Расчет проектируемой оснастки на пластмассовое изделие

Расчет проектируемой оснастки на пластмассовое изделие

РЕФЕРАТ

Данная курсовая работа по дисциплине «Расчет и конструирование

пластмассовых изделий и форм» содержит 38 листов печатного текста, 12

рисунков, 1 сборочный чертеж, 26 чертежей деталировки.

ОТЛИВКА, ГНЕЗДНОСТЬ, ВЫТАЛКИВАТЕЛЬ, ХВОСТОВИК, ОСНАСТКА, ЛИТНИКИ,

ПУАНСОН, МАТРИЦА.

Основной задачей данной курсовой работы является полный расчет

проектируемой оснастки на изделие. Итогом проведенной работы расчет

гнездности оснастки, тепловой расчет оснастки, расчет литниковой системы,

расчет исполнительных размеров формообразующих деталей, расчет ресурса

оснастки.

Также в курсовой работе приводится подробное описание конструкции формы

и описание работы разработанной оснастки.

В технологической части работы приводится свойства материала, из

которого изготовлено изделие и расчет основных технологических параметров

процесса литья под давлением: давление литья, давление на материал в

полости формы, время впрыска, выдержки под давлением и охлаждения

материала.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1. РАСЧЕТ ГНЕЗДНОСТИ ОСНАСТКИ 4

2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОСНАСТКИ 8

3. РАСЧЕТ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ 13

4. РАСЧЕТ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ФОРМООБРАЗУЮЩИХ ДЕТАЛЕЙ 22

4.1. Расчет исполнительных размеров полуматрицы подвижной 22

4.2. Расчет исполнительных размеров пуансона 23

4.3. Расчет исполнительных размеров полуматрицы неподвижной 24

4.4. Расчет исполнительных размеров вставки 25

4.5. Расчет исполнительных размеров нижнего знака 26

4.6. Расчет исполнительных размеров верхнего знака 27

5. РАСЧЕТ УСТАНОВЛЕННОГО РЕСУРСА ОСНАСТКИ 28

6. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ РАЗРАБОТАННОЙ ОСНАСТКИ 30

7. СВОЙСТВА МАТЕРИАЛА И ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ 32

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 36

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 37

ВВЕДЕНИЕ

Области применения пластических масс в народном хозяйстве весьма

разнообразны. Из них изготавливают изделия народного потребления, детали

машиностроения, приборостроения, радиоаппаратуры и т.п. В большинстве

случаев пластмассы используют как самостоятельный конструкционный материал,

кроме того, они являются заменителем ряда дефицитных дорогостоящих

материалов. В этой связи большое значение приобретают вопросы разработки

пластмассовых изделий с учетом их технологических свойств и проектирования

технологической оснастки (форм для литья под давлением и пресс-форм).

Конструкция пластмассового изделия существенно влияет на конструкцию

формы (зависящую от технологичности изделия) и качественные показатели

изделия, которые, в свою очередь, зависят как от технологии его

изготовления, так и от его конструкции. В связи с этим изделие следует

конструировать одновременно с анализом его технологичности.

Необходимо учитывать, что в ряде случаев ошибки, заложенные при

разработке изделия, невозможно исправить выбором конструкции формы.

При конструировании пластмассовых изделий стремятся к обеспечению

рациональных условий течения материала в форме, повышению точности

изготовления, уменьшению внутренних напряжений, коробления, цикла

изготовления.

1. РАСЧЕТ ГНЕЗДНОСТИ ОСНАСТКИ

Для литьевых форм расчет связан с учетом объема впрыска, усилия

смыкания, пластикационной производительности и геометрических размеров

плит.

Изделие, для которого проектируется оснастка, изготовлено из

полипропилена марки 21020–12. Масса одного изделия [pic].

Задавшись объемом впрыска [pic] выбираем термопластавтомат марки

Д3132–250 [1].

Гнездность, обусловленную объемом впрыска термопластавтомата, можно

найти из формулы:

[pic] (1.1)

где [pic] – коэффициент использования машины, который зависит от состояния

полимера;

[pic] – объем впрыска литьевой машины, см3;

[pic] – объем одного изделия, см3;

[pic] – коэффициент, учитывающий объем литниковой системы.

