Конструирование оснастки для производства линзы светодиодного светильника методом литья под давлением. 
Материал изготовления ПММА

Молекулы, свободно переместившиеся в переднюю часть потока, ориентированы в направлении течения, укладываются на холодной поверхности и еще имеют некоторую способность к релаксации по мере затвердевания. Радиальное течение является вторым механизмом, приводящим к ориентационным эффектам в направлении, перпендикулярном течению центрального слоя отливки. Рис.

3.7. Деформация расплава при литье под давлением Расплав, поступающий через впускной литник, растягивается в поперечном направлении при радиальном растекании от него. Течение, вызванное выдержкой под давлением, при охлаждении, приводит к дополнительной ориентации в конечном изделии. Дает пики на графиках распределения усадки. При работе в программе MoldflowAdviser я проанализиовал и сравнил свои расчеты с программными. Правда в программе я исследовал режимы литья одной детали Линза. На первом слайде мы видим, какое время ушло на заливку всех полостей формы. Рис.

3.8. Время впрыска На следующем слайде программа рассчитала давление прессования Рис.

3.9. Давление впрыска.

На следующем слайде программа показывает время охлаждения детали Рис.

3.10. Время охлаждения На следующем слайде программа показала, где могут образоваться воздушные пузырьки, причин много. Рис.

3.11. Наличие воздушных пузырей Программа дает рекомендацию на удаление пузырей — изменить в ту или иную строну давление впрыска. Но причин на самом деле гораздо больше, например — плохо высушили гранулы. Расчет исполнительных размеров формующей плоскости.

Усадка ПММА — 0,6%. Следовательно исполнительные размеры матрицы и пуансона изменятся на 0,6%. Исполнительные размеры формообразующих элементов назначаем в зависимости от допуска на размеры Линзы и усадку. На рисунке приведены размеры, которые подлежат расчету.Рис.

3.12. Размеры детали Линза Рассчитаем размеры формообразующих размеров пуансона. Расчетная формула для охватывающего диаметрального размера Ø28,3h12(-0,21): где — наибольший предельный размер изделия, мм; - наибольшая усадка, %; - допуск, мм. мм. Т. е. размер пуансона: Ø28,26+0,052 мм. Расчетная формула для охватывающего диаметрального размера Ø20,5±0,1 мм: мм. Т. е. размер пуансона: Ø20,524+0,043 мм. Расчетная формула для охватывающих высотных размеров 1,96h12(-0,05) и 8,1h12(-0,075):

где — наибольший предельный размер изделия, мм; - средняя усадка, %; - допуск размера пуансона, мм, берется по 9 квалитету. Размер пуансона: 1,94±0,01 мм. Размер пуансона: 8,093±0,018 мм. Размер формующей поверхности диска в пуансоне для выталкивания принимаем: Ø4Н14(+0,3) мм. Разработка конструкции литьевой формы.

Форма в сборе состоит из основы, матрицы, системы доставки расплава в формующую полость, системы охлаждения расплава, поступившего в полость и устройства извлечения отливки. В целях повышения производительности литьевую форму делаем четырехгнездной. Литьевая форма должна отвечать следующим требованиям: — иметь набор пуансонов, матриц, знаков, определяющих конфигурацию отливки;

доставку расплава из материального цилиндра литьевой машины в формующие плоскости;

извлечение готового изделия из формы;

как теплообменники, обеспечивающие быстрое и равномерное охлаждение изделия;

прочностными характеристиками, позволяющими выдерживать как внутреннее давление расплава, так и сжимающее усилие узла смыкания; кроме того, нагрузки, испытываемые литьевой формой, являются циклическими, что существенно сокращает срок службы каждого из ее элементов;

многогнездных форм необходимо обеспечить однотипность всех плоскостей по размерам и свойствам металла, а также обеспечить равномерное поступление расплава и равномерное охлаждение. Холодноканальныелитниковые системы (ХКС) имеют ряд преимуществ перед горячеканальными. Они просты, а следовательно, более дешевы. Стоимость обслуживания ХКС ниже, так как в них нет нагревателей, терморегуляторов или термопар. Основной недостаток ХКС — застывший разводящий литник. Литниковые каналы.

Расплав из центрального канала попадает в отверстие с обратным конусом, предназначенным для извлечения литника и улавливания «холодной капли», которая успевает вытечь из сопла и охладиться за время между отходом и прижимом сопла к втулке между циклами. По рис.

27 [9] диаметр d1 отверстия центрального литникового канала на входе в литниковую втулку в зависимости от массы отливки (с литниками) m = 13 г принимаем 2,5 мм. Диаметр d1канала рекомендуется принимать на 0,4−0,6 мм больше диаметра сопла d1= dc+ (0,4−0,6). Диаметр на входе в литниковую втулку можно определить по формуле: где V — объем впрыска, V = 12,72 см²; v — средняя скорость течения материала в литниковой втулке, см/с, v = 300 см/с; τ - продолжительность впрыска, τ = 0,41с. Получилось слишком мало, ориентируемся на график [рис.

27, 9]. Длина L центрального литникового канала зависит от толщины плит, что составляет 30 + 30 — 6 = 54 мм. Диаметр D центрального литникового канала на выходе рассчитываем исходя из угла конуса и длины канала по формуле:

Форма перехода к впускному каналу не должна создавать дополнительных сопротивлений к течению расплава и съема литников. Переход может осуществляться по прямым углом, острым углом и по радиусу. Первые два перехода ведут к большому гидравлическому сопротивлению и к пробке. Применяем переход по радиусу R = 0,5d, где d — диаметр канала. Лучшие условия течения достигаются при круглом поперечном сечении литника. Скорость охлаждения расплава в литниковых каналах пропорциональна отношению поверхности канала к их объему.

У круглых каналов это отношение минимально. При форме в виде полуокружности — условия течения значительно хуже. Каналы у нас прямые, легко можно обработать окружность. Можно применить и трапециидальную форму каналов, с боковым углом α = 15°. При симметричном расположении сечения канала относительно плоскости разъема и равенстве ширины и высоты трапеции, где — приведенный радиус сечения S канала. Так как деталь у нас расположена в пуансоне (с одной стороны разъема), подвод впускного канала должен быть в одной плите, поэтому выбираем расположение и подводящего канала также в одной плите. Hис.

3.13. Форма сечениялитниковых каналов Диаметр d канала круглого сечения или эквивалентный диаметр dэне круглого сечения можно определить по диаграмме [рис. 33,9] в зависимости от массы отливаемого изделия и длины L пути течения материала в разводящем канале: dэ = 2 мм. Каналы редко делают с площадью сечения меньше 7 мм². Для трапециидальной формы канала размеры определяются по формуле: при α = 10°, k = 0,84 (условие вписанной окружности), Впускные каналы имеют форму круглого, точечного сечения и прямоугольного сечения. Характеристический размер Н для вычисляют по формуле: где и — объем изделия, см3; Sп — площадь поверхности, см2. По таблице 28 [9] h = b =a∙H. Для ПММА, а = 0,8, следовательно: h = b = 0,8∙0,746 = 0,6 мм. Предельные отклонения размеров h = b — по Н11.

Длину канала принимаем l = 1 мм. По расчету получились очень маленькие размеры, в литературе советуют увеличенные размеры для ПММА, увеличим сразу размеры впускных каналов в два раза. Расчет толщины опорной плиты.

Определим толщину опорной плиты, которая гарантирует прогиб не более 0,005 мм. Предполагаем, что опорных колонок нет, две стороны плиты полностью закреплены и распределенная нагрузка составляет 5 т (формующие плