Технологичность пластмассовых изделий

Конструкция пластмассового изделия существенно влияет на кон - струкцию формы для его получения . В связи с этим изделие следует конструировать одновременно с анализом его технологичности . Необходимо учитывать , что в ряде случаев ошибки , заложенные при разработке изделия , не возможно исправить выбором конструк - ции формы . Типичной ошибкой является механический перенос кон - структивных элементов деталей , изготовленных из металла , на пла - стмассовые детали , что , как правило , приводит к ухудшению техно - логических и конструкционных свойств пластмассового изделия . При конструировании пластмассовых изделий необходимо стре - миться к обеспечению рациональных условий течения материала в форме , повышению точности изготовления , уменьшению внутрен - них напряжений , коробления , цикла изготовления . Требования к конструкции пластмассовых изделий сводятся к следующим : допуски должны быть технически обоснованными ; изделия должны иметь технологические уклоны ; по возможности необходимо избегать поднутряющих выступов и впадин ; изделия должны иметь закругления для увеличения механической прочно - сти и облегчения процесса формообразования ; стенки изделия по возможности должны быть равной толщины без резких переходов ; для увеличения прочности отдельных элементов пластмассового изделия , обеспечения специальных свойств ( электрическая , магнит - ная проводимость и др .), повышения износостойкости , улучшения декоративных свойств в конструкцию изделия допускается вводить металлическую или другую арматуру ; конструкция изделия должна предусматривать место подвода литника , положение выталкивате - лей , следов от вставок и расположение линии разъема формообра - зующих элементов . Ниже рассмотрены наиболее общие принципы конструирования технологичных изделий из пластмасс . При специальных требовани - ях к изделию необходимо обращаться к соответствующей литерату - ре или эксперименту . Допуски на изделия из пластмасс . Точность пластмассовых из - делий зависит от многих факторов : разброса технологических свойств материала от партии к партии , чувствительности материала к изменениям технологического режима и способности оборудова - 8 ния поддерживать постоянные технологические параметры и др . Поскольку эти показатели , особенно два первых , меняются в до - вольно широких пределах , то нельзя механически переносить до - пуски металлических изделий на пластмассовые . При сопряжении пластмассовых деталей с металлическими или пластмассовыми следует руководствоваться ГОСТ 11710-71 и ГОСТ 11709-81. Форма изделия . Внешняя форма изделия должна по возможно - сти обеспечивать применение неразъемных матриц и пуансонов , так как стоимость форм при разъемных оформляющих элементах зна - чительно возрастает , а износостойкость снижается . Кроме того , уве - личивается трудоемкость изготовления самих изделий . Конфигурация изделия не должна препятствовать свободному течению массы при заполнении формообразующей полости , поэто - му при разработке изделия следует всегда стремиться к максималь - ному упрощению его формы , придавать ему плавные очертания с закругленными углами ( без ущерба для эксплуатационных свойств ). Выбор плоскости разъема во многом определяет точность раз - личных элементов пластмассовой детали при прямом прессовании . Следует стремиться к тому , чтобы наиболее ответственные эле - менты изделия не попадали в плоскость разъема пуансона и матри - цы , так как на их точность будет влиять погрешность , зависящая от толщины облоя . Необходимо , чтобы линия разъема совпадала с участками про - стой конфигурации и находилась в одной плоскости для упрощения операции обработки облоя . Приливы и выступы . Конструкция пластмассового изделия п o возможности не должна иметь значительных выступов или приливов . К технологическим выступам относят выступы , предназначен - ные для размещения выталкивателей . Они могут отсутствовать на достаточно прочных , но желательны на тонкостенных изделиях . При размещении выталкивателей на краю изделия толщину его бо - ковой стенки в этом месте при необходимости увеличивают . Конструктивные выступы на боковых стенках изделия образуют поднутрения , препятствующие его извлечению из формы , и , как правило , требуют применения подвижных или съемных элементов оформления . Иногда при незначительном изменении изделия можно существенно упростить конструкцию формы . Например ( рис . 5, а ), 9 продолжением выступа до торцовой поверхности стенки ( для внеш - них выступов ), до дна изделия ( для внутренних выступов ) или вве - дением технологического отверстия ( рис . 5, б ) можно избежать поднутрений . а ) б ) Рис . 5 Стенки и днища . Толщина сечения стенки определяется в пер - вую очередь конструктивными требованиями , однако технологиче - ские особенности формования пластмасс накладывают определен - ные ограничения . Минимально возможная толщина стенки зависит от способности материала заполнять форму , т . е . от его вязкости , высоты стенки и конфигурации изделия , места подвода литника . Минимальная рекомендуемая толщина стенок изделий из термо - пластов , мм : полиэтилен – 0,5; полистрол – 0,75; полиамид – 0,7; поликарбонат – 1,2; полиметилметакрилат – 0,7; этрол – 0,7. Указанные значения не являются идеальными : изделия малых размеров и простой формы можно изготовлять с толщиной стенки 0,3 мм . Рекомендуемая максимальная толщина стенок 3 – 4 мм . Превышение над указанной резко снижает ударную вязкость изде - лия , увеличивает внутренние напряжения и склонность к рас - трескиванию . В связи с этим для увеличения прочности изделия сле - дует прибегать к специальным конструктивным приемам ( рис . 6): изменять конфигурацию изделия , вводить арматуру , ребра жестко - сти и другие усиливающие элементы . Для изделий из реактопластов минимально допустимая толщина стенок зависит от текучести материала , высоты изделия , ударной вязкости применяемой пластмассы . Максимальная величина мест - ных утолщений не должна превышать 10 – 12 мм . 10 Неправильно Правильно Неправильно Правильно Рис . 6 Наиболее важное требование при конструировании изделия – обеспечение равнотолщинности стенок и днищ . Если это обеспе - чить не удается , то допускаемая разнотолщинность не должна пре - вышать следующих отношений днища к стенке : при прессовании 2:1, при литье реактопластов 5:1, при литье термопластов 1,5:1 ( максимум 2:1). Переходы от большего сечения к меньшему необ - ходимо выполнять плавными , вводя закругления и конические уча - стки с конусностью не менее 1:3 ( рис . 7). Рис . 7 Технологические уклоны . Для обеспечения свободного ( без повреждений ) извлечения отливки из формы на внешней и внут - ренней поверхностях изделия , ребрах , отверстиях , пазах в направ - лении разъема оформляющих элементов формы необходимо преду - сматривать технологические уклоны ( на рис . 8 стрелками показано направление разъема формы ). 11 Рис . 8 На чертежах оформляющих элементов форм рекомендуют ука - зывать не угол конуса в угловых единицах , а половину разности размеров наибольшего А ( у основания конической поверхности ) и наименьшего а ( у вершины ). Ребра . Правильно спроектированные ребра позволяют увеличить жесткость и прочность изделия , уменьшить толщину стенки , массу изделия и соответственно сократить цикл изготовления , улучшить условия заполнения формы ( ребра выполняют функции дополни - тельных литниковых каналов ) и при этом снизить коробление . Толщину , длину и расположение ребер следует принимать на ран - нем этапе проектирования . Толстые тяжелые ребра приводят к образо - ванию пузырей или утяжин в местах сопряжения ребра со стенкой . Максимальная толщина ребер не должна превышать 1,3 толщи - ны стенки . Острые углы в местах соединения стенок способствуют их короб - лению в процессе охлаждения ( рис . 9, а ) и являются одной из главных причин , вызывающих концентрацию напряжений , которые резко снижают несущую способность изделия . Это необходимо учиты - вать при разработке изделий . Оптимальный вариант сопряжения стенок показан на рис . 9, б . а ) б ) Рис . 9 12 Резьбы . Среди многообразия изделий из пластмасс большую группу составляют изделия , имеющие наружную , внутреннюю или и ту и другую резьбу , которую получают как в процессе формова - ния , так и нарезанием механическим способом . Возможность непо - средственного получения резьбы в процессе формования , несмотря на усложнение конструкции формы , дает значительные преимуще - ства , так как исключает операции механической обработки . При этом необходимо руководствоваться следующими рекомендациями : – для волокнистых материалов не рекомендуется применять резьбы диаметром менее 4 мм , для других материалов – резьбы диаметром менее 3 мм ; – не допускается применять резьбы с мелким шагом при диамет - ре менее 4 мм , шаг 0,5 мм при диаметре более 16 мм , шаг 0,75 мм при диаметре более 18 мм , шаг 1 мм при диаметре более 36 мм ; – прочность резьбы из термореактивных материалов максималь - на при шаге 1,5 мм ; – для сильно нагруженных резьб с мелким шагом ( менее 1,0 мм ) следует использовать металлическую арматуру ; – длина свинчивания не должна превышать диаметр более чем в 1,5 – 2 раза . Арматура . В зависимости от требований , предъявляемых к из - делию , оно может быть армировано металлической , керамической , стеклянной , пластмассовой ( другого вида ), резиновой и другой ар - матурой . Арматуру можно закреплять в изделии непосредственно в про - цессе формования ( заливка , запрессовка ), устанавливать в изделие сразу после формования и извлечения из формы , когда закрепление осуществляется за счет температурной и структурной усадки , за - креплять в охлажденном изделии на клею или механическим спосо - бом ( на резьбе , заклепках и т . п .). Чаще всего используют металлическую арматуру , которая при - дает изделию прочность , износостойкость , размерную точность , улучшает его магнитную и электрическую проводимость , декора - тивные свойства . Применение керамических колец , втулок повыша - ет износостойкость изделий . Резиновая арматура ( рис . 10, а ) прида - ет изделию амортизирующие свойства и может использоваться для быстрого и простого крепления детали . Пластмассовую арматуру ( рис . 10, б ) используют для улучшения механических свойств ос - 13 новного материала изделия и придания ему декоративных свойств , получения изображения различных знаков на поверхности изделия ( например , клавиш с изображением цифр и букв ) и т . п . Кроме того , резиновая и пластмассовая арматура позволяют в ряде случаев рез - ко уменьшить расход дефицитного материала и сократить выдерж - ку на данной операции уменьшением толщины стенки . а ) б ) Рис . 10 Общий недостаток изделий с арматурой – увеличенное количест - во брака , дополнительные затраты на изготовление и закрепление арматуры . К недостаткам изделий с арматурой , закрепляемой в про - цессе формования , следует отнести возникновение внутренних на - пряжений в слое пластмассы , усложнение оснастки и процесса фор - мования . Недостатки клеевых соединений : старение клеев , необхо - димость воздействия повышенных температур , зависящих от марки клея , недостаточная долговечность таких соединений . Недостаток соединений с натягом – уменьшение прочности соединений во вре - мени в результате ползучести и релаксации напряжений пластмасс . В зависимости от назначения арматура может быть стержневая , втулочная , клеммная , кольцевая и др . В качестве арматуры можно использовать стандартные изделия ( болты , винты , гайки ) с доработ - кой или без нее , а также специально изготовленные для конкретно - го изделия детали ( рис . 11). Специально изготовленную арматуру , как правило , используют для изделий с повышенными эксплуата - ционными требованиями .