Объем одного изделия определим по формуле:

[pic] (1.2)

где [pic] – плотность материала, г/см3, для полипропилена [pic].

Подставляя значения в формулу (1.2) имеем:

[pic]

Так как полипропилен – материал кристаллический, принимаем [pic].

Так как объем одного изделия находится в пределах от 30 до 50 см3

принимаем [pic].

Подставляем полученные значения в формулу (1.1), откуда:

[pic]

Таким образом, гнездность, обусловленная объемом впрыска [pic] шт.

(округление в большую сторону).

Примем значение оптимальной гнездности [pic], равное гнездности,

обусловленной объемом впрыска:

[pic]

Гнездность, которая обусловлена усилием смыкания плит

термопластавтомата, определяется по формуле:

[pic] (1.3)

где [pic] – номинальное усилие смыкания плит термопластавтомата, Н;

[pic] - давление пластмассы в оформляющем гнезде, Па;

[pic] - площадь проекции изделия на плоскость разъема формы (без учета

площади сечения отверстий), см2;

[pic] - коэффициент, учитывающий площадь литниковой системы в плите;

[pic] - коэффициент, учитывающий использования максимального усилия

смыкания плит на 80–90%

Для термопластавтомата Д3132–250 номинальное усилие запирания формы

[pic]. Давление пластмассы в оформляющем гнезде [pic] примем 32·106 Па.

[pic]. [pic]. [pic].

Полученные данные подставляем в формулу (1.3), откуда

[pic]

Гнездность, которая обусловлена пластикационной производительностью

термопластавтомата, определяют из формулы:

[pic] (1.4)

где [pic] – номинальная (по полистиролу) пластикационная

производительность, кг/ч;

[pic] – время охлаждения изделия, с;

[pic] – коэффициент, учитывающий отношение пластикационной

производительности по данному материалу к значению ее по полистиролу;

[pic] – масса изделия, г.

Пластикационную производительность термопластавтомата определяют исходя

из неравенства:

[pic] (1.5)

Время охлаждения изделия [pic] определяется по формуле

[pic] (1.6)

где [pic] – коэффициент температуропроводности, м2/с;

[pic] - толщина изделия, м;

[pic] - средняя за цикл температура формующих поверхностей, (С;

[pic] – начальная температура изделия, равная температуре

впрыскиваемого в форму расплава, (С;

[pic] – температура в середине стенки изделия, при которой раскрывается

форма, (С.

Подставляя значения в формулу (1.6), имеем:

[pic]

Подставляя полученные значения в формулу (1.5), имеем:

[pic]

Далее по формуле (1.4) рассчитываем гнездность:

[pic]

Из рассчитанных значений [pic], [pic], [pic] принимаем наименьшее:

[pic].

Принятое значение [pic] проверим по условию термопластавтомата.

Значение [pic] не должно превышать число [pic], определяемое площадью

рабочей поверхности плиты термопластавтомата.

[pic] (1.7)

где [pic] – площадь рабочей поверхности плиты, см2.

[pic]

Условие выполняется. Принимаем количество гнезд равное 4, так как 5

гнезд не удобно располагать на чертеже.

2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОСНАСТКИ

Отверждение полимера в форме требует отвода большого количества

теплоты. В связи с этим продолжительность цикла литья в значительной

степени зависит от эффективности отвода теплоты и от достигаемой при этом

температуры отливки. Кроме того, режим охлаждения существенно влияет на

качество изделий. Так, более высокая температура формы позволяет получить:

более высокие механические показатели кристаллических полимеров,

качественную поверхность, блеск изделия; менее ориентированную структуру

полимера и меньшие внутренние напряжения, и ряд других положительных

сторон. Низкая температура формы позволяет уменьшить: рассеяние размеров

отливаемых изделий, усадку и коробление, цикл литья.

Вместе с тем необходимо помнить, что при быстром охлаждении в отливке

возникают большие внутренние напряжения, и, если изделие эксплуатируется

при повышенных температурах, неизбежны вторичная усадка и коробление. На

переохлажденных стенках формы может конденсироваться влага, отрицательно

влияющая на качество поверхности отливки.

