Изготавление изделий из пласмассы

При прямом прессовании (рис.19,а) в загрузочную камеру матрицы раскрытой прессформы загружается материал. При закрытии формы материал пластифицируется за счет нагрева от рабочих частей, заполняет оформляющую полость и отверждается. После разъема формы изделие из формы выталкивается.

Прямому прессованию отдают предпочтение при изготовлении точных простых деталей, переработке высоконаполненных материалов, производстве деталей максимально чистого цвета и деталей весом более 1 кг. По поверхности разъема при прямом прессовании возникает облой (рис. 20). Прямое прессование малопроизводительный способ производства.

Прямое прессование выполняется на гидравлических прессах, управление прессов полуавтоматическое; автоматически и точно регулируется температура с точностью 2 С и время выдержки с помощью установки “МАРС-200Р”.

Режимы прямого прессования для некоторых реактопластов представлены в таблице 4.

Таблица 4

Режимы прессования термореактивных пластмасс

Литьевое прессование (рис. 19, б). При литьевом прессовании загрузочная камера отделена от формующей полости. Прессматериал кладут в загрузочную камеру, где пластифицируется при сжатии под действием теплп. Пластифицированный материал из загрузочной камеры перетекает в рабочую полость формы. Протекание по узкому каналу способствует однородному и полному нагреву и отверждению всей массы материала в форме. Это способствует сокращению выдержки материала в форме, уменьшению и даже полному избавлению от облоя.

Пресслитью отдают предпочтение при изготовлении толстостенных деталей, деталей с металлической арматурой, сложной конфигурацией, с тонкими стенками. Детали отличаются высокой размерной точностью.

Режимы пресслитья представлены в таблице 4.

Недостатком пресслитья является повышенный расход материала по сравнению с обычным прессованием, так как в загрузочной камере остается часть необратимого материала.

Заливка - это процесс, применяемый для изготовления изделий из компаундов или герметизации и изоляции компаундами изделий электронной и радиопромышленности.

Компаунды - это полимерные композиции на основе полимерного связующего с добавками пластификаторов, наполнителей, отвердителей и др. Компаунды представляют собой твердые или воскообразные массы, которые перед употреблением нагревают для перевода в жидкое состояние.

В зависимости от вязкости компаунда заливку осуществляют без давления или при небольшом давлении до 0,5 Мпа. В простейшем случае изготовления детали или герметизации и изоляции изделия компаунд из любой емкости заливают до краев формы или кожуха прибора.

Режимы отверждения (в зависимости от марки): температура от 20 до 180 С, время 1-18 часов.

Для более простой автоматизации процесса заливки иногда применяют засыпку таблетированного материала в форму, который при нагревании формы расплавляется и заполняет ее. Для автоматизации этого процесса в условиях крупносерийного производства применяют литье под давлением.

Намотка . Намотку применяют для изготовления изделий типа тел вращения. Исходными материалами для намотки являются нити (преимущественно стеклянные) и жидкотекучие полимерные материалы.

Способом намотки изготовляют цилиндрические оболочки, колпаки-обтекатели, трубчатые и другие изделия.

В процессах намотки используют высокопроизводительные намоточные станки и оправки, на которые наматывают нити с нанесенным на них полимерным материалом.

В практике изготовления изделий из стеклопластиков применяют два способа намотки: мокрый и сухой. При первом способе непосредственно перед намоткой на оправку производится пропитка стеклянного или другого волокна. При втором способе используют препрег - предварительно пропитанный связующий материалом стеклоармирующую нить. Второй - сухой способ, который обеспечивает более высокую производительность трудаЮ позволяет использовать широкую номенклатуру связующих и армирующих материалов, обеспечивает высокое качество изделий и поэтому его широко применяют в производстве. Первый - мокрый способ используют для изготовления изделий сложной конфигурации в единичном производстве. Связующими в процессе намотки являются полиэфирные и эпоксидные смолы.

