WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 ||

«К И. Басов В, А, Брагинский Ю.В.Казанков Расчет и конструирование формующего инструмента для изготовления изделий из полимерных материалов Допущено Государственным комитетом СССР по ...»

-- [ Страница 6 ] --

Между этими половинами установлена решетка 6, являющаяся опорой для фильтрующей сетки 1 на рабочем ее участке. При отсутствии в фильтре расплава сматываемая из рулона в кассете 2 лента сетки может беспрепятственно протягиваться через плоскую щель между половинами корпуса.

При работе фильтра расплав, находящийся перед сеткой под давле­ нием, затекает в зазор А щели. Однако входной блок охлаждения поддерживает температуру стенок щели в области перемычки 4 ниже температуры отвердевания полимера, и по этой причине расплав в щели на входе в область перемычки отвердевает и дальше в щель не затекает. Точно так же расплав затекает и в гораздо больший по величине зазор Б, через который попадает в полость В. Выходной блок охлаждения 7 охлаждает полость В, и расплав в ней отвердевает, монолитизируясь с расположенным здесь участком сетки. Нагреватель 10, однако, постоянно включен, и поэтому полимер в зазоре Б и приле­ гающей к нему области В' полости В все время пребывает в состоянии расплава. Действующее в области В' давление расплава стремится вытолкнуть вправо пробку отвердевшего в полости В полимера вместе с сеткой, однако этому препятствует сужение полости в месте Г.

При достижении некоторой степени засоренности рабочего участка сетки возникает необходимость частичного или полного обновления его поверхности за счет смещения сетки вправо. Включают на некото­ рое время нагреватель 8, он подплавляет расплав в месте сужения Г, благодаря чему пробка под воздействием давления в области В' смещается вправо, увлекая за собой сетку, и выдавливает наружу образовавшийся в месте Г расплав. Таким образом, степень, обновле­ ния фильтрующей поверхности определяется величиной смещения сетки, т.е. количеством подплавившегося в сужении Г полимера, которое может регулироваться временем теплового импульса от нагревателя 8. Команду на включение нагревателя может давать контур автоматического управления, принимающий сигнал от датчика давления расплава перед фильтром и сравнивающий этот сигнал с заданной максимально допустимой величиной его. Емкость кассеты оказывается достаточной для непрерывной работы фильтра без пере­ зарядки рулона в течение восьми месяцев. Вместе с тем при работе с материалом повышенной загрязненности возможно достижение скорости смещения сетки, равной 4 диаметрам рабочего отверстия в час.

В заключение следует отметить, что хотя фильтры и нельзя отнести к категории формующего инструмента, выбор той или иной конст­ рукции его определяется преимущественно типом того изделия, для которого проектируется головка, и выбор этот, естественно, должен быть сделан конструктором головки.

ГЛАЬ\ ФОРМЫ ДЛЯ РАЗДУВНОГО ФОРМОВАНИЯ Диапазон габаритов и массы полых изделий, изготавливаемых раздув ным формованием из термопластов, чрезвычайно широк. Преимущест­ венно это тара для жидких, сыпучих и пастообразных продуктов самого различного назначения, имеющая емкость от нескольких миллилитров до 2 - 3 м3 (наиболее распространена тара емкостью от 100 мл до 20 л).

5.1. Общее устройство и классификация форм Конструктивная схема наиболее распространенного типа раздувной формы показана на рис. 5.1. Все формы состоят из двух полу форм / и Я (здесь они показаны на промежуточной стадии смыкания в направле­ нии, отмеченном стрелками „а", при уже расположенной между ними трубчатой заготовке расплава термопласта 10). Полуформы крепятся к плитам 5 и 12 механизма смыкания раздувного агрегата винтами, кото­ рые заводятся в проушины И крепежных плит 7. Две формообразую­ щие детали-полуматрицы 4 и 13 в сомкнутом состоянии образуют оформляющую полость 15, в которой оказывается заготовка, будучи пережатой вверху и внизу пресс-кантами 1 и 6 соответственно (в пере­ жатом состоянии контур заготовки показан на виде А). Конфигурация контактирующих с заготовкой поверхностей нижнего пресс-канта та­ кова, что в ней при пережиме остается отверстие, через которое в полость заготовки вводится раздувной ниппель 14. Через ниппель по­ дается в заготовку под давлением воздух для ее раздува до полного облегания ею формообразующей поверхности оформляющей полости.

Заключенный в оформляющей полости воздух раздувающейся заго­ товкой отжимается через каналы системы вентиляции (на рис. 5.1 не показаны) в окружающее пространство.

Отформованное изделие охлаждается, отдавая тепло холодным полуматрицам, от которых оно отводится охлаждающей водой, проте­ кающей по каналам 3 системы охлаждения. Эта система включает в себя также и автономные контуры каналов 8 и 2, выполненные в верхних и нижних пресс-кантах.

При смыкании полуформы центрируются элементами направляю­ щей системы. Ими в данном случае являются направляющие колонки и сопрягающиеся с ними втулки (размещены в полу форме 1, на черте­ же не показаны). Как правило, форма оснащена четырьмя комплекта­ ми колонок и втулок, расположенными по ее углам. Их конструкция полностью такая же, как и у литьевых и прессовых форм и поэтому в данной главе не рассматривается.

При раскрытии полуформ отформованное изделие остается надетым на ниппель. Ниппель, как правило, выполняется подвижным таким образом, что выводит изделие из пространства между полуформами тем или иным способом. Однако конфигурация изделия может быть / II BuSA Р и с. 5. 1. Форма для раздува изделия через ниппель:

1 — нижний пресс-кант;

2 — канал охлаждения нижнего пресс-канта;

3 — канал охлаждения полуматрицы 4;

5 — плита механизма смыкания;

6 — верхний пресс-кант;

7 — крепежные плиты полуматриц;

8 — канал охлаждения верхнего пресс-канта;

9 — направляющие колонки;

10 — заготов­ ка расплава;

11 — проушины крепежных плит;

12 — плита механизма смыкания;

13 — полуматрица;

14 — ниппель;

15 — оформляющая полость;

16 — штуцеры канала охлаждения полуматрицы такой, что при размыкании оно остается в одной из полуформ и не может быть изъято из нее до тех пор, пока она не придет в положение, близкое к крайнему разомкнутому (например, до тех пор, пока под­ вижный формующий знак в процессе размыкания полностью не выйдет за пределы отформованного им у изделия поднутрения). В этом случае полуформа, в которой остается изделие, должна быть оснащена систе­ мой выталкивания, конструкция которой во многом подобна таковой у литьевых и прессовых форм (в этой главе также не рассматривается).

При смыкании полуформ верхний 10а и нижний 106 излишки заго­ товки отжимаются от той ее части 10в, которая оказывается в оформ­ ляющей полости, однако по рассмотренным ниже причинам полностью от нее не отделяются (между ними остается тонкая перемычка). При изъятии изделия из формы эти излишки (грат, см. также рис. 5.3, а) оказываются связанными с ним перемычками. Грат удаляется затем с изделия вручную или каким-либо механизированным способом. При производстве же массовых изделий форму часто оснащают системой для удаления грата с изделия. Эта операция выполняется системой автоматически в процессе размыкания формы и извлечения изделия.

При формовании крупных изделий часто усилие запирания полу­ форм оказывается недостаточным, чтобы противостоять распорному усилию, возникающему между ними от давления раздувающего воздуха в оформляющей полости. Это приводит к частичному раскры тию формы и разрыву изделия. В тех случаях, когда при проектирова­ нии формы несложный расчет показывает, что усилие запирания данного механизма смыкания недостаточно, в, форме предусматривают систему индивидуального запирания той или иной конструкции.

Пример такой системы показан на рис. 5.2. При смыкании полуформ серьга 3 одной полуформы входит в пространство между проушинами 1 другой полуформы, причем выполненные в них вырезы совмещают­ ся. Затем пневмоцилиндр 4 вводит в совмещенные вырезы клин 5, который предотвращает возможность разобщения серьги и проушин (т.е. возможность разобщения полуформ 2). Большие полуформы оснащаются как минимум четырьмя комплектами таких запирающих устройств.

Как видно из рассмотренного, раздувные формы включают в себя ряд групп (систем) деталей и элементов их конструкций, отличающих­ ся друг от друга своим назначением, причем часть этих систем явля­ ется обязательной для любой формы;

другие же системы вводятся в конструкцию формы в случае возникновения необходимости в них.

К категории обязательных систем относятся: 1) система формооб­ разующих деталей (полуматрицы, формующие знаки);

2) система пресс-кантов;

3) система охлаждения;

4) система вентиляции;

5) на­ правляющая система.

К категории необязательных систем относятся: 1) автономная система запирания полуформ;

2) система выталкивания;

3) система отделения грата от изделия.

Общее конструктивное исполнение раздувных форм не столь разнообразно, как у прессовых и литьевых форм. Здесь можно выде­ лить только два основных признака, по которым их целесообразно классифицировать: по способу раздува заготовки в оформляющей полости и по материалам и, соответственно, технологии изготовления формообразующих деталей (конкретно, полуформ). Основные отличия форм по первому из этих признаков рассмотрены ниже;

особенности конструкций в соответствии со вторым признаком приведены в сле­ дующем разделе.

Применяются три способа раздува: посредством раздувающего ниппеля (см. рис. 5.1);

посредством подачи воздуха через дорн раздув ной головки;

посредством подачи воздуха через раздувную иглу, прокалывающую заготовку, зажатую в форме.

Выбор способа раздува зависит в основном от конфигурации и назначения изделия. Подаваляющее большинство раздувных изде­ лий- это тара многократного и разового использования, имеющая гор­ ловину (с резьбой или без нее) для затаривания и надежной укупорки хранимого продукта. При этом все емкости можно разделить на две группыгс узкой горловиной и с широкой горловиной.

Рассмотрим принцип выбора способа раздува в зависимости от относительного размера горловины изделия. Показанный на рис. 5.3, о принцип раздува через ниппель 3 уже рассмотрен выше. При раздуве через головку (рис. 5.3, б) полуформы 4, смыкаясь, захватывают й пережимают нижнюю часть заготовки, которая экструдирована через кольцевой формующий канал, образованный мундштуком 5 и дорном 6 головки. Верхние части полуформ охватывают при этом концевую часть мундштука. Раздувающий воздух подается через отверстие 7 в дорне. При раздуве через иглу (рис. 5.3, в) полуформы пережимают заготовку в верхней и нижней ее части. Оформляющая полость полу­ форм имеет дополнительную, технологическую полость 8. В эту по­ лость через отверстие в теле полуформ вводится раздувная игла 9, протыкающая заготовку и затем подающая в нее воздух. Часть заго­ товки, отформованная в технологической полости, отрезается от изделия после извлечения его из формы. Игла 9 может размещаться в теле формы как в плоскости смыкания полуформ (см. рис. 5.3, в), так и в любой другой плоскости, однако, размещение в плоскости смыкания предпочтительно: в этом варианте заготовка в месте прокола надежно зажата между полуформами, так что ее отжима от внедряющейся иглы не происходит, гарантия сквозного прокола обеспечена.

Обозначим символами d3, d и D диаметр заготовки, горловины и наружный диаметр (или максимальный поперечный размер) изделия соответственно (см. рис. 5.3). Степень поперечной вытяжки заготовки при раздуве ее принято характеризовать коэффициентом раздува к:

к =D/d3. (5.1) Реализуемые на практике значения к лежат обычно в диапазоне 2,5-3,5, причем предпочтительны большие его значения по ряду соображений (например, размеры дорна и мундштука и, следователь­ но, головки в целом для данного изделия в этом случае минимальны).

Этими соображениями и определяется диаметр заготовки d3:

<*,=ВДпа*. (5-2) Раздув через ниппель предпочтителен по сравнению с другими способами: изделие после раскрытия формы остается на ниппеле, что упрощает конструктивные решения, связанные с автоматизацией последующей обработки изделия;

размерная точность горловины обеспечивается как по наружной, так и по внутренней поверхностям ее (сравнить позицию „а" с позициями „б" и „в" на рис. 5.3);

имеются и другие преимущества. Однако у этого способа имеется ограничение dH

Имея в виду очевидное равенство d = dH, (5.4) ограничение (5.3) представим в следующей форме:

d

По этой причине раздув через головку используется редко. К тому же раздувом через иглу можно формовать и полностью замкнутые (в конечном виде) изделия, так как закупорка малого отверстия от иглы технически не сложна.

Раздувные формы так же, как и литьевые и прессовые, могут быть одногнездными и многогнездными. В последнем случае в пространство между полуформами подается одновременно несколько заготовок, например, экструдируемых из многоручьевой головки.

При проектировании раздувных форм необходимо соблюдать соот­ ветствие ее параметров параметрам механизма смыкания форм раз дувной установки. Факторы, определяющие это соответствие, прин­ ципиально такие же, как и для прессовых (или литьевых) форм.

Во-первых, необходимое усилие смыкания полуформ на стадии обжима заготовки пресс-кантами F$, а также необходимее усилие запирания полуформ на стадии выдержки отформованной заготовки в форме под давлением воздуха FB не должны превышать усилия смы­ кания FM, развиваемого механизмом смыкания:

a)F 0

6)F B

иными словами, направление этого вектора должно проходить через геометрический центр плит. В противном случае, если к тому же величины FB и FM близки друг к другу, возможна частичная неравномерная по плоскости смыкания и неодинаковая от цикла к циклу потеря контакта между полуформами и вследствие этого увеличение колебания размеров изделий в направлении смыкания.

В третьих, габаритыформы в плане не должны превышать габаритов плит механизма. В противном случае, если к тому же пресс-канты окажутся в непосредственной близости к краям плит или вне их габаритов, возможно неполное смыкание пресс-кантов и, как следст­ вие, - толстый, трудно удаляемый грат, оставляющий заметный след на изделии.

В-четвертых, высота полуформ в сомкнутом состоянии h должна лежать внутри диапазона возможных высот h-^ - h^x по техничес­ кой характеристике раздувной установки:

bmin *= h *= ''max- (5-8) В-пятых, необходимый для извлечения отформованного изделия ход разъема полуформ s не должен превышать хода плит механизма смыкания S:

s

Величина FB определяется по формуле, смысл которой очевиден:

FB=pfn, (5.10) где р - давление раздувающего воздуха;

п - гнездность формы;

/ площадь проекции оформляющей полости на плоскость смыкания полуформ. Способ определения величины FQ приведен в разделе, посвященном основам конструирования пресс-кантов.

Во всех случаях целесообразно конструировать формы с минималь­ но возможной массой. Особо важно соблюдение этого требования для тех типов раздувных установок, у которых полуформы перемещаются не только при их смыкании, но и при переводе с позиции приема заготовки на позицию раздува, причем последнее перемещение вы­ полняется с большой скоростью. Возникающие при этом инерционные силы вызывают износ подвижных элементов смыкания, пропорцио­ нальный массе формы.

5.2. Формообразующие детали Максимальное значение давления, возникающего в оформляющей полости формы при раздуве заготовки и последующем охлаждении отформованного изделия, не превышает давления подаваемого на раздув воздуха, которое в сотни раз меньше давления расплава в оформляющих полостях прессовых и литьевых форм (как правило, оно не превышает 0,5 МПа). Общий уровень напряжений в формообразую­ щих деталях по этой причине намного ниже, и они в отличие от прес­ совых и литьевых форм могут изготавливаться не только из инстру­ ментальных сталей, но и из других, менее прочных и вместе с тем более технологичных материалов: литьем из сплавов на основе алю­ миния (силуминов) и цинка (например, из сплава состава цин+алюми­ ний + медь);

формованием из высоконаполненных реакционноспбсоб ных композиций;

образованием формообразующей поверхности мето­ дом гальванопластики или плазменного напыления.

Ниже дана краткая характеристика каждого из этих методов изго­ товления формообразующих деталей.

Метод точного литья из алюминия или сплавов на основе цинка позволяет достигать точности воспроизведения элементов формообра­ зующей поверхности, соответствующей 8-му квалитету, при мини­ мально возможной шероховатости поверхности, равной йа/0,4 (соот­ ветствует шероховатости при чистовой шлифовке).

Схема оснастки, используемой для отливки полуформ, показана на рис. 5.4. Изготовленная из стали модель 1 крепится к подмодельной плите 2 (например, болтами 3), после чего плита соединяется с опокой 5. В подмодельной плите выполнены каналы для водяного охлажде­ ния ее 4. Желательно, чтобы такие же каналы были и в теле модели (у крупных моделей - обязательно).

5 Р и с. 5. 4. Схема оснастки для литья формообразующих деталей из цветных металлов:

1 — модель;

2 — подмодельная плита;

3 — болты крепления модели к плите;

4 — каналы охлаждения подмодельной плиты и модели;

5 — опока;

6 — трубка-змеевик системы охлаждения отливаемой полуматрицы В полость опоки заливается металл, где он и охлаждается, кристал­ лизуясь. Расплав должен кристаллизоваться с максимально возмож­ ной скоростью у тех поверхностей оснастки, которые образуют лице­ вые поверхности полуматрицы (формообразующую поверхность и поверхность смыкания). При быстрой кристаллизации образуется мелкокристаллическая, плотная, практически не пористая структура, обеспечивающая хорошее качество поверхности. Далее, при отверде­ вании отливки фронт кристаллизации должен распространяться от указанных поверхностей вглубь ее: образовавшаяся в этом случае в первую очередь на них корка отвердевшего металла практически не имеет усадки.

Наконец, кристаллизация расплава должна начинаться не в момент касания фронтом его потока поверхностей оснастки, а спустя некото­ рое время после заполнения полости опоки: при этом обеспечивается максимально удовлетворительное воспроизведение всех тонких элементов поверхности модели. Все эти три условия обеспечиваются, если заливку ведут в предварительно подогретую до 623- 673 К оснастку и непосредственно после заливки подают в каналы охлажда­ ющую жидкость.

Такая технология изготовления формообразующих деталей позво­ ляет выполнять в них каналы (или полости) системы охлаждения непосредственно в процессе заливки. Для этого перед заливкой в полости опоки монтируют трубку 6, которую, изгибая, формуют таким образом, чтобы она практически целиком располагалась в непосредст­ венной близости от будущей оформляющей полости полуматрицы примерно на одинаковом расстоянии от нее. При таких конфигурации и расположении канала охлаждения обеспечивается более интенсив­ ное и однородное охлаждения изделия в форме, чем при выполнении каналов охлаждения сверлением.

При отливке полуматриц из цинковых сплавов возможна заливка трубок^з меди. При отливке из алюминия медные трубки могут не выдерживать высокой температуры расплава металла;

в этом случае используют стальные трубки. Следует отметить, что в алюминиевых формах заливка змеевика - единственно возможный способ выполне­ ния каналов системы охлаждения непосредственно в теле формообра­ зующей детали, так как несмотря на рассмотренный выше прием заливки материал формы оказывается пористым, и при выполнении сверленых каналов охлаждающая вода может через поры просачи­ ваться к формообразующей поверхности. Последнее часто приводит к браку поверхности изделия.

Метод формования из высоконаполненных композиций по исполь­ зуемой оснастке принципиально близок к рассмотренному способу литья, однако модель, подмодельная плита и опока (см. рис. 5.4) могут изготавливаться в данном случае не только из стали, причем их охлаждения не требуется. В качестве модели может использоваться непосредственно оригинал полого изделия, для производства которо­ го изготавливается форма;

изделие при этом разрезается на две поло­ вины по линии, соответствующей линии пересечения поверхности разъема полуформ с их оформляющей поверхностью. Каждая из этих половин используется для формовки соответствующей полуматрицы.

Перед закреплением на подмодельной плите полость половины изде­ лия заполняется каким-либо твердеющим материалом (например, гипсом) для придания ей надлежащей жесткости. Материалами модели могут также быть твердые породы дерева, гипс, отверждаемые на холоду полимерные композиции, цветные металлы.

В отличие от способа отливки из сплавов цветных металлов здесь требуется предварительная обработка поверхностей модели, плиты и опоки. Первая цель обработки - предотвращение адгезии к ним формовочной массы. Вторая цель - обеспечение требуемого качества формообразующей поверхности и поверхности смыкания формуемой полуматрицы.

Если модель изготовлена из пористого относительно мягкого материала (гипса, дерева),материала,не способного обеспечить требуе­ мую чистоту поверхности, то выполняется поверхностная пропитка (покрытие) твердеющей полимерной композицией или лаком, имею­ щими в отвержденном состоянии твердость, достаточную для получе­ ния при последующей шлифовке и полировке необходимой чистоты. В любом случае модель в сборе с плитой и опока покрываются раздели­ тельным антиадгезионным слоем. Этот слой может быть образован, например, напылением раствора восковой композиции в скипидаре, поливинилового спирта в воде и др. с последующей сушкой раствори­ теля.

Заливочные композиции, как правило, составляются на основе полиэфирных и эпоксидных смол. Комплекс свойств, которыми должна обладать заливочная композиция, таков: способность к обра­ зованию глянцевой беспористой поверхности без микро- и макроне­ ровностей (необходимость этого требования очевидна);

хорошая текучесть, необходимая для точного воспроизведения деталей рель­ ефа поверхности модели;

практически нулевая или, по возможности, минимальная усадка при отверждении, что нужно для достижения возможно более точного размерного соответствия модели и получен­ ного с нее слепка в виде оформляющей полости полуматрицы;

способ­ ность противостоять напряжениям сжатия, практически не превыша ющим давления раздувающего воздуха;

хорошая теплопроводность, обеспечивающая высокую интенсивность охлаждения формуемого в полуматрицах изделия.

Ни одна из указанных выше смол не обладает всеми этими свойст­ вами в равной мере (можно лишь отметить, что обе они имеют доста­ точную прочность и недопустимо малую теплопроводность). Так, полиэфирные смолы обеспечивают нужный глянец поверхности и имеют значительно большую текучесть, т.е. способны хорошо воспро­ изводить фактуру и качество поверхности модели;

однако они имеют большую усадку, которая, если полуматрицу целиком отливать из этой смолы, может привести не только к существенному несоответст­ вию размеров модели и полости в полуматрице, но и к значительным макроискажениям геометрии как полости, так и поверхности смыка­ ния (например, появлению общей ее неплоскостности, усадочных вмятин). Эпоксидные же смолы, не обладая в должной мере первыми двумя свойствами, имеют практически нулевую усадку.

В связи с отмеченным здесь соотношением свойств обоих типов смол при формовании полуматриц предпочтительно использовать не одну из них, а обе вместе. Из полиэфирных смол формуют лицевой слой малой толщины (1-5 мм в зависимости от габаритов формы), образующий поверхности полости и плоскости смыкания, а из эпок­ сидных смол - основное тело полуматрицы. Последовательность технологических операций при формовке в этом случае следующая. На поверхности модели и плиты наносят последовательно несколько слоев полиэфирной композиции (проводя отверждение каждого предыдущего перед нанесением последующего). Для лучшего сцепле­ ния с основным телом полуматрицы последний слой покрывают пропитанным полиэфирной же смолой стекловолокном в виде ровни­ цы или отдельных часто уложенных стекложгутов. После отверждения последнего слоя с этим покрытием в опоку заливают эпоксидную композицию.

С целью увеличения теплопроводности тела полимерной полумат­ рицы применяют композиции на основе указанных смол с большой степенью наполнения их высокотеплопроводным материалом. Наи­ лучшим с этой точки зрения материалом является металл (сталь, латунь, бронза, медь). Он может использоваться в виде отходов от обработки резанием (мелкая стружка, опилки). Однако в такой форме для наполнения композиции облицовочного слоя металл неприемлем.

Требуемое качество поверхности этого слоя может быть получено только при введении тонкодисперсного наполнителя. В связи с этим для облицовочного слоя используют полиэфирные смолы, наполнен­ ные порошковыми графитом или металлом. Стоимость такой компози­ ции велика, однако расход небольшой.

Так же, как и при отливке из металлов, в тело полуматрицы может заформовываться змеевик системы охлаждения. Как отмечалось, прочность этих композиций обеспечивает восприятие распределенных нагрузок от давления раздувающего воздуха, однако она явно недо статочна при локальных нагрузках, которые могут возникать в местах крепления к полуматрице других деталей (например, пресс-кантов и др.)- По этой причине непосредственно в полимерном теле формы не могут выполняться крепежные резьбы;

они выполняются в специаль­ ных металлических вставках, которые заформовываются в тело полуматриц. Таким же образом могут заформовываться направляю­ щие колонки и втулки (рис. 5.5).

Направляющая втулка 5 (рис. 5.5, а) крепится к подмодельной плите 1 с помощью винта 7, шайбы 6 и центрирующего элемента 8 (о необхо­ димости его сказано ниже) перед формованием лицевого слоя 3 и основного тела матрицы 4. Винт 7 обеспечивает надежный прижим торцов втулки 5 к поверхности подмодельной плиты и шайбы 6, что предотвращает проникновение связующего облицовочного слоя в полость втулки. Наружная поверхность втулки 5 имеет оребрение (или накатку) для надежного сцепления ее с материалом основного тела полуматрицы.

Способ крепления направляющей колонки 9 на плите / перед заливкой композиций ясен из рис. 5.5, б. Заформовываемая в полу­ матрицу часть колонки имеет аналогичное втулке 5 оребрение. Между буртом колонки и подмодельной плитой 1 вводится проставка 10, которая после отверждения полуматрицы и освобождения ее от опоки с подмодельной плитой снимается с колонки 9. Образование этой проставкой заглубление на поверхности смыкания полуматрицы предотвращает контакт торца втулки 5 и бурта колонки 9 при смыка­ нии полуформ в процессе их работы;

тем самым обеспечивается на­ дежный контакт полуформ по всей их поверхности смыкания.

Технология заформовки в тело полуматриц направляющих колонок и втулок должна обеспечивать строгую их соосность в обеих полуфор­ мах при смыкании последних (как правило, полуформы оснащаются четырьмя комплектами втулок и колонок). В представленном на Р и с. 5. 5. Направляющие втулка (в) и колонка (б), эаформованные в тело полуматрицы:

1, 1' — подмодельные плиты для двух сопрягаемых полуматриц;

2 — модель;

3 — облицовочный слой полуматрицы;

4 — тело полуматрицы;

5 — направляющая втулка;

6 — шайба;

7 — винт;

8 — центрирующий элемент;

9 — направляющая колонка;

10 — проставка;

11 — шайба;

12 — винт рис. 5.5 варианте эта соосность достигается тем, что крепежные отверс­ тия приняты равными по диаметру в обеих подмодельных плитах 1 и Г, что позволяет выполнить их одновременно в обеих плитах в сборе. Такой прием полностью исключает погрешность взаимного расположения этих отверстий. При заформовке же кол*, юк и втулок в сопрягаемые полуматрицы они центрируются по эиш отверстиям: колонка 9 центруется непосредственно установкой в это отверстие плиты 1, а втулка 5 - центрующим элементом 8, вводи­ мым в соответствующее отверстие плиты 1.

