 15´; 30´; 1º
Внутренние поверхности – 30´; 1º; 2º

Отверстия глубиной до 1,5 d– 15´; 30´; 45´

Ребра жесткости, выступы – 2º; 3º; 5º; 10º; 15º

Минимальное допустимое значение технологического уклона для изделий из полистирола, этрола, аминопластов составляет 15´ и 30´, а для изделий из полиэтилена 30´ и 1º на наружных и внутренних поверхностях соответственно. В некоторых случаях технологические уклоны могут иметь и конструктивное значение.

Технологические уклоны можно не назначать на:

1.плоские монолитные изделия толщиной 6 – 10 мм;

2.тонкостенные изделия высотой до 15 мм;

3.наружные поверхности полых изделий высотой до 30 мм;

4.элементы изделия, имеющего конструктивные уклоны (изделия, имеющие конусные или сферические поверхности);

5.элементы пластмассового изделия, сопрягающиеся с другими по стандартным посадкам.


3.3Резьба в изделиях из пластмасс


Среди многообразия пластмассовых изделий большую группу составляют изделия с наружной или внутренней резьбой. Резьбу получают как в процессе формования, так и нарезанием механическим способом.

Для пластмассовых изделий следует назначать метрическую резьбу, так как она обладает наибольшей прочностью. Допускается также применение прямоугольной, трапецеидальной, упорной и круглой резьб.

При проектировании резьбы в пластмассовом изделии следует руководствоваться следующими рекомендациями:

1.для волокнистых материалов не рекомендуется применять резьбы диаметром менее 4 мм, для других материалов – резьбы диаметром менее 3 мм;

2.не допускается применять резьбы с мелким шагом при диаметре менее 4 мм;

3.для термореактивных материалов с порошкообразным наполнителем максимальная прочность резьбы обеспечивается при шаге 1,5 мм, который и следует применять для несущих деталей. При более крупном шаге резьба выкрашивается, а при шаге менее 1,5 мм элементы резьбы переобогащаются связующим, что снижает прочность на срез. Особо крупную резьбу следует назначать при малых диаметрах отверстий;

4.для термопластичных материалов из условия прочности следует назначать оптимальный шаг резьбы 2 – 3 мм. При меньшем шаге может произойти соскальзывание витков в сопряжении даже в случае сравнительно небольших нагрузок;

5.наружный диаметр гаек из реактопластов следует назначать предпочтительно равным величине 1,75 – 2 диаметра резьбы;

6.для сильно нагруженных резьб с мелким шагом (менее 1 мм) следует использовать металлическую арматуру;

7.длина свинчивания не должна превышать диаметр более чем в 1,5 – 2 раза;

8.при большей длине следует учитывать усадку по шагу резьбы.

Наибольшая длина свинчивания прессованных резьб в изделиях из пластмасс при различном номинальном диаметре, шаге резьбы и колебании усадки приводится в специальных таблицах. Исполнение заходных и выходных элементов резьб для пластмассовых изделий отличается от металлических. Для резьб всех видов обязательно наличие фасок или кольцевых выточек на конце резьбы. Выточки выполняют для наружных резьб. Высота выточек (поясков) выбирается в зависимости от шага резьбы:
<img width=«424» height=«131» src=«ref-1_1548125526-1372.coolpic» v:shapes=«Рисунок_x0020_1»>






Такие пояски обеспечивают достаточную прочность изделий с резьбой и формующих резьбовых знаков.

Методом формования в пластмассовых изделиях можно получить резьбу с точностью IT6 – IT10. Более высокую точность можно обеспечить только при механической нарезке резьбы.

Особенности механических свойств пластмасс, особенно прочностных, учитываются и при проектировании резьб. При расчете прочности резьбовых элементов изделий из пластмасс необходимо учитывать коэффициент концентрации напряжений, который для винтов и гаек из полиамидов и других термопластов достигает 2,0, а из реактопластов – 5,5.
3.4Армирование пластмассовых изделий
При необходимости получить изделия с эксплуатационными свойствами, которыми пластмассы не обладают, их приходится проектировать с различными элементами из других материалов, называемыми арматурой.

В зависимости от требований, предъявляемых к пластмассовому изделию, оно может быть армировано металлической, керамической, стеклянной, резиновой, пластмассовой другого вида арматурой и т.п.

