Анализ технологического процесса изготовления пресс-форм

Если матрицы форм изготавливают  выдавливанием, то технологические  уклоны наружных поверхностей пластмассовых  изделий оказываются увеличенными (так как при малых уклонах, указанных выше, выдавить внутреннюю полость матрицы трудно).

Отверстия в изделиях из пластмасс  могут быть выполнены полностью  во время формования, частично в  форме с последующим сверлением, сверлением после формования.

Соотношения расстояний между отверстиями (величина перемычки) и расстояний от края отверстия до края изделия должны быть такими, чтобы исключить возможность поломки, растрескивания.

Наиболее целесообразно отверстия  располагать в направлении приложения усилия замыкания формы. Однако иногда они необходимы в плоскостях, перпендикулярных направлению приложения усилия формования.

Ребра жесткости конструируют для общего увеличения прочности, жесткости изделий, локального усиления особо нагруженных во время эксплуатации частей, выступающих элементов, а также из технологических соображений - для более равномерного распределения по всему объему изделия внутренних напряжений, усадки. Ребра жесткости позволяют уменьшить поперечные сечения отдельных элементов изделий. В зависимости от назначения ребра жесткости подразделяют на усиливающие, разводящие (рассредоточивающие), обеспечивающие равностенность, конструктивные, технологические. На плоских поверхностях изделий из пластмасс они во многих случаях способствуют обеспечению требуемой прочности, предохранению от коробления. Предпочтительно конструировать тонкостенные изделия, но с ребрами жесткости. Сами ребра должны иметь равномерную толщину, конусность в направлении замыкания формы и закругленные внутренние и наружные края.

 

7. Основные системы пресс-форм

7.1 Система оформляющих деталей

Система состоит из деталей, образующих оформляющую полость; ее назначение - обеспечение формования изделия заданного качества при оптимальном технологическом цикле. Оформляющие детали (матрицы, пуансоны, знаки, плиты и т.д.) конструктивно многообразны, так как их контуры и размеры негативно повторяют геометрические особенности изделия.

 

7.2 Система термостатирования формы для литья под давлением ответственна за равномерное, интенсивное охлаждение отливки по всему ее объему. Это чрезвычайно сложно, если учесть неравномерное распределение массы в реальных изделиях, многогнездность большинства форм, другие факторы. Основные тепловые процессы, циклически повторяющиеся и происходящие при охлаждении отливок – теплопередача от расплава к поверхности металлической формы, а затем -теплоотдача от нагретого металла к хладоагенту, отвод теплоты хладоагентом и теплоотдача от формы в окружающую среду.

Скорость и равномерность охлаждения изделия влияет на образование надмолекулярной структуры, степень кристалличности (для кристаллизующихся термопластов), величину и характер внутренних напряжений в отливках, и их последующую релаксацию. По возможности одновременное окончание охлаждения отливки по всей ее поверхности устраняет главную причину коробления изделия. Время охлаждения, достаточное для обеспечения безопасности (с точки зрения механического повреждения, извлечения изделия) должно быть технологически обосновано, оно составляет, как известно, главную часть технологического цикла.

Система термостатирования должна регулировать температуру формы, поддерживая ее на заданном уровне. В зависимости от требуемого интервала поддержания температуры формы, мощности и производительности оборудования различают следующие типы термостатирующих систем (приборов):

 водоциркулирующие с прямым  водяным охлаждением по способу  смешивания;

маслоциркулирующие с непрямым водяным или воздушным охлаждением;

компрессорно-охлаждающий с водяным  и воздушным охлаждением;

градирня (охлаждение испарением).

 

7.3 Литниковые системы

Основное назначение литниковой системы  – транспортирование расплава от сопла машины-автомата к форме за возможно более короткое время (т.е. возможно более коротким путем) с минимальными потерями расплавом энергии и создание благоприятных условий для интенсивного и качественного заполнения расплавом оформляющей полости. Простота или сложность конкретных конструкторских решений зависит от большого числа факторов, учет которых требует, как правило, рассмотрения многих компромиссных вариантов. Среди 151 этих факторов главные - тип материала, особенности изделия, программа выпуска изделия.