Так же, как и при отливке из цветных сплавов, в тело полуматриц из наполненных эпоксидных композиций могут заформовываться змеевики системы охлаждения. При изготовлении крупных полумат­ риц (размером более 400 мм) в тело полуматриц заформовывается также армирующий сварной проволочный каркас, повышающий их общую прочность.

Метод гальванопластики сочетает в себе преимущество двух выше рассмотренных методов. Так, этим методом могут быть изготовлены полностью металлические формы, что обеспечивает интенсивный отвод тепла от формуемого изделия. Вместе с тем для их изготовления не требуется стальной модели изделия, как это имеет место при отливке из цветных сплавов. Модель может быть выполнена точнр так же, как и при формовке из полимерных композиций;

дополни­ тельные требования к материалу модели заключаются в том, что он должен быть стойким к водным растворам кислот, щелочей и обезжи­ ривающих веществ. Эти свойства могут быть достигнуты соответству­ ющей поверхностной обработкой моделей из указанных выше матери­ алов. Для моделей. могут быть использованы также полиэфирные, эпоксидные и акриловые отверждаемые на холоду смолы.

Существо метода заключается в получении путем электрохимичес­ кого осаждения металла на модель и подмодельную плиту тонкой „корки" (слепка), поверхность которой в дальнейшем образует фор­ мующую полость и плоскость смыкания полуформы. Полученный таким образом слепок вставляется затем в опоку, образуя ее дно, и в опоку заливается какой-либо из указанных выше сплавов (возможна заливка и олигомерных отверждающихся наполненных композиций).

Получение гальванопластического слепка включает в себя следую­ щие стадии: изготовление модели и подмодельной плиты, их взаимное крепление и укрепление на них тоководов;

нанесение на собранную таким образом конструкцию токопроводного слоя;

электрохимичес­ кое наращивание рабочего слоя (из одного или нескольких металлов), обеспечивающего требуемые эксплуатационные свойства поверхности формующей полости;

электрохимическое наращивание конструкцион­ ного слоя, обеспечивающего требуемую жесткость слепка при после­ дующей его обработке;

механическая обработка краев слепка (сов­ местно с моделью и подмодельной плитой или в снятом с них состоя­ нии) до размеров, соответствующих условиям монтажа его в опоку.

На рис. 5.6 показана модель 1 в сборе с подмодельной плитой 2 (обе выполнены из неметаллического нетокопроводного материала) и 1 — модель;

2 — подмодельная плита;

3 — токовод;

4 — элемент крепления токовода к катоду гальванической вант:;

5 — элементы подвода потенциала Рис. 5. 7. Раздувной ниппель, охлаждаемый водой I токовод 3 (выполненный из толстой медной или алюминиевой прово­ локи и укрепленный на подмодельной плите). Модель имеет припуск а по контуру для последующей механической обработки совместно с полученным слепком.

На смонтированную таким образом конструкцию наносится токо проводный слой, требования к которому таковы: минимально воз­ можная толщина, не вносящая существенной погрешни в соответствие размеров модели и получаемого с нее слепка;

большая электропровод­ ность;

монолитность (беспористость), глянцевость поверхности;

хоро­ ший контакт с элементами 5 подвода электрического потенциала от то­ ковода к токопроводному покрытию поверхностей модели и подмо­ дельной плиты.

Этим требованиям удовлетворяют покрытия, -полученные хими­ ческим меднением и серебрением. Толщина этих покрытий составляет 0,1-0,2 мк. Перед нанесением токопроводного слоя поверхности обезжириваются и активируются погружением в водный раствор СиС1г + НС1, что обеспечивает требуемую адгезию наносимого слояж поверхности.

Наилучшими эксплуатационными свойствами (твердость и износо­ стойкость) обладает рабочий слой слепка, образованный одновремен­ ным электрохимическим осаждением никеля и кобальта в соотноше­ нии 3:2. Покрытая токопроводным слоем модель погружается в галь­ ваническую ванну с растворами NiSC"4 и C0SO4 с присадками и укреп­ ляется на катоде. Анодами, погруженными в ванну, служат пластины Ni и Со.

Несмотря на малое удельное сопротивление серебряного (или медного) токопроводного слоя из-за очень малой его толщины распре­ деление потенциала по его поверхности было бы очень неоднородным, если бы токовод контактировал со слоем только в одной точке. Ско­ рость осаждения рабочего слоя в этом случае была бы существенно меньшей в местах поверхности, наиболее удаленных от точки контак­ та. Множественные, равномерно распределенные по периметру под модельной плиты (см. рис. 5.6) элементы 5 контакта токовода с токо проводным слоем обеспечивают однородное распределение потенциала по его поверхности и, как результат, однородную толщину рабочего слоя.

Получение плотного, качественного рабочего слоя возможно при очень малых скоростях осаждения, не превышающих Ю-2 мм/ч.

Требуемая толщина рабочего слоя 0,8-1,5 мм. Процесс наращивания рабочего слоя длителен (7-10 сут), причем перерывы в процессе осаждения недопустимы. Это существенный недостаток метода.

Последующий, конструкционный слой толщиной 2 - 5 мм наращива­ ют из более дешевого материала (меди) и при гораздо больших скорос­ тях осаждения.

Механическую обработку готового слепка по контуру, показанному например, на рис. 5.6, выполняют до снятия его с модели твердо­ сплавным инструментом.

Формы, изготовленные этим методом, имеют наивысшую стойкость по сравнению с формами из цветных сплавов и полимерных компози­ ций (стойкость последних минимальна).

Твердость и износостойкость никель-кобальтовых слепков таковы, что'они могут применяться также и при изготовлении литьевых и прессовых форм. Однако в этом случае основное тело формообразую­ щей детали изготавливать из цветных сплавов или полимерных композиций можно "лишь при небольшой серии формуемых изделий:

стойкость форм невелика из-за ползучести или растрескивания тела детали. Лучшие результаты дает формование тела детали плазменным напылением стали на изнаночную поверхность слепка.

При раздуве через ниппель он, как правило, также является и формообразующей деталью: его наружная поверхность оформляет внутреннюю цилиндрическую поверхность горловины изделия. В простейшем случае ниппель - это цилиндрический стержень с цент­ ральным отверстием для подачи воздуха в раздуваемую заготовку (см. рис. 5.3, а). Ниппель, формуя заготовку, должен, так же как и полуформы, отводить от нее тепло. Интенсивность охлаждения заго­ товки в область ниппеля должна быть не ниже, чем в области контакта с полуформами. Это возможно тблько при введении в тело ниппеля каналов водяного охлаждения.

Воздух, подаваемый в заготовку через ниппель, остается в отфор­ мованном изделии в течении всего времени его охлаждения в форме.

Масса этого воздуха не велика, и поэтому вклад теплообмена между воздухом и изделием в охлаждение последнего практически неощутим. Для увеличения этого вклада обеспечивают постоянный интенсивный обмен воздуха в полости охлаждаемого изделия. При этом через ниппель воздух должен не только подаваться, но и отво­ диться. Конструкция такого ниппеля, имеющего водяное охлаждение, показана на рис. 5.7. Конец ниппеля конический, что повышает надеж­ ность надевания на него экструдируемой заготовки в том случае, когда разность между ее внутренним диаметром и диаметром ниппеля невелика.

В месте обжима заготовки по ниппелю пресс-кантами полуформ в теле ниппеля возникают значительные напряжения, поэтому деталь ниппеля, непосредственно контактирующая с заготовкой, должна изготавливаться из конструкционных сталей и подвергаться термохи­ мической обработке.

При определении размеров элементов оформляющих полостей необходимо учитывать усадку размеров отформованного изделия, развивающуюся во время охлаждения его в форме. Усадка, так же как и при литье под давлением, может колебаться в широком диапазоне в зависимости от конфигурации изделия и типа размера. Так, усадка диаметра горловин, формуемых на ниппелях, минимальна: усадка протекает во время контакта горловины с ниппелем, который препят­ ствует свободному ее развитию. Чем больше локальный коэффициент раздува участка заготовки, формующего тот или иной элемент изде­ лия, тем больше усадка размеров этого элемента. Диапазон возмож­ ных значений усадки (в %) для ряда материалов таков:

Полиэтилен высокой плотности 1,2— Полиэтилен низкой плотности 1,2— Полипропилен 1,2—2, Поливинилхлорид 0,4-0, 5.3. Пресс-канты В местах пресс-кантов, осуществляющих пережим заготовки, возни­ кают локальные напряжения, во много раз превосходящие по величи­ не напряжения от раздувающего воздуха в основном теле формы.

Пресс-канты, таким образом, так же как и ниппель, оказываются наиболее нагруженными элементами формы, подверженными интен­ сивному износу. Они работают удовлетворительно лишь в том случае, если изготовлены из качественных инструментальных сталей и под­ вергнуты термической обработке, обеспечивающей твердость до 50-55 единиц по Роквеллу. Как уже отмечалось, формообразующие детали, как правило, изготавливают из других, менее прочных мате­ риалов. В связи с этим пресс-канты выполняются в виде самостоятель­ ных деталей, укрепляемых на полуматрицах. Они могут выполняться как в виде плит, укрепляемых внакладку на полуматрице (рис. 5.8, а), так и в виде вставок в нее (рис. 5.8, б). Выполнение варианта „а" проще, однако в этом случае сложнее сместить след на изделии от линий стыка матрицы и пресс-канта в наименее заветное место (на­ пример,'в донную часть изделия, как это сделано в варианте „б").

Рис. 5. 8, Варианты выполнения деталей пресс кантов в виде плит (а) и вставок (б):

/ — нижлий пресс-кант;

2 — полуматрица;

3 — верх­ ний пресс-кант;

4 — линия стыка между пресс-кантом и полуматрицей;

5 — отжимная кромка;

6 — карман;

7 — контур кармана Рис. 5. 9. Отрезание облоя острыми отжимными кромками:

1 — заготовка;

2 — полуматрица;

3 — пресс-кант;

4 — облой;

5 — отжимная кромка Вместе с тем в варианте „б" краевые части отжимной кромки 5 (о ней см. ниже) оказываются неизбежно выполненными не в детали пресс-канта, а в полуматрице.

Основным рабочим органом пресс-канта является отжимная кром­ ка, отделяющая излишки заготовки от формующего изделия. При правильно выбранной ее геометрии обеспечиваются не только проч­ ность изделия в месте отделения этих излишков (облоя), но и мини­ мальная толщина перемычки (грата) между изделием и облоем.

На первый взгляд, выполнив кромки максимально острыми и обеспечив максимально возможное их сближение при смыкании полуформ, что технически вполне осуществимо (например, как на рис. 5.9), можно добиться полного отделения облоя без грата. Однако в этом случае прочность изделия в месте А пережима заготовки оказы­ вается неудовлетворительной.Причина этого недостатка становится по­ нятной при более детальном рассмотрении процесса отделения облоя.

На рис. 5.10,о показана заготовка в момент начала пережима ее пресс-кантами. В этот момент возник контакт между противополож­ ными стенками заготовки в месте А. При дальнейшем сближении пресс-кантов боковые поверхности их Q отжимают материал деформи Рис. 5.10. К образованию сварного шва при острых и широких отжимных кромках:

1 — обпой;

2 — пресс-каш;

3 — оформляющая полость;

а, б, в, Q, А, С, Б, П — пояснены в тексте Ри-с. 5. 1 1. Типовая конфигурация пресс-кантов руемой заготовки в направлении, показанном стрелками, и поверх­ ность контакта и сварки противоположных стенок заготовки развива­ ется вниз от точки А. Таким образом, к моменту полного перерезания заготовки (рис. 5.10, б) область сварки стенок заготовки С оказывается практически полностью в облое, а не в изделии, как это необходимо.

Очевидно, конфигурация кромок должна быть такой, чтобы обра­ зующаяся область сварки хотя бы частично отжималась в оформляю­ щую полость. Это возможно, например, при плоской конфигурации кромок, показанной на рис. 5.10, е. Однако в этом случае для отжима в сварной шов изделия достаточного количества расплава область деформации его между кромками Б должна быть большой;

соответст­ венно большой должна быть и ширина кромок h. При этой величине h напряжения сжатия расплава между кромками, создаваемые усилием смыкания полуформ, невелики, и расплав истекает из области Б с малой скоростью. Процесс пережатия заготовки по этой причине длителен, и за время его протекания на рабочей поверхности Я холод­ ной отжимной кромки успевает отвердеть достаточно толстый слой материала, который не может быть отжат из области Б и образует толстый грат.

Установленные здесь, казалось бы, взаимно противоречивые требо­ вания больших контактных напряжений в области пережима заготов­ ки и вместе с тем большой площади пережима удовлетворяются при конфигурации пресс-кантов, показанной на рис. 5.11. Собственно отжимная кромка имеет ширину h, равную 0,3- 0,6 мм для относи­ тельно малых изделий (объемом до 2 л) и достигающую 4 мм для изделий емкостью более 100 л. Угол а лежит в пределах 25-45°. За отжимной кромкой расположено заглубление с глубиной е и высотой Н, называемое карманом. Размер е принимают равным 0,8-0,9 от толщины стенки б пережимаемой заготовки;

высота же кармана Н определяется общей конструкцией деталей пресс-кантов, однако для образования удовлетворительного сварного шва на изделии она должна быть не менее (5 • • 6) б.

* Процесс пережатия заготовки при данной конфигурации пресс-кан­ тов протекает следующим образом. На первой стадии пережатия заготовки с ней контактирует только узкая отжимная кромка и постепенно входящая в контакт наклонная поверхность. Площадь расположенной в пределах этого контакта зоны деформирования невелика, напряжения сжатия значительны, поэтому процесс пережи­ ма основной доли толщины заготовки протекает быстро, однако расплав из зоны деформирования отжимается преимущественно не в оформляющую полость (как следовало бы), а в карман (т.е. в облой).

