Новые конструкции пресс-форм для литья под давлением изделий из полимерных материалов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.893-752.620.178.16

НОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПРЕСС-ФОРМ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

© 2014 г. Н.И. Козаченко, Е.И. Павлов, Л.М. Данюшин

Козаченко Николай Иванович - ведущий конструктор, ООО НПК «Триболог». Тел. (8863)22-21-67.

Павлов Евгений Игоревич - зам. директора по производству, ООО НПК «Триболог».

Kozachenko Nikolay Ivanovich - design project leader, OOO NPK «Tribolog». Ph. (8863)22-21-67.

Pavlov Evgeniy Igorevich - Deputy director on manufacture, OOO NPK «Tribolog».

Данюшин Лев Михайлович - технолог ООО НПК «Триболог».

Danushin Lev Michailovich\ - technologist, OOO NPK «Tri-

bolog».

Представлены описания конструкций трех новых пресс-форм для литья под давлением изделий из термопластичных антифрикционных полимерных материалов. Одна пресс-форма, с горизонтальным и вертикальным разъемами, для изделий типа поршней пневматических и гидравлических устройств. Две пресс-формы, с горизонтальными разъемами, для изделий типа втулок, имеющих винтовой разрез по всей длине под углом 70...75°. Конструктивные особенности пресс-форм определены заданными параметрами элементов конструкций, дано обоснование параметров, приведены формулы для их вычисле-

Ключевые слова: пресс-формы; литье под давлением; термопластичный полимерный антифрикционный материал; параметры элементов конструкций пресс-форм.

Descriptions of designs of three new compression molds for molding under pressure of products from thermoplastic antifrictional polymeric materials are submitted. One compression mold, with horizontal and vertical sockets, for products like pistons of pneumatic and hydraulic devices. Two compression molds, with horizontal sockets, for products like the plugs which have a screw section on the whole length at an angle 70... 75 Design features of compression molds are defined by the set parameters of elements of designs, justification ofparameters is given, formulas for their calculation are given.

Keywords: compression mold; molding under pressure; thermoplastic antifrictional polymeric materials; parameters of elements of designs compression mold.

В связи с новыми разработками многие детали узлов механизмов, взамен металлических, изготавливаются из термопластичных полимерных композиционных материалов, в том числе антифрикционных, которые широко применяются в автомобильной промышленности, сельхозмашиностроении и во многих других отраслях. Для изготовления указанных деталей требуется высокопроизводительное, надежное технологическое оборудование, которое должно быть стационарным и работать в автоматическом режиме. Большое разнообразие конструкций пресс-форм, используемых при переработке термопластичных полимерных материалов литьем под давлением, не соответствуют указанным требованиям. Особенно это относится к пресс-формам для изготовления изделий с выступами, углублениями или отверстиями, направление которых не совпадает с направлением прессования, например, деталей типа поршней пневматических и гидравлических устройств. Из известных конструкций также отсутствуют пресс-формы для изготовления деталей типа втулок, имеющих вин-

товой разрез по всей длине под углом 70...75° [1, 2]. Такие углы наклона разрезов имеют втулки, изготавливаемые из антифрикционных полимерных материалов, которые широко применяются в парах трения узлов машин указанных отраслей промышленности.

В статье представлены три новые конструкции многогнёздных, стационарных пресс-форм для литья изделий под давлением, работающих в автоматическом режиме.

На многогнездную пресс-форму, рис. 1, выдан патент на изобретение [3]. Пресс-форма имеет горизонтальный и вертикальный разъемы и предназначена для литья под давлением деталей типа поршней пневматических и гидравлических устройств.

Пресс-форма, рис. 1, состоит из подвижной части, вид В - В, и неподвижной части, вид Б - Б. Подвижная часть содержит устройство размыкания и смыкания полуматриц, работающее в автоматическом режиме. Это обеспечивается за счет того, что цилиндрические толкатели 4 установлены в направляющих втулках 3, симметрич-

но относительно оси пресс-формы, под углом

а = 15...25°.

9 10 11 Б В 12

28

27

26

Рис. 1. Пресс-форма с горизонтальным и вертикальным разъемами для изготовления изделий типа поршней пневматических и гидравлических устройств

Толкатели цилиндрическим концом 2 скреплены с полуматрицами 20, а противоположным, Т-образным торцом 6, установлены в соответствующие пазы 5 опор 8 скольжения (или качения), со свободой относительного перемещения. Опоры 8 скреплены с диском выталкивания 7, установленным в стакане 11, который скреплен со средней плитой 12 и задней плитой 9. Диск выталкивания снабжен двумя возвратными стержнями 10. В средней плите 12 с помощью резьбовых пробок 27 закреплены знаки 26, оформляющие отверстия формуемых изделий, ось которых совпадает с направлением размыкания (смыкания) пресс-формы. Знаки 26 проходят в полуматрицы 20, по линии их стыка, в гнезда, оформляющие поднутрения и выступы, направление которых перпендикулярно направлению

смыкания пресс-формы. В передней плите 13, скрепленной со средней плитой 12, выполнено отверстие 19, имеющее поверхность в виде внутреннего конуса с углом в, выполняющую роль обоймы смыкания полуматриц. С указанной поверхностью контактируют полуматрицы, в сомкнутом состоянии образующие наружную конусную поверхность 1 также с углом р. Полуматрицы связаны между собой с помощью двух направляющих штифтов 21. Неподвижная часть пресс-формы содержит скрепленные между собой переднюю 14 и заднюю 15 плиты, внутри которых с помощью гаек 16 закреплены подпружиненные упоры 18.

Зависимость между параметрами угла а наклона толкателей, их ходом выталкивания L и ходом полного размыкания Н каждой полуматрицы в вертикальной плоскости определяется

формулой: L = Н^а. В свою очередь Н = ~ +

+ 3.. .4 мм, где й - наружный диаметр формуемого изделия. Угол а наклона толкателей назначается из конструктивных соображений в пределах 15.25°. Эти значения углов обеспечивают плавную работу механизма размыкания (смыкания) полуматриц и оптимальное соотношение параметров L//H. Угол р > а на 3.4°. Выполнение заданного условия обеспечивает плавное примыкание (размыкание), без скольжения друг по другу, наружной конусной поверхности 1 полуматриц и внутренней конусной поверхности 19 обоймы смыкания.

При размыкании пресс-формы влево перемещается подвижная часть. На величину хода размыкания h торцы упоров 18 остаются в контакте с полуматрицами 20 под действием пружин 17. Усилие пружин и ход h выбираются конструктивно и должны обеспечивать срыв центрального литника 25 из конического впускного отверстия, предотвращая перемещение полуматриц на размыкание. При дальнейшем размыкании ограничитель пресс-формы 28, соединенный с диском выталкивания 7, упирается в ограничитель литьевой машины. Диск выталкивания 7 начинает относительно перемещаться в стакане 11 вместе со скрепленными с ним опорами 8 толкателей 4 и возвратными стержнями 10. Толкатели 4, скрепленные с полуматрицами 20, перемещаются по направляющим втулкам 3 и скользят (или перекатываются) Т-образными торцами 6 по дну опор 8, от оси пресс-формы к периферии. Полуматрицы, одновременно с выдвижением из обоймы, размыкаются в верти-

кальнои плоскости, скользя друг относительно друга, по направляющим штифтам 21. При этом происходит одновременное снятие изделий со знаков с помощью выталкивающей втулки 22 и освобождение формуемых изделий от полуматриц. Втулки 22 за счет наличия выступов 23 остаются в контакте с пазами 24 полуматриц в процессе их размыкания и смыкания. После перемещения каждой полуматрицы на величину Н и снятия изделий со знаков изделия выпадают из пресс-формы.

В процессе смыкания пресс-формы возвратные стержни 10 упираются в переднюю плиту 14 неподвижной части, возвращая диск выталкивания со скрепленными с ним толкателями в исходное положение. Полуматрицы смыкаются и одновременно устанавливаются в обойме смыкания 19. Поверхности передней плиты 13 подвижной части пресс-формы и полуматриц 20, находящиеся в одной плоскости, примыкают к передней плите 14 неподвижной части пресс-формы. Пресс-форма в сомкнутом состоянии заполняется под давлением расплавом и процесс повторяется.

На две многогнездные стационарные пресс-формы, с горизонтальными разъемами, для литья под давлением изделий типа втулок с винтовым разрезом под углом 70...75°, рис. 2 и 3, имеются решения РОСПАТЕНТА о выдаче патентов на изобретения.

Пресс-форма (рис. 2) изображена в сомкнутом состоянии (винтовые элементы знаков условно показаны в разрезе по винтовой линии). Пресс-форма состоит из подвижной части, содержащей диск выталкивания 4 (с упором 7), соединенным с подвижной плитой сталкивания 1 посредством стержней 3. Знаки 15, одним концом 8 квадратного сечения, жестко закреплены в плите 10. На другом, цилиндрическом конце знаков выполнена винтовая шпонка 13, оформляющая разрез под углом 70.75°, на отливаемой втулке. Плита 10 скреплена со стаканом 9, а он, в свою очередь, скреплен с подвижной плитой литьевой машины. Подвижная плита сталкивания 1 выполнена в виде диска и установлена внутри кольца 2 (скрепленного с плитой 10) по подвижной посадке, исключающей подтекание расплава. В сомкнутом состоянии пресс-формы поверхности смыкания кольца 2 и плиты сталкивания 1 находятся в одной плоскости. Между кольцом 2 и плитой сталкивания 1 расточены отверстия 6 под цилиндрический участок 5 знака так, что подвижная плита сталкивания 1 охваты-

вает 2/3, т. е. большую часть 20 поверхности знака 15, а кольцо 2 охватывает 1/3, т. е. меньшую часть 21 . При этом шпонка 13 выступающего конца 14 знака 15 торцом 11 примыкает к поверхности кольца 2 и расположена симметрично относительно 1/3 дуги отверстия 6. Величины 1/3 дуги отверстия достаточно для исключения недопустимого контакта шпонки с плитой сталкивания.

А /2 12

1 18

Д

Рис. 2. Пресс-форма с горизонтальным разъемом и неподвижными знаками для изготовления втулок с винтовым разрезом под углом 70.75°

Для узлов трения с полимерными втулками [4] это справедливо при литье втулок, имеющих винтовой разрез под углом 70.75° и имеющих известное соотношение длины втулки «/» к ее внутреннему диаметру <^вв» в пределах 1 - 2.

При максимальном значении = 2 это отра-

жается соотношением

2d„

- , (1)

3 tg70°(75°)

что в численном виде, для углов 70 (75 ), пред-

ставляет:

1,05dвв > 0,729(0,536)dB

(2)

и подтверждает правильность принятых соотношений, изложенных выше. Левая часть неравенства (1) определяет дугу в 1/3 длины окружности отверстия 6 в кольце 2. Правая часть неравенства (1) определяет длину дуги, которую занимает винтовая шпонка 13 на цилиндрической поверхности 14 знака 15. Матрица 19, содержащая литниковые каналы 17 к каждому гнезду 16, закреплена на плите 12 неподвижной части пресс-формы. Оси отверстий под знаки 15 и оси гнезд 16 на матрице расположены соосно, попарно, диаметрально противоположно по линии В - В. Линии Д - Д литниковых каналов 17 смещены относительно линий В - В на угол:

f = arctg

Ml - 3dBB - 2dBB'

(3)

плиты сталкивания, обеспечивая свободу прово-рота по стрелкам Г парных, диаметрально противоположно расположенных отформованных втулок при снятии их со знаков. Численное значение угла / определяемое по формуле (3), обеспечивает проворот, при снятии отформованной ^вв

втулки на величину —-—, что согласно зависимостям (1) и (2) достаточно с запасом. При смыкании пресс-формы подвижная плита сталкивания 1, через стержень 3 возвращает диск выталкивания 4 в исходное положение и, после заполнения пресс-формы расплавом, процесс повторяется.

Пресс-форма, представленная на рис. 3, существенно отличается по конструкции от пресс-формы рис. 2 тем, что содержит знаки, которые установлены на подшипниках качения и имеют возможность проворота вокруг своей оси.

9 10

7

8

где А?вв - внутренний диаметр формуемой втулки; Dпс - диаметр диска плиты сталкивания 1, который выбирается конструктивно в зависимости от размеров формуемой втулки, количества гнезд пресс-формы и параметров термопластавтомата. Причем расположение линии Д - Д должно быть со смещением на угол f налево относительно линии В - В, для правого направления винтовой линии шпонки 13. Для левого направления винтовой линии шпонки смещение на угол f выполняется направо относительно линии В - В.

При размыкании по плоскости А - А налево перемещается подвижная часть пресс-формы вместе с отформованными изделиями, остающимися на знаках 15. Как только упор 7, соединенный с диском выталкивания 4, дойдет до ограничителя литьевой машины, диск 4 начнет относительно перемещаться в стакане 9. При этом, скрепленная стержнями 3 с выталкивающим диском 4 плита сталкивания 1 скользит по направляющим колонкам 18 и по 2/3 цилиндрических поверхностей знаков, снимая отформованные изделия со знаков 15. Втулки (изделия), имеющие винтовой разрез под углом 70.75° на всю длину, легко снимаются со знаков, проворачиваясь и при этом опираясь торцом в плиту сталкивания 1. Это становится возможным потому, что литниковые каналы 17 имеют свободу проворачивания на двойной угол f по направлению стрелок Г, выгибаясь вверх относительно поверхности

25 24

Рис. 3. Пресс-форма с горизонтальным разъемом и вращающимися знаками для литья втулок с винтовым разрезом под углом 70 - 75°

Пресс-форма на рис. 3 изображена в сомкнутом состоянии (винтовые элементы знаков, с правым направлением, условно показаны в разрезе по винтовой линии). Подвижная часть пресс-формы содержит диск выталкивания 1 (с упором 2), соединенный с подвижной плитой сталкивания 20 посредством подпружиненных стержней 3, установленных с осевым зазором «к». На диске выталкивания 1, в соответствии с количеством гнезд пресс-формы, с помощью шпонок 4, установлены гайки 5, содержащие изнутри полукруглого сечения винтовую канавку 6. В средней плите 24, на подшипниках качения 12, установлены знаки 11, которые имеют на одном конце скрепленную со знаком втулку 19, содержащую снаружи винтовую канавку 10,

