126074 (Общие требования к конструкции пластмассового изделия), страница 3

Если изделие с ребрами при эксплуатации подвергается механической нагрузке, у основания ребер может происходить концентрация напряжений. При этом острые углы служат концентраторами напряжений, которые могут приводить к растрескиванию изделия. Для распределения напряжений необходимо скруглять острые углы и кромки достаточно большим радиусом. С другой стороны, слишком большой радиус увеличивает объем материала вокруг ребра, ведущий к опасности образования усадочных раковин.

В конструкциях пластмассовых изделий хорошо зарекомендовала себя перекрестная схема расположения ребер, которая выдерживает различные сочетания нагрузок. Перекрестные ребра оптимальной конструкции обеспечивают равномерность распределения напряжений по объему изделия.

При проектировании пластмассовых изделий с ребрами жесткости необходимо придерживаться следующих общих рекомендаций:

1.ребра жесткости необходимо располагать на прямых участках элементов изделия;

2.оптимальную толщину ребер для изделий из некоторых пластмасс следует принимать с учетом коэффициента, который приводится в специальных таблицах;

3.оптимальная толщина ребер жесткости не должна превышать 0,6 – 0,8 толщины сопрягаемой стенки, так как при большей толщине ребер возможно появление трещин в местах скопления массы на стыке ребра жесткости со стенкой;

4.ребра жесткости должны примыкать к опорной поверхности плавно и не доходить до ее края на 0,5 – 1,0 мм, что исключает выход ребра за пределы опорной поверхности при формовании;

5.при проектировании ребристых плит, днищ и других изделий с плоской поверхностью необходимо располагать ребра по диагоналям или диаметрам, что обеспечит необходимую жесткость и уменьшит коробление стенок и днищ; важно также избегать скопления массы в местах пересечения ребер;

6.конструкция с крестообразными ребрами жестче и может воспринимать большие нагрузки. Однако концентрация массы в местах пересечения ребер удлиняет цикл изготовления изделия из-за увеличения времени выдержки и вызывает образование утяжин на изделиях из термопластов. Смещение ребер снижает концентрацию массы в узле, но при этом уменьшает жесткость. Повышенную жесткость и одновременно уменьшенную концентрацию массы обеспечивает клеточное расположение ребер, но оно требует большой трудоемкости изготовления формы;

7.в связи с тем, что у крупногабаритных изделий ребра жесткости не всегда могут полностью предотвратить местные прогибы на поверхности изделий, для устранения прогиба на наружной поверхности рекомендуется наносить мелкие декоративные ребра, параллельные направлению извлечения изделия из пресс-формы, а на дно изделие – рифление;

8.для увеличения жесткости крышек и днищ крупногабаритных изделий и боковых стенок рекомендуется наносить мелкие ребра – нервюры (если это допустимо по конструктивным соображениям). Нервюры имеют небольшую высоту (0,5 – 1,0 их ширины).

3.7 Проектирование торцов пластмассовых изделий

С целью упрочнения изделий торцы выполняются в виде буртиков различной конструкции, которые предохраняют края изделия от поломки, препятствуют короблению стенок, облегчают формообразование и сброс изделия с пуансона благодаря увеличению опорной поверхности толкателя. Во избежание удлинения цикла формования толщина буртиков не должна превышать толщину стенки более чем в 1,5 – 2 раза.

Буртики должны быть непрерывными и иметь равное сечение по всему контуру изделия. В противном случае в местах разрыва и изменения сечения возникают напряжения, приводящие к росту коробления.

3.8 Проектирование опорных поверхностей пластмассового изделия

Целью проектирования опорных поверхностей являются:

1) устранение влияния коробления, усадки и неровностей больших площадей;

2) повышение жесткости и точности сопрягаемых поверхностей.

Для этого применяют выступающие над поверхностью опорные плоскости в виде выступов, пластиков и буртиков.

Рекомендации к проектированию:

1.опорные поверхности (крышек, плит и т.п.) ограничивать до минимума;

2.высота бобышек и платиков должна быть минимальной;

3.бобышки и платики сопрягают с основной стенкой изделия плавно, без резких углов и переходов. Обрабатываемые поверхности бобышек и платиков располагают на одном уровне, чтобы снизить трудоемкость механической обработки;

4.крепежные проушины для большей прочности и жесткости укрепляют ребрами жесткости, избегая резких углов и переходов;

5.сложные опорные поверхности или опоры на две точки заменяют отдельными опорами на три точки.