Литниковая система существенно  влияет на работоспособность формы; именно из-за неточностей, неполадок в этой системе вероятнее всего получаются недоливы, раскрываются или „дышат" сомкнутые формы, приводя к образованию облоя на изделии, возникают значительные или многочисленные области „холодных" спаев потоков массы, заполняющей полость формы, появляются затруднения со своевременным отводом воздуха из литниковых каналов и полости формы по мере их заполнения расплавом (а это приводит к растворению газа в расплаве, к, созданию в полости противодавления, способствующего недоливам; расположение газоотводящих каналов непосредственно зависит от особенностей литниковой системы). От конструкции литниковой системы зависят: производительность процесса (возможно прямо влиять на время впрыска расплава), качество изделия (возможно влиять на ориентацию материала, однородность температуры расплава, заполняющего полость и т.д.), экономия материала (можно сокращать или полностью ликвидировать отходы в виде затвердевших литников).

Классификация литниковых систем выделяет системы с затвердевающими, незатвердевающими и частично затвердевающими (точнее - затвердевающими только на отдельных участках, вблизи полости формы) литниками. Соответственно этому формы для литья под давлением и литниковые системы получили название холодноканальных, горячеканальных и комбинированных.

 

7.4 Системы выталкивания

Назначение системы выталкивания - удаление без повреждения отливки из формы за возможно короткое время и возврат формы в исходное положение. Удаление (извлечение из матрицы, а с пуансона - сталкивание, сброс), может быть связано с отделением (отрывом) литников от изделия; оно реализуется в результате возвратно-поступательного перемещения подвижной полуформы (основное движение) и, при необходимости, перемещений специальных деталей или приводов, кинематически связанных с подвижной полуформой (дополнительные движения).

Проблемы при выталкивании -изделий связаны с выбором рациональной схемы конструкции системы. Для этого надо учитывать: характер усадки разных элементов изделия; прилипание (адгезию) поверхности изделия к форме; другие усилия, прижимающие изделие к поверхности формы. Благодаря усадке изделие, как правило, без затруднений извлекается из гнезда матрицы (усадка направлена „в тело" изделия, между ним и стенкой формы проникает воздух), но удерживается на пуансоне, знаке (на внутренней поверхности изделия возникают напряжения растяжения, так как пуансон препятствует усадке). Силы прилипания (адгезии) изделия к форме зависят от особенностей материалов- пары, шероховатости поверхностей пары, величины остаточного давления в форме. Выталкиванию препятствует и разность давления - атмосферного и возникающего между изделием и, пуансоном. В итоге результирующее усилие, прижимающее изделие к поверхности формы, должно быть преодолено силой, удаляющей изделие (полное осевое усилие, преодолевающее силы трения, вызываемые результирующим усилием, а также расходуемое на перемещение деталей выталкивающей системы). Важным является обеспечение такого усилия, при котором не возможны повреждения отливки (смятия поверхностей под выталкивателями; прогиб, растяжение или срезание стенок, перпендикулярных направлению сталкивания; задиры поверхностей; гофрирование стенок и т.д.). Здесь важнейшим фактором является температура изделия в момент начала удаления его из формы, а кроме того - величины коэффициента трения, адгезии, допускаемые напряжения материала при температуре извлечения изделия.

 

8. Материалы формующих деталей.

Эксплуатационные качества пресс-форм зависят от свойств материала  формующих деталей, их термической  и гальванической обработки,  а  так же от шероховатости и точности обработки сопрягаемых деталей. По эксплуатационным требованиям матрицы и пуансоны пресс-ворм должны обладать достаточной вязкостью,  сопротивляемостью коррозии, износостойкостью и теплостойкостью. Одновременно с этим материалы для изготовления формующих деталей пресс-форм должны обладать хорошей обрабатываемостью, и в тех случаях, когда после термической обработки они подвергаются шлифованию, иметь малую деформацию в процессе термической обработки. Материалы для деталей пресс-форм приведены в табл. 1.

Таблица 1. Стали рекомендуемые  для основных деталей пресс-форм.