Процесс изготовления намоткой состоит из следующих операций: 1 - подготовка технологической оснастки, включающая сборку оправки, установку ее на станок и подготовку станка, подготовку разделительного слоя, его нанесения на оправку и сушку; 2 - намотка, включающая установку кассет с препрегом на станок, послойную намотку с прикаткой; 3 - термообработка изделия (полимеризация связующего); 4 - разборка оправки; 5 - механическая обработка; 6 - контроль изделия и упаковка.

Основные способы намотки

1. Тангенциальная намотка (рис.21,а) характерна постоянным шагом намотки в одну или послойно в одну и другую стороны; недостатки - низкая прочность в осевом направлении; преимущества - простое оборудование, высокая прочность в тангенциальном направлении; малые начальные напряжения.

2. Продольно-поперечная намотка (рис.21,б) характерна укладкой слоев армирования в продольном и поперечном направлении; надостатки - возможна намотка трубчатых деталей и конических деталей только с небольшим уклоном; преимущества - сравнительно простое оборудование, высокая производительность, оптимальная анизотропия свойств.

3. Сочетание намотки по спирали с тангенциальной (рис.21,в) характерно намоткой двойного спирального слоя с последующей намоткой тангенциального слоя; недостатки - сложное оборудование, низкая производительность, большие отходы; преимущества - возможно армирование в различных направлениях.

4. Спиральная намотка (рис.21,г) характерна намоткой только спиральных слоев с корректировкой углов укладки по зонам; недостатки - сложное програмное оборудование, низкая производительность, сложные оправки.

5. Намотка с переменным углом армирования (рис.21,д) характерна намоткой по спирали с переменным по длине оправки углом армирования и корректировкой этого угла от слоя к слою; недостатки - сложное программное оборудование, низкая производительность; преимущества - возможна намотка конусов без отходов.

6. Планарная намотка (рис.21,е) характерна планарной намоткой от полюса к полюсу; недостатки - низка тангенциальная прочность, значительная неравномерность прочности полюсов; преимущества - можно использовать упрощенное оборудование, максимальная прочность вдоль оси.

Типы применяемых оправок для намотки:

1. Неразборные (рис.21,а) - применяют для цилиндрических деталей.

2. Разборные из металлических элементов (рис.22,б) - применяют для деталей с поднутрениями.

3. Выплавляемые из легкоплавких сплавов (рис.22,в) - применяют для сложных деталей.

4. Размаваемые (рис.22,г) - применяют для деталей замкнутой формы.

5. Разборные с разрушаемыми элементами (рис.22,д) - применяют для сложных деталей в единичном производстве.

Режимы переработки полимеров . Из ранее сказанного следует, что к параметрам режимов обработки относят температуру расплава и инструмента, давление формования, время заполнения и время выдержки под давлением, а также разность температур между соседними зонами пластикационного цилиндра.

Рациональные режимы получения изделий выбирают в зависимости от условий их эксплуатации. Направленное изменение параметров переработки позволяет получить требуемую структуру и свойства изделий. Так с увеличением указанных параметров режимов переработки возможно управлять усадкой, стабильностью размеров и формы, стойкостью к растрескиванию, теплостойкостью, морозостойкостью аморфных и кристаллизующихся полимеров.

Выбранные технологические параметры переработки уточняют по отдельным показателям качества изделий. Уточнение производят на основе зависимости между технологическими параметрами и микроструктурой изделий, определяющей качество. Для аморфных полимеров определяют ориентацию, и в случае превышения расчетной величины технологические параметры корректируют в направлении снижения ориентации. Для кристаллизующихся полимеров рассчитывают макроструктуру (размеры отдельных слоев и зон) при выбранных технологических параметрах. Формирующуюся структуру по относительной площади слоев и зон сравнивают со структурой, обеспечивающей требуемое качество. В случае отклонения параметров формирующейся макроструктуры от параметров качественных изделий технологические параметры корректируют.

При изготовлении изделий возможен брак (пузыри, утяжины, коробление, уменьшение размеров и т.п.). В этом случае также корректируют технологические параметры переработки.

