125572 (Технологические особенности переработки полимерных материалов в изделия методом горячего прессования)

Введение

В настоящее время известно значительное число способов формирования пластмассовых изделий, которые применяют в зависимости от их конструкций, типа и размеров, технических требований, предъявляемых к использованию изделий. Наиболее распространенными являются:

– прессование, применяемое для переработки термореактивных пластмасс (реактопластов);

–литье под давлением – для обработки термопластичных материалов (термопластов);

–формование – предание необходимой формы листовым термопластичным материалам.

Сущность всех этих способов обработки заключается в том, что исходное сырье подвергается обработке в специальных формах, которые называются пресс-формами, под давлением при соответствующем нагреве в процессе формирования формообразования или после него.

Литейное производство – отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки (детали). При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продукцию называют отливкой. В процессе кристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства отливок.

Для изготовления отливок применяют множество способов литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежное литье и др. Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической целесообразностью и другими факторами.

1. Технологиченские особенности переработки полимерных материалов в изделия методом горячего прессования. оборудование и оснастка

1.1 Технические свойства пластмасс

Пластмассами называются материалы, полученные на основе естественных и синтетических высокомолекулярных соединений (полимеров), способные вследствие своей пластичности принимать необходимую форму под воздействием тепла и давления.

По технологической классификации пластмассы подразделяются на термореактивные пластмассы и термопластичные пластмассы.

Термореактивные пластмассы под действием тепла и давления размягчаются, заполняют пресс-форму и переходят в неплавкое и нерастворимое состояние. Материал изделия становится необратимым, т.е. при повторном нагреве он в пластическое состояние не возвращается. Допускают разгрузки пресс-форм в нагретом состоянии. К ним относятся: фенолформальдегид, селиконопласты, и т.д.

Термопластичные пластмассы под действием тепла и давления приобретают текучесть, заполняя пресс-форму, после охлаждения отвердевают, но не переходят в неплавкое и нерастворимое состояние.

При повторном нагреве они возвращаются в пластическое состояние (полистирол, полиэтилен, полиуретан и т.д.) разгрузка пресс-форм может производиться только после охлаждения. По способу переработки пластмассы могут быть разделены на следующие группы:

1. Термореактивные пресс-порошки и пресс-материалы горячего прессования;

2. Термораеактивные пресс-порошки и пресс-материалы холодного прессования;

3. Термопластические порошки;

4. Жидкие литьевые термореактивные смолы;

5. Листовые и фасонные слоистые материалы;

6. Пленочные материалы – стирофлекс, эфироцеллюлозные пленки и др.

Для выбора рационально способа изготовления изделий из пластмасс, необходимо знание их технологических свойств. Такими свойствами пластмасс являются: удельный объем, текучесть, скорость отвердевания, летучесть, усадка.

Удельный объем пресс-материала рассчитывается в см³/г или м³/кг. Знание удельного объема необходимо для определения объема пресс-формы.

Текучесть пресс-материала – способность материала заполнять пресс-форму под давлением при определенной температуре: определяется в мг/с. Чем меньше текучесть пресс-материала, тем больше должно быть давление прессования и наоборот.

Скорость отвердевания – характеризует продолжительность перехода пластмассы из пластического состояния в твердое. Она выражается в секундах или минутах на 1 мм толщины образца (с/мм).

Летучесть – (содержание летучих веществ и влаги) – определяется по разнице в весе до и после высушивания пресс-материала в термостате при температуре (103–105)ºС в течении 30мин; определяется в% и колеблется в различных материалах 1,5–5%. Содержание летучих веществ вредно, так как увеличивает усадку, вызывает коробление, трещины и вздутия, снижает электроизоляционные и радиотехнические свойства пластмасс.

Усадка – характеризует уменьшение размеров детали с момента излечении ее из нагретой пресс-формы до полного остывания. Исчисляется в процентах по формуле: Y= (a–b)/b∙100%, (1) где а – размер гнезда пресс-формы при температуре прессования; b – размер изделия при температуре равной 20ºС.

Существует несколько способов формирования пластмассовых изделий. Построение типового технологического процесса зависит от конструкций и назначения детали. При выборе операций и переходов изготовления деталей из пластмасс решаются следующий вопросы:

1. Подбор и дозировка компонентов: полимер, стабилизатор, пластификатор, краситель, инициатор, парообразователь и др.;

2. Образование исходного материала (пластмассы): смешение; гранулирование; растворение и т.д.;

3. Изготовление изделия (переработка материала): прессование, литье под давлением, выдувание, напыление, окунание и т.д.;

4. Доработка изделия: декоративная отделка, термообработка, механическая обработка и т.д.

