CC BY
17
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЛИТЬЯ НА УСАДКУ И ТОЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Керимов Д.А.
Доктор технических наук, Азербайджанский Государственный Университет Нефти и Промышленности
Аннотация
В данной статье изучается влияние температуры цилиндра и пресс-формы на показатели качества (усадка, прочность) пластмассовых деталей нефтепромыслового оборудования. При этом в широком диапазоне режимных параметров исследуются достижимые границы показателей качества деталей, работающих в конструкциях оборудований разведки, бурения и эксплуатации в нефтяной и газовой промышленности. Устанавливаются математические зависимости между показателями качества (усадки и прочности) деталей от температуры прессования.
Ключевые слова: температура цилиндра, показатели качества, усадка, точность, режимные параметры.
RESEARCH OF THE INFLUENCE OF THE CASTING OF TEMPERATURE ON SHRINKAGE AND THE PRECISION OF DETAILS OUT OF THERMOPLASTIC MATERIALS
Kerimov DA.
Doctor of technical sciences, Azerbaijan State University of Oil and Industry
Abstract
In this article the influence of temperature of the cylinder and a compression mold on indicators of quality (shrinkage, durability) of plastic details of the oil-field equipment is studied. At the same time in the wide range of regime parameters achievable borders of indicators of quality of the details working in designs of equipment of investigation, drilling and operation in the oil and gas industry are investigated. Mathematical dependences between indicators of quality (shrinkage and stability,) details and temperatures of pressing are established
Keywords: temperature of cylinder, indicators of quality, shrinkage, accuracy, regime parameters.
Известно, что повышение температуры литья ведет к увеличению релаксационных процессов при остывании материала в форме, способствует увеличению усадки и ее колебаний при изготовлении деталей из термопластичных материалов [1, 2].
Выбор оптимальной температуры литья в каждом конкретном случае определяется в зависимости от характеристики перерабатываемого материала. В связи с этим, нами исследовано влияние на величину усадки температуры литового цилиндра при изготовлении деталей из полиэтилена высокой плотности и ударопрочного полистирола марки УПМ-3Л. При этом температура литья варьировалась в широком интервале от 140°С до 220°С с шагом 10°С. Остальные режимы: давление литья поддерживалось равным Р=80МПа, время выдержки под давлением и без давления поддерживались постоянными и их величины соответственно равны: Тд = 1,5 мин, Тф = 5 мин. Для каждого режима изготавливалось по 25 образцов. Детали после изготовления выдерживали в течение 48 часов в помещении при 20°С и там же измерялись с точностью 0,01 мм.
На основе полученных средних арифметических величин данных построены кривые зависимости усадки от температуры переработки для всех исследуемых образцов из полиэтилена высокой плотности (рис. 1 и 2).
Кривые зависимости для наружных размеров сплошных образцов даны на рис. 1, а для пустотелых образцов (в виде колец) - на рис.2 (сплошными линиями для наружных размеров, пунктирными для внутренних размеров).
160 170 180 190 200 210 220
Температура .питья, °С
Рис.1. Зависимость усадки от температуры литья для образцов типа колец из полиэтилена высокой плотности
Из кривых зависимостей усадки от температуры литья (рис.1) видно, что с увеличением температуры литья усадка размеров сплошных образцов сперва увеличивается, а потом почти стабилизируется. Особенно это заметно для размеров 010 и $20 мм. У образцов с диаметром $35 мм усадка почти не меняется. Видимо, это связано с тем, что объем отливки с увеличением температуры расплава образцов в зависимости от их толщины стенки меняется по-разному. С другой стороны, между усадками изделий в форме и объемом расплава при охлаждении наблюдается сложный физико-химический процесс, что способствует уменьшению объема изделия в форме и компенсируется подпиткой расплава. У образцов диаметром $20 мм при номинальных температурах литья (160^180°С) наблюдается тенденция к уменьшению усадки. На наш взгляд, это связано с тем, что выдранное давление литья и время выдержки под давлением для данного объема образца является наилучшим режимом с точки зрения формуемости материала в форме и равномерного протекания усадки.