Выбранные параметры затем корректируют с целью получения наибольшей производительности при обеспечении качества изделий.

Режимы переработки некоторых марок термопластов представлены в табл. 3, реактопластов - в табл. 4.

4.3. Способы механической обработки

Общие сведения. Механическую обработку деталей из пластмасс применяют с целью: 1 - изготовления более точных , чем при прессовании или литье деталей; 2 - изготовления деталей из листовых пластиков , так как эти материалы поставляют в виде листов, плит, труб и фасонных профилей; 3 - удаления литников, облоя, грата, пленки в отверстиях и т.п. - отделки (на отдельных заводах трудоемкость этих операций около 80% общей трудоемкости изготовления пластмассовой детали); 4 - более экономичного изготовления деталей сложной конфигурации ; 5 - изготовления деталей в условиях единичного и мелкосерийного производства.

Механообработка пластмасс по сравнению с обработкой резанием металлов имеет специфические особенности из-за ее низкой теплопроводности, вязкости, абразивных свойств, которые определяют характерные требования, предъявляемые к конструкции и геометрии режущего инструмента, к конструкции и оснастке станков.

При механообработке пластмасс различают следующие способы: а) разделительную штамповку, б) обработку пластмасс резанием.

Разделительную штамповку применяют для изготовления деталей из листовых материалов. При этом выполняют следующие операции: вырубку, пробивку, отрезку, разрезку, обрезку, зачистку. Наиболее распространены операции вырубки, пробивки, разрезки, зачистки.

Обработку пластмасс резанием применяют для отделки (удаления литников, облоя, пленки и др.) после горячего формообразования деталей и как самостоятельный способ изготовления деталей из поделочных пластмасс. При этом выполняют следующие операции: разрезку, точение, фрезерование, сверление, нарезание резьб, шлифование, полирование.

4.3.1. Особенности механической обработки

При разделительной штамповке, наряду с известными особенностями для штамповки металлов, имеют место особенности, связанные с резкой анизотропией механических свойств пластмасс в плоскости листа и перпендикулярно ей: расслоение, трещины, ореолы и изменение цвета. Эти особенности вызваны значительными напряжениями сжатия и изгиба, достигающими предела прочности. Расслоение материала по толщине характерно для слоистых пластиков (гетинакса, стеклотекстолита и др.) и возникает по периметру разделения на расстоянии до 3-5 S от поверхности разделения; трещины возникают чаще всего со стороны пуансона у поверхности - поверхностные трещины, сплошные трещины возникают при недостаточном расстоянии между отверстиями; ореолы - вспучивание и изменение цвета материала вдоль периметра отверстия, вызванное расслоением материала.

Особенности о б р а б о т к и металлов р е з а н и е м полностью относятся и к обработке пластмасс. Однако особенность строения и состава накладывают дополнительные особенности.

Относительная низкая плотность, невысокая прочность и твердость пластмасс обусловливают малое сопротивление пластмасс сжатию и срезу при обработке резанием, и усилия резания оказываются значительно меньшими, чем при обработке металлов. Поэтому появляется возможность применять для обработки пластмасс высокие режимы резания.

При обработке реактопластов образуется стружка надлома, легко рассыпающаяся, а при резании термопластов в большинстве случаев образуется непрерывная сливная стружка. При резании пластмасс возникают сравнительно высокие температуры (до 500 С) на трущихся поверхностях инструмента, а на деталях возникают прижоги. Это объясняется тем, что теплопроводность пластмасс в несколько раз меньше, чем у металлов.

После механообработки в поверхностных слоях детали возникают остаточные напряжения , которые складываясь с монтажными напряжениями (например, при затяжке болтов, винтов), часто приводят к появлению мелких поверхностных трещин. Для уменьшения остаточных напряжений при обработке реактопластов применяют различные технологические приемы: сжатие материала в зоне сверления, попутное фрезерование, многооперационное сверление с минимальным припуском на последнем переходе; для термопластов - умеренный нагрев.