Рассчитаем каналы охлаждения для литьевой формы.

1. Время охлаждения, с, определяют по приближенной формуле (1.6):

[pic]

2. Время цикла, с

[pic] (2.1)

где [pic] – время смыкания и размыкания полуформы, с

[pic] – время впрыска, с

[pic]

3. Количество теплоты [pic], поступившее с расплавом и отдаваемое

отливкой, Дж

[pic] (2.2)

где [pic] – масса отливки, кг

[pic] (2.3)

здесь [pic] – масса изделия, кг, ([pic]);

[pic] – число гнезд, шт, ([pic]);

[pic] – масса литников, кг, ([pic]);

[pic]

[pic] – удельная теплоемкость материала отливки, Дж/(кг·(С), ([pic])

[pic] – средняя (по объему отливки) температура изделия в момент

раскрытия формы, (С

[pic] (2.4)

[pic]

Тогда

[pic]

4. Количество теплоты, отводимое хладагентом [pic], Дж

[pic] (2.5)

Пренебрегая потерями в окружающую среду, принимаем

[pic] (2.6)

Тогда

[pic]

5. Расход хладагента, кг

[pic] (2.7)

где [pic] – удельная теплоемкость хладагента (воды), Дж/(кг·(С), ([pic]);

[pic] – разность температур хладагента на выходе и входе в канал

(принимается не более 2-4(С для исключения неравномерности охлаждения).

[pic]

6. Расход хладагента через пуансон и матрицу, кг

[pic] (2.8)

где [pic] – определяем по чертежу пуансона и матрицы, м2;

[pic]

[pic]

[pic]

7. Площадь поперечного сечения каналов, м2

[pic] (2.9)

где [pic] – плотность воды, кг/м3, ([pic])

[pic] – скорость течения хладагента, м/с, ([pic]);

[pic]

8. Диаметр канала, м

[pic] (2.10)

[pic]

Возьмем диаметр канала 9 мм.

9. Суммарная длина каналов круглого сечения, м

[pic] (2.11)

[pic]

На рис. 1 приведены чертежи плит охлаждения (а) – фланец неподвижный,

б) – плита охлаждения).

[pic]Рис. 1, а)

[pic]

Рис. 1, б)

3. РАСЧЕТ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ

Литниковая система – это система каналов формы, служащая для передачи

материала из сопла литьевой машины в оформляющие гнезда формы. Застывший в

литниковых каналах полимер называется литником.

Литниковая система должна обеспечивать поступление расплава полимера в

оформляющую полость формы с минимальными потерями температуры и давления

после пластицирующего цилиндра литьевой машины. Литниковая система решающим

образом влияет на качество изготавливаемого изделия, расход материала,

производительность процесса. Неправильно спроектированная литниковая

система является причиной повышенных напряжений в изделии, его коробления,

образования на поверхности изделия следов течения материала, неполного

заполнения формообразующей полости, неравномерной усадки материала.

В общем виде литниковая система включает три основных элемента:

центральный литниковый канал, по которому расплав из материального цилиндра

поступает в форму; разводящий канал, ответвляющийся от основного; впускной

канал, по которому расплав непосредственно поступает в оформляющую полсть.

Наличие всех трех элементов литниковой системы или отсутствие каких либо из

них связано как с конфигурацией отливаемого изделия, так и с конструкцией

формы. Так, литниковая система одногнездной формы часто состоит из одного

литникового канала. Многогнездная форма всегда включает все три вида

каналов.

Проведем расчет литниковой втулки (рис. 2):

[pic]

Рис. 2

В зависимости от массы отливки ([pic]) согласно рис. 27 /1/ диаметр

отверстия центрального литникового канала на входе в литниковую втулку

можно принять равным [pic]. Диаметр сопла литьевой машины, из которой будет

поступать расплав не должен быть больше, поэтому [pic].

Диаметр на входе в литниковую втулку можно определить аналитически,

вычислив расчетный диаметр, см

[pic] (3.1)

где [pic] – объем впрыска, см3,

[pic] – средняя скорость течения материала в литниковой втулке, см/с

[pic] – продолжительность впрыска, с.

