Вентиляційні канали.

При заповнені формуючої порожнини, повітря що знаходиться в ній, а також гази які виділяються із розплаву, стискаються і перешкоджають заповненню форми. На виробах появляються дефекти у вигляді різко виражених спаїв у місцях зустрічі потоків розплаву, недоливи, припали. Крім цього, створюються умови розчинення газів у матеріалі виробу, що приводить до погіршення його властивостей. У зв’язку з тим для відводу газів із формуючого гнізда у формі передбачають вентиляційні канали, у місцях що заповнюються розплавом у останню чергу. Площа f питомого січення вентиляційного каналу вибирають (рис. 54) в залежності від часу вприскування . Площа січення вентиляційного каналу одного гнізда, мм²

F = f*V_г,

де f – мм²/см³; V_г – об’єм гнізда, см³.

Для тонкостінних виробів з великою довжиною течіння розплаву значення f приймають по верхній границі діаграми, для товстостінних виробів з малою довжиною течіння розплаву – по нижній границі.

Максимальну глибину е каналів приймають в залежності від матеріалу виробу:

	е, мм
Полістирол	0.04
Поліолефіни	0.03
Поліаміди	0.015
Сополімери стиролу	0.05
Поліметилметакрилат	0.055
Сополімери формальдегіду	0.035
Полікарбонат	0.06

Число n каналів вибирають по конструктивним міркуванням. Сумарна ширина каналів рівна розрахунковій ширині

В = F/e = b,

де в – ширина каналу.

Довжина вентиляційного каналу 1.5 – 2.0 мм. Він переходить у з’єднювальний канал глибиною 1.0 – 2.0 мм, який з’єднює його з атмосферою (рис. 55, а).Часто роль вентиляційних каналів можуть відігравати зазори у штовхачах, вставках, рухомих і роз’ємних елементах форми або спеціальних знаках. (рис. 55, б) встановлених у місці А накопичення газу. При литві термопластичних композицій, що спінюються вентиляційним каналам потрібно приділяти особливу увагу, так як в цьому випадку тиск заповнення форми є значно меншим, ніж при литві звичайних термопластів.

Рекомендована глибина каналів е = 0.05 мм (див. рис.55, а). Сумарна ширина каналів повинна бути не меншою 50% від периметра формуючої порожнини у площині роз’єму. Число і ширину каналів вибирають конструктивно.

ОСНОВИ РОЗРАХУНКУ І КОНСТРУЮВАННЯ ФОРМ ДЛЯ ПРЕСУВАННЯ ДЕТАЛЕЙ ІЗ ПЛАСТМАС.

Лекція №12. Особливості будови і класифікація форм для пресування.

Пресуванням переробляють різні полімерні матеріали. Загальною технологічною особливістю процесу пресування є тісний зв’язок деталі з формою. Розміщення деталі, її складність, використання у конструкції металевої арматури, наявність внутрішніх виборок і т. д. впливають на характер розміщення і кількість площин роз’єму форми і на вибір типу форми (для прямого пресування або пресового литва, з верхньою або нижньою завантажувальною камерою). Наприклад, деталі на рис. ІХ. 1, б потребують для свого виготовлення обов’язково двох площин роз’єму – горизонтальну і вертикальну і, природно це приводить до ускладнення прес-форми (використовуються клинові обойми-щоки або інші приспосіблення). Деталі на рис. ІХ, в відносно складні, але малогабаритні, мають суцільну прохідну арматуру, вони виготовляються прес-литвом.

Основні особливості конструктивного оформлення способів прямого пресування і прес-литва з різними завантажувальними камерами наглядно представлені на рис. ІХ.2 і ІХ.3.

Признаки вибору прес-форм для пресування деталей із пластмас приведені у табл. ІХ.1.

Всі деталі, із яких складається прес-форма, можна розділити на дві групи:

1. технологічного призначення (робочі деталі), безпосередньо контактуючих з полімерним матеріалом і приймають участь в тій чи іншій степені у формуванні деталей;

2. конструктивного призначення, що забезпечують взаємну фіксацію деталей прес-форми, обігрів, зв’язок з пресом, розкриття прес-форми, та ін..