4.3.2. Характеристика способов механической обработки

Разделительная штамповка. Схема выполнения и сущность разделительных операций подобна соответствующим операциям листовой штамповки металлов (вырубки, пробивки, резки и др.). Однако с целью уменьшения расслоения, трещин и др. в зоне разделения рекомендуют заготовку прижимать с давлением до 0,8 sв разделяемого материала. На ряде заводов для снижения брака по трещинам и расслоению применяют штамповку-пробивку гетинакса незакрепленным пуансоном (для печатных плат). При этом пуансон движется относительно детали в одном направлении. Для вырубки (пробивки) листовых пластиков применяют штамповку с ультразвуковыми колебаниями пуансона. С той же целью платы перед штамповкой нагревают в термостатах до 80-90 С при выдержке 6-8 мин. или штампуют через картонные прокладки.

Для разделительных операций используют оборудование: парнодисковые ножницы, кривошипные прессы. Основным инструментом являются штампы, к которым предъявляют повышенные требования по точности в сравнении со штампами для металлов.

Отделка изделий и обработка резанием

З а ч и с т к а - это отделочная операция, применяемая для удаления облоя (грата) и литников после горячего формования детали. Различают слесарную, дробеструйную зачистку и другие способы. Слесарная зачистка выполняется в условиях мелкосерийного производства или когда другими способами невозможно обработать деталь. Она выполняется с помощью инструментов: напильника, скальпеля, надфиля, кусачек и др. Деталь закрепляют на поворотных тисках. Д р о б е с т р у й н а я о б р а б о т к а применяется для удаления грата толщиной до 0,2 мм путем обдувки деталей дробью из неабразивных материалов (кусочки капроновой лески). Скорость обдувки 3000-4200 м/мин.

Галтовка применяется для массового удаления грата после горячего формования или шлифования и полирования изделий небольшого размера. Галтовку выполняют в горизонтальных или наклонных барабанах, которые заполняют изделиями и вспомогательными материалами и приводят во вращение. Вспомогательными материалами являются стальные шарики, шпильки, дробь или шары из плавленной окиси алюминия. Грат снимается в результате ударов и трения и удаляется из барабанов через сетчатые стенки или дно. Шлифование или полирование в галтовочных барабанах выполняют с помощью кусочков пемзы, восковых шаров или деревянных блоков, пропитанных полировальной пастой. Продолжительность галтовки 0,5-1,5 часа.

Р а з р е з к у применяют для раскроя листовых материалов. Для реактопластов используют карборундовые круги средней твердости на вулканитовой связке с размером зерна 0,25-0,50 мм; скорость разрезки 1500-2400 м/мин. Круги обладают значительно большей износоустойчивостью, чем отрезные фрезы или циркульные пилы.

Для разрезки термопластов рекомендуют использовать абразивные круги, облицованные по боковым сторонам рифленой металлической пленкой, которая уменьшает трение круга о стенки пропила и хорошо рассеивает тепло в окружающую среду.

Для разрезки листовых пластмасс используют в условиях мелкосерийного производства разнообразное металлорежущее оборудование - ножницы, фрезерные ленточно-отрезные станки и др.; в условиях серийного и массового производства - специальные станки.

Точение реактопластов выполняют при глубине резания 0,5-3мм, подаче 0,05-0,50 мм/об, скорости 20-800 м/ мин в зависимости от марки и вида обработки (черновое, чистовое); термопласты обрабатывают при глубине резания 0,5-4 мм, подаче 0,02-0,5 мм/об, скорости 50-1000 м/мин в зависимости от марки и вида обработки (черновое, чистовое).

Сверление производят при подаче 0,05-0,6 мм/об и скорости 10-80 м/мин в зависимости от марки материала.

Фрезерование реактопластов производят при глубине резания 1-7 мм, подаче 0,05-0,8 мм/зуб и скорости - 100-500 м/мин; термопласты фрезеруют при глубине резания 1-10 мм, подаче 0,03-0,30 мм/зуб, скорости 100-1000 м/мин в зависимости от марки материала и вида обработки (черновая, чистовая).