На завершающей же стадии, когдч кромкой пережато уже 80- 9Q% тол­ щины заготовки (в зависимости от соотношения размеров е и 6), часть ее, образующая облой, входит в надежный контакт со сближающимися поверхностями кармана и начинает раздавливаться ими, причем расплав начинает не только истекать из кармана в атмосферу (на рис. 5.11 - вниз) или в еще не занятую им часть полости кармана (на рис. 5.11 - в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа), но и в еще существующий зазор между кромками, составляющий пока (0,1 - • 0,2) б (на рис. 5.11 - вверх).

* Гидравлическое сопротивление истечению в последнем направле­ нии намного больше, чем в остальных, поэтому доля втекающего в оформляющую полость расплава, формирующего сварной шов на изде­ лии, невелика, однако оказывается вполне достаточной, так как деформированию подвергается большой объем расплава. Скорость пережатия на этой, завершающей стадии намного меньше, чем на предыдущей, так как напряжения сжатия расплава во много раз меньше. Однако суммарное время пережатия заготовки оказывается в итоге меньшим, чем в случае широких кромок по варианту на рис. 5.10, в, в результате чего получается достаточно тонкий грат.

Следует отметить, что карманы кроме основной своей функции принятия в себя излишков формуемой заготовки и недопущения попадания их между плоскостями смыкания двух полуформ (в ре­ зультате которого они не смогли бы смыкаться полностью) - выпол­ няют еще одну, не менее важную функцию - охлаждения облоя. Если облой не охлаждать, то при съеме изделия из формы он, оставаясь в состоянии расплава и будучи соединен с изделием тонкой перемычкой грата, может прилипнуть к изделию, непоправимо испортив его.

Необходимость надежного контакта облоя с поверхностями кармана для обеспечения интенсивного отвода тепла - это еще одна причина, по которой глубину кармана е (см. рис. 5.11) делают несколько мень­ шей, чем толщина заготовки б.

Размеры и конфигурация отжимных кромок и карманов в плос­ кости смыкания полуформы показаны на рис. 5.8. Их размер „а" должен быть не меньшим, чем ширина заготовки в пережатом состоя­ нии (контур заготовки, который она приобретает после смыкания полуформ перед раздувом, показан на рис. 5.8, б).

Р и с. 5. 1 2. Оформление отжимных кромок и кармана в месте у горловины изделия:

1 — канал водяного охлаждения деталей пресс-канта 5 и 6;

2 — отжимная кромка;

3 — ниппель;

4 — карман Наиболее сложным является оформление кромок и карманов в области горловины изделия. Пример такого оформления приведен на рис. 5.12.

Необходимое усилие пережима заготовки (или нескольких загото­ вок при многогнездных формах) FQ МОЖНО рассматривать как сумму двух усилий FQ и FQ, необходимых для пережатия заготовки в области кромок и карманов соответственно. В настоящее время нет каких-ли­ бо расчетов, позволяющих достаточно точно определить FQ и FQ".

Имеющиеся практические данные позволяют лишь ориентировочно считать, что если в процессе пережима между кромками возникает напряжение сжатия, близкое к 3 МПа, а в карманах облой сжимается при напряжениях около 0,4 МПа, то процесс прежима протекает с приемлемой скоростью и получаемая толщина грата допустима.

Принимая во внимание эти соотношения, можно записать:

Fo = П + FQ' = 3s' + 0,4s", (5.11) где s' и s" — суммарные площади отжимных кромок и проекции облоя в карманах на плоскость смыкания соответственно.

Следует попутно отметить, что размеры карманов в плане принима­ ют такими, чтобы их объем был несколько больше объема попадающе­ го в них облоя.

Пользуясь соотношением (5.7а) и (5.11), можно выполнять повероч­ ные расчеты при выборе гнездности формы или, если изделие доста­ точно крупное и сложной конфигурации (т.е. с большим облоем), то и определять принципиальную возможность изготовления данного изделия на имеющемся в наличии выдувном агрегате.

Для ряда изделий в соотношении (5.11) к усилиям FQ и FQ" должно добавляться еще одно слагаемое FQ". ЭТО изделия, у которых форму­ ются монолитные выступы за счет пережима заготовки. Пример фор­ мования таким образом проушины с отверстием для установки в него какой-либо детали (например, ручки сосуда) приведен на рис. 5.13.

Участок пережатой заготовки формует выступ /, причем часть его уходит в облой 6. Отверстие в выступе по варианту „о" нч рис. 5. Р и с. 5. 1 3. Формование монолитных выступов:

в, 5 — см. пояснения в тексте: 1 — выступ на изделии;

2 — формующий знак;

3 — выпрессовывае мая при формовании отверстия часть расплава;

4 — отверстие в полуформе для приема выпрессовки;

5 — отверстие для подвода и выпрессовки сжатого воздуха;

6 — обяой;

7, 9 —формующие знаки;

8 — место стыка формующих знаков формуется знаком 2, запрессованным в отверстие в правой полуформе.

Прошивая отверстие в выступе, выпрессовываемый им расплав 3 знак направляет в отверстие 4 левой полуформы, в которое он входит свободно. Охладившаяся выпрессовка 3 после раскрытия полуформ удаляется из отверстия 4 сжатым воздухом, который подается через отверстие 5. По варианту „б" отверстие формуется двумя знаками 9 и 7, запрессованными в левую и правую полуформы и сближающимися при их смыкании. Остающийся в отформованном отверстии в месте сближения знаков 8 грат удаляется затем прошивкой или досверлива­ нием.

Напряжения сжатия, которые развиваются в расплаве при формова­ нии подобных монолитных выступов и перемычек, должны быть не ниже 0,8-1,0 МПа. Таким образом, величина FQ" определяется так:

Fo""-(0,8 + l,0)s" t (5.12) где *"" - площадь проекции формуемых выступов и перемычек на плоскость смыкания полуформ.

5.4. Система охлаждения Конфигурация и технология изготовления каналов системы охлажде­ ния, как это видно из разд. 5.2, определяются технологией изготовле­ ния формообразующих деталей. Если последние изготавливаются путем обработки резанием из сталей, то каналы выполняются так же, как и в литьевых формах, т.е. в виде замкнутого контура сверленых отверстий или фрезерованных полостей. Пример последнего варианта приведен на рис. 5.1. При изготовлении полуматриц заливкой в них заформовывается спрофилированный требуемым образом змеевик или применяются другие варианты систем, рассмотренные ниже.

Особо следует обратить внимание на охлаждение пресс-кантов.

Время пребывания изделия в форме на этапе охлаждения очень часто определяется не временем охлаждения его стенки, как это может показаться на первый взгляд, а временем охлаждения облоя в карма­ нах. Такая ситуация ненормальна, так как охлаждение облоя не должно лимитировать время цикла формования. Причина же ее в том, что при одинаковой интенсивности теплосъема время охлаждения облоя больше из-за того, что он намного толще стенки изделия: тол­ щина облоя равна, как это видно из предыдущего раздела, 1,6- 1, толщины заготовки, а стенка изделия в 2,5-3,5 раза тоньше стенки заготовки (в соответствии с обычно принимаемыми значениями коэффициента раздува).

Отсюда очевидно, что если форма проектируется для изготовления крупной серии изделий на высокопроизводительном агрегате, то необходимо в ее конструкции предусматривать гораздо более интен­ сивное охлаждение пресс-кантов по сравнению с основным телом формы. В таких формах, как правило, предусматривают самостоятель­ ные, изолированные системы каналов для пресс-кантов и тела формы с независимым регулированием расхода охлаждающей воды. При выполнении пресс-кантов в виде самостоятельных деталей это вполне технически осуществимо. В теле пресс-кантов предпочтительно вы­ полнение каналов в виде полостей с большой поверхностью теплооб­ мена, расположенной по возможности ближе к рабочим поверхностям карманов, как это показано на рис. 5.12.

Среди различных конструктивных вариантов систем охлаждения можно выделить несколько типов, отличающихся по тому или иному признаку:

1) по месту расположения каналов -а) выполненные непосредствен­ но в теле полуматриц;

б) выполненные в теле специальных охлаждаю­ щих плит, крепящихся к телу полуматриц;

2) по конфигурации каналов - а) канальные, состоящие из ряда сообщающихся цилиндрических каналов (сверленных в теле или заформованных в него в виде змеевика);

б) полостные, состоящие из одной или нескольких сообщающихся полостей с развитой поверх­ ностью;

3) по характеру течения воды в каналах (полостях) - а) системы с монолитным потоком;

б) системы с разбрызгиванием воды из коллек­ тора на поверхность полости.

Выбор того или иного из этих типов определяется в основном конфигурацией, толщиной стенок и габаритами изделия.

Системы, выполненные в отдельных охлаждающих плитах, доста­ точно распространены по следующим причинам. Во-первых, несмотря на отмеченное многообразие технологий изготовления полуматриц, преобладающим являются изготовление из алюминиевых отливок резанием или непосредственное литье без заформовки змеевиков. При выполнении же каналов в таких полуматрицах резанием, как отмеча­ лось, пористость отливок может приводить к проникновению воды к формообразующей поверхности. Во-вторых, исполнение системы каналрв или полостей в самостоятельной детали простой конфигура­ ции (плоской плиты) более просто.

Рис. 5. 1 4. Охлаждающая плита с системой сверленых каналов:

i — продольные каналы;

2 — поперечные каналы;

3 — пробки Плиты со сверлеными каналами выполняются так, как это показано на рис. 5.14. С целью обеспечения последовательного протекания всего потока жидкости^по каждому продольному каналу 1 в поперечный канал 2 вставляются фигурные пробки 3. Такой последовательный, а не параллельный характер течения в каналах обеспечивает более однородное распределение интенсивности теплосъема по всей площа­ ди плиты несмотря на то, что, казалось бы, из-за нагрева воды при прохождении по каналам интенсивность теплосъема в правом нижнем углу должна быть ниже, чем в левом верхнем. Дело в том, что из-за незначительных различий размеров продольных каналов гидравли­ ческое сопротивление их разчично и, следовательно, различны расхо­ ды в каналах при параллельном их соединении. В процессе эксплуата­ ции в каналах с меньшим расходом более интенсивно образование отложений, что усугубляет неоднородность интенсивности теплосъе­ ма. Наконец, воздух, попавший в верхний поперечный канал (напри­ мер, путем десорбции из поступающей в плиту воды), может при параллельном соединении продольных каналов блокировать часть из них.

Применение систем охлаждения рассмотренной конструкции огра­ ничено плитами малых и средних размеров (до 350-400 мм) из-за осложнений, возникающих при сверлении на большую глубину. В Р и с. 5. 1 5. Охлаждающая плита камерной системы:

1 — крышки;

2 — фигурная плита с перемычками 2';

3 — уплотнение;

4 — отверстие для ввода воды средних и больших плитах предпочтительно выполнять камерную систему охлаждения. Камерные конструкции плит состоят по крайней мере из двух, чаще из трех элементарных плит (рис. 5.15): двух кры­ шек 1 и средней фигурной плиты 2 с размещенными меж ними уплотне­ ниями 3, плита же 2 имеет два отверстия 4 для подвода и отвода воды.

При больших размерах плит их герметизация (например, по типу, показанному на рис. 5.15) становится ненадежной, так как даже незначительное избыточное давление в камере с монолитным потоком жидкости вызывает очень большие распорные усилия. Система же с разбрызгиванием (рис. 5.16) позволяет поддерживать в камере атмос­ ферное или даже несколько меньшее давление, что повышает надеж­ ность герметизации камеры.

Р и с. 5. 1 6. Элементы конструкции охлаждающей плиты с разбрызгиванием:

1 — тр-^ка с отверстиями для разбрызгивания;

2 — крышка плиты, контактирующая с формой;

3 — проставка;

4 — уплотнение;

5 — винт крепежа крышки к проставке Конструкция охлаждающей плиты с разбрызгиванием близка по конструкции показанной на рис. 5.15, однако средняя плита в этом случае не имеет перемычек 2. В полости плиты размещена трубка 1 (см.

рис. 5.16), имеющая ряд горизонтальных ответвлений, через которые разбрызгивается подаваемая в трубку 1 вода, причем разбрызгивается она на ту из крышек 2, которая контактирует с раздувной формой.

Стекая по поверхности этой крышки, вода самотеком входит из полости плиты через расположенное внизу отверстие. В полости при этом имеет место практически атмосферное давление. Горизонтальные ответвления трубки 1 укреплены на проставках 3, количество и расположение которых выбирают из соображений достаточной общей жесткости плиты в сборе.

5.5. Система вентиляции оформляющих полостей При экструзии с раздувом эта система имеет гораздо большее значе­ ние, чем при литье под давлением. Если при заполнении литьевой формы из нее вытесняется объем воздуха, равный объему поступаю­ щего в нее расплава (т.е. объему материала изделия), то при раздуве также за весьма короткий отрезок времени из оформляющей полости необходимо удалить объем воздуха, в десятки раъ превышающий объем материала изделия, так как сами изделия полые. В этом случае выполнение системы вентиляции совершенно необходимо (в литьевых формах, как это видно из гл. 3, система вентиляции выполняется далеко не всегда).

Приемы, обеспечивающие удаление воздуха из оформляющей полости в атмосферу, довольно разнообразны. Наиболее распростра­ ненным является прием, принципиально невозможный при литье под давлением. Вязкость формуемого при раздуве расплава значительно выше, чем при литье под давлением, а нормальные напряжения, прижимающие расплав к формующей поверхности, в сотни раз меньше.

По этой причине расплав не способен воспроизводить все микронеров­ ности формующей поверхности, если она выполнена матовой (шерохо­ ватой). Через микроканалы, образованные шероховатой формующей Рис. 5.17. Удаление воздуха из замкну тыхфаздувающейся заготовкой полостей Б и В: ' 1,2 — полуформы;

Г — поверхность их смы­ кания * Рис. 5.18. Способы вентиляции оформляющей полости. Пояснения в тексте поверхностью и поверхностью расплава, воздух, зажатый в тупиковых областях (например, областях и В на рис. 5.17), может отводиться к месту смыкания полуформ Г, откуда также через микроканалы, образованные при контакте поверхностей смыкания полуформ, он от­ водится в атмосферу. Такой способ вентиляции формы называют естественной вентиляцией. Ее интенсифицируют, применяя обработку формующей поверхности и поверхности смыкания, создающую сильно развитую шероховатость их с весьма малыми размерами микронеров­ ностей. Для форм из алюминия и сплавов цветных металлов это может быть пескоструйная обработка. Стали такой обработке поддаются го­ раздо труднее, для них можно использовать электроэрозионную обра­ ботку поверхностей.

Участок микроканалов у поверхностей смыкания имеет значитель­ ное гидравлическое сопротивление. Его уменьшают, прошлифовывая на этих поверхностях 1 каналы 2, как это показано на рис. 5.18, а.

Высота h и ширина Ъ каналов составляют 0,1-0,3 мм и 5 - 30 мм соот ветственно в зависимости от габаритов изделия и толщины заготовки (большим их значениям соответствуют большие величины b и h).

Гидравлическое сопротивление микроканалов на поверхности смыка­ ния уменьшают и иным образом (см. рис. 5.18, а): выполняя на этой поверхности дренажный канал 3 на расстоянии 4 - 10 мм от оформля­ ющей полости 4. Дренажный канал соединен с каналами 5, отводящи­ ми воздух в атмосферу. Из-за большого сечения каналов 3 и 5 гидрав­ лическое сопротивление их ничтожно мало по сравнению с сопротив­ лением микроканалов, так что при выполнении дренажа это последнее сопротивление уменьшается во столько раз, во сколько раз размер / меньше размера L. Помимо дренажного канала в тупиковых местах скопления воздуха (типа Б на рис. 5.17) выполняют дополнительно и отверстия Б (см. рис. 5.18, о) диаметром 0,1-0,3 мм.

Когда требуется получать изделия с высоким глянцем поверхности, формующую полость качественно полируют, и естественная вентиля­ ция становится невозможной. В этом случае вентиляционные каналы выполняют не только на поверхности смыкания, но и в теле формы.

Для их выполнения используют прежде всего поверхности стыка отдельных деталей, например, поверхность 2 стыка пресс-канта 2 и полуматрицы 3, как зто показано на рис. 5.18, б. Непосредственно у оформляющей полости этот стык выполняется с кольцевым зазором 4, равным 0,1-0,2 мм, который и служит вентиляционным каналом.

Ниже его расположен кольцевой же дренажный канал 5, соединенный с атмосферой профрезерованным в теле пресс-канта отводящим кана­ лом 6.

В тупиковых углах оформляющей полости выполняются цилиндри­ ческие каналы 7 (подобные каналам 6 на рис. 5.18, а). Рабочую длину их с малым диаметром принимают минимальной как с целью уменьше­ ния гидравлического сопротивления, так и для упрощения изготовле­ ния. Вводятся в тело полуматрицы также различные вставки, образую­ щие в нем вентиляционные и дренажные каналы. Например, вставка своим шестигранным хвостовиком 9 образует с цилиндрическим отверстием в матрице шесть вентиляционных щелей 10, соединенных с дренажным 11 и отводящим 12 каналами. Подобные же каналы 10, 11 к 12 образуются прямоугольной вставкой 13. Приемы вентиляции не ограничены рассмотренными здесь примерами.

ГЛАВА ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПНЕВМОВАКУУМНОГО ФОРМОВАНИЯ 6.1. Технологические разновидности формующего инструмента Круг изделий, изготавливаемых методов пневмовакуумного формо­ вания из листовых и пленочных термопластов, достаточно широк.

Диапазон их габаритов составляет от нескольких сантиметров до 1,5-2 метров. По конструкции эти изделия представляет собой обо­ лочки в ряде случаев довольно сложной конфигурации с толщиной стенки от нескольких десятых до 6- 8 мм.

Существующее большое количество технологических разновиднос­ тей пневмовакуумного метода не определяет, однако, большого принципиального конструктивного разнообразия соответствующего формующего инструмента. По этой причине ниже выделены только те его разновидности, которые имеют сколько-нибудь существенные различия в конструкции инструмента.

Различают методы свободного формования и формования на по­ верхностях формообразующих деталей форм. В первом случае изго­ тавливают изделия типа сферических элементов (колпаков, плафонов и т. д.) и формообразующие детали у инструмента отсутствуют. Прин­ цип этого метода проиллюстрирован на рис. 6.1. На первой стадии (рис.

6.1,а) лист! зажимается между прижимной рамой2 и пневмовакуум­ ной камерой 3 и нагревается нагревателем радиационного обогрева до высокоэластического состояния. Затем полость камеры 6 сообща­ ется с вакуумом (рис. 6.1,6) и лист под воздействием разности атмос­ ферного и остаточного в камере давлений воздуха втягивается в нее.

По достижении требуемой степени вытягивания (однако такой, при которой лист еще не касается стенок камеры) линия вакуума пере­ крывается и полость таким образом герметизируется;

отформованный лист охлаждается и отвердевает, контактируя с атмосферным возду­ хом и воздухом в камере.

При переработке листов толщиной более 5 мм атмосферного давле­ ния на лист оказывается недоааточно для его качественного формо­ вания. По этой причине атмосферное давление заменяют повышенным давлением воздуха (до 0,7- 1 МПа), подаваемого от компрессора. В этом случае в варианте, показанном на рис. 6.1, после отвода нагрева­ теля 4 на прижимную раму сверху герметично крепится крышка пневмовакуумной камеры (на рисунке не показана) и наряду с сооб­ щением полости под листом с вакуумом в пространство между крыш­ кой и листом подается сжатый воздух.

При формовании на поверхностях формообразующих деталей раз­ личают две разновидности метода: негативное и позитивное формо­ вание.

При негативном формовании формообразующей деталью является матрица. Она имеет вогнутую формующую поверхность, причем формуемое изделие полностью воспроизводит ее контуры своей наружной поверхностью. Эту разновидность также можно проиллюст­ рировать рисунком 6.1, если представить, что под позицией 3 на нем изображена матрица. В этом случае воздух из оформляющей полости матрицы 7 через систему вентиляционных каналов 5 отсасывается вплоть до полного облегания формуемым листом / ее формующей поверхности (позиция „в" на рис. 6.1). Отформованное изделие охлаж­ дается при этом преимущественно за счет контакта со стенкой холод­ ной матрицы. В связи с этим в матрицах (так же, как и в пуансонах) часто выполняют систему водяного охлаждения. При формовании же толстых листов с целью интенсификации охлаждения иногда изделие во время пребывания его в охлаждаемой матрице (на пуансоне) дополни­ тельно обдувают холодным Еоздухом. Эта операция обязательна, если матрица (пуансоны) не имеет системы охлаждения;

в этом случае после Рис. 6.1. Технологические разновидности пневмовакуумного формования:

а — е — негативное формование;

г — позитивное формование;

d, e — позитивное формование с предварительной механической вытяжкой;

ж — и — негативное формование с предварительной механической вытяжкой;

1 — формуемый лист;

2, 2' — прижлмная рама;

3 — пневмовакуумная камера (матрица);

4 — нагреватель;

5 — вентиляционные каналы;

6 — вакуумная полость камеры 3;

7 — оформляющая полость матрицы;

8 — пуансон извлечения изделия из формы обдувают воздухом и формообразую­ щую деталь, что, однако, удлиняет цикл формования.

Позитивное формование отличается от негативного тем, что формо­ образующая деталь (пуансон) имеет выпуклую формующую поверх­ ность, причем изделие воспроизводит ее не наружной, а внутренней своей поверхностью. При этой разновидности формования (см. рис. 6.1,г) лист 1 зажимается между рамой 4 и пневмовакуумной камерой 3 и нагревается также,как и в предыдущих разновидностях. Однако в камере в данном случае помещен пуансон 8, имеющий как и матрица, вентиляционные каналы 5.

Как при негативном, так и при позитивном формовании непосред­ ственно перед прижатием к формообразующей поверхности (посредст­ вом атмосферного или избыточного давления воздуха) разогретый лист может подвергаться вытяжке механическим способом до конту­ ров, близких к контурам будущего изделия. Эта разновидность метода называется формованием с предварительной механической вытяжкой.

При позитивном формовании эта разновидность может быть реализо­ вана так, как это показано на рис. 6.1,д,е. Зажатый в раме (состоящей в данном случае из двух половин 2 и 2 ) и разогретый лист опускается на пуансон (или, наоборот, пуансон поднимается вверх) и предвари­ тельно вытягивается им (поз „д");

затем уже полость и вентиляцион­ ные отверстия 5 сообщаются с вакуумом и происходит собственно формование (поз. „е"). При негативном же формовании механическая вытяжка осуществляется специальным вытяжным пуансоном 9, имею­ щим самостоятельный привод. Существо и последовательность техно­ логических операций в этом варианте формования ясны из позиций „ж", „з", „и"т рис. 6.1.

Съем готовых изделий с матрицы или пуансона можно осуществлять вручную. При этом изделие последовательно по контуру отделяют от формообразующей детали, приподнимая его за края заготовки листа, которые были зажаты рамой. Для облегчения снятия через вентиляционные отверстия формообразующей детали часто подают сжатый воздух, отслаивающий от нее изделие. Однако ручной съем имеет много очевидных недостатков. Во-первых, он затруднен при формовании на пуансонах из-за плотного охвата пуансона изделием вследствие усадки материала последнего при охлаждении. Во-вторых, возможны механические повреждения формующей поверхности.

В-третьих, ручной съем значительно изменяет цикл формования.

Наконец, в-четвертых, в высокоавтоматизированных линиях, в состав которых входят установки для пневмовакуумного формования, ручной съем просто недопустим. В связи с этим форму часто оснащают системой выталкивания изделия. Конструкции ее разнообразны, примеры показаны ниже.

После формования изделия от него должен быть отделен облой: ча часть заготовки листа, которая была зажата в раме или не „вписывает­ ся" в контур изделия. Для этого используют вырубные штампы и приспособления. Часто они выполняются как единая конструкция вместе с формой, и работа их жестко увязана с рабочими движениями других элементов конструкции фирмы. В этом случае данные устрой­ ства можно рассматривать как систему удаления облоя формы. Усилие вырубки довольно значительно, поэтому формы с системой удаления облоя, как правило, эксплуатируются на прессах, по конструкции подобных таковым для прессования изделий из реактопластов.

Так же, как прессовые, литьевые и раздувные, пневмовакуумные формы могут быть одногнЪздными и многогнездными. Последние часто применяют для формования мелкой тары из тонких листов на автоматических установках.

Таким образом, можно отметить, что рабочие органы пневмовакуум­ ных форм, в зависимости от технологической разновидности метода и конкретных условий его реализации, могут включать в себя пневмо­ вакуумную камеру, зажимную раму, формообразующую деталь, систему удаления облоя.

6.2. Факторы, определяющие выбор конструкции формы Как видно из предыдущего раздела, в процессе проектирования инструмента при заданном для производства изделии должны быть решены следующие принципиальные вопросы: 1) тип формования (пневматический или вакуумный);

2) позитивное или негативное фор­ мование;

3) необходимость предварительной механической вытяжки;

4) гнездность формы;

5) материал формообразующих деталей и техно­ логия их изготовления;

б) необходимость встроенной системы охлаж­ дения формы;

7) необходимость системы выталкивания;

8) вариант системы удаления облоя.

Конструктор должен иметь четкое представление о факторах, которые обусловливают то или иное решение по каждому из этих пунктов, определяющих принципиальное конструктивное оформление инструмента. Основные из этих факторов таковы: 1) требования к конфигурации изделия;

2) требуемые серийность изделия и произво­ дительность;

3) имеющееся в наличии оборудование.

Ниже показано, как каждый из этих факторов влияет на принимае­ мые конструктором решения.

6.2.1. Требования к конфигурации изделия4.

Наиболее существенными являются три аспекта этого фактора: толщи­ на стенки изделия (и, следовательно, толщина формуемого листа);

какая из поверхностей изделия должна иметь лучшее качество (боль­ шую точность размеров и, если необходимо, поверхностные рисунок или фактуру);

предпочтительный характер разнотолщинности стенок изделия (разнотолщинность при этом методе формования, как пока­ зано ниже, неизбежна).

Толщина стенки изделия, как уже отмечалось выше, определяет решение по первому из указанных вопросов: при толщине формуемых листов более 5 мм должно применяться пневматическое формование;

при этом пневмовакуумная камера машины (или автономная пневмо­ вакуумная камера) должна быть рассчитана на развитие давления в ней до 1 МПа и наряду с зажимной рамой иметь крышку с устройством для подвода сжатого воздуха. Следует учесть также, что если формую­ щая поверхность матрицы или пуансона имеет тонкую текстуру или мелкий объемный рисунок, который должен быть перенесен на изде­ лие, то предпочтительно применение пневматического метода и при формовании листов с толщиной, меньшей 5 мм.