Подставляя соответствующие значения в формулу (3.1), получаем:

[pic]

Так как [pic], то на практике принимают диаметр литника, мм:

[pic] (3.2)

то есть

[pic]

Длина L центрального литникового канала зависит от толщины плит и

составляет 33 мм.

Диаметр D центрального литникового канала на выходе рассчитаем исходя

из угла конуса [pic]и длины канала по формуле:

[pic] (3.3)

Получим

[pic]

Для упрощения изготовления втулки примем диаметр на выходе равным [pic]

Разводящие каналы являются частью литниковой системы, соединяющей

оформляющие полости формы с центральным литником. Во всех случаях надо

укорачивать разводящие каналы, так как увеличение длины канала ведет к

возрастанию расхода материала, потерь давления, а так же ориентационных

напряжений в изделиях.

На рис. 3 приведена схема разводящих литников и их размеры.

[pic]Рис. 3

Форма сечения каналов и рекомендации по применению даны в табл. 26 /1/.

Принимаем сегментную форму сечения как для основного разводящего (рис.

4, а), так и для вспомогательного разводящего (рис. 4, б) каналов:

[pic] [pic]

а) б)

Рис. 4

Сегментная форма сечения обеспечивает хорошее течение расплава и

небольшие потери тепла.

При заполнении каналов расплавом полимера прилегающие к стенкам слоя

материала интенсивно охлаждаются и затвердевают, уменьшая эффективное

сечение канала. Поэтому каналы редко изготавливают с площадью поперечного

сечения меньше 7 мм2 (диаметр 3 мм). В то же время площадь поперечного

сечения канала не должна быть слишком велика, чтобы не изменялась

продолжительность цикла литья, что возможно при литье очень тонких изделий.

Поэтому нежелательно изготавливать каналы с сечением более 80 мм2 (диаметр

10 мм).

В общем случае диаметр d канала круглого сечения или эквивалентный

диаметр dэ не круглого сечения можно определить по диаграмме (рис. 33 /1/)

в зависимости от массы отливаемого изделия и длины L пути течения материала

в разводящем канале.

dэ основного разводящего канала, при L = 90 мм, dэ = 7,5 мм, принимаем

d = 8 мм.

dэ1 вспомогательного разводящего канала при L = 19 мм, dэ1 = 5,7 мм,

принимаем d1 = 6 мм.

Глубина канала определяется по формуле

[pic] (3.4)

Соответственно для каналов:

[pic]

Расплав при заполнении канала охлаждается, попадание в оформляющее

гнездо охлажденного переднего фронта расплава может привести к появлению

дефектов на поверхности изделия (муар, следы течения). Для уменьшения этих

явлений разводящий канал перед поворотом следует снабжать специальными

сборниками охлаждения расплава, то есть удлинять каналы на величину b:

[pic] (3.5)

где d – диаметр канала, мм.

Для основного канала:

[pic]

Впускные каналы (питатели) имеют особое значение при литье под

давлением. Это последнее звено в системе литниковых каналов, подводящих

материал к оформляющей полости формы. От их размеров и расположения в

значительной степени зависит качество отливаемых изделий. Глубина впускного

канала определяет продолжительность отверждения в нем материала.

Глубина впускного канала, мм:

[pic] (3.6)

где [pic] – толщина стенки детали, мм;

[pic] – коэффициент, зависящий от материала, [pic];

[pic]

Конструкция впускного канала приведена на рис. 5.

[pic]

Рис. 5

Ширину впускного канала b примем равным диаметру вспомогательного

разводящего канала d1:

[pic]

Длину впускного канала примем равным [pic]

Для обеспечения работоспособности литьевой формы необходимо выполнение

следующего неравенства:

[pic] (3.7)

где [pic] – номинальное давление литья, ат, [pic];

[pic] – общие потери давления, ат;

[pic] – потери давления при течении расплава в центральном литниковом

канале, ат;

[pic] – потери давления при заполнении расплавом разводящих каналов,

ат;

[pic] – потери давления во впускных каналах, ат;

[pic] – потери давления в стенках изделия, ат;

Потери давления в разводящих каналах можно разделить на потери давления

в главном и во вспомогательных разводящих каналах, то есть:

[pic] (3.8)

где [pic] – потери давления в главном разводящем канале, ат;

[pic] – потери давления во вспомогательных разводящих каналах, ат.