Закрепление арматуры в пластмассовом изделии можно осуществить несколькими способами:

1.непосредственно в процессе формования (заливка или запрессовка);

2.установление в изделие сразу после формования и извлечения из формы, когда закрепление осуществляется за счет термической усадки;

3.закрепление в охлажденном изделии на клею или механическим способом (на резьбе, заклепках и т.п.).

Чаще всего используют металлическую арматуру, которая придает пластмассовому изделию прочность, износостойкость, размерную точность, декоративные свойства.

К недостаткам пластмассовых изделий с арматурой, закрепленной в процессе формования, следует отнести:

1.возникновение внутренних напряжений в слое пластмассы, приводящих к образованию трещин;

2.усложнение оснастки и процесса формования.

В зависимости от назначения арматура бывает стержневая, втулочная, клеммная, кольцевая, проволочная, трубчатая и др.

В качестве арматуры можно использовать стандартные металлические изделия (винты, болты, гайки) с доработкой или без нее, а также специально изготовленные для конкретного пластмассового изделия металлические армирующие элементы.

Соединение арматуры с пластмассой должно быть настолько прочным, чтобы извлечение арматуры сопровождалось разрушением пластикового изделия или деформированием арматуры.

Для восприятия рабочих осевых нагрузок и крутящих моментов на арматуре должны быть предусмотрены специальные удерживающие элементы.

У простейшей проволочной арматуры, изготовленной из тонкого пруткового материала или проволоки, — это различные отгибы, разрезы, расплющенные элементы, петли и т.п.

Штампованная арматура из листового металла толщиной менее 1 мм должна иметь отгибы, выштампованные язычки, выгибы, боковые вырезки глубиной 0,3 – 0,5 мм. Для арматуры толще 1 мм рекомендуется использовать отверстия.

Стержневая и втулочная арматура для восприятия крутящего момента на запрессованных поверхностях должна иметь грани, лыски, накатку и т.п., а для восприятия осевого усилия – буртики, заплечики, проточки, пазы и т.п. Кольцевые проточки необходимо располагать посередине запрессовываемой части арматуры. Диаметр канавки – 0,6 – 0,8 мм.

Если торец арматуры выходит за поверхность пластмассового изделия, то накатка не должна доходить до торца на 1,0 – 1,5 мм. Все острые кромки запрессовываемой части арматуры должны быть обязательно округлены или притуплены фаской.

Для предотвращения разрушения и образований трещин и вздутий толщина слоя пластмассы, охватывающего арматуру, не должна быть меньше некоторой минимальной величины, равной 0,5 диаметра или толщины арматуры.

Необходимо стремиться к равнотолщинности слоя пластмассы, охватывающего арматуру. В этом случае охлаждение и усадка протекают более равномерно, что способствует уменьшению напряжений и деформации изделия.

При наличии в пластмассовом изделии нескольких армирующих элементов минимальное расстояние между ними зависит от диаметра арматуры. Оно должно составлять 3 мм при диаметре арматуры 6 – 12 мм и 6 мм при диаметрах более 12 мм.


    продолжение
--PAGE_BREAK--3.5Радиусы закруглений


На изделиях из пластмасс предусматриваются закругления как с наружной, так и с внутренней сторон. Наличие таких закруглений способствует:

1.                   увеличению прочности пластмассового изделия в целом или его элементов;

2.                   устранению или уменьшению внутренних напряжений, следствием которых являются коробление и другие виды отклонений от правильной геометрической формы;

3.                   облегчению течения расплава в форме, особенно из термопластов;

4.                   облегчению извлечения изделий из формы;

5.                   уменьшению износа пресс-формы;

6.                   улучшению внешнего вида пластмассового изделия.

Радиусы закруглений не предусматриваются в основном только на элементах, находящихся в плоскости разъема формы при прессовании, так как закругления или фаски величиной 0,2 – 0,3 мм на этих поверхностях образуются после снятия облоя механическим путем.

Радиусы закруглений зависят от вида материала изделия, толщины стенки, типоразмера инструмента, используемого при обработке пластмассового изделия.

Наименьший допускаемый радиус наружного закругления для изделий из реактопластов составляет 0,8 мм, для изделий из термопластов – 1,0 – 1,6 мм. Наименьший допускаемый радиус внутреннего закругления равен для изделий из полистирола и полиметилметакрилата – 1,0 –1,6 мм; из полиамидов – 0,5 – 1 мм; из фенопластов и аминопластов – 0,5 – 1,6 мм. Для ненагруженных изделий небольших размеров допускается назначать минимальный радиус 0,3 мм.

