Система охлаждения литьевой формы на изделие «пробка»

1  2  3

---

Содержание

 

1. Модернизация и расчёт литьевой формы

1.1 Введение

1.2 Работа формы

1.3 Совершенство конструкции формы аналога

1.4 Расчёт гнёздности формы

1.5 Определение типоразмера оборудования для проектируемого инструмента

1.6 Определение номинального давления литья

1.7 Подбор литьевой машины

1.8 Расчёт системы охлаждения

2. Расчёт исполнительных размеров формообразующих элементов

3. Расчёт на прочность

4. Механизм запирания формы

4.1 Кинематический расчёт механизма смыкания

4.2 Силовой расчет механизма смыкания

4.3 Расчет толщин стенок гидроцилиндров запирания

5. Машина Д 3127

5.1. Назначение и область применения, техническая характеристика

5.2. Описание конструкции

5.3. Монтаж, техническое обслуживание и ремонт

6.Расчеты параметров, подтверждающих работоспособность машины

6.1. Кинетические и технологические расчеты

7.Список используемой литературы

 

1. Модернизация и расчёт литьевой формы.

 

1.1 Введение.

 

Данное изделие: колпачок; материал: полипропилен марки «Каплен 01030». Изделие не габаритное, поэтому целесообразно использовать многогнёздную форму для литья под давлением.

Литьё под давлением – один из наиболее распространённых методов переработки пластмасс, состоящий в заполнении оформляющей полости формы через литниковый канал расплавом полимерного материала с последующим его уплотнением и фиксацией формы за счёт охлаждения или протекания химической реакции отверждения. Литьё под давлением позволяет получать сложной формы с арматурой, с элементами точных размеров, с минимальным объёмом.

Сущность процесса литья под давлением.

Термопласт из загрузочного бункера попадает в материальный цилиндр экструдера. Под действием температуры материал переходит в вязкотекучее состояние. Материал транспортируется шнеком в зону впрыска. Сопло узла впрыска смыкается с литьевой формой, и происходит впрыск материала в оформляющую полость замкнутой формы. После заполнения формы расплавом происходит его охлаждение под давлением, в результате чего увеличивается плотность и уменьшается объем, занимаемый полимером. Вследствие уменьшения объема через литники в форму продолжает поступать дополнительная порция расплава и давление в ней поддерживается постоянным. Таким образом, после окончания операции впрыска наступает некоторое равновесие давлений в цилиндре машины и в формующей полости, и течение переходит в медленное дополнительное нагнетание расплава (подпитку); последняя компенсирует уменьшение объема полимера в форме при его охлаждении (то есть способствует снижению усадки). Выдержка под давлением обычно продолжается до тех пор, пока расплав в центральной части впускного литника не охладится ниже температуры текучести. Далее осуществляется отвод узла впрыска, выдержка на охлаждение без давления до температуры, при которой изделие не коробится в процессе выталкивания. Затем следует раскрытие формы, выталкивание готового изделия и набор новой дозы расплава.

Полимерное машиностроение занимает особое место среди другихотраслей машиностроения благодаря широким межотраслевым связям ибольшому ассортименту выпускаемого оборудования, применяемого в самых различных сферах народного хозяйства: химической, нефтехимической, легкой пищевой, медицинской, электротехнической и других отраслях промышленности. Переработка пластических масс представляет собой совокупностьразличных технологических процессов, с помощью которых исходныйполимерный материал превращается в изделие с заранее заданнымиэксплуатационными свойствами. Изготовление изделий из полимерных материалов осуществляетсяглавным образом в результате проведения следующих технологическихпроцессов: прессование, экструзия, литье под давлением, формование, пневмо- и вакуум формование, ротационное формование,каландрование. Литьё под давлением включает в себя следующие основныетехнологические операции: подогрев материала (пластикацию), впрыск —заполнение формы, выдержка под давлением и выдержка на охлаждение(отверждение в случае литья реактопластов и резиновых смесей). Литьём под давлением изготавливают штучные изделия сложной формы из термопластов, реактопластов и резиновых смесей. Процесс переработки осуществляется на серийно выпускаемых промышленностью литьевых машинах, состоящих из двух частей: механизма пластикации — впрыска и механизма запирания формы. Первая из этих частей служит для дозирования материала, его пластикации и впрыска расплава в форму. Вторая часть предназначена для крепления литьевой формы, её перемещения и удержания в сомкнутом состоянии. Литьевые машины в соответствии с конструкцией механизма пластикации подразделяются на машины с поршневой и червячнойпластикацией. Необходимым инструментом для осуществления процесса литьяявляется литьевая форма, конструкции, и размеры которой определяютсяизготавливаемым изделием. Обычно форма состоит из двух полуформ и охлаждается циркулирующим теплоносителем или нагреваетсяэлектронагревательными элементами, расположенными в обеих полуформах. В одной из полуформ имеется конусное отверстие — центральный литниковый канал (литник). Анализ работы литьевых машин показывает, что высокие технико-экономические показатели достигаются при сочетании прогрессивной конструкции узлов с оптимальными параметрами процесса формования. На производительность литьевой машины оказывают влияние технологические и конструктивные факторы. Производительность литьевой машины зависит от веса детали и продолжительности цикла формования. В свою очередь, продолжительность цикла формования зависит от температуры и свойств материала, а также от температуры конструкции формы. Свойства материала определяют температуру его переработки и удельное давление литья. Продолжительность охлаждения детали зависит от толщины и конфигурацииизделия, температуры материала и др. Параметры литьевых машин определяются особенностями процессов и литья различных полимерных материалов, а также ассортиментом выпускаемых отливок. Основными параметрами техническойхарактеристики литьевой машины являются: объём впрыска за один цикл, давление литья, скорость впрыска, пластикационная производительность, усилие запирания (смыкания) формы, расстояние между колонами прессовой части, максимального и минимальное расстояние между плитами, ход подвижной плиты, наибольшая площадь отливки. Эти параметры наиболее важны, поскольку они определяют возможность переработки того или иного материала, а также массу и размеры детали, которая может быть изготовлена на данной машине.