Позитивное или негативное формование выбирается в соответствии со вторым аспектом рассматриваемого фактора: если отмеченные здесь требования предъявляются к внутренней поверхности изделия, то принимается формование на пуансоне и наоборот. При отсутствии таких четко выраженных требований следует иметь в виду, что изготовле­ ние пуансонов механической обработкой и их поверхностная обработ­ ка (обычно шлифовка до Ra 0,1 -0,025) более просты, чем матриц. При формовании в матрице усадка несколько больше, чем при формовании на пуансоне;

к тому же она имеет большую неоднородность для различ­ ных размеров одного и того же изделия. Это объясняется тем, "то сам пуансон препятствует развитию усадки. Вместе с тем следует помнить, что съем изделия с пуансона требует больших усилий, так что, если формообразующие детали выполнены из относительно малопрочного материала (например, из гипса), то повышенный износ имеет место именно у пуансона.

Третий аспект-предпочтительный характер разнотолщинности также руководит выбором позитивного или негативного формования и позволяет определить необходимость предварительной механичес­ кой вытяжки. Рассмотрим причину появления разнотолщинности изделия при его формовании и, как следствие, характер разнотолщин­ ности, получающийся при той или иной разновидности метода.

Можно различить несколько стадий дефсрмирования листа в про­ цессе облегания им формующей поверхности матрицы или пуансона.

Например (см. рис. 6.1,6), до момента касания боковых поверхностей матрицы или ее донной части (что произойдет раньше- зависит от отно­ шения глубины матрицы Як ее характерному поперечному размеру Д называемого степенью вытяжки) вытягивающийся лист имеет форму шарового сегмента. По мере вытяжки радиус сегмента уменьшается;

площадь поверхности листа pacrei, а толщина его уменьшается с одинаковой интенсивностью во всех точках сегмента. Вторая стадия деформирования листа характеризуется тем, что втягиваемый в полость матрицы лист начинает контактировать с ее боковыми стен­ ками или дном. У той части листа, которая вошла в контакт с формо­ образующей поверхностью, образуется слой охлажденного отвердев­ шего полимера. Этот слой препятствует деформации донной части листа. Деформации и утонению продолжает подвергаться только та часть, которая еще не вошла в контакт. Таким образом, каждая оче­ редная порция листа, входящая в контакт с формой, перестает уто­ няться и сохраняет в дальнейшем свою толщину. Следующая за ней Рис. 6.2. Характер разноюлщинности стенок изделий, получаемых при различных разновидностях пневмовакуумного формования. Пояснения в тексте порция входит в контакт, имея уже несколько меньшую толщину вследствие вытяжки и т. д. В результате части листа, входящие в контакт с формой в последнюю очередь, имеет минимальную толщину.

При негативном формовании последними формуются углы А днища изделия (рис. 6.1,в);

соответственно они и имеют минимальную тол­ щину стенок. Характер разнотолщинности изделия при негативном формовании показан на рис. 6.2,о. При позитивном формовании (рис. 6.1^) последними формуются места Б, соответствующие верху изделия, в результате чего разнотолщинность при позитивном формо­ вании (рис. 6.2,6) такова, что максимальную толщину стенки и, сле­ довательно, жесткость имеет не верхняя, как в предыдущем случае, а нижняя, донная часть изделия.

В соответствии с рассмотренным здесь механизмом возникновения разнотолщинности, чем меньше степень вытяжки листа (H/D), т. е. чем менее глубокое изделие и чем больше радиус кривизны поверхности изделия в местах его, формуемых в последнюю очередь, тем менее разнотолщинным получается изделие. При негативном и позитивном методах максимально допустимая степень вытяжки, как правило, не превышает 0,5;

при больших ее значениях вследствие чрезмерной разнотолщинности листа не исключены разрывы его в наиболее тонких местах в процессе вытяжки.

Предварительная механическая вытяжка формующим пуансоном при позитивном формовании, реализуемая как это показано на рис. 6.1,д,е, позволяет несколько уменьшить разнотолщинность (в сравнении с вариантом на рис. 6.1,г). Действительно, толщина изделия в донной части В как при предварительной вытяжке, так и без нее практически одинакова и равна начальной толщине листа, так как в обоих случаях лист «асается вершины пуансона и отвердевает в месте контакта, еще практически не претерпев вытяжки. Однако на участке Г при механи­ ческой вытяжке (рис. 6.1,д) он уточняется практически одинаково во всех точках по высоте, так как не касается при этом формы;

на завер­ шающей же стадии вакуумного формования (рис. 6.1,е) абсолютная величина неоднородной вытяжки на этом участке гораздо меньше, чем в вариантах без механической вытяжки.

Таким образом, характер разнотолщинности при позитивном фор­ мовании с механической вытяжкой (рис. 6.2, в) качественно подобен варианту на рис. 6.2, б, однако абсолютные значения разнотолщинности гораздо меньше. Здесь допустима степень вытяжки при формовании около 0,75. Есть еще одна важная особенность варианта „д, е": если изделие и прижимная рама сконструированы таким образом, что материал части листа D (в том числе частично и под прижимной рамой) также является частью изделия, то получаемый характер его разно­ толщинности таков, как это показано на рис. 6.2, г: в отличие от рис. 6.2,в изделие имеет жесткой не только донную, но и верхнюю свою часть.

Предварительная механическая вытяжка при негативном методе (в отличие от позитивного) осуществляется (см. рис. 6.1,ж- и) не формую­ щим пуансоном, который должен быть холодным и иметь максимально возможную теплопроводность, а специальным вытяжным пуансоном 9.

Он может быть выполнен из очень низкотеплопроводного материала или эксплуатироваться при температуре, большей, чем температура отвердевания материала листа. В этом случае на этапе вытяжки (поз„з" на рис. 6.1) материал листа на участке Б, контактирующий с пуансоном, не теряет деформативности и так же, как и на участке Ж, подвергается вытяжке и утонению. При вытяжке он скользит по контактирующему с ним участку пуансона. Возникающая при этом сила трения, препятствуя вытяжке, уменьшает ее интенсивность по срав­ нению с участком Ж.

Подбирая материал пуансона (и его поверхностную обработку) с тем или иным значением коэффициента трения по листу, а также изменяя степень подогрева пуансона, можно регулировать степень утонения листа на участке Е от нулевого ее значения до практически такого же, как и на участке Ж. В последнем случае разнотолщинность получае­ мого изделия оказывается минимальной по сравнению с ранее описан­ ными вариантами формования. В соответствии с рассмотренным, при негативном формовании с механической вытяжкой возможна направ­ ленная вариация разнотолщинности получаемых изделий в диапазоне, ограниченном двумя крайними вариантами, показанными на рис. 6.2,г, д. Максимально допустимая степень вытяжки для этой технологической разновидности формования, как правило, равна 1,5, однако для ряда материалов она может достигать 2.

Таким образом, из рассмотренного видно, что тот или иной характер разнотолщинности изделия, предпочтительный (или допустимый) с точки зрения его эксплуатации, наряду с толщиной стенки и требова­ ниями к точности его размеров является существенным фактором, определяющим выбор типа и принципиального конструктивного оформления формующего инструмента.

6.2.2. Требуемые серийность изделия и производительность Эти два фактора являются определяющими при выборе гнездности формы, материала и технологии ее изготовления, а также при установ­ лении рациональной степени механизации вспомогательных операций, которая должна обеспечиваться конструкцией формы или проекти­ руемой совместно с ней дополнительной оснасткой.

Гнездность л непосредственно определяется той производитель­ ностью Q, которая должна быть обеспечена. Очевидно, что фактичес­ кая производительность, получаемая на данной форме, должна быть требуемой не менее требуемой Q:

n/tv >Q, (6.1) где ^ - время цикла формования (точнее, время цикла работы формы).

Это время с достаточной степенью точности может б.пъ спрогнозиро­ вано по аналогии с близкими случаями формованич (например, с такой же толщиной листа из того же материала на той же вакуумфор мовочной установке при форме, изготовленной из того же материала).

При определении значения гнездности п по условию (6.1) может воз­ никнуть ситуация, при которой это значение окажется большим, чем максимально допустимая величина лд по какому-либо иному фактору (например, по фактору имеющегося в наличии оборудования). В этой ситуации конструктор с целью достижения условия n

При возникновении такой и ей подобных ситуаций нужно иметь в виду, что практически всегда имеется не одно, а два или более реше­ ний, позволяющих разрешить возникшее противоречие. Например, в рассмотренном случае, если зажимная рама и пневмовакуумная камера имеющегося в наличии типоразмера машины могут работать с формой на данное изделие при максимальной гнездности пд, не удов­ летворяющей условию (6.2), то решение принять другой материал формы не является единственным. Возможен, например, альтернатив­ ный вариант: изготовить не одну, а две (или более, сколько нужно) формы из того же материала, что и аналог, и эксплуатировать их одновременно на двух (или более) машинах, если, разумеется, они имеются в наличии.

При выборе предпочтительного из технически возможных вариан­ тов включается в работу еще один фактор: экономический. Предпоч­ тительным является тот вариант, который обеспечивает наименьшую себестоимость изделия. Предпочтительность какого-либо варианта с этой точки зрения очевидна с первого взгляда далеко не всегда. В связи с этим конструктор должен уметь провести на стадии проекти­ рования формы ориентировочную оценку себестоимости будущего изделия, для чего необходимо систематически накапливать экономи­ ческие данные, получаемые в ходе освоения производства изделий с тем, чтобы использовать их в качестве аналогов при проведении этой оценки.

На этой предварительной, прогнозной стадии расчета себестоимости с достаточно учитывать лишь три основных ее составляющих: стои­ мость материала (включая и отходы), приходящуюся на изготовление одного изделия, см;

доля заработной платы основного рабочего, приходящаяся на изготовление одного изделия, си;

доля стоимости формы и комплектующей ее оснастки, приходящаяся на одно изделие Сф. Дополнительный учет прочих составляющих, как правило, не изменяет решения, принятого без их учета. Итак, с=с м +с и +с ф, (6.3) причем сф=[сфд(М5)+1/ЛГ+св1/ЛГ]([п/пд]+1), (6.4) где Сфд, св—стоимость формообразующих и прочих деталей формы соответственно;

N— серийность изделия (т. е. общее число изделий, которое придется изготовить, выполняя данный заказ);

S—стойкость формообразующих деталей (т. е. максимально возможное число изделий, которое может быть отформовано на данной детали до полного ее износа;

[N/S]—целая часть отношения (N/S);

[л/пд]—целая часть отношения (п/Пд), где я опре­ делено формулой (6.1);

сумма [п/п д ] + 1 в (6.4)—это число находящихся одновременно (параллельно) в эксплуатации форм для обеспечения требуемой производительности Q;

сумма [JV/S]+1 в (6.4)—это число комплектов формообразующих деталей, необходимое для одной формы при изготовлении данной серии изделий.

Формулой (6.4) предусматривается, что вспомогательные детали формы износу, как правило, не подвергаются.

На первое из слагаемых формулы (6.3) самое существенное влияние оказывает степень плотности взаимного расположения гнезд в форме, зависящая от разновидности формования, так как именно от нее зави­ сит относительное количество отходов материала после вырубки гото­ вых изделий из листа. Второе же слагаемое- это, по существу, трудо­ затраты на изготовление одного изделия, которые уменьшаются пропорционально росту степени механизации и автоматизации вспо­ могательных операций и, следовательно, росту степени сложности (и стоимости) конструкции инструмента и сопутствующей оснастки;

уменьшаются они также пропорционально росту производительности машины (или сокращению времени цикла формования), если машина работает в автоматическом режиме. Серийность изделия N существен­ но влияет только на третье слагаемое формулы (6.3);

влиянием N на первое и второе слагаемые в рамках оценочных расчетов можно пренебречь.

Рис. 6. 3. Зависимость себестоимости изделия с от серийности J для форм с Kg' V автоматической вырубкой изделия (индекс "а") и без нее (индекс "б") ~ сы * cw п = сф tCM- Формулу (6.3) J Б и А — области серийностей N, экономически целесообразные для вариантов без автомати­ ческой вырубки и с ней соответственно На рис. 6.3 на качественном уровне на примере сравнения форм с автоматической вырубкой изделий из листа и без нее проиллюстриро­ вано влияние серийности N на выбор предпочтительного варианта.

Составляющие себестоимости здесь.условно разделены на две группы, одна из которых (I) не зависит, а вторая (II) зависит от JV. Индексы „а" и „б" соответствуют формам без автоматической вырубки и с ней соответственно. Для варианта „а" трудозатраты на изготовление изделия (и, следовательно, группа I) больше, а стоимость формы (группа II) меньше, что и определяет в конечном счете меньшую себестоимость изделия для формы без вырубки. Однако это справед­ ливо только в области малых серийностей N. При больших N ситуация меняется на обратную. Более общее положение, иллюстрированное этим примером, можно сформулировать следующим образом: чем выше серийность изделия, тем большая степень сложности формы, обеспечивающая снижение трудозатрат на изготовление изделия, оказывается экономически целесообразной.

Пример конструкции формы для негативного пневмоформования, целесообразной при серийностях порядка (1 - - 8)-10* шт., показан на * рис. 6.4. В форме осуществляются предварительная механическая вытяжка листа пуансоном 6, вырубка изделия из листа ножами 4, независимое выталкивание из формы изделия (механизмом вытал­ кивания 1 и съемным устройством 2) и облоя (подпружиненной плитой 3). Форма спроектирована для работы на прессе, причем верхняя полуформа с матрицей 2 крепятся к подвижной плите пресса, нижняя полуформа- к столу его, а шток вытяжного пуансона- к плунжеру ниж­ него, выталкивающего гидроцилиндра. При серийностях, больших указанной, целесообразно дополнительно к этой форме проектировать (и эксплуатировать) механизмы автоматической подачи разогретых заготовок и съема готовых изделий (и отделения облоя). При серийнос­ тях, меньших (4-5-7)-103 шт., экономически целесообразна предельно простая конструкция формы типа показанной на рис. 6.1, о.