Для изделий, изготавливаемых из пресс-порошков, номинальные радиусы закруглений зависят от толщины стенки изделия: при толщине 1 мм радиус закругления равен 0,5 мм, при 2,5 мм – 1 мм, при 3 – 4 мм радиус закругления составляет 1,6 – 3,0 мм.

Рекомендуемые значения радиусов закруглений в зависимости от высоты стенки прессуемого изделия даются в специальных номограммах, например, при высоте стенки 200 мм радиус наружного закругления равен 10 мм, а при высоте 400 мм – 20 мм.


3.6Ребра жесткости


Ребра жесткости предусматривается вводить в конструкцию пластмассового изделия для увеличения жесткости и прочности, для усиления нагруженных мест или выступающих частей, а иногда по технологическим соображениям.

Жесткость пластмассового изделия можно повысить несколькими способами, например, увеличением толщины стенок изделия или повышением модуля упругости полимерного материала (в частности, за счет армирования волокнами).

При невозможности увеличить жесткость за счет конструктивных методов рекомендуется в качестве следующего шага выбрать полимерный материал с более высоким модулем упругости, чем исходный. Одним из известных способов для этого является армирование полимерного материала волокнами или увеличение содержания волокон, если они уже имеются. Однако таким способом можно добиться только линейного роста жесткости. Гораздо более эффективное решение – это введение в конструкцию оптимальных по размеру и расположению ребер жесткости. Жесткость изделия при этом в целом повышается вследствие увеличения момента инерции.

Ребра жесткости позволяют:

1.уменьшить сечение отдельных элементов пластмассового изделия;

2.снизить внутренние напряжения в местах сопряжения стенок разного сечения;

3.предотвратить коробление или брак по трещинам;

4.улучшить условия заполнения формы, так как ребра служат дополнительными литниковыми каналами.

В зависимости от назначения ребра жесткости подразделяются на следующие виды:

1.   усиливающие ребра – служат для увеличения прочности изделия в определенных сечениях, а также для уменьшения напряжений, особенно в тонкостенных изделиях;

2.   разводящие ребра – воспринимают сосредоточенные нагрузки и переносят их рассредоточено на большую площадь стенки изделия, например, ребра крыльчатки золотника, работающего при динамических нагрузках;

3.   ребра, обеспечивающие равностенность пластмассового изделия;

4.   конструктивные ребра, например, крыльчатка насоса-лопасти;

5.   технологические ребра, предназначенные для использования в технологическом процессе изготовления пластмассового изделия, например, ребра для устранения коробления, для облегчения извлечения изделия из формы, для уменьшения времени выдержки изделия в форме.

Для выбора оптимальных размеров ребер в общем случае следует учитывать не только конструктивные соображения, но также технологические и эстетические факторы. Большое значение момента инерции легче всего достигается за счет высоких и толстых ребер жесткости. Однако с конструкционными термопластами такой подход зачастую неоправдан, так как приводит к образованию усадочных раковин и пустот, а также к короблению. Более того, если высота ребер слишком большая, появляется риск их коробления под нагрузкой. Поэтому размеры ребер следует разумно ограничивать. Для облегчения извлечения из формы изделий с ребрами необходимо предусмотреть на ребрах технологические уклоны.

Для изделий с высокими требованиями к качеству поверхности, например, таких как колпаки автомобильных колес, правильный выбор размеров ребер особенно важен, так как снижает риск образования усадочных раковин. Если зона у основания ребра слишком велика, то в ней при формообразовании могут образоваться пустоты, резко снижающие механические характеристики пластмассового изделия. Необходимо ограничить объем материала у основания ребра жесткости, что снижает или даже сводит к нулю вероятность появления раковин.

Если изделие с ребрами при эксплуатации подвергается механической нагрузке, у основания ребер может происходить концентрация напряжений. При этом острые углы служат концентраторами напряжений, которые могут приводить к растрескиванию изделия. Для распределения напряжений необходимо скруглять острые углы и кромки достаточно большим радиусом. С другой стороны, слишком большой радиус увеличивает объем материала вокруг ребра, ведущий к опасности образования усадочных раковин.

В конструкциях пластмассовых изделий хорошо зарекомендовала себя перекрестная схема расположения ребер, которая выдерживает различные сочетания нагрузок. Перекрестные ребра оптимальной конструкции обеспечивают равномерность распределения напряжений по объему изделия.