 

1.2 Работа формы.

 

Материал впрыскивается в форму через литниковую втулку, далее по центральному литниковому каналу материал попадает в разводящие канала, оттуда в оформляющую полость, образованную матрицей, знаком и съемником. Далее расплав охлаждается до температуры формоустойчивости при помощи системы термостатирования, состоящей из каналов, по которым циркулирует охлаждающая жидкость (вода).

После достижения температуры формоустойчивости за время, заранее рассчитанное конструктором, происходит размыкание формы по поверхности разъёма с помощью гидромеханической системы машины. Подвижная плита (11) отходит влево и форма размыкается. Литник остается на ловителе (15). Далее упор (19) сталкивается с плитой (13), передавая усилие через фланец (11) на обойму съемников (9), которая, в свою очередь, передает усилие на обоймы матриц (4,5). Это усилие заставляет пружину (24) расположенную в обоймах матриц, отщёлкнуть толкатель (16), который сбрасывает литник с ловителя, и литник свободно падает вниз. Затем упор тянет плиту (13) влево, плита соединена с тягой (20), которая, в свою очередь соединена с обоймой съёмников (9), что позволяет раскрыть форму по плоскости между плитами (9) и (4). Знак (2) уходит влево, изделие остаётся на знаке, упираясь в съёмник (3). Когда знак полностью утопает, изделия свободно падает вниз. На фланце (7) установлен ограничитель (23), который позволяет форме раскрыться на необходимую для извлечения готового изделия и литника величину. Затем происходит смыкание формы. Для лучшего центрирования используется направляющая система, которая состоит из втулок и колонок. После смыкания форма готова для дальнейшего использования.

 

1.3 Совершенство конструкции формы аналога

 

Для данной формы проведено усовершенствование системы охлаждения.

Для уменьшения времени охлаждения изделия в форме, а, следовательно, для увеличения производительности производственного процесса подводим к месту наибольшей толщины отливки охлаждающую жидкость при помощи кольцевого канала. При этом, получаем симметрично расположенные, не сообщающиеся каналы охлаждения для крайних рядов отливок и центральный канал для, соответственно, центрального ряда отливок. В этом случае охлаждающая жидкость циркулирует в каждом канале отдельно, сохраняя заданную температуру, и изделия охлаждаются равномерно, что уменьшает общее время цикла.

 

1.4 Расчёт гнёздности формы.

 

n_n=min[n_Vв,n_A,n_Fм].

n_{Vв =} β_1*V_В / (V_1*k₁) = 0,65 * 6,3 *10^-5 / (4,552*10^-6* 1,03) = 8,7 ≈ 9 шт.,

где V₁— объем одного изделия; k₁ — коэффициент объема литниковой системы в расчете на V₁ (для затвердевающих литников); β₁— коэффициент использования машины (0,75 для аморфных; 0,65 — для кристаллизующихся термопластов);

n_A = A*τ_ц / (ρ*k_1*V₁) = 0,0038*36 / (900*1,03*4,552*10^-6) = 33 шт.,

где А – номинальная (по полипропилену) пластикационная производительность кг/с;

τ_ц – общее время технологического цикла; ρ — плотность материала кг/м³;

τ_ц = τ_м + τ_т + τ_п , где τ_м – машинное время, с; τ_т – технологическое время, с;

τ_т =τ_выд + τ_{охл б/д},

где τ_выд – продолжительность выдержки полимера в форме под внешним давлением, с;

τ_{охл б/д} – продолжительность охлаждения изделия в форме без внешнего давления, с;

τ_п. – продолжительность паузы между циклами, с.

τ_т.=27,5 с., τ_п=3,5 с. (из табл.1).

Технологическое время (τ_т.) показывает продолжительность охлаждения до заданной температуры в центре изделия τ_и, при которой возможно извлечение готового изделия.

Машинное время:τ_м = τ_см +τ _впр +τ_разм, где τ_см – время смыкания формы, с; τ_разм – время размыкания формы, с;

τ_впр – время впрыска, с.

Тогда:

τ_ц =τ_см.+ τ_впр + τ_разм. + τ_выд + τ_{охл б/д}. + τ_п.

Продолжительность пластикации полимера:

τ_пл.= τ_см.+ τ_разм +τ _{охл б/д}.Обозначив С1= τ_выд/τ_т. и С2=(τ _см.+ τ_разм)/ τ т., получим:

τ _см.+ τ_разм= С2· τ _т; τ_выд= С1 ·τ_т; τ_{охл б/д.} = τ_т · (1-С1);

Из таблицы 1: С1=0,5 с., С2=0,15 с.;

 

τ_{охл б/д}. = 27,5· (1-0,5)=13,75;

τ_выд=0,5·27,5=13,75;

τ _см.+ τ_разм=0,15·27,5=4,125 с., тогда:

τ_ц = 4,125+1,2+13,75+3,5+13,75 = 36,325 с ≈ 36с.

n_Fм = F_мн / (p₀*f_и*k₂*k₃) = 500*10³ / (32*660,52*1,1*2,36 = 9,11 ≈ 10 шт.

F_MH — номинальное усилие смыкания формы, развиваемое механизмом смыкания машины; p₀ — давление формования (для полипропилена — около 32 МПа); f_и — площадь проекции изделия на плоскость разъема формы (без учета отверстий в изделии); k₂ – коэффициент учета площади литников в плане (k₂ = 1,1); k₃ – коэффициент использования максимального усилия смыкания (k₃ = 1,25 + 1,11).

n_n = 9 шт.

 

1.5 Определение типоразмера оборудования для проектируемого инструмента.

 

Определение объёма впрыска литьевой машины.

V_в = 1,3*V₀, где V₀ – объём отливки в см³; 1,3 – коэффициент, учитывающий усадку отливки.

V_в = 1,3*38,22 = 49,686 см³.

Определение высоты формы в направлении смыкания, h

h = 156 мм – по чертежу.

Определение минимально необходимого хода разъёма полуформ, s

Минимально необходимый ход разъёма полуформ s, достаточный для того, чтобы изделие было вытолкнуто с неё и свободно упало в образовавшийся между полуформами разъём; не должен превышать max хода подвижной плиты машины S: S > s.

Минимально необходимый ход разъёма полуформ s определяется по формуле:

s = 2h_и + l + e = 2*24 + 31 + 5 = 84 мм,

где h_и — высота изделия; l— длина литника в направлении смыкания формы; е — запас по ходу разъема (достаточный, чтобы изделие выпало из разъема, не зависнув при этом на полуформах).

Определение запаса по ходу разъёма, e

e = 5 мм, т.к. величину e принимают равной 2 – 10, если изделие падает преимущественно в первоначальном положении.

 

1.6 Определение номинального давления литья, р_л.

 

Давление литья для материала изделия определяем по (1, табл. 3, стр. 16)

р_л = 100 МПа.

Давление литья для материала изделия не должно превышать номинального давления литья в литьевой машине P_л.

 

1.7 Подбор литьевой машины.

 

По рассчитанным параметрам выбираем литьевую машину со следующими техническими характеристиками:

• Номинальное усилие запирания формы – 500 кН.
• Ход подвижной плиты при наибольшей высоте формы – 250 мм.
• Высота формы: наибольшая – 250 мм;
• наименьшая – 140 мм.
• Расстояние между колоннами в свету: горизонтальное – 320 мм;
• вертикальное – 250 мм.
• Номинальный объём впрыска за цикл 63 см³.
• Номинальное давление литья – 132 МПа.

Произведём анализ выполнения условий соблюдения соотношений между параметрами формы и литьевой машины.

— Объём впрыска:

V_в ≥ 1,3V_o;

63 > 49,686 – условие выполняется.

— Высота формы в направлении смыкания:

H_min < h < H_max;

140 < 156 < 250 – условие выполняется.

Минимально необходимый ход разъёма полуформ:

S > s;

250 > 84 – условие выполняется.

Номинальное давление литья:

P_л > p_л;

132 > 100 – условие выполняется.

Расстояние между колоннами в свету.

Для монтажа формы на литьевую машину необходим, чтобы расстояние между колоннами в свету было больше максимального размера плит литьевой формы.

Максимальный размер плит литьевой формы 240 мм;

Расстояние между колоннами в свету: горизонтальное – 320 мм;

вертикальное – 250 мм.

Условие выполняется.

Подобранная литьевая машина по всем параметрам подходит для установки на неё данной литьевой формы.

 

1.8 Расчёт системы охлаждения.

 

Количество тепла Q_м поступающего в единицу времени в форму от охлаждающихся в ней изделий, равно:

Q_м =mc(Т_p –Т_к)/ τ_ц = 0,0041*2,5*(453-333)/36 = 3,42*10^-2 кДж/с,

где m — масса отливки, кг; с — теплоемкость термопласта, кДж/(кг*К); τ_ц — время цикла формования изделия, с; Т_р — температура поступающего в форму расплава, К; Т_к — температура, до которой охлаждаются изделия в форме, К.

Массовый расход охлаждающей воды G, кг/с, необходимый для отвода тепла Q_м, поступающего в форму с материалом, равен:

G=Q_м/[с_в(Т_в,к-Т_в,н)] = 286,6*10^-3 /[4,2(338-333)] = 13,7*10^-3 кг/с,

где с_в — теплоемкость воды, кДж/(кг*К); Т_в,н, Т_в,к — температура воды на входе и выходе из формы соответственно, К.

Скорость течения воды в каналах формы равна:

_в = 4G/(ρ_вπd²) = 4*13,7*10^-3 / 10³*3,14*0,010² = 0,174 м/с,

где ρ_в — плотность воды, кг/м.

Количество тепла Q_F, которое способна отвести система охлаждения от формы в единицу времени, составляет:

Q_F = K (T_ф — _в) = 0,741*0,035(353 – 335,5) = 45,4*10^-2 кДж/с;

где К — коэффициент теплопередачи от изделия к охлаждающей среде, кДж/(м²*м*К); — площадь (для круглых каналов _∑) поверхности охлаждающих каналов, м2; _∑ — суммарная длина каналов, м; _в = 0,5 (Т_в,к+Т_в,н) — среднее значение температуры воды в форме, К.

Коэффициент теплопередачи К определяется тепловым сопротивлением стенки формы и коэффициентом теплоотдачи от формы к воде:

K = [(δ_м/_м) + (1/α)]^-1 = [(0,005/4,54*10^-2) + (1/0,807)]^-1 = 0,741,

где _м — теплопроводность металла формы, кДж/(м*с*К); δ_м — характерное расстояние от изделия до канала системы охлаждения, м

При турбулентном течении жидкости в круглой трубе теплообмен определяется следующей критериальной зависимостью:

Nu = 0,021Re^0,8Pr^0,43 = 0,021*1933,3^0,8*2,4^0,43 = 13,02;

Nu = αd/_в;

Re = ( _в)d = (0,174/0,9*10^-6)0,010 = 1933,3;

α = Nu* _в/d = 13,02*0,62*10^-3/0,010 = 0,807,

где для воды при температурах, близких к комнатной, Рr ≈ 2,4; _в — теплопроводность воды, кДж/(м*с*К); _в — кинематическая вязкость воды, м²/с.

Конструкция системы охлаждения удовлетворительна, работоспособна, если она отводит от формы количество тепла Q_F, нe меньшее, чем поступает в форму с материалом Q_М, т.е. Q_F ≥ Q_M; 45,4*10^-2 > 3,42*10^-2 – условие соблюдается.

 

2. Расчёт исполнительных размеров формообразующих элементов

 

отовления размеров изделия, требующего изготовления с определённой степенью точности.

Конструкторский допуск:

изготора с требуемой точностью возможно.

Частное поле рассеивания вследствие колебания усадки:

соответственно max и min значения усадки для материала изделия – [1, табл.3, стр.16];  – размер изделия, подвергающегося усадке, мм.

Частное поле рассеивания вследствие неточности изготовления формы:

поле допуска на соответствующий размер формообразующей детали, мм.

Частное поле рассеивания вследствие колебания толщины облоя :

соответственно max и min значения толщины облоя для данного материала изделия – [2].

Частное поле рассеивания вследствие колебания износа формы: считаем, что ремонтов не требуется, соответственно

 

3. Расчёт на прочность.

 

При смы работает на сжатие, поэтому необходимо рассчитать напряжение смятия формы. Должно быть выполнено следующее условие: допустимое напряжение смятия должно быть больше расчетного напряжения:

предельно допустимое напряжение на сжатие для материала оформляющего знака, МПа. Материал оформляющего знака – Сталь У8А,  = 750 МПа – (4, табл.16, стр.88).

(100 ≤ 750) МПа – условие выполняется.

---

1  2  3