Деталі конструктивного призначення поділяються на наступні: підтримуючі і підігріваючі, що служать для монтажу окремих елементів прес-форми і її обігріву (пуансонотримача, обойми, плити обігріву і т. д.); упорні і напрямні, що забезпечують правильне взаємне розташування і напрямок руху верхньої частини прес-форми відносно нижньої ( напрямні колонки і втулки і т. д.); деталі кріплення і інші деталі, що забезпечують зв’язок, фіксування деяких деталей у певному положенні ( болти, шпонки і ін.).

До деталей технологічного призначення відносять: робочі деталі – матриці, пуансони; деталі ливникової системи і вузла завантаження прес-матеріалу і передаючі його у формуючу порожнину (ливникові плити, розсікачі, завантажувальні камери і т. д.); деталі виштовхуючої системи, встановлення і перетворення напрямок робочого руху (наприклад, із вертикального у горизонтальне) клини, гребінки, шибери і ін..

На сьогодні практично всі деталі, крім тих, що безпосередньо контактують з прес-матеріалом, нормалізовані або стандартизовані.

Матриці прес-форм мають наступні особливості:

1. обриси формуючої порожнини, а також її розміри визначаються конфігурацією деталі; зовнішні обриси матриці визначаються технологічними факторами їх виготовлення.

Таблиця ІХ. 1

Признаки вибору прес-форм для пресування деталей із пластмас.

Ознака форми	Назва і коротка характеристика форми	Характеристика деталей
Наявність зв’язку з обладнанням	Знімальні форми, знімаються для видалення деталі і завантаження мат.	Деталі різної конфігурації з пониженими вимогами до точності
	Стаціонарні форми, закріплені на обладнанні, автоматизовані (частково)	Деталі різної конфігурації з підвищеними вимогами до точності
Метод виготовлення	Форми для прямого пресування – прес-форми	Деталі площинні монолітні без арматури, рівностінні; точність - невисока
	Форми для прес-литва – прес-форми	Деталі складної конфігурації, сильно армовані, різностінні; точність – підвищена.
Конструктивні ознаки	Відкритого типу прес-форми прямого пресування без завантажувальної камери	Деталі невеликої товщини, малих розмірів, простої конфігурації невисокої точності.
	Напівзакритого типу прес-форми прямого пресування з завантажувальною камерою і опорним буртом	Деталі із порошкоподібних і волокнистих матеріалів різної конфігурації підвищеної точності
	Напівзакритого зворотного типу прес-форми прямого пресування, вироби у перевернутому стані	Порожнисті деталі з невеликою конусністю внутрішніх поверхонь або арматурою, підвищена точність.
	Закритого типу прес-форми прямого пресування з завантажувальною камерою .	Деталі із любих прес-матеріалів (і волокнистих також) малої текучості, висока точність.
	Закритого типу прес-форми прямого пресування із зустрічним пуансоном	Деталі складної конфігурації із пошарових і волокнистих матеріалів малої текучості, висока точність.
	Прес-форми для прямого пресування і прес-литва на кутових гідропресах	Деталі із підточками по зовнішній поверхні
	Прес форми для прес-литва з завантажувальною камерою, що розміщується в нижній частині прес-форми	Деталі із двохсторонньою арматурою різностінні і ін.
Число формуючих гнізд	Одно гніздові	Деталі великих розмірів з дуже складною конфігурацією
	Багато гніздові (два і більше)	Деталі, що виготовляються в масовому і крупно серійному виробництвах
Характер роз’єму	З однією горизонтальною площиною, що паралельна до напрямку зусилля замикання прес-форми	Різноманітні деталі із пластмас; точність виготовлення розмірів, що пересікають площину роз’єму розмірів, невисока.
	Теж саме з двома горизонтальними площинами роз’єму.
	З однією, двома або декількома вертикальними площинами, перпендикулярними до напрямку зусилля замикання
	З комбінованими (горизонтальним і вертикальним) роз’ємом.

2. для більшості прес-форм матриця поєднується із завантажувальною камерою. Конструктивно вони можуть бути виконані за одно ціле або складеними;

3. чим менше складових частин має матриця, тим вона надійніша при експлуатації, проте виготовлення цільної матриці не завжди технологічно є оправданим і для полегшення обробки інколи матрицю виготовляють складеною.

Формуючі гнізда форм для прес-литва і відкритих прес-форм повинні точно відповідати конфігураціям виробів. Всі інші конструктивні варіанти прес-форм мають свої особливості які показані на рис. ІХ.5.

Характер розміщення облою на поверхні виробу визначається типом формуючого гнізда. Перевагу віддають вертикальному напрямку розміщення облою – легко обробляється. Для видалення газів із формуючого гнізда передбачають спеціальні канали, які створюються на бокових поверхнях пуансонів зніманням лисок.

Пуансони використовують для передачі тиску на прес-масу. При прямому пресуванні вони формують зовнішні або внутрішні поверхні деталей.

Конструктивні різновидності пуансонів, як і матриць, різноманітні, вони можуть виконуватись складеними. Пуансони фіксуються шпонками, штифтами, гвинтами.

Правильне спряження пуансона з завантажувальною камерою або матрицею досягається при відповідному зазорі між ними і дотриманні певних умов. Головні із них:

1. величина зазору залежить від діаметра або січення пуансона, мінімальне значення його рівне 0.02 – 0.03мм на сторону; відповідно до ходової посадки 2 і 3-го класу точності;

2. для зменшення площі тертя верхня частина завантажувальної камери виконується з конусністю 15 – 20^о на сторону; висота конуса - рівна половині висоти завантажувальної камери;

3. оскільки із збільшенням проекції завантажувальних камер в значній мірі збільшується зусилля пресування, розміри камер у прес-формах напівзакритого типу не повинні перевищувати більше ніж на 10 – 12мм розміри формуючої порожнини, а корисна площа пресування не повинна бути меншою 60 – 65% від площі завантажувальної камери.

Формуючими знаками називають деталі, що утворюють в деталях отвори і симетричні “вікна”- квадратні, шестигранні і ін...

Вставками (вкладками) є всі деталі, що утворюють різноманітні заглиблення і отвори асиметричної конфігурації.

Як формуючі знаки, так і вставки можуть бути встановлені і у матриці і у пуансоні нерухомо так і рухомо.

Нерухомі з’єднання використовуються для знаків і вставок, які не приймають участі у виштовхуванні деталей із прес-форми. При цьому вказані деталі виготовляються з потовщеним хвостовиком або буртом. Таке з’єднання характерно для конструкцій пуансонів і матриць, що не мають опорних плит. А також для формуючих знаків однакового січення з площинним торцем і вставок складної конфігурації.

Рухомі з’єднання використовуються для знаків і вставок, що приймають участь у виштовхуванні виробів із матриць (у стаціонарних прес-формах і знімальних прес-формах з однією горизонтальною площиною роз’єму), а також для знаків знімальних прес-форм з двома горизонтальними площинами роз’єму.

В рухомих формуючих знаках діаметр потовщеної частини, що вставляється у тримач, повинен бути на 0.5 – 1мм більшим ,ніж діаметр робочої частини. Посадка у спряженні знак-тримач у стаціонарних прес-формах, що мають постійний зв’язок матриці з формуючими знаками, виконується рухомою, що дає можливість компенсувати можливі неточності розміщення отворів у матриці і тримачі.

Кріплення у тримачах знімальних прес-форм, що мають роз’єми по двох горизонтальних площинах, внаслідок чого знаки кожний раз повністю виходять із матриці, здійснюється на тугій посадці.

Рекомендовані розміри, спряження і способи фіксації гладких і рухомих знаків показані на рис. ІХ.6, а – г. Рухомі знаки часто використовуються для виштовхування.

Різьбові знаки бувають двох видів: безпосередньо формуючих різьбу (внутрішню або зовнішню) у деталях і що втримують металеву різьбову арматуру. Різьбові знаки часто виконуються знімальними, з буртом для запобігання підтікання прес-матеріалу отвори під знаки, з конструктивно виконаним заходом і виходом різьби. Кільця, як правило, установлюється у нижній частині прес-форми. Знаки можуть бути і верхніми і нижніми.

Різьбові знаки з цанговим кріпленням, ефективні при експлуатації, можуть бути безпосередньо використані для формування різьби або для запресування різьбової арматури діаметром різьби від 1.7 до 36мм.