3.9 Проектирование положения литника

Неправильный выбор положения литника и типа литниковой системы, помимо чисто технологических проблем, может существенно повлиять на качество готового изделия. Расположение литника влияет на:

- распределение напряжений;

• размеры изделия (допуски);

• усадку, коробление изделия;

• уровень прочностных свойств;

• качество поверхности (внешний вид).

Если литник расположен неправильно, то исправить положение путем изменения технологических параметров формования, практически невозможно.

При наличии наполнителя в процессе литья под давлением линейные макромолекулы полимера ориентируются в основном в направлении течения расплава в форме. Это приводит к пространственной зависимости (анизотропии) свойств изделия, например, прочность в направлении течения существенно выше, чем в перпендикулярном направлении. Влияние ориентации армирующих волокон на свойства изделия намного выше, чем влияние макромолекул полимера. Ориентация волокон приводит к анизотропии усадки в направлении течения и перпендикулярном ему, что может вызвать коробление изделия.

В полимерном изделии могут возникать линии холодного спая. Это происходит, когда в литьевой форме встречаются два и более потока расплава, например, при обтекании расплавом вставки в форме или при наличии в форме нескольких литников. Различная толщина стенок изделия также может привести к разделению потоков расплава в форме и, следовательно, к появлению линий холодного спая. Если воздух, захваченный потоками расплава полимера, не может выйти из формы, образуются воздушные раковины. Линии холодного спая и раковины часто проявляются и как поверхностные дефекты. При этом не только портится внешний вид изделия, но и локально снижаются его механические свойства, особенно ударная прочность.

Несоответствующее положение литника имеет отрицательные последствия. Поскольку литник всегда оставляет заметный след на изделии, его не следует располагать в тех местах, которые важны с эстетической точки зрения. Вокруг литника возникают повышенные остаточные напряжения в результате сдвига слоев материала, что значительно снижает уровень свойств. Неармированные пластики отличаются более высоким качеством линии холодного спая, чем армированные. Качество материала в области холодного спая сильно зависит от типа и количества армирующего наполнителя. В таком материале волокна в зоне линии холодного спая располагаются перпендикулярно к направлению течения расплава, т.е. фактически перестают играть упрочняющую роль. Отрицательное влияние на свойства оказывают также технологические добавки и антипирены. Необходимо иметь в виду, что даже при равной прочности при растяжении линия холодного спая может существенно понизить ударную или усталостную прочность материала. Учитывая многообразие факторов и их взаимодействия, сложно дать количественную оценку их влияния на прочность готового изделия.

Изделия сложных форм, как правило, не удается получить без линий холодного спая. Если невозможно уменьшить количество таких линий, то рекомендуется проводить процесс таким образом, чтобы линии располагались в некритических зонах изделия с точки зрения внешнего вида и прочности. Это достигается переносом места расположения литника или увеличением или уменьшением толщины стенок изделия.

Основные рекомендации к проектированию места расположения литника:

1.избегать или сводить к минимуму количество линий холодного спая;

2.не располагать линии холодного спая в зонах повышенных остаточных напряжений;

3.иметь в виду, что для армированных пластиков от расположения литника зависит степень коробления изделия;

4.предусматривать отверстия для выхода воздуха в форме, чтобы избежать образования раковин в изделии.

3.10 Накатка, рифление, надписи

Накатку и рифление обычно наносят на наружные поверхности изделия в процессе формования. Их следует выполнять прямыми ребрами, параллельными направлению выталкивания изделия из формы. Наиболее технологичным рельефом является полукруглый профиль. Ребро рельефа должно входить в цилиндрический поясок, расположенный со стороны плоскости разъема формы. Высота пояска – не менее 1 мм. Диаметр пояска должен превышать диаметр описанной окружности рифов. Противоположный конец рельефа рекомендуется не доводить до торца на некоторое расстояние, большее радиуса закругления.

Надписи (буквы, цифры и т.п.) на пластмассовом изделии получают в процессе формования на поверхностях, параллельных плоскости разъема формы. В случае необходимости их выполняют на поверхностях, параллельных направлению выталкивания, и эти поверхности выполняют с уклоном.

Если форма изготавливается резанием, надписи следует делать выпуклыми, если же холодным выдавливанием – углубленными. Это обеспечивает прочность и четкость изображения.

При оформлении надписей следует придерживаться таких рекомендаций:

1.высоту букв над поверхностью изделия принимать в пределах 0,3 – 0,5 мм;

2.буквы высотой более 0,75 мм для предотвращения выкрашивания выполнять шире у основания, чем у вершины;

3.для защиты выпуклого шрифта при эксплуатации изделия и для удобства снятия облоя надписи помещают в незначительные углубления на поверхности изделия, чтобы надпись на выступала за пределы наружной поверхности;

4.при малой толщине изделия предусматривают специальный защитный ободок, высота которого рана или чуть больше, чем высота шрифта

5.для выпуклого шрифта форма сечений букв может быть угловой, прямоугольной, трапециевидной; а для углубленного – трапециевидной и прямоугольной.

4. Простановка размеров на чертежах пластмассовых изделий

Если пластмассовое изделие изготовлена механической обработкой и к точности расположения его отдельных элементов не предъявляются особые требования, целесообразно назначать размеры l и А с максимально возможными широкими допусками.

Если контур симметричного пластмассового изделия при формовании оформляют в матрице, а отверстия – знаками пуансона, то размер l обычно не проставляют, так как его трудно технологически обеспечить и проконтролировать.

Если одни размеры оформляются пуансоном, а другие – матрицей, то целесообразно отступить от принципа единства баз и наносить размеры с разных сторон.

Колебание толщины облоя при прессовании искажает только один размер – высоту изделия. Этот размер рекомендуется контролировать на всех изделиях.

При проектировании изделий типа кожухов, изготавливаемых прессованием, не рекомендуется указывать толщину стенки.

Габаритный размер изделия не должен включать в себя размеры местных выступов, бобышек, ребер и т.п.

5. Соединения пластмассовых деталей между собой и с деталями из других материалов

Наиболее простыми способами соединения пластмассовых деталей являются применение пружинных фиксаторов (защелок), прессовое соединение и резьбовое соединение. Упрощение технологии соединения и сборки изделия дает значительную экономию.

Соединения можно разделить на две группы: разборные и неразборные. К неразборным соединениям относятся:

• сварка;

• заклепочное соединение;

• клеевое соединение;

• вставка;

• защелки с фиксаторами под углом 90 ⁰.

Разборные соединения включают в себя:

• защелки с фиксаторами под углом < 90 ⁰;

• резьбовые соединения;

• соединения типа вал – втулка;

• прессовые соединения.

Большим преимуществом пружинных фиксаторов является то, что для сборки соединения не требуются дополнительные детали. В технологии пластмассовых изделий наиболее распространены следующие типы фиксаторов пружинного типа:

• с зазубренной защелкой;

• с цилиндрической защелкой;

• с шаровой защелкой.

Во всех случаях конструктор должен разработать геометрию изделия таким образом, чтобы детали не были напряжены, и после сборки не произошла релаксация напряжений в точках крепежа. Основным принципом проектирования является обеспечение непревышения величины допускаемой деформации для данного материала. При этом следует учитывать свойства полимерного материала. Например, при использовании полиамида следует принимать во внимание, что сухой полиамид имеет значительно меньшую допустимую деформацию, чем влажный. Содержание стекловолокна также оказывает влияние на допустимую деформацию материала, и, вследствие этого, на допустимую величину отклонения защелки.

Если защелка имеет конусную форму, то внутренние напряжения в ней снижаются. Конусная форма позволяет лучше распределять напряжения по длине консольной части защелки. При этом снижается пик напряжения у основания защелки, а также усилия сборки деталей. Место стыка защелки и основания должно быть закруглено достаточно большим радиусом, иначе оно будет являться концентратором напряжений. При цилиндрической и шаровой форме защелки их часто необходимо разрезать для облегчения сборки. В этом случае торец с прорезью следует затупить.

Прессовые соединения обеспечивают высокую прочность соединения пластмассовых деталей при минимальной себестоимости. Как и для пружинных фиксаторов, усилие отрыва при прессовом соединении со временем снижается из-за релаксации напряжения в полимерном материале, что обязательно следует учитывать при проектировании. Кроме того, необходимо проводить климатические испытания изделия с обязательным термоциклированием для проверки надежности соединения.

Резьбовые соединения в технологии полимерных изделий выполняют с помощью винтов-саморезов или болтов и резьбовых вставок в детали. При выборе типа резьбового соединения хорошим индикатором может служить модуль упругости полимерного материала при изгибе. При модуле до 2800 МПа можно использовать самонарезные винты. Если соединение должно быть разборным или если требуется применять винты с метрической резьбой, то необходимо предусмотреть в изделии металлические вставки. Во избежание разрушения втулок при ввертывании винтов важно обеспечить оптимальный диаметр отверстия и толщины стенок. В пластмассовых изделиях не следует применять винты с конической потайной головкой, так как давление головки направлено так, что "раздвигает" материал. Это приводит к тому, что изделие может треснуть по линии холодного спая.