Изделие можно разбить на 7 элементов, и потери давления в стенках

изделия можно рассчитывать по формуле:

[pic] (3.9)

где [pic] – потери давления в прямоугольной пластине (большие стороны), ат;

[pic] – потери давления в прямоугольной пластине (меньшие стороны), ат;

[pic] – потери давления в прямоугольной пластине (дно), ат;

[pic] – потери давления в полом цилиндре, ат.

Преобразуем формулу (3.7) к виду:

[pic]

Потери давления в центральном литниковом канале определим по формуле:

[pic] (3.10)

где [pic] – длина канала, см, [pic];

[pic] – объемная скорость течения расплава, см3/с;

[pic] – реологический параметр полимера, [pic];

[pic] – показатель степени реологического уравнения, [pic];

[pic] – диаметр литникового канала, см, [pic].

Объемную скорость течения расплава определим по формуле:

[pic] (3.11)

где [pic] – максимальный объем отливки машины, см3;

[pic] – время впрыска машины, с;

[pic] – количество гнезд в форме, шт.

Тогда,

[pic]

Подставим данные в формулу (3.10):

[pic]

Потери давления в главном литниковом канале определим по формуле:

[pic] (3.12)

где [pic] – длина главного разводящего канала, см, [pic];

[pic] – эквивалентный диаметр главного разводящего канала, см, [pic]

Тогда по формуле (3.12), получаем:

[pic]

Потери давления во вспомогательном разводящем канале, определим по

формуле (3.12) аналогично [pic]:

[pic];

[pic].

[pic]

Потери давления во впускном канале прямоугольного сечения определяются

по формуле:

[pic] (3.13)

где [pic] – длина впускного канала, см, [pic];

[pic] – ширина впускного канала, см, [pic];

[pic] – глубина впускного канала, см, [pic].

Тогда,

[pic]

Потери давления в стенках изделия, содержащего 7 элементов, определяют

по формулам:

[pic] определяем по формуле (3.13):

[pic];

[pic];

[pic].

[pic]

[pic] рассчитывается аналогично [pic]:

[pic];

[pic];

[pic].

[pic]

[pic] рассчитывается аналогично [pic]:

[pic];

[pic];

[pic].

[pic]

Потери давления в полом диске цилиндре по формуле:

[pic] (3.14)

где [pic] – внутренний диаметр, см, [pic];

[pic] – толщина стенки, см, [pic];

[pic] – длина полого цилиндра, см, [pic].

[pic]

Подставим полученные значения в преобразованную формулу (3.7):

[pic]

Условие выполняется.

4. РАСЧЕТ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ФОРМООБРАЗУЮЩИХ ДЕТАЛЕЙ

Исполнительные размеры формообразующих элементов назначают в

зависимости от допуска на размеры изделия и усадку формуемого материала.

4.1. Расчет исполнительных размеров полуматрицы подвижной

[pic]

Рис. 6

На рис. 6 приведены размеры, которые подлежат расчету.

Размеры поверхностей изделия, формуемых полуматрицей подвижной,

приведены в таблице:

|Обозначен|Размер, |Допуск, |Формула для расчета |

|ие |мм |мм | |

|Аи |120–0,035|0,035 |[pic] |

|Ви |70–0,030 |0,030 |[pic] |

Подставляя численные значения в соответствующую формулу, получаем:

[pic]

Полученные результаты округляем с кратностью по 11–12 квалитету, то

есть для размеров А и В – 0,10:

[pic]

4.2. Расчет исполнительных размеров пуансона

[pic]

Рис. 7

На рис. 7 приведены размеры, которые подлежат расчету.

Размеры поверхностей изделия, формуемых пуансоном, приведены в таблице:

|Обозначен|Размер, |Допуск, |Формула для расчета |

|ие |мм |мм | |

|Аи |115+0,035|0,035 |[pic] |

|Ви |65+0,030 |0,030 |[pic] |

|Ни |23,5–0,02|0,021 |[pic] |

Страницы: 1, 2