Видалення формуючих знаків здійснюється за допомогою клинових, шарнірних, важільних, шестеренних і гідравлічних механізмів. Вибір типу механізму диктується простотою і надійністю їх роботи. Будова механізму подачі арматури залежить від конфігурації, розмірів і місця розміщення арматури у формі.

Видалення виробів із форми виконується за допомогою виштовхуючої системи. Вибір виштовхуючої системи залежить від конфігурації і габаритів деталі. Відомі наступні конструктивні варіанти виштовхуючих систем: стержневі (найбільш поширені), клинові, комбіновані. Інколи для видалення виробу використовується пуансон.

У знімальних прес-формах функції виштовхувачів можуть виконувати формуючі знаки або спеціальні виштовхувачі. У більшості випадків вони не мають постійного зв’язку з прес-формою і після кожного видалення деталі встановлюються на місце вручну.

У прес-формах стаціонарного типу виштовхувачі закріплюються в спеціальних плитах, які через хвостовик приводяться в рух від виштовхувачів система преса.

Типові конструкції виштовхувачів для стаціонарних прес-форм приведені на рис. ІХ.6 (де виштовхувач виконаний суцільним із знаком) і на рис. ІХ.10.

Загальні вимоги до виштовхувачів можуть бути сформульовані наступним чином.

При розміщення виштовхувачів необхідно передбачити наступне: деталь повинна виходити із порожнини матриці без перекосів; Виштовхуюче зусилля не повинно деформувати виріб, тому виштовхувачі потрібно встановлювати під арматуру або під потовщені місця.

Відбитки від штовхачів не повинні псувати зовнішній вигляд виробу. Рекомендується торці виштовхувачів виконувати на 0.15 – 0.2мм вище від дна матриці, що створить на дні виробу невеликі заглиблення (їх необхідно вказати на кресленні).

Висота виштовхувачів ( зокрема, у знімальних прес-формах без нижніх плит) повинна бути строго однакова, в іншому випадку можливі перекоси виробу при виході.

Величина ходу виштовхувачів повинна забезпечити повне видалення відпресованої деталі із прес-форми. Для стаціонарних прес-форм хід виштовхувачів визначається віддалю від дна формуючої порожнини до верхньої площини завантажувальної камери плюс зазор 5 – 6 мм для введення під видалені вироби знімаючої вилки.

Кріплення виштовхувачів у стаціонарних прес-формах рекомендується виконувати вільними – плаваючими. Таке кріплення забезпечує компенсацію деякої неточності співпадання отворів у матриці і плитах.

Важливо при проектуванні використовувати уніфіковані деталі і вузли блоки. Характерною особливістю універсальних блоків є можливість швидкої заміни безпосередньо на пресі змінних пакетів одних матриць і пуансонів іншими, що позволяє здійснювати пресування різних деталей. При цьому плити прес-форми з нагрівними елементами стаціонарно закріплюються на пресі. Необхідною умовою є також строге витримування висоти окремих деталей прес-форми (матриць, основ, виштовхувачів) у відповідності конструктивними розмірами самого блока. Використання універсальних блоків для переробки пластмас методами прямого пресування, прес-литва і литва під тиском забезпечує : зниження трудоємності проектування оснащення в середньому на 25 – 35%; зниження трудоємності виготовлення оснащення приблизно на 40%; скорочення часу на переналагодження і розігрів оснащення на 10%; скорочення виробничих площ, для зберігання оснащення у три – чотири рази; зниження металоємкості конструкцій у 1.5 –2 рази; покращення умов праці

Особливу увагу при конструюванні слід приділяти вибору матеріалів для виготовлення деталей різного призначення (табл. ІХ.2). Виходячи із експлуатаційних вимог матеріали матриць і пуансонів прес-форм повинні мати достатню в’язкість, стійкість проти корозії, зношування, а також відповідну теплостійкість. Одночасно з цими вимогами матеріали повинні добре оброблятись методами різання і не деформуватись в процесі термічної обробки.

Поряд зі сталлю (вуглецевою і легованою), використовують сплави на основі міді, цинку і алюмінію – для виготовлення формуючих деталей – форм, в яких відливаються термопласти типу капрону і полістиролу, а також епоксидні смоли. Прогресивним є використання не металічних матеріалів для виготовлення формуючого інструмента, що особливо ефективно у дрібносерійному виробництві і при випуску крупно габаритних виробів.

Назва деталей	Марка сталі		Твердість HRC
	основні	замінники
Матриці і пуансони Простого профілю Складного профілю з тонкими пазами і виступами Складного профілю без виступів і пазів Складного профілю з тонкими виступами і пазами, Що піддаються високим тискам/ Виготовляються холодним витисканням Гладкі і різьбові стержні Завантажувальні камери: Відкриті Поміщені в обойму Поршні до завантажувальних камер Розсікачі і ливникові втулки Ливникові плити Ливникові плити при відсутності формуючої порожнини Плити знімання стаціонарних прес-форм Обойми стаціонарних прес-форм Обойми матриць з вертикальною площиною роз’єму Напрямні втулки і колонки Верхні і напрямні плити	4Х13,У8А ХВГ 4Х13, 20Х, 12ХН3А 38ХВФЮА, 12ХН3А Армко, 10 У8А, У10А 20 У8А У8А У8А ХВГ, У10А У8А 45 45 У8А У8А 45	3Х13, У8,У10 9ХВГ, Х12М, 4Х8В2, 5ХНМ, 5ХНВ 3Х13, 18Х2114, 15Х 35ХЮА 20 У9, У10, ХВГ 15 У8, У7 У8 У8 9ХВГ У8 40 40 20 У8, У10 40	50 – 52 50 – 55 48 – 50 50 – 58 40 – 50 (HV900 – 1000) 50 – 58 50 – 55 50 – 58 55 – 58 55 – 58 50 – 55 50 – 55 50 –55 32 – 36 52 52 – 56 50 – 55 40 - 45
Примітка. Сталі 10, 15, 20, 15Х, 20Х, 12ХН3А, 18Х2, Н4ВА підлягають цементації і гартуванню.

Лекція №13. Пневмовакуумне формування. Сутність методу формування.

Формування складається з трьох стадій:

1. Нагрів листа термопласту до температури, що лежить в температурному діапазоні високо еластичного стану матеріалу.

2. Створення різниці тиску повітря.

3. Витримка відформованого листа в контакті з холодною формою з ціллю охолодження матеріалу до температури, що лежить нижче температури переходу в твердий стан (температура склування).

Пневмовакуумне формування являється одним з найосновніших методів виробництва виробів з пластичних мас. Воно застосовується коли потрібно дістати тонкостінні вироби. В теперішній час цим методом виготовляється переважно тара й упаковка виробів і продуктів.

В якості сировини використовують різноманітні термопласти у вигляді листів товщиною від 1 до 10 мм або плівок. Так, на практиці встановлені діапазони температур формування для різних матеріалів:

Матеріал	Оптимальна температура формування
полістирол ударостійкий	408 — 450
сополімер стиролу й акрилонітриду	494 — 505
поліетилен низької густини	394 — 421
поліпропілен	422 — 475
поліетилентерафталат	450 — 477
сополімер вінілхлориду	397 — 433

Різновидності методу пневмовакуумного формування.

Вільне, негативне і позитивне формування.

Вільне формування відрізняється від негативного тим, що при досягненні потрібної степені витяжки відкачування повітря з порожнини форми припиняється, дренажний канал закривається і виріб охолоджується, контактуючи з атмосферним повітрям.

Вільним формуванням виготовляють, наприклад, ковпаки світильників.

Мал.1.

1. заготовка, 2- рама, 3- форма, 4- нагрівач, 5- дренажні канали, 6 - дренажна порожнина.

Негативне формування дістало свою назву в зв’язку з тим, що формоутворююча поверхня форми, яка є ввігнута, являється як би негативом, відбитком з виробу.

Позитивне формування відрізняється від негативного тим, що формоутворююча поверхня форми (пуансона) випукла. Позитивне формування застосовують якщо потрібно, щоб потовщення стінки виробу виходило в нижній частині його, або коли необхідно, щоб точно по формі була викопана внутрішня поверхня виробу. Порівнюючи негативне формування з позитивним, бачимо, що явний недолік позитивного методу — великі відходи листа.

Схема позитивного формування.

Формування з механічною витяжкою.