Деталь	Марка стали		Твердость HRC
	Основной	заменяющей
Матрицы и пуансоны простого профиля	4Х13, У8А	3Х13, У8, У10	50-52 50-56
Матрицы и пуансоны сложного профиля  с тонкими пазами  и выступами	ХВГ	9ХВГ, Х12М,  5ХНМ, 5ХНВ	50-59
Матрицы и пуансоны сложного профиля  без выступов и пазов	4Х13, 20Х, 12ХН3А	3Х13, 18Х, 15Х	48-50 50-58
Матрицы и пуансоны сложного профиля  с тонкими выступами и пазами, испытывающие высокие давления	38ХВФЮА, 12ХН3А	36ХЮА	48-50 V=900÷ ÷1000
Матрицы и пуансоны изготовляемые холодным выдавливанием	10, 12ХН3	20	50-58
Гладкие и резьбовые стержни	У8А, У10А	У10, ХВГ	50-55
Загрузочные камеры и поршни	У8А	У8	55-58
Формующие детали для литья под  давлением отливок из сплавов  на основе: Меди   Алюминия   Магния	3Х2В8Ф   3Х2В8Ф, 4Х5МФ1С Х18КУМ5Т	35Х3М2ФС, 3Х3М2ВС 4Х5В200С, 4Х4ВМОС 4Х5МФС	48-50

 

9. Обработка формующих деталей

Наибольшее распространение имеет  механическая обработка ФОД. Наиболее распространенным является фрезерование – обработка металла фрезами.

Фрезерование. Фрезерованием  в большинстве случаев обрабатываются плоские или фасонные линейчатые поверхности. Фрезерование ведется многолезвийными инструментами – фрезами. Фреза представляет собой тело вращения, у которого режущие зубья расположены на цилиндрической или на торцовой поверхности. В зависимости от этого фрезы соответственно называются цилиндрическими или торцовыми, а само выполняемые ими фрезерование – цилиндрическим или торцовым. Главное движение придается фрезе, движение подачи обычно придается обрабатываемой детали, но может придаваться и инструменту – фрезе. Чаще всего оно является поступательным, но может быть вращательным или сложным.

Процесс фрезерования отличается от других процессов резания тем, что каждый зуб фрезы за один ее оборот находится в работе относительно малый промежуток времени. Большую часть оборота зуб фрезы проходит, не производя резания. Это благоприятно сказывается на стойкости фрез. Другой отличительной особенностью процесса фрезерования является то, что каждый зуб фрезы срезает стружку переменной толщины.

Фрезерование может  производиться двумя способами: против подачи и по подаче

Первое фрезерование называется встречным, а второе –  попутным. Каждый из этих способов имеет  свои преимущества и недостатки.

Встречное фрезерование является основным. Попутное фрезерование целесообразно вести лишь при  обработке заготовок без корки  и при обработке материалов, склонных к сильному обработочному упрочнению, так как при фрезеровании против подачи зуб фрезы, врезаясь в материал, довольно значительный путь проходит по сильно наклепанному слою. Износ фрез в этом случае протекает излишне интенсивно.

Основными элементами режима резания при фрезеровании являются глубина резания, подача, скорость резания и ширина фрезерования.

Глубиной резания t является толщина слоя металла, срезаемого за один проход. При цилиндрическом фрезеровании она соответствует длине дуги контакта фрезы с обрабатываемым изделием и измеряется в направлении, перпендикулярном оси вращения фрезы, при торцовом – в параллельном.

Под шириной фрезерования В следует понимать ширину обрабатываемой поверхности, измеренную в направлении, параллельном оси вращения цилиндрической или концевой фрезы, а при фрезеровании торцовой фрезой – в перпендикулярном.

Скоростью резания v является окружная скорость режущих лезвий фрезы

v=π*D*n/1000

где: D – диаметр фрезы, мм; n – частота вращения фрезы, об/мин

Подачей называется перемещение  обрабатываемой заготовки относительно фрезы. При фрезеровании различают три вида подач:

1) подача на зуб  (s_z, мм/зуб) – величина перемещения заготовки за время поворота фрезы на один зуб;

2) подача на оборот  фрезы (s₀, мм/об) – величина перемещения заготовки за время одного оборота фрезы;

3) подача в минуту (или  минутная подача, s_м, мм/мин) – величина перемещения

Задача выбора рационального режима резания состоит в выборе наиболее выгодного для заданных условий  режима резания. С учетом стойкости  инструмента выгоднее прежде всего  выбирать максимально допустимые значения тех параметров, которые в меньшей степени влияют на стойкость инструмента, т. е. в порядке, обратном их влиянию на стойкость фрезы. Так как скорость резания оказывает самое большое влияние на стойкость, то ее выбирают исходя из принятой для данного инструмента нормы стойкости.