Для отправки ваших публикаций, пожалуйста, зарегистрируйтесь.

Если Вы уже зарегистрированы, то авторизуйтесь на сайте.



  1. Вход или регистрация
  1. Подписка

Проектирование пресс-формы для термопластавтомата
26 января 2018             

Авторы: Л.Н. ПАВЛОВ, магистрант О.Б. ШАМИНА, канд. техн. наук, доцент (ТПУ, г. Томск)Павлов Л.Н. - 634050, г. Томск, пр. Ленина 30, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, e-mail: leruohep@gmail.com
 

Введение

 
Литьё под давлением является одним из наиболее экономичных и высокопроизводительных процессов литейного производства и находит все большее распространение в различных отраслях промышленности при крупносерийном и массовом производстве. Процесс обладает большими преимуществами перед другими способами получения высококачественных отливок повышенной точности и позволяет максимально приблизить размеры отливок к размерам готовых деталей [1]. Проектирование форм для литья ‒ важнейший этап конструкторско-технологической подготовки и внедрения в производство изделий из термопластичных материалов [2, 3]. Качество литьевых изделий в основном определяется конструкцией пресс-формы и её элементов, правильный выбор которых влияет не только на размеры и геометрическую форму готового изделия, но и на характер заполнения формы, направление потоков расплава в оформляющей полости, время охлаждения и уровень остаточных напряжений. Остаточные напряжения в свою очередь влияют на сохранение геометрической формы и размеров при длительном хранении и эксплуатации изделий [4-7]. В настоящее время на рынке предоставлен широкий спектр стандартных элементов пресс-форм разных габаритов и конфигурации [8], однако не всегда тот или иной элемент пресс-формы подходит для конкретного случая, поэтому зачастую требуется частичная доработка элементов конструкции либо полная переработка всей пресс-формы с последующим изготовлением.
 

Методика исследования
 

При конструировании пресс-формы необходимо учитывать условия теплообмена термопластов. Литьевая форма для обработки термопластичных полимеров должна обеспечить отвод как можно большего количества тепла [4, 9-12]. Тепловой поток, поступающий в форму (считается положительным), и тепловой поток, отводимый из формы (считается отрицательным), должны находиться в равновесии. Следовательно, можно составить уравнение теплового баланса [4],
 
QKS + Q+ QAD + QC =Q
 
где QE - теплообмен с внешней средой;
QKS - поток тепла из отливки;
QAD - добавочный тепловой поток (например, от горячих каналов),
QC - теплообмен с охлаждающей жидкостью. Зная размеры формы и температуру ее поверхности, можно вычислить теплообмен с внешней средой.
 
Тепловой баланс можно составить для отдельных деталей и узлов формы при условии, что теплопередача на границах элемента пренебрежимо мала или может быть представлена в виде добавочного потока. Если относительно крупные узлы формы для определения теплового потока делятся на меньшие элементы, то такой тепловой поток можно определить с помощью коэффициента теплового потока.
 
На рисунке 1 представлены детали, которые необходимо получить в соответствии с техническим заданием с помощью разрабатываемой конструкции пресс-формы.
 
Проектирование пресс-формы для термопластавтомата
Рис. 1. Детали для изготовления: а - двойник; б - тройник
Конфигурация изделия имеет внутренние полости, которые требуют от пресс-формы дополнительных формообразующих разъемных элементов, подвижных в радиальном направлении [13]. Также необходимо обеспечить изготовление двух типоразмеров детали при помощи одной и той же конструкции пресс-формы. Для этого необходимо придать съемным формообразующим элементам необходимую жесткость на изгиб, что является сложной задачей при проектировании элементов пресс-формы, использующихся для литья под давлением [14].
 

Результаты и обсуждение

 
Для получения внутренних отверстий были разработаны разъемные подвижные элементы (так называемый Большой Знак, далее БЗ), которые при смыкании частей пресс- формы выполняют формообразование внутренней полости изделия (рис. 2, положение 1), а при размыкании позволяют свободно вытолкнуть изделия из гнёзд (рис. 2, положение 2). Все четыре элемента идентичны.
 