Негативне формування з попередньою механічною витяжкою виконується наступним чином. Після нагріву листа позиція 1 нагрівач 1 відводиться в сторону, а витяжний пуансон 2 опускається, витягуючи лист.

Розміри пуансона на 10-20 % менше відповідних розмірів формоутворюючої поверхні матриці 3, так що основна витяжка листа виконується пуансоном. При витяжці пуансоном лист не торкається холодної поверхні матриці, товщина стінок виробу виходить приблизно однаковою. При кінцевій витяжці створеною в порожнині вакуумом лист практично дотуляється до стінок порожнини всією своєю поверхнею.

При механічній витяжці частина листа контактує з пуансоном. Щоб не дивлячись на контакт, ця частина листа безперешкодно витягалась необхідно:

1. Мінімально можливий коефіцієнт тертя між листом і пуансоном;

2. Мінімальне охолодження листа при контакті з пуансоном, тому його часто роблять обігріваючим або облицьовують матеріалом з низькою теплопровідністю і малим коефіцієнтом тертя (фторопластом, велюром).

Позитивне формування з механічною витяжкою.

Стадії протікають як і в попередньому випадку. Перевага заключається в тому, що один і той же пуансон використовується як для витяжки, так і для кінцевого формування, тобто конструкція машини більш проста. Недолік в тому, що при витяжці матеріал контактує з холодним пуансоном, який має високу теплопровідність. Щоб усунути цей контакт, можна на стадії витяжки через отвори в пуансоні для відкачки повітря подавати повітря під тиском, що створить повітряну подушку між пуансоном і листом, не перешкоджаючи витяжці останнього.

Формування з пневматичною витяжкою.

Попередньо витяжку листа можна виконувати не механічним впливом пуансона, а шляхом створення різниці тисків з протилежних сторін листа.

Стадії позитивного і негативного формування.

При негативному формуванні після прогріву в порожнину форми подається повітря і лист видувається в півсферу. Потім в порожнині створюється розрідження і роздутий лист облягає формоутворюючу поверхню.

Мал. Негативне формування з пневмовакуумною витяжкою.

При позитивному вакуум формуванні витяжка виконується за рахунок розрідження, створеного під листом в камері. Після витяжки формуючий пуансон спускається і розрідження знімається.

Мал. Позитивне формування з пневмовакуумною витяжкою.

Не встигнувши ще охолонути заготовка, стараючись під дією внутрішніх пружних сил повернутися в початкове положення, облягає пуансон і твердіє, охолоджуючись. Для кращого облягання заготовкою пуансона, лист підтискається до нього за рахунок стиснутого повітря, яке подається в камеру, або за рахунок розрідження, створеного в каналах пуансона.

При пневматичній витяжці товщина витягнутого листа отримується більш однорідною, ніж при механічній, так як відсутній контакт з витяжним пуансоном, стискаючий процес витяжки.

Мал. Формування з пневмомеханічною витяжкою.

Нагрівання і роздування заготовки виконується так як при пневматичній витяжці, з тою різницею, що на заключному етапі роздуву листа рама з ним при піднімається для вільного виходу повітря з форми. Відразу при підйомі рами витягуючий пуансон опускається, викручуючи лист і витягуючи його додатково до розмірів, близьких до кінцевих. Повітря в цей час продовжує поступати в дренажні канали матриці, створюючи смугу повітря матрицею і листом, і тим самим перешкоджає їх контакту. На заключній стадії порожнина матриці вакуумується і лист облягає поверхню матриці.

При формуванні з пневмомеханічною витяжкою дістають вироби з мінімальною різницею товщин стінок.

Всі розглянуті вище різновидності відносяться до типу вакуумного формування. Очевидно, що при цьому методі максимальна різниця тисків, створених з різних сторін листа, не може перевищувати 0,1 МПа. При товщині листа більше 3 - 5 мм ця різниця тисків недостатня для того, щоб швидко сформувати виріб. Формування виявляється таким довготривалим, що лист встигає охолонути і втратити деформативність, вироби виходять недостатньо якісні.

Для товстих листів використовують тип пневматичного формування. Різниця тисків при цьому створюється не за рахунок розрідження з боку листа, а за рахунок надлишкового тиску, розвитого з протилежної сторони листа. При цьому може бути досягнута різниця тисків в межах від 0,15 до 2,5 МПа.