Лабораторная работа 1–2 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

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

2.2 Обосновать конструкцию пресс-формы и оформить ее эскиз.

2.3 Рассчитать предельно допустимые значения размеров охватывающей поверхности пресс-формы.

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 Большинство пластмасс перерабатывают в детали при повышенной температуре, в вязкотекучем состоянии, способами прямого прессования, литьевого прессования, выдавливания (экструзии).

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

Прямое (компрессионное) прессование - основной способ переработки в детали пресс-материалов с высокой вязкостью и большой скоростью твердения, т.е. термореактивных материалов. Схема прямого прессования представлена на рис.1.

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.

Литьевое прессование отличается от прямого тем, что прессуемый материал загружают не в полость пресс-формы, а 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 охватывающих поверхностей пресс-формы, т.е. поверхностей, формующих наружный контур детали, вычисляют по формуле:

, (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)

Наибольшее и наименьшее предельное значение, а также допуск для любого размера охватывающей поверхности пресс-формы определяются так:

,

,

,

где T_Lф - допуск на размер охватывающей поверхности пресс-формы;

TL - допуск на размер детали.

Допуск на размер пресс-формы зависит от допуска на размер детали, но отличается от него.

Проектируя пресс-форму, создают припуск на износ охватывающей поверхности ее путем уменьшения L_ф max по сравнению с расчетным значением. Степень уменьшения L_ф max зависит от абразивных свойств пресс-порошка и установленного для пресс-формы ресурса.

Обычно уменьшение составляет (0,5-0,8)·T_L. С учетом припуска на износ

,

,

.

3.4 Варианты заданий для обоснования способа формообразования детали, обоснования конструкции пресс-формы и расчета предельно допустимых значений размера охватывающей 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	АГ-4	Полистирол	К 211-2
d1	50h14(-0,62)	40h15(-1,00)	50h15(-1,00)
d2	40H14(^+0,62)	35H15(^+1,00)	50H15(^+1,00)
h1	20h14(-0,52)	25h15(-0,84)	30h15(-0,84)
h2	18h14(-0,52)	20h15(-0.84)	25h15(-0,84)

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 охватывающей 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?

5.6 Как назначается припуск на износ формующих поверхностей пресс-формы?