Р и с. 6.4. Схема формы для среднесерийных изделий:

1 — механизм выталкивания изделия из матрицы в процессе раскрытия формы;

2 — матрица;

3 — плита прижима листа во время вырубки при смыкании и сталкивании облоя при размыкании;

4 — прижимная рама с вырубными ножами;

5 — пневмокамера;

б — вытяжной пуансон;

7 — выталкива­ тели изделия;

8 — направляющие Из (6.4) видно, что величина сф и, следовательно, себестоимость изделия зависят также и от стойкости формообразующих деталей S, а также от числа одновременно эксплуатируемых форм Пф = [п/пд] + 1. Из соображений желательного минимума Сф, как видно на первый взгляд, предпочтителен тот из альтернативных вариантов, для которого, во-первых, П = 1, т. е. п/п„<1, во-вторых, N/S<1. Однако следует ф иметь в виду, что стремление выйти на эксплуатацию только одной формы, причем без замены формообразующих деталей вследствие их износа в процессе эксплуатации, приводит к минимуму С в боль­ ф шинстве случаев (т. е. как правило), но не всегда. Дело в том, что стремление уменьшить л и увеличить S до значений,соответствующих отмеченным предпочтительным значениям отношений п/пв и JV/5, практически неизбежно вызывает увеличение СфД или с в [см. формулу (6.4)], так что итоговое уменьшение С при этом не обязательно.

ф Например, если введение принудительного водяного охлаждения формы увеличивает ее стоимость Сфд+св в 2,3 раза, а значение п/пд за счет уменьшения времени цикла формования уменьшается от 1,64 до 0,86, то, как видно из (6.4), значение С при этом может возрасти на ф 20- 30%. Точно так же выбор иных материала и технологии изготовле­ ния формы с целью увеличения стойкости формы S может давать как положительный, так и отрицательный результат, приводя к изменению не только собственно S, но и величин СфЯ и иногда Св. Вывод очеви­ ден: экономическая прогнозная оценка альтернативных вариантов предпочтительна в каждом случае.

В заключение раздела можно отметить, что первые два из четырех рассмотренных факторов (конфигурация изделия, серийность и про­ изводительность) являются главными, направляющими выбор конст­ руктора. Третий фактор-имеющееся в наличие оборудование-фак­ тор лимитирующий, ограничивающий возможности принятия конст руктором того или иного решения. Четвертый фактор- себестоимость изделия- оказывается существенным только при необходимости выбора предпочтительного варианта из двух или более • технически осуществимых.

6.3. Формообразующие детали 6.3.1. Материал и технология изготовления Усилия, возникающие в формообразующих деталях пневмовакуумных форм, существенно (в 3-5 раз) меньше, чем в раздувных формах.

Только при пневматическом формовании общая интенсивность на­ пряженного состояния этих двух тапов форм практически одинакова.

В связи с этим при изготовлении матриц и пуансонов пневмовакуум­ ных форм используют все типы материалов и технологий, описанных в 'предыдущей главе. В отличие от раздувных форм пневмовакуумные пуансоны и матрицы устанавливаются, как правило, на неподвижных в процессе эксплуатации элементах машин и оснастки, причем опорные поверхности их всегда горизрнтальны. Рабочие усилия, действующие со стороны формуемого листа, прижимают пуансоны и матрицы к этим поверхностям, так что в ряде случаев даже не требуется специального крепления формообразующих деталей к указанным элементам. Таким образом, характерные для раздувных формообразующих деталей требования минимальности массы и локальной прочности в местах крепления в данном случае чаще всего отсутствуют. Эта особенность прзволяет применять для изготовления матриц и пуансонов еще менее прочные и более технологичные материалы: дерево и гипс.

При столь широком наборе возможных материалов и технологий их формования выбор того или иного из них определяется преимущест­ венно стойкостью формообразующих деталей из них S, которая, как отмечено в предыдущем разделе, должна быть предпочтительно большей, чем серийность изделия N. Значения стойкости форм (число циклов формования) из этих материалов приведены ниже:

Дерево До Гипс 50- Гипс, поверхностно пропитанный отверждаемыми смолами До W До 5-Ю Заливочные полимерные композиции Сплавы цветных металлов Неограниченна Гальванополимерные и гальванобетон­ ные конструкции То же Стали * Меньшая требуемая прочность и возможная большая масса позво­ ляет, в отличие от раздувных форм, при гальванотехнологии формо­ образующую скорлупу заливать не металлом, а, например, менее прочными полимерными композициями или бетонным раствором на цементном связующем.Как видно из приведенных выше данных,сколь ко-нибудь заметного износа формообразующих деталей из цветных сплавов и сталей при любых сколь угодно больших реальных серий ностях обнаружить не удается.

Д е р е в о, применяется при производстве малых серий изделий и для изготовления единичных (например, опытных) образцов. Так как формообразующие детали подвергаются нагреву со стороны формуемо­ го листа, то во избежание выделения смолы на формообразующую поверхность применяют только лиственные породы дерева. При изго­ товлении форм необходимо учитывать, что древесина дает разную усадку вдоль и поперек волокон. На практике это затрудняет получе­ ние изделий с размерами, требующими большой точности. Во избежа­ ние коробления и растрескивания форм их делают не из монолитного куска, а из блоков, выполненных послойным склеиванием относи­ тельно тонких плит или брусков с послойно-перекрестным расположе­ нием волокон. Для улучшения износа деревянные формы часто покры­ вают эпоксидными смолами с последующими шлифовкой и поли­ ровкой.

Большой недостаток дерева- его низкая теплопроводность. Дли­ тельная непрерывная (без выстоев) работа формы невозможна из-за ее нагрева и очень большого возрастания времени охлаждения изделия.

Необходимо один раз за 5 - 7 циклов формования обдувать деревян­ ную форму с помощью вентилятора или воздушного пистолета, кото­ рыми, как правило, оснащаются универсальные пневмовакуумные машины.

Гипсовые формы изготавливают отливкой по моделям из глины, гипса, пластилина, дерева, металла или по оригиналу изде­ лия. Возможно упрочнение поверхности гипсовых форм, как это отмечено в приведенных на с. 339 данных, однако при этом гипс у поверхности теряет ценное в данном случае свойство-пористость.

Благодаря пористости значительная часть воздуха, отсасываемого из пространства между формуемым листом и формообразующей поверх­ ностью, может удаляться непосредственно через тело формы, а не через вентиляционные отверстия, число которых может быть значи­ тельно сокращено. Необходимо также иметь в виду, что деревянные формообразующие детали предпочтительнее гипсовых, если они имеют отдельные относительно тонкие элементы. Из-за малой прочности гипса при изгибе эти элементы, как правило, недолговечны.

Вентиляционные каналы в теле гипсовых форм выполняются в процессе их отливки введением в нужных местах в залитый уже в опоку (но еще не отвердевший) раствор тонких штырей с нанесенным на них разделительным слоем.

Второй по значимости фактор, определяющий выбор материала' формы,-это планируемая интенсивность работы ее, оцениваемая долей времени контакта охлаждающегося изделия с формообразующей поверхностью в общем времени цикла работы формы. Очевидно, что чем выше интенсивность работы формы, тем более интенсивным должен быть отвод от формы тепла, поступающего в нее от охлаждае­ мого изделия. Интенсивность же работы определяется, во-первых, габаритами изделия и используемым для формования оборудованием (конкретнее- реализованной на нем степенью механизации и автома­ тизации вспомогательных операций), во-вторых, требуемой произво­ дительностью по данному изделия.

Крупногабаритные изделия (например, внутреннюю облицовку двери холодильника) обычно изготавливают на универсальных маши­ нах, причем после формования и охлаждения изделия форма имеет достаточно длительный выстой, в течение которого выполняют снятие изделия из зажимной рамы, зарядку в нее и нагрев нового листа. За время этого выстоя даже деревянные и гипсовые формы успевают охлаждаться естественным путем;

во время нагрева листа возможен также обдув их воздухом.

В многопозиционных машинах подобного типа операции формова­ ния и охлаждения изделия совмещены с операцией нагрева листовой заготовки, предназначенной для формования в последующем цикле.

Время выстоя формы в этом случае намного меньше, чем в предыду­ щем, и отвод тепла от нее должен быть более интенсивным. Формы из дерева (или гипса) вследствие невозможности (или неэффективности) выполнения встроенной системы водяного охлаждения в этом случае не успевают достаточно охладиться за время цикла. Приходится вводить дополнительные паузы между сериями из 5 - 7 циклов для обдува их воздухом. Если же требуемая производительность такова, что эти паузы недопустимы, то необходимо выполнять формообразую­ щие детали из металла или металлополимерных композиций. Тепло­ проводность металлов такова, что формы из них успевают охлаждать­ ся в этом случае естественным образом, однако металлополимерные формы должны оснащаться заформовываемой в них системой водя­ ного охлаждения.

При формовании мелких изделий из тонких рулонов материалов на автоматизированных линиях доля выстоя форм в общем цикле их работы может быть очень малой. Формы могут работать в этом режиме, только если они выполнены из металла и оснащены системой водяного охлаждения. При эксплуатации их без системы охлаждения необхо­ димо увеличивать время выстоя, что снижает производительность линии. Этот вариант возможен, если фактическая производительность линии оказывается не ниже требуемой.

6.3.2. Расположение гнезд и расстояния между ними При, конструировании многогнездных форм с целью минимизации отходов листа, образующихся после вырубки из него отформованных изделий, необходимо стремиться к максимально плотному располо­ жению гнезд. Достигаемые попутно минимальные материалоемкость и габариты формы являются в данном случае (в отличие от прессовых и литьевых форм) менее значимыми факторами.

На рис. 6.5 и 6.6 показаны элементы конструкции многогнездных форм для позитивного и негативного формования. При позитивном Р и с. 6. 5. Многогнездная форма для позитивного вакуум-формования:

1 — пуансоны;

2 — плита пуансонов;

3,4 — вентиляционные каналы;

5—11— дренажные каналы;

12 — элементы охлаждающей плиты формовании формуемый лист втягивается в пространство между пуансонами I (см. рис. 6.5), причем вследствие значительной разности расстояния между гнездами в различных точках по их периметру (сравнить, например, расстояния „о" и „в" в виде Б) степень вытяжки той части листа, которая формует боковины изделия, также сущест­ венно неоднородна: максимальное значение степени вытяжки имеет место в окрестности размера „а", минимальное- в окрестности раз­ мера „в". Это приводит к значительной поперечной разнотолщиннос ти боковин изделия и часто к образованию складок на листе, а следо­ вательно, на изделии. Уменьшение разности расстояния „а" и „в" возможно только путем увеличения расстояния между гнездами.

Практикой установлено, что отмеченные дефекты практически исче Р и с. 6. 6. Многогнеэдная форма для негативного вакуум-формования:

1 — оформляющие полости матрицы;

2 — разделительные канты;

3,7 — вентиляционные каналы;

4 — охлаждающая плита;

5, 8 — дренажные каналы;

6 — ниппель;

9 — уплотнение, контактирующее с прижимной рамой;

10 — неформующая поверхность матрицы зают, если размер „о" принимается равным или большим характерного размера изделия D (см. вид. Б). Однако очевидно, что при этом отходы листа могут достигать 80%, что совершенно недопустимо.

Устранение рассмотренных здесь недостатков при минимальных расстояниях между гнездами возможно только при равномерной по всему периметру будущих изделий предварительной механической вытяжке листа. Элементы для вытяжки листа могут крепиться на зажимной раме так, как это показано на рис. 6.7. Рамами подобной конструкции оснащаются автоматические установки для переработки рулонных листовых материалов. Рама расположена непосредственно над формой и имеет возможность вертикального перемещения. В исходном состоянии два зажимных элемента рамы 1 и 2 находятся в разведенном состоянии, и в пространство между ними поступает очередная порция разогретого листа 3. Верхний элемент 2, опускаясь, вместе с элементом 1 зажимает лист по его периметру. Далее они опускаются совместно, при этом лист входит в контакт с вершинами пуансонов, а соосные с ними вытяжные кольца 4 вытягивают лист до тех пор, пока своими рабочими торцами не прижмут лист к плите пуансонов (поз. 2 на рис. 6.5);

это положение колец с листом показано на рис. 6.5 тонкими линиями. Входя в контакт с листом уже на на­ чальных стадиях его вытяжки, холодные кольца образуют у него по месту контакта кольцевые пояски охлажденного и, следовательно, малодеформативного материала. Эти пояски препятствуют вытяжке тех участков листа, которые охвачены штриховой линией на виде Б рис. 6.5. В результате однородной осесимметричной вытяжке подвер­ гается только та часть листа, которая формует изделие.

При использовании подобных вытяжных устройств минимально возможное расстояние между гнездами, как видно из рис. 6.5, опре­ деляется лишь возможностью размещения вытяжных элементов между пуансонами при прижатии листов к плите пуансонов.

При прямоугольных в плане пуансонах в качестве вытяжных элементов могут быть использованы перекрестно натянутые на раму ряды струн;

конструкция элемента подобной рамы показана на рис. 6.8.