Нарезание резьб на всех пластмассах может быть выполнено в соответствии с обрабатываемостью резанием; наибольшая трудность возникает при нарезании резьб на волокнистых и слоистых пластмассах из-за их расслоения (срыва ниток, скалывания и др.). Наиболее надежным и высокопроизводительным является шлифование резьб абразивным кругом, заправленным на угол профиля резьбы. Например, для стеклопластов используют круги КЗ6СМ1 со скоростью вращения 20-25 м/сек, скорость вращения детали 15-20 м/мин.

Шлифование выполняют карборундовыми кругами средней твердости на керамической или бакелитовой связке с размером зерен 0,8-0,5 мм для черновой и 0,25-0,16 мм для чистовой обработки. Часто применяют и шлифовальную шкурку с той же зернистостью.

Полирование применяют для получения после механообработки поверхности высокого качества. Полирование производят мягкими кругами толщиной до 120 мм. Круги представляют собой пакет, составленный из муслиновых дисков различного диаметра 350-450 и 150-200 мм; применяют и фетровые круги. При обработке часть диска покрывают абразивной пастой - окисью хрома, другая часть остается свободной от пасты и служит для протирки изделий.

Точение, сверление, фрезерование и др. выполняют на быстроходных станках, применяемых в металло- и деревообработке. В условиях массового производства изготовляют специальные станки, оснащенные зажимными приспособлениями и устройствами для улавливания и отсоса стружки и пыли. Инструменты - резцы, сверла, фрезы изготовляют из различных инструментальных сталей, особенно эффективно использование твердосплавных и алмазных инструментов.

Качество механообработки обеспечивается при работе острозаточенным инструментом. Для повышения качества обработки применяют алмазные инструменты. Достигаемая точность обработки термо- и реактопластов определяется способом обработки:

1. Наружное и внутреннее шлифование, двукратное развертывание - 6-7 квалитет; 2. Однократное развертывание, чистовое точение - 7-8 квалитет; 3. Сверление, чистовое точение и фрезерование - 8-10 квалитет; 4. Черновое точение - 11 квалитет; 5. Черновое фрезерование - 12-13 квалитет.

Шероховатость поверхности зависит в основном от обрабатываемого материала, при точении реактопластов получают Rа=10-2,5 мкм; термопластов - Rа=2,5-0,63 мкм; при фрезеровании реактопластов Rа=5-1,25 мкм, термопластов Rа=5-0,63 мкм.

5. Выбор способа изготовления изделия .

В зависимости от типа производства (массовое, серийное, единичное) и требований к качеству изделия выбирают способ изготовления изделия - горячее формование или механообработку.

Выбор способа горячнго формования изделия из полимера при заданных показателях качества зависит от текучести (вязкости или молекулярной массы) и скорости сдвига материала. На рис.23 представлены основные способы формования изделий в зависимости от вязкости и скорости сдвига материала. Из рисунка следует, что прессование используют для материалов с малыми скоростями сдвига при заданной большой вязкости, литье под давлением - для материалов с большими скоростями сдвига и малой вязкости материала.

Обычно в справочной литературе по выбору материалов и переработке их в изделия указаны возможные способы их переработки.

Алгоритм выбора способа формования и изготовления изделия представлен на рис.9.

6. Технологические требования к конструкции

Конструкция пластмассовой детали должна отвечать требованиям, определяемым свойствами применяемого материала, особенностями процесса изготовления, сборки и эксплуатации и др. Конструкция детали должна быть более простой; чем проще деталь, тем дешевле оснастка, выше производительность труда, точность, ниже ее стоимость.

Габаритные размеры деталей определяются способом изготовления, материалом детали, мощностью оборудования, типом прессформы.

Правила конструирования деталей направлены на обеспечение рациональных условий течения материала в форме, повышение точности изготовления, уменьшение внутренних напряжений и коробления. Требования к конструкции детали на основе этих соображений следующие.

1. Форма детали должна обеспечивать возможность


29-04-2015, 04:02