При проектировании пластмассовых изделий с ребрами жесткости необходимо придерживаться следующих общих рекомендаций:

1.ребра жесткости необходимо располагать на прямых участках элементов изделия;

2.оптимальную толщину ребер для изделий из некоторых пластмасс следует принимать с учетом коэффициента, который приводится в специальных таблицах;

3.оптимальная толщина ребер жесткости не должна превышать 0,6 – 0,8 толщины сопрягаемой стенки, так как при большей толщине ребер возможно появление трещин в местах скопления массы на стыке ребра жесткости со стенкой;

4.ребра жесткости должны примыкать к опорной поверхности плавно и не доходить до ее края на 0,5 – 1,0 мм, что исключает выход ребра за пределы опорной поверхности при формовании;

5.при проектировании ребристых плит, днищ и других изделий с плоской поверхностью необходимо располагать ребра по диагоналям или диаметрам, что обеспечит необходимую жесткость и уменьшит коробление стенок и днищ; важно также избегать скопления массы в местах пересечения ребер;

6.конструкция с крестообразными ребрами жестче и может воспринимать большие нагрузки. Однако концентрация массы в местах пересечения ребер удлиняет цикл изготовления изделия из-за увеличения времени выдержки и вызывает образование утяжин на изделиях из термопластов. Смещение ребер снижает концентрацию массы в узле, но при этом уменьшает жесткость. Повышенную жесткость и одновременно уменьшенную концентрацию массы обеспечивает клеточное расположение ребер, но оно требует большой трудоемкости изготовления формы;

7.в связи с тем, что у крупногабаритных изделий ребра жесткости не всегда могут полностью предотвратить местные прогибы на поверхности изделий, для устранения прогиба на наружной поверхности рекомендуется наносить мелкие декоративные ребра, параллельные направлению извлечения изделия из пресс-формы, а на дно изделие – рифление;

8.для увеличения жесткости крышек и днищ крупногабаритных изделий и боковых стенок рекомендуется наносить мелкие ребра – нервюры (если это допустимо по конструктивным соображениям). Нервюры имеют небольшую высоту (0,5 – 1,0 их ширины).
3.7Проектирование торцов пластмассовых изделий
С целью упрочнения изделий торцы выполняются в виде буртиков различной конструкции, которые предохраняют края изделия от поломки, препятствуют короблению стенок, облегчают формообразование и сброс изделия с пуансона благодаря увеличению опорной поверхности толкателя. Во избежание удлинения цикла формования толщина буртиков не должна превышать толщину стенки более чем в 1,5 – 2 раза.

Буртики должны быть непрерывными и иметь равное сечение по всему контуру изделия. В противном случае в местах разрыва и изменения сечения возникают напряжения, приводящие к росту коробления.





    продолжение
--PAGE_BREAK--3.8Проектирование опорных поверхностей пластмассового изделия


Целью проектирования опорных поверхностей являются:

1) устранение влияния коробления, усадки и неровностей больших площадей;

2) повышение жесткости и точности сопрягаемых поверхностей.

Для этого применяют выступающие над поверхностью опорные плоскости в виде выступов, пластиков и буртиков.

Рекомендации к проектированию:

1.опорные поверхности (крышек, плит и т.п.) ограничивать до минимума;

2.высота бобышек и платиков должна быть минимальной;

3.бобышки и платики сопрягают с основной стенкой изделия плавно, без резких углов и переходов. Обрабатываемые поверхности бобышек и платиков располагают на одном уровне, чтобы снизить трудоемкость механической обработки;

4.крепежные проушины для большей прочности и жесткости укрепляют ребрами жесткости, избегая резких углов и переходов;

5.сложные опорные поверхности или опоры на две точки заменяют отдельными опорами на три точки.
3.9Проектирование положения литника
Неправильный выбор положения литника и типа литниковой системы, помимо чисто технологических проблем, может существенно повлиять на качество готового изделия. Расположение литника влияет на:

-        распределение напряжений;

-    размеры изделия (допуски);

-    усадку, коробление изделия;

-    уровень прочностных свойств;

-    качество поверхности (внешний вид).

Если литник расположен неправильно, то исправить положение путем изменения технологических параметров формования, практически невозможно.