идентичную с винтовой канавкой 6 гаек 5. Другой конец знака выполнен в виде оформляющей отверстие изделия цилиндрической поверхности 16 с винтовой шпонкой 15, оформляющей разрез формуемой втулки на всю ее длину. Причем направление и шаг винтовой шпонки 15 и винтовой линии пары винт - гайка 10 - 6 выполнены с одинаковыми параметрами. В собранном виде винтовой карман, образованный между канавками 6 и 10, заполнен шариками 7 от подшипников качения с консистентной смазкой, образуя шари-ко-винтовую пару. Шарики от выпадения защищены шайбами 25. Подвижная плита сталкивания 20 выполнена в виде диска и установлена внутри кольца 23 (скрепленного с плитой 24) по подвижной посадке, исключающей протекание расплава. Плита 24 скреплена со стаканом 9, а стакан с подвижной плитой 8 литьевой машины. В сомкнутом состоянии пресс-формы поверхности смыкания кольца 23 и плиты сталкивания 20 находятся в одной плоскости. Между кольцом 23 и плитой сталкивания 20 выполнены отверстия под цилиндрическую часть 17 знака 11 . Причем с подвижной плитой сталкивания 20 контактирует 2/3 цилиндрической поверхности 17 знака, а 1/3 поверхности знака контактирует с неподвижным кольцом 23. Торец 13 винтовой шпонки 15 установлен с минимальным зазором относительно поверхности кольца 23, для предотвращения подтекания расплава. Важным требованием при изготовлении знака 11 является ориентирование торца 13 шпонки относительно 1/3 дуги отверстия под знак на кольце 23. Торец 13 шпонки 15 должен находиться в конце дуги, в направлении «на завинчивание», размер дуги вычисляется по правой части неравенства (1) в сомкнутом состоянии пресс-формы, а ее расположение - симметрично относительно 1/3 дуги отверстия в кольце 23. Часть винтовой шпонки 15 при этом будет пространственно перекрывать и часть 2/3 дуги отверстия в плите сталкивания 20, выступая над ней и не касаясь плиты сталкивания. Выполнение указанных требований позволяет предотвратить недопустимый контакт плиты сталкивания 20 со шпонкой 15, в процессе взаимного перемещения плиты сталкивания 20 по цилиндрическим поверхностям 17 и 16 знака при его проворачивании.

Матрица 21 , содержащая литниковые каналы 18 к каждому гнезду, скреплена с плитой 14, составляя неподвижную часть пресс-формы. Центрирование подвижной и неподвижной час-

Поступила в редакцию_

тей пресс-формы осуществляется с помощью двух направляющих колонок 22, которые служат направляющими и для плиты сталкивания.

Пресс-форма, после заполнения ее в сомкнутом состоянии расплавом, работает следующим образом. При размыкании пресс-формы влево перемещается подвижная часть. Как только упор 2 дойдет до ограничителя литьевой машины, скрепленный с ним диск 1 начнет относительно перемещаться в стакане 9, сначала на величину ^ с целью выборки люфтов в шарико-винтовой паре 10 - 6. При дальнейшем перемещении диска выталкивания 1, с закрепленными на нем гайками 5, будут проворачиваться знаки 11, в направлении «на отвинчивание». Одновременно начнет перемещаться скрепленная с диском 1 (с помощью стержней 3) плита сталкивания 20. За счет одновременности указанных движений будет происходить снятие отформованной втулки с поверхности 16 знака, содержащего винтовую шпонку 15, оформляющую винтовой разрез.

В процессе смыкания пресс-формы плита сталкивания 20, при контакте с матрицей 21, возвращает диск выталкивания 1 в исходное положение. Знаки также, проворачиваясь, занимают исходное положение. После полного смыкания пресс-форма заполняется расплавом и процесс повторяется.

Выводы

1. Представленные новые конструкции пресс-форм работают в автоматическом режиме, предназначены для крупносерийного производства, отличаются надежностью в работе, обеспечивают высокое качество литья изделий под давлением из полимерных композиционных материалов, расширяют технологические возможности оснастки.

2. Конструктивные особенности пресс-форм определены заданными параметрами элементов конструкций, дано обоснование параметров, приведены формулы для их вычисления.

3. Производственные испытания пресс-форм подтвердили их работоспособность.

Литература

1. Филатов В.И., Корсаков В.Д. Технология подготовки процессов формования изделий из пластмасс. Л., 1991. 352 с.

2. Лейкин Н.Н. Конструирование пресс-форм для изделий из пластмасс. Л., 1961. 168 с.

3. Патент RU МПК В29С 43/39. Многогнездная стационарная пресс-форма с горизонтальным и вертикальным разъемами для литья под давлением.

3. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. Т. 2: 5-е изд., перераб. и доп. М., 1979. 559 с.

_18 ноября 2013 г.