Проектирование пресс-формы для термопластавтомата
Рис. 2. Пресс-форма: a - положение 1; б - положение 2
При проектировании формообразующей полости пресс-формы установлено, что пространство, занимаемое изделием, позволяет внести в конструкцию дополнительную полость (гнездо) для еще одного изделия (рис. 3). В результате фактическая производительность пресс-формы повышается в два раза.
 
 
 
 
Проектирование пресс-формы для термопластавтомата
Рис. 3. Формообразующая матрица
При разработке пресс-формы необходимо учитывать тепловой баланс рабочих элементов и расплавленного материала для получения необходимой жидкотекучести расплава в процессе заполнения формообразующей полости (гнезда). В результате моделирования процесса заполнения формы с помощью пакета прикладных программ LVMFlow [15, 16] были получены условия достижения равномерной плотности и низкого уровня остаточных напряжений. Поскольку подвижный формообразующий элемент БЗ воспринимает от изделия наибольшее температурное воздействие, принято решение о создании специальных каналов для протекания охлаждающей жидкости [17].
 
С помощью CAD системы Компас 3D [18] было разработано несколько вариантов как разъемных, так и неразъемных конструкции БЗ (рис. 4, 6). В результате моделирования [19] и натурных испытаний разъёмных конструкций, соединяемых с помощью сварного шва (рис.4, 5), получено, что после отработки пресс-формой нескольких тысяч циклов сварной шов не выдержал температурных колебаний и воздействия давления при впрыске, что привело к поломке БЗ. На рис. 6 представлена окончательная версия неразъёмной конструкции БЗ.
 
Проектирование пресс-формы для термопластавтомата
Рис. 4. Разъёмная конструкция Б3 с каналами для охлаждающей жидкости: 1 - знак большой; 2 - заглушка знака большого; 3 - место под сварку; 4 - технологические отверстия
 
 
Проектирование пресс-формы для термопластавтомата Проектирование пресс-формы для термопластавтомата
Рис. 5. Разъёмная конструкция Б3. Подвижные элементы конструкции перед сваркой Рис. 6. БЗ в сечении, окончательная версия (показаны каналы для охлаждающей жидкости)
 
 

Выводы

 
Использование прикладных CAD / CAМ программ позволило существенно упростить процесс проектирования и изготовления пресс-формы. Система автоматизированного проектирования CAD обеспечивает геометрическое моделирование и визуализацию изделий или их деталей в двух или трех измерениях. В результате использования современной CAD- системы осуществлено моделирование объемной конструкции пресс-формы; изготовлены и оформлены чертежи; получена текстовая конструкторская документация; заполнены технологические карты. Средства CAM позволили сократить время для написания управляющих программ для пятикоординатного фрезерного станка с ЧПУ DMU 50 при изготовлении и доработке элементов пресс-формы. В свою очередь с помощью программы LVMFlow были построены модели заполнения формы и выбраны оптимальные режимы получения деталей из термопластичного материала. Рис. 5. Разъёмная конструкция Б3. Подвижные элементы конструкции перед сваркой Рис. 6. БЗ в сечении, окончательная версия (показаны каналы для охлаждающей жидкости).
 
