Пластмассовые изделия и литье

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.