1.2 Технологические особенности переработки полимерных материалов в изделия методом горячего прессования

Прямое (компрессионное) горячее прессование. При компрессионном прессовании предварительно подогретый материал загружают непосредственно в формующую полость нагретую до высокой температуры пресс-формы, после чего проводится смыкание пресс-формы, выдержка материала под давлением и отверждение.

Технологический процесс состоит из следующих операций:

1. Предварительное нагревание материала

2. Загрузка материала

3. Смыкание пресс-формы

4. Подпрессовка

5. Выдержка под давлением и отверждение

6. Размыкание пресс-формы

7. Извлечение изделия

8. Очистка пресс-формы

Рис. 1 Схема горячего (компрессионного) прессования

а) загрузка пресс-материала б) смыкание пресс-формы в) раскрытие пресс-формы и извлечение изделия

1. толкатель 2. пресс-материал 3. пуансон 4. матрица 5. Изделие

Предварительное нагревание материала

Перед загрузкой пресс-материала пресс-формы тщательно очищают, смазывают и, если необходимо, устанавливают металлическую арматуру.

Подогрев материала проводится преимущественно в генераторах высокой частоты. Навеску пресс-материала в виде таблеток укладывают на подставку и помещают в камеру установки, где выдерживают в течение заданного времени. Время нагревания материала обычно выбирается с таким расчетом, чтобы температура таблеток достигала 120–160 °С, и задается по реле времени. После этого генератор выключается, а таблетки сразу же вынимают и загружают в пресс-форму. Для того чтобы соблюдалась такая последовательность, генератор включается также автоматически в соответствии с длительностью предыдущих технологических операций (размыкание формы, извлечение изделия, очистка формующей полости).

Интенсивность высокочастотного нагревания зависит от напряженности электрического поля, т. е. от напряжения колебательного контура, высоты таблетки и воздушного зазора между подвижной пластиной и таблеткой. Чем меньше это расстояние, тем быстрее происходит нагревание. Для более равномерного нагревания таблетки, как правило, укладывают на торец, они должны иметь одинаковую высоту. В высокочастотных генераторах можно также подогревать порошкообразный материал. В этом случае навеску засыпают в стаканчики или поддоны, изготовленные из диэлектрических материалов (керамики, полиэтилена, фторопласта и др.). Поскольку порошок имеет невысокую плотность, время нагревания несколько увеличивается. Частоту колебательного контура и мощность генератора выбирают в зависимости от свойств материала и навески.

В тех случаях, когда прессы оборудованы шнековыми пластикаторами, нагревание осуществляется за счет тепловых процессов, протекающих в каналах шнека; при этом операции дозирования, нагревания и загрузки совмещаются.

Загрузка материала и смыкание пресс-формы

Материал в матрицу пресс-формы загружается с помощью приспособлений и механизмов, а также вручную. На прессах автоматах и линиях непрерывного прессования загрузка таблеток осуществляется автоматически непосредственно на высокочастотной установке. Таблетированные пресс-материалы дозируются по числу таблеток. Для порошкообразных материалов применяется весовое или объемное дозирование, для нетаблетированных волокнистых материалов – весовое дозирование. Если пресс-форма многогнездная с несколькими загрузочными камерами, то в каждую из них загружается заданное число таблеток пресс-материала, в некоторых случаях с определенной укладкой таблеток. Смыкание пресс-формы и процесс формообразования изделия осуществляется в результате опускания пуансона, закрепленного на подвижной плите пресса, и создания необходимого удельного давления. Удельное давление выбирают, исходя из текучести пресс-материала, конфигурации изделия, а также температуры прессования. Чем больше текучесть, тем меньшее требуется давление. Обычно компрессионное прессование проводят при удельном давлении 25–40 МПа. При изготовлении тонкостенных изделий или изделий сложной конфигурации, а также при прессовании волокнистых пресс-материалов требуется большее удельное давление (40–50 МПа).

При смыкании пресс-формы происходит дополнительное нагревание материала от стенок формы и переход его в вязкотекучее состояние. Вследствие создания удельного давления материал течет в формующей полости, приобретает конфигурацию изделия и уплотняется.

При горячем прессовании материал, например в виде пресс-порошка (обычно таблетированного или гранулированного) или листов, помещают в разомкнутую пресс-форму (рис. 2), нагретую до заданной температуры.

При опускании плунжера пресса форма замыкается, материал в результате нагревания и создаваемого прессом давления растекается и заполняет формующую полость, приобретая размеры и конфигурацию изделия.

Рис. 2 Разомкнутая пресс-форма

Реактопласты и резиновые смеси, выдерживают в пресс-форме под давлением до завершения процесса отверждения или вулканизации, после чего плунжер пресса поднимают и выталкивают из разомкнутой формы готовое изделие.

Подпрессовка, выдержка под давлением, отверждение

Подпрессовки проводятся через некоторое время после смыкания пресс-формы. Когда пресс-материал нагреется, начинается процесс поликонденсации, сопровождающийся выделением воды и легколетучих соединений (побочных продуктов); кроме того, испаряется влага, находившаяся в пресс-материале. Для удаления образовавшихся паров пресс-форму размыкают на непродолжительное время. Если пресс-материал был предварительно нагрет до высокой температуры, то подпрессовку проводят сразу же после смыкания пресс-формы, так как процесс отверждения протекает весьма интенсивно. Если изделие имеет большую толщину, а материал предварительно нагревался до невысокой температуры, подпрессовку делают через некоторое время (30– 60 с) после смыкания пресс-формы, после того как материал прогреется. При прессовании очень влажных материалов делают несколько подпрессовок. Число подпрессовок можно сократить, применяя большее предварительное нагревание. При прессовании изделий из материалов на основе полиэфиров или эпоксидных смол подпрессовки не требуются.

Выдержка проводится в сомкнутой пресс-форме под давлением, при этом за счет высокой температуры происходит реакция отверждения и пресс-материал переходит в неплавкое и нерастворимое состояние, т. е. изделие становится твердым.

При отверждении изделий поддерживают определенный технологический режим (давление и температуру). Давление при отверждении может быть снижено до 8–9 МПа, поскольку оно необходимо в основном для исключения раскрытия пресс-формы под действием паров воды и легколетучих соединений. Практически удельное давление при отверждении на прессах поддерживают таким же, как и в момент смыкания пресс-формы (25– 40 МПа). Однако это обусловлено лишь конструкцией гидропресса и не связано с требованиями технологии.

Температуру прессования обычно выбирают по справочным данным или определяют экспериментально. Время выдержки устанавливают с учетом толщины и температуры формы: чем выше температура, тем короче выдержка. Однако при очень высокой температуре происходит слишком быстрое отверждение поверхностных слоев изделия и вода, находящаяся внутри изделия, через отвержденный слой удалиться не может. При раскрытии пресс-формы под действием паров воды возможен разрыв поверхностных слоев и появление на изделии вздутий или трещин.

Размыкание и очистка пресс-форм

Размыкание стационарных пресс-форм, т.е. пресс-форм, закрепленных на нижней или верхней плите пресса, проводится за счет движения подвижной плиты пресса. Съемные пресс-формы разбирают на рабочем столе с помощью специальных разъемников. Размыкающие штанги имеют уступы, которые при нажатии действуют на плиты пресс-формы и разъединяют их. При размыкании стационарных и съемных пресс-форм изделие, как правило, остается в матрице, оттуда его легко извлечь выталкивателями. При изготовлении изделий сложной конфигурации пресс-формы могут размыкаться по нескольким горизонтальным или вертикальным плоскостям.

Отпрессованные изделия извлекаются из стационарных пресс-форм с помощью выталкивателей, соединенных со штоком нижнего гидроцилиндра пресса, а из съемных пресс-форм – вручную с применением приспособлений.

Для очистки пресс-формы обдувают сжатым воздухом с помощью пистолета. Если наплывы пресс-материала струей сжатого воздуха не очищаются, то применяют скребки, изготовленные из мягкой стали или латуни.

Стационарные пресс-формы не требуют специальной сборки, в них иногда после очистки вставляют вставки или арматуру.

2. Технология литья по выплавляемым моделям. Составляющие литейного модельного комплекта

2.1 Технология литья по выплавляемым моделям

Метод литья по выплавляемым моделям, благодаря преимуществам по сравнению с другими способами изготовления отливок, получил значительное распространение в машиностроении и приборостроении.

Промышленное применение этого метода обеспечивает получение из любых литейных сплавов сложных по форме отливок массой от нескольких граммов до десятков килограммов со стенками, толщина которых в ряде случаев менее 1 мм, с шероховатостью Rz = 20 мкм до Ra = 1,25 мкм и повышенной точностью размеров.