При наличии наполнителя в процессе литья под давлением линейные макромолекулы полимера ориентируются в основном в направлении течения расплава в форме. Это приводит к пространственной зависимости (анизотропии) свойств изделия, например, прочность в направлении течения существенно выше, чем в перпендикулярном направлении. Влияние ориентации армирующих волокон на свойства изделия намного выше, чем влияние макромолекул полимера. Ориентация волокон приводит к анизотропии усадки в направлении течения и перпендикулярном ему, что может вызвать коробление изделия.

В полимерном изделии могут возникать линии холодного спая. Это происходит, когда в литьевой форме встречаются два и более потока расплава, например, при обтекании расплавом вставки в форме или при наличии в форме нескольких литников. Различная толщина стенок изделия также может привести к разделению потоков расплава в форме и, следовательно, к появлению линий холодного спая. Если воздух, захваченный потоками расплава полимера, не может выйти из формы, образуются воздушные раковины. Линии холодного спая и раковины часто проявляются и как поверхностные дефекты. При этом не только портится внешний вид изделия, но и локально снижаются его механические свойства, особенно ударная прочность.

Несоответствующее положение литника имеет отрицательные последствия. Поскольку литник всегда оставляет заметный след на изделии, его не следует располагать в тех местах, которые важны с эстетической точки зрения. Вокруг литника возникают повышенные остаточные напряжения в результате сдвига слоев материала, что значительно снижает уровень свойств. Неармированные пластики отличаются более высоким качеством линии холодного спая, чем армированные. Качество материала в области холодного спая сильно зависит от типа и количества армирующего наполнителя. В таком материале волокна в зоне линии холодного спая располагаются перпендикулярно к направлению течения расплава, т.е. фактически перестают играть упрочняющую роль. Отрицательное влияние на свойства оказывают также технологические добавки и антипирены. Необходимо иметь в виду, что даже при равной прочности при растяжении линия холодного спая может существенно понизить ударную или усталостную прочность материала. Учитывая многообразие факторов и их взаимодействия, сложно дать количественную оценку их влияния на прочность готового изделия.

Изделия сложных форм, как правило, не удается получить без линий холодного спая. Если невозможно уменьшить количество таких линий, то рекомендуется проводить процесс таким образом, чтобы линии располагались в некритических зонах изделия с точки зрения внешнего вида и прочности. Это достигается переносом места расположения литника или увеличением или уменьшением толщины стенок изделия.

Основные рекомендации к проектированию места расположения литника:

1.избегать или сводить к минимуму количество линий холодного спая;

2.не располагать линии холодного спая в зонах повышенных остаточных напряжений;

3.иметь в виду, что для армированных пластиков от расположения литника зависит степень коробления изделия;

4.предусматривать отверстия для выхода воздуха в форме, чтобы избежать образования раковин в изделии.





3.10 Накатка, рифление, надписи


Накатку и рифление обычно наносят на наружные поверхности изделия в процессе формования. Их следует выполнять прямыми ребрами, параллельными направлению выталкивания изделия из формы. Наиболее технологичным рельефом является полукруглый профиль. Ребро рельефа должно входить в цилиндрический поясок, расположенный со стороны плоскости разъема формы. Высота пояска – не менее 1 мм. Диаметр пояска должен превышать диаметр описанной окружности рифов. Противоположный конец рельефа рекомендуется не доводить до торца на некоторое расстояние, большее радиуса закругления.

Надписи (буквы, цифры и т.п.) на пластмассовом изделии получают в процессе формования на поверхностях, параллельных плоскости разъема формы. В случае необходимости их выполняют на поверхностях, параллельных направлению выталкивания, и эти поверхности выполняют с уклоном.

Если форма изготавливается резанием, надписи следует делать выпуклыми, если же холодным выдавливанием – углубленными. Это обеспечивает прочность и четкость изображения.

При оформлении надписей следует придерживаться таких рекомендаций:

1.высоту букв над поверхностью изделия принимать в пределах 0,3 – 0,5 мм;

2.буквы высотой более 0,75 мм для предотвращения выкрашивания выполнять шире у основания, чем у вершины;

3.для защиты выпуклого шрифта при эксплуатации изделия и для удобства снятия облоя надписи помещают в незначительные углубления на поверхности изделия, чтобы надпись на выступала за пределы наружной поверхности;

4.при малой толщине изделия предусматривают специальный защитный ободок, высота которого рана или чуть больше, чем высота шрифта

5.для выпуклого шрифта форма сечений букв может быть угловой, прямоугольной, трапециевидной; а для углубленного – трапециевидной и прямоугольной.





    продолжение
--PAGE_BREAK--