Список литературы:
  1. Кузьмич В.Н., Мойсейчик Д.А. Разработка технологии изготовления отливки литьем под давлением // Литье и металлургия. - 2012. - № 3. - C. 237-241.
  2. Литье под давлением / М.Б. Беккер, М.Л. Заславский, Ю.Ф. Игнатенко и др. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1990. - 400 с.
  3. Ложечко Ю.П. Литье под давлением термопластов. - СПб.: Профессия, 2010. - 244 с.
  4. Менгес Г., Микаэли В., Морен П. Как делать литьевые формы / пер. с англ. 3-го изд. под ред. В.Г. Дувидзона и Э.Л. Калинчева. - СПб.: Профессия, 2007. - С. 302-306.
  5. Производство полимерных материалов: учебное пособие / В.К. Крыжановский, И.Л. Кербер, В.В. Бурлов, А.Д. Паниматченко. - СПб.: Профессия, 2004. - 464 с.
  6. Computational modeling of temperature, flow, and crystallization of mold slag during double hot thermocouple technique experiments / L.W. Zhou, W. Wang, R. Liu, B. Thomas // Metallurgical and Materials Transactions B. - 2013. - Vol. 44, N 5. - P. 1264-1279.
  7. Фетисова Т.С. Проектирование литьевых форм для изготовления пластмассовых изделий: учебное пособие. - Тольятти: Изд-во ТГУ, 2013. - 102 с.
  8. Калинчев Э., Саковцева М., Калинчев С. Современная организация литьевых производств // Пластикс. - 2014. - № 9. - С. 24-30.
  9. Ludwig A., Kharicha A., Wu M. Modeling of multiscale and multiphase phenomena in materials processing // Metallurgical and materials transactions B. - 2014. - Vol. 45, N 1. - P. 36-43.
  10. Modeling of the thermal contact resistance time evolution at polymer-mold interface during injection molding: effect of polymers' solidification / S.C. Somй et al. // Applied Thermal Engineering. - 2015. - Т. 84. - С. 150-157.
  11. Yin Y.F. Modeling and analysis of process parameters for plastic injection molding of base-cover // Advanced Materials Research. - 2013. - Vol. 602. - P. 1930-1933.
  12. Three-dimensional numerical modeling of RTM and LRTM processes / L.A. Isoldi et al. // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. - 2012. - Vol. 34, N 2. - P. 105-111.
  13. Пантелеев А.П., Шевцов Ю.М., Горячев И.А. Справочник по проектированию оснастки для переработки пластмасс. - М.: Машиностроение, 1986 - 399 с.
  14. Казмер Д.О. Разработка и конструирование литьевых форм / пер. с англ. под ред. В.Г. Дувидзона. - СПб.: Профессия, 2011. - 464 с.
  15. LVMFlow 2.92r12. Тексты справки. - ЗАО НПО МКМ, 2005.
  16. Комарь С.А. Разработка технологии изготовления литейной формы с помощью специализированных САПР: дис. ... магистра техники и технологии. - Томск, 2016.
  17. Басов Н.И., Брагинский В.А., Казанков Ю.В. Расчет и конструирование формующего инструмента для изготовления изделий из полимерных материалов: учебник для вузов. - М.: Химия, 1991. - 352 с.
  18. Компас-3D. CAD [Электронный ресурс]. - URL: http://kompas.ru/ (дата обращения: 01.02.2017).
  19. A CAD/CAE-integrated injection mold design system for plastic products / I. Matin et al. // The International Journal of Advanced Manufacturing plastic products Technology. - 2012. - Vol. 63, N 5-8. - P. 595-607.

Актуальные проблемы в машиностроении. Том 4. № 1. 2017 Технологическое оборудование,оснастка и инструменты

Обсудить статью на Форуме Машиностроителей






Комментариев пока нет
{c_navigation}

Написать комментарий

Другие публикации по теме





Автоматизация промышленных предприятий Автоматизация промышленных предприятий
Диспетчеризация производства, идентификация и прослеживаемость, управление КПЭ (KPI)...
(495) 662-43-70
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси). Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Промышленное оборудование и инструмент
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Chicago Pneumatic (Чикаго Пневматик), Fuji (Фуджи), Desoutter, Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси), Korloy (Корлой), Seco tools, SGS tools, Onsrud, Fette, Guhring и пр. Оборудование для маркировки. Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Фаскосниматели (фаскорезы, кромкорезы), ручные фрезеры по металлу. Пневмодвигатели (пневматические двигатели, пневмомоторы).
(495) 668-13-58
ИРОК-2М. Купить. Инструкция.
Инструмент ИРОК-2М от производителя. Купить. Скачать инструкцию и другие документы. Прочий электромонтажный инструмент и электрокомпоненты.
(495) 668-13-58 доб. 4
Реклама на сайте и-Маш Реклама на сайте и-Маш      
pr()i-mash.ru