Конструкция изделия из пластика
Конструктор должен так спроектировать пластмассовые изделия, чтобы они удовлетворяли функциональным, структурным, эстетическим, стоимостным. Эти параметры часто противоречат друг другу, следовательно необходимо провести анализ, чтобы их сбалансировать. В качестве примера можно привести ребро, которое нужно добавить, чтобы получить требуемые структуру и стабильность, а также уменьшить коробление. Однако это ребро может стать причиной утяжины на внешней поверхности пластмассового изделия вследствие высокой локализации внутренних напряжений, которые возникают на пересечении ребра с основной стенкой. Широко распространенные нормативы рекомендуют делать ребро тоньше основной стенки, чтобы уменьшить объем материала, который служит причиной локализации напряжений (рис. 9.5, а).
Однако это тонкое ребро теперь представляет собой узкий канал, который может привести к проблемам на стадии заполнения пресс-формы. Поэтому высота ребра должна быть ограничена, что, в свою очередь, требует использования нескольких невысоких тонких ребер вместо одного. Вне зависимости от подходов тонкие ребра будут иметь усадку, отличную от усадки основной толстой стенки. Потреболобная
Рис. 9.5.Пластмассовые изделия : а — тонкое ребро для снижения локальных усадочных напряжений; Ь — коробление, вызванное разностью усадочных напряжений в тонкой и толстой зонах изделия из пластика
разница в усадке будет приводить к остаточным напряжениям, которые, в свою очередь, будут приводить к короблению пластикового изделия (рис. 9.5, Ь).
Одним из важных преимуществ изделий из пластмасс является то, что изделие может быть отлито в форме в готовом виде, тогда как для получения такого же пластикового изделия из другого материала часто требуется дополнительная обработка или сборка. Перед конструктором стоит сложная задача — обеспечить соответствие готового изделия многочисленным требованиям, причем таким образом, чтобы не слишком усложнить требования к оборудованию.
Хорошим примером здесь может служить бачок радиатора. Он имеет мощный фланец, толщина которого больше, чем толщина основной стенки. Такой фланец необходим для крепления и герметизации соединения бачка и радиатора. Кроме того, в состав изделия из пластика входят набор шланговых штуцеров для охлаждения, а также масса различных кронштейнов крепления, приспособлений и множество прочих деталей из пластика. Такие конструкции довольно распространены; однако их природа представляет значительные трудности для проектировщика литьевой формы и литейщика. Несмотря на многолетний опыт изготовления подобных изделий из пластмассы, специалисты все еще вынуждены проходить через череду многочисленных модификаций для каждого нового бачка, чтобы свести их коробление до приемлемого уровня. Усовершенствования конструкций изделия из пластмассы и литьевой формы, которые снижают проблемы литья пластмасс, часто могут быть отклонены, поскольку приводят к отходу от проверенных способов. Краткосрочная стоимость литья (затраты, которые быстро окупаются), время и риски разработки новых подходов часто отвлекают от потенциальных долгосрочных преимуществ, которые дают новые подходы.
Фланцы большого размера (рис. 9.6), типичные для подобных изделий, создают много проблем, связанных с параметрами процесса литья и деформациями. Кроме того, они ставят новые задачи перед современными компьютерными программами моделирования литья под давлением. Представление изделия из пластмассы в виде тонкой пористой структуры, которое используется в данных программах, недостаточно хорошо отображает влияние низкого отношения ширины к толщине фланца при литье. Несмотря на это, такие программы регулярно используются для конструирования новых литьевых форм, хотя и не дают возможности безоглядно использовать результаты моделирования и требуют квалифицированного анализа.
При проектировании изделий из пластмассы, предназначенных для применения в сфере строительства. Толстый фланец из пластика конструктор должен использовать стандартные формулы для расчета прогибов и напряжений.
Рис. 9.6. Поперечное сечение общего при расчете более сложных конструкций соединения фланца и основной стенки, можно пользоваться методом конечных элементов ответственно за коробление .
Однако оба этих метода достаточно сложны из-за комплексных характеристик полимеров. Даже если программа моделирования задач строительной механики обладает достаточным уровнем для того, чтобы решать нелинейные проблемы, маловероятно, что в вашем распоряжении окажутся все необходимые данные анализируемого материала. Кроме того, существует уникальное требование для конструкторов изделий из пластмасс — это необходимость учета механических свойств материала совместно с характеристиками его расплава. Характеристики расплава материала будут влиять на технологичность пластмассового изделия. Здесь снова возникает та же ситуация — свойства материала в процессе заполнения литьевой формы получить очень трудно и недешево. Вязкость и модуль упругости нелинейны и постоянно меняются в процессе заполнения литьевой формы. Канал продвижения потока постоянно изменяется, поскольку происходит затвердевание материала при контакте с относительно холодными стенками канала, приводящее к уменьшению диаметра последнего.
Всегда перед запуском изделия из пластика в производство желательно изготовить его прототип. Но пластмассовые изделия, изготавливаемые литьем под давлением, это непростая процедура. Поскольку прототип обычно изготовлен на станке или с помощью каких-либо других способов, то он дает весьма ограниченный объем информации. Он не будет отражать реальные механические свойства или сложность изготовления изделий из пластмасс, обладая только размерами и формой отливки. Он не дает возможности предсказать проблемы, возникающие на стадии заполнения литьевой формы, которые следует ожидать в процессе литья пластмасс под давлением.
Возможно, следует изготовить прототип пластикового изделия и литьевой формы. И здесь следует отметить, что он также даст ограниченную информацию. Характеристики процесса литья изделий из полимерных материалов зависят от отличий, которые возникают при использовании пресс-форм, изготовленных из альтернативных материалов и имеющих различные литники, режимы охлаждения и параметры.
12-09-2022
03-03-2021
02-03-2021
17-02-2021
06-04-2020