Р и с. 6. 7. Зажимная рама с элементами для предварительной механической вытяжки листа:

1,2 — нижний и верхний зажимные элементы соответственно;

5 — лист термопласта;

4 — вытяжное кольцо;

5 — рабочий торец вытяжного кольца;

5 — рабочий торец вытяжного кольца;

6 — крепеж колец к верхнему зажимному элементу Р и с. 6. 8. Зажимная рама с элементами струнного типа для предварительной механичес­ кой вытяжки листа:

1,2 — верхний и нижний зажимные элементы соответственно;

3 — гма термопласта;

4 — струна;

5 — натяжной винт струны При негативном формовании могут возникнуть подобные же дефек­ ты изделий. И в этом случае области листа, которые не должны участ­ вовать в формовании изделия (подобные тем, которые отмечены штрихами на рис. 6.5), исключаются из процесса вытяжки, однако это достигается без каких-либо дополнительных устройств. По периметру каждой формующей полости 1 матрицы (см. рис. 6.6) выполнены разделительные канты 2, имеющие незначительное превышение в=2 + 5мм над неформующей поверхностью матрицы 10. При отсутст­ вии кантов в процессе вытяжки листа в оформляющую полость I может затягиваться часть листа, контактировавшая перед этим с неформующей поверхностью 10. Эта переохлажденная часть листа плохо формуется в полости и может образовывать на изделии склад­ ки. Канты препятствуют затяжке в полость за счет перегиба листа на них. Перегиб листа на кантах и надежное прижатие его к неформую­ щей поверхности матрицы обеспечиваются откачкой воздуха не только из оформляющих полостей 1 (через отверстия 7), но и из про­ странства между листом и неформующей поверхностью (через отверс­ тия 3). Таким образом, при негативном формовании минимальное расстояние между гнездами определяется возможностью размещения между ними разделительных кантов 2 и вакуумных отверстий 3 по параметру каждого гнезда.

6.3.3. Вентиляционные каналы При проектировании формы приходится решать четыре основных вопроса: о выборе типа каналов (цилиндрические отверстия или щели), мест расположения каналов, размера каналов и их числа.

Конструктивно вентиляционные каналы могут быть выполнены в виде цилиндрических отверстий 7 (см. рис. 6.6) и щелей малой ширины 3,4 (см. рис. 6.5), по конфигурации повторяющих очертания изделия и выполненных в местах стыка отдельных элементов его поверхности с, целью уменьшения заметности оставляемых на изделии следов.

Выполнение каналов в виде щелей предпочтительно, поскольку при той же суммарной площади поперечного сечения они имеют примерно на 30% меньше гидравлическое сопротивление эвакуируемому из формы воздуху.

Располагаются каналы (как и в раздувных формах) во избежание образования замкнутых полостей, откуда воздух не может быть удален, в тех местах оформляющей полости, которые входят в контакт с формуемым листом в последнюю очередь: в местах углов будущего изделия и переходов его поверхности (отверстия 7 на рис. 6.6 и 3 на рис. 6.5). В ряде случаев требуются дополнительные каналы на боль­ ших плоских поверхностях изделия (например, отверстие 4 на рис. 6.5), где также может оставаться трудно эвакуируемый воздух.

Характерный размер отверстий каналов на формующей поверхности должен быть таким, чтобы не оставлять на Формуемом изделии замет­ ных следов. Величина прогиба листа толщиной б (рис. 6.9) при вдавли вании его в вентиляционное отверстие диаметром d под воздействием разности давлений р под листом и над ним может быть рассчитана по формуле y=(3/16)[pdV(63)](5+v)(l-v), (6.5* полученной из хорошо известного решения задачи о напряженно деформированном состоянии тонкой круглой пластины при равномер­ но распределенной нагрузке. В этой формуле Е- модуль упругости при растяжении, v - коэффициент Пуансона.

Рис. 6.9. Схема прогиба листа в вентиляционном отверстии. Поясне­ ния в тексте Величина у собственно и определяет степень заметности следа на изделии. Таким образом, формально задавшись допустимой величи­ ной у, для листа известной толщины из данного материала по (6.5) можно рассчитать максимально допустимый диаметр вентиляционного отверстия. Однако при этом возникают неопределенности следующего плана. Во-первых, какую величину у считать допустимой (это чаще всего субъективный фактор особенностей зрительного восприятия).

Во-вторых, модель упругости Е сильно зависит от температуры, и даже если эта зависимость известна, сложно достаточно точно предсказать значение температуры листа в процессе утяжки его в отверстие при учете того, что он одновременно с утяжкой интенсивно охлаждается из-за контакта с формой. В связи с этим формула (6.5) может быть использована лишь для корректной экстраполяции каких-либо из­ вестных из практики достоверных данных на конкретный случай, не полностью идентичный по условиям, в которых эти данные получены (например, известен диаметр отверстия d для данного изделия из листа толщиной б и необходимо определить d\ для этого же изделия при толщине 6j). Пример практических рекомендаций по выбору d приведен в табл. 6.1.

Необходимо отметить, что ширину вентиляционных щелей следует принимать на 20-ЗОЙ меньшей, чем указанные здесь диаметры отверстий.

Время деформирования листа, определяющее степень его охлажде­ ния в процессе формования и, следовательно, влияющее на разнотол щинность будущего изделия, зависит от общего гидравлического сопротивления вакуумной магистрали, соединяющей ресивер машины с полностью между формуемым листом и формой, поэтому общее чисто каналов в первом приближении должно выбираться таким, Т а б л и ц а 6.1. Значения диаметра вентиляционных отверстий d, м>' Материал d,мм 6 =2 мм 6 =6 мм Полистирол ударопрочный, акрилнитрилбу тидиенстирол, полиметилметакрилат, поли винилхлорид 0,2-0,4 0,5-0, Полиэтилены, полипропилены 0,1—0,2 0,4—0, чтобы их суммарное гидравлическое сопротивление не превышало значительно собственное сопротивление магистрали машины. В таком случае в рабочей (наиболее узкой) части каналов развивается средне расходовая скорость воздуха, близкая по величине скорости звука в нем v3 = 335 м/с. Имея в виду этот режим истечения воздуха и задава­ ясь временем формования г, можно рассчитать необходимое число отверстий п из очевидного соотношения (nd 2 /4)nv 3 = aV/t, (6.6) где V— объем отводимого воздуха;

a - коэффициент запаса, учитывающий тот факт, что в процессе формования облегающий формующую поверхность лист может перекрыть (заку­ порить) значительную часть отверстий и на финишной стадии формования произойдет крайне нежелательное снижение скорости" деформирования листа, если общее число отверстий л не будет принято со значительным запасом;

значение а целесообразно принимать равным 8 — 10 Ниже приводятся ориентировочные значения числа цилиндричес­ ких отверстий л в зависимости от объема отводимого воздуха V:

У,м3 У,м3 п л 0,001-0,005 100-200 0,10-0,25 1000- 0,005-0,01 200-400 0,25-0,50 5000- 0,01 - 0,10 400 - При любых конфигурации и размерах вентиляционных отверстий необходимо выполнять их с минимально возможной длиной с целью минимизации их гидравлического сопротивления. Длина их принима­ ется, как правило, не более (10 -5- 15) d.

Отдельные потоки воздуха от каждого вентиляционного канала объединяются и отводятся из формы системой дренажных каналов.

Проходные сечения дренажных каналов принимаются такими, чтобы их гидравлическое сопротивление было ничтожно малым по сравне­ нию с сопротивлением вентиляционных каналов. На рис. 6.5 система дренажных каналов включает в себя полость 5, радиальные отверстия 6 и центральное отверстие 7. От вентиляционной щели 3 воздух отво­ дится кольцевыми и тремя радиальными 9 каналами, из которых воздух поступает в камеру 10 и далее в радиальные 11 и центральное отверстия. Возможный вариант системы дренажных каналов в многог нездных матрицах показан на рис. 6.6. Вентиляционные отверстия сообщаются с первичными каналами 6, которые объединены в группы кольцевыми каналами 7 трапецеидального сечения, профрезерован ными на изнаночной поверхности матрицы. Эти последние сообщаются друг с другом также профрезерованными каналами типа 8. Воздух отводится через один или несколько штуцеров 9.

6.4. Система охлаждения Подобно раздувным формам состемы охлаждения может быть выпол­ нена как непосредственно в формообразующей детали (например, сверленые отверстия или заформованные змеевики), так и в специаль­ ных охлаждающих плитах как канального (поз. 10 на рис. 6.6), так и полостного (поз. 12 на рис. 6.5) типов. Плиты с канальной системой охлаждения могут быть выполнены не сверлением в них отверстий, а напайкой на них трубчатых змеевиков (например, напайкой на ниж­ нюю сторону плиты 2 на рис. 6.5). В последнем случае необходимо обеспечивать надежную герметизацию мест крепления формообразу­ ющих элементов к охлаждающим плитам.

Для форм, работающих в интенсивном режиме, целесообразно выполнять поверочный расчет системы охлаждения. Он может выпол­ няться принципиально так же, как и для литьевых форм.

РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК К гл. 1. Чернов Л.Б. Основы методологии проектирования машин. М.: Машиностроение, 1978.

148 с.

2. Калинчев Э.Л., Саковцева М.Б. Выбор пластмасс для изготовления и эксплуатации изделий: Справочное пособие. Л.: Химия, 1987. 416 с.

3. Альшиц И.Я., Благов Б.Н. Проектирование деталей из пластмасс: Справочник.

2-е изд. М.: Машиностроение, 1977. 216 с.

4. Мягков В.Д., Палей М.А., Романов А.Б., Брагинский В.А. Допуски и посадки:

Справочник. 6-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1982. Ч. L 543 с.;

1983. Ч. 2. 448 с.

5. Переработка пластмасс: Справочное пособие/Под ред, В.А.Брагинского. Л.: Химия, 1985. 296 с.

К гл. 1. Басов Н.И., Казанков Ю В., Любартович В.А. Расчет и конструирование оборудова­ ния для производства и переработки полимерных материалов. М.: Химия, 1986. 488 с.

2. Пантелеев А.П., Шевцов ЮМ., Горячев И.А. Справочник по проектированию оснаст­ ки для переработки пластмасс. М.: Машиностроение, 1986.400 с.

3. Филатов В.И. Технологическая подготовка производства пластмассовых деталей. Л.:

Машиностроение, 1976. 272 с.

4. Лейкин Н.Н. Конструирование пресс-форм для изделий из пластических масс. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение. 1973. 244 с.

5. Брагинский В.А. Прессование. 2-е изд., перераб. Л.: Химия, 1979.176 с.

6. Казанков Ю.В., Макаров М.С., Мцронов В.А. Расчет и конструирование формующего инструмента. Лабораторный практикум. М.: МИХМ, 1988. 84 с.

К гл. 1. Басов Н.И., Казанков Ю.В., Любартович В.А. Расчет и конструирование оборудования для производства и переработки полимерных материалов. М.: Химия, 1986. 488 с.

2. Технологическая оснастка для переработки термопластов. Отраслевой каталог. М.:

ЦНИИТЭстроймаш, 1983. 384 с.

3. Видгоф Н.Б. Основы конструирования литьевых форм для термопластов. М.: Маши­ ностроение, 1979. 264 с.

4. Пантелеев А.П., Шевцов Ю.М., Горячев И.А. Справочник по проектированию оснаст­ ки для переработки пластмасс. М.: Машиностроение, 1986. 400 с.

5. Колонков Ю.В., Макаров М.С., Миронов В.А. Расчет и конструирование формующего инструмента. Лабораторный практикум. М.: МИХМ, 1988. 84 с.

6. Брагинский В.А. Расчет и конструирование формующего инструмента для изготов­ ления изделий из пластмасс. Курсовое проектирование. Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1981. 38 с.

7. Бахарев А.С., Брагинский В.А. Опыт проектирования литьевых форм для изделий из термопластов с использованием ЭВМ. Л.: ЛДНТП, 1990. 22 с.

Кгл. 1. Басов Н.И., Казанков Ю.В., Любартович В.А. Расчет и конструирование оборудования для производства и переработки полимерных материалов. М.: Химия, 1986. 488 с.

2. Техника переработки пластмасс/ Под ред. Н.И.Басова и В.Броя. М.: Химия, 1985.

3. Скачков В.В., Торнер Р.В., Стунгур Ю.В., Реутов СВ. Моделирование и оптимизация экструзии полимеров. Л.: Химия, 1984.152 с.

4. Торнер Р.В. Теоретические основы переработки полимеров. М.: Химия, 1977.462 с.

Кгд. 1- Басов Н.И., Скуратов В.К. Раздувное формование. Л.: Химия, 1983. 75 с.

2. Босое Н.И., Ким B.C., Скуратов В.К. Оборудование для производства объемных изделий из термопластов. М.: Машиностроение, 1972. 217 с.

3. Бахарева В.К., Богданов В.В., Брагинский В.А. и др. Переработка пластмасс (справоч­ ное пособие). Л.: Химия, 1985. 296 с.

Кгл. 1. Стрельцов К. Н. Переработка термопластов методами механопневмоформования. Л.:

Химия. 1981. 231 с.

2. Шерышев М.А. Формование полимерных листов и пленок. Л.: Химия, 1989.120 с.

3. Шерышев М А. Ким B.C. Переработка листов из полимерных материалов. Л.:

Химия, 1S84. 216 с.

Учебное издание Басов Николай Иванович Брагивский Владимир Абрамович Казанков Юрий Васильевич РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ФОРМУЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ Редактор Л.И. Галицкая Художественный редактор В.В. Бордунова Технический редактор В.В. Лебедева Корректор О.Е. Русакова Набор выполнен в издательстве на наборно-печатающей технике ИБ № Подписано в печать 12.05.91. Формат 60x88 1/ Бума"а офсетная № 2. Гарнитура Пресс-Роман Печать офсетная. Усл. печ. л. 21,56. Усл. кр.-отт. 21, Уч.-изд. л. 23,53. Тираж 3900 экз. Заказ 1 3 6 Ордена "Знак Почета" издательство "Химия", 107076, Москва, Стромынка, 21, корп. 2.

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.