Рис.1. Зависимость усадки от температуры литья для сплошных образцов типа колец из полиэтилена высокой плотности
Усадка образцов типа колец (рис.2) с наружными размерами $20 и $35 мм имеет несколько повышенную величину, чем внутренние размеры этих образцов. Это, по-видимому, связано с тем, что с повышением температуры литья увеличивается скорость релаксации, поэтому ориентация макромолекул полимера в образцах толщиной 5 и 7,5 мм уменьшается, что способствует некоторое увеличение в диаметральном направлении.
Интересная картина наблюдается при температуре литья больше 190°С. В пределах температур 190°С^220°С усадка наружных размеров сильно увеличивается, а внутренних размеров, наоборот, уменьшается. Это связано с тем, что при больших температурах литья вязкость материала увеличивается. При охлаждении же образцов в форме средняя температура материала по наружным и внутренним поверхностям отличается. Это способствует увеличению усадочной деформации по наружным диаметрам, так как давление расплава в момент охлаждения по этим же поверхностям почти равно нулю а по внутренним диаметрам оно имеет определенную величину.
Помимо вышеизложенного, можно сказать, что изменение усадки с изменением температуры зависит еще от двух факторов. С одной стороны, повышение температуры литья уменьшает ориентацию полимера в изделиях, тем самым уменьшая продольную и увеличивая поперечную (диаметральную) усадку [3]. С другой стороны - этот фактор вызывает увеличение коэффициента объемного термического расширения, что увеличивает усадку во всех направлениях.
Зависимости между температурой и пределами колебаний размеров сплошных и пустотелых образцов, представлены на рис. 3 и 4.
Из этих рисунков видно, что с увеличением температуры литья пределы колебания размеров сплошных образцов увеличиваются. Так при режимах 160°С^190°С они доходят до максимума, а затем уменьшаются при 1=190°С^220°С (рис.3). При этом колебания пределов размеров получаются в интервале квалитетов 8, 9 номеров.
Пределы колебаний наружных размеров пустотелых образцов при температуре 1=160°С^190°С уменьшаются, что соответствует 7^9 номерам квалитетов для размеров от 20
до 50 мм, а при температуре 1=190°С^220°С увеличиваются и полностью укладываются между 8 и 9 номерами квалитетов по ГОСТу 1170-66 (рис.4).
Пределы колебаний внутренних размеров с увеличением температуры литья сперва уменьшаются, доходят до определенного минимума (при 1=160°С^220°С), а затем стабилизируются. Это соответствует для размеров от 10 до 18 мм - 7 номеру квалитетов, для
Температура литья. °С Рис.З.Зависимость колебания размера от температуры литья для образцов типа колец из полиэтилена высокой плотности
Следует отметить, что при изготовлении деталей со сплошными сечениями минимальные пределы колебаний размеров образцов, изготовленных из исследуемого материала, получаются при более высокой температуре литья (1=190°С^220°С). Этот предел температуры можно принять границей интервала варьирования данным фактором при изучении колебаний размеров в многофакторном пространстве, т.е. с учетом одновременного влияния всех режимных параметров. Для пустотелых образцов номинальные пределы колебаний размеров достигаются при температуре 1=180°С^200°С, что подтверждает результаты работ [4].
■Югглоее
5 Ш %
го" о.
ш
[3 зо
а
(и 5 X
ГО
с; О 5С
а>
ю
1
I1 -2 /
1 4 Г - 1
-+-
Ы5
¿£*5сс
№ *80 Г?0 Щ ¿(0
'з'б' 10 Й 33 %о
Температура лптья. "С
120
1Г
ММ
Рис.4. Зависимость колебания размера от температуры литья для сплошных образцов из полиэтилена высокой плотности
На рис. 5 и 6 приведены кривые зависимости усадки от температуры литья для сплошных образцов и типа колец из ударопрочного полистирола УПМ-3Л. Как видно из кривых зависимости характер изменения усадки в зависимости от температуры литья и толщины стенки разный. Так у образцов диаметром 10 мм (8 = 10 мм) с увеличением усадка сперва уменьшается и при 1;ц=170^190°С достигает минимального значения, а затем увеличивается. Для образца диаметром 35 мм (8=35 мм), наоборот, с увеличением 1;ц усадка сперва увеличивается, достигает максимума при 1;ц=190°С, а затем интенсивно уменьшается и достигает минимума при 1;ц=220°С. Усадка образцов размером $20 мм с увеличением 1;ц увеличивается, а затем почти стабилизируется при 1;ц=210°С-220°С. Анализ этих кривых подтверждает, что конкретным толщинам изделий соответствуют оптимальные режимы переработки. Например, для диаметра 10 мм 1опт=180°С^190°С, для $20 мм - 170°С^180°С, а для размера $35 мм - 210°С-220°С.
9/жт
Я г лам
'з в 10 £ Й %9 " £0
Тестера тура литья. °С
Рис.5. Зависимость колебания размера от температуры литья для сплошных образцов из ударопрочного полистирола
Как следует из рис.6, усадка наружных размеров больше, чем внутренних. Это совпадает с результатами, полученными для полиэтилена высокой плотности. Кроме того, с увеличением температуры литья усадка наружных размеров сперва незначительно уменьшается, а потом увеличивается. Для внутренних размеров наблюдается обратная закономерность. С увеличением 1;ц усадка уменьшается. Для наружных размеров монотальная усадка получена при 1;ц=180-190°С, а для внутренних при 1ц=210-220°С.
Кривые зависимости, описывающие колебания размеров от температуры литья представлены на рис.7 для сплошных и на рис.8 для образцов типа колец.
Из рис.5 видно, что с увеличением 1;ц колебания наружных размеров сплошных образцов увеличиваются до 1;ц=160°С^190°С, а затем уменьшаются при 1;ц=190°С^220°С. Пределы колебаний размеров укладываются в 6, 7 номерах квалитетов для размеров от 10 до 50 мм по ГОСТу 1170-66.
'б & л й Ъз Ь
Температура литья. СС
Рис.6. Зависимость колебания размера от температуры литья для образцов типа колец из ударопрочного полистирола
Из кривых зависимости колебаний размеров образцов типа колец от температуры литья (рис.6) видно, что характер изменения колебаний наружных резко отличается от колебаний внутренних размеров. Так с увеличением температуры литья колебание наружных размеров сперва увеличиваются, достигаю до максимума при 1;ц=190°С а затем уменьшаются до определенного минимума при 1;ц=220°С.
Колебания внутренних размеров с увеличением 1;ц уменьшаются, а затем почти стабилизируются при 1;ц=220°С. Пределы колебаний наружных размеров от 10 до 50 мм полностью укладываются между 6 и 7 номерами квалитетов по ГОСТу 1170-66, а внутренние размеры (10 и 20 мм) между 7^9 номерами квалитетов.
Литература:
1. Керимов Д. А. Научные основы и практические методы оптимизации показателей качества пластмассовых деталей нефтепромыслового оборудования. Докт.техн.наук дис.автореф., Баку, 1985
2. Брагинский В.А., Мирзоев Р.Г. Система допусков посадки деталей из пластмасс. (Обзор литературных данных). Пластические массы в машиностроении и приборостроении, МДНП, М.. 1965
3. Керимов Д. А., Курбанова С.К. Основы конструирования пластмассовых деталей и пресс-форм. Баку: Изд-во «Елм», 1997, 504 с.
4. Гасанова Е.А. Влияние температуры на характер деформации пластмасс, работающих в нефтепромысловых оборудованиях. Актуальные пробл. гуманит.и естеств.наук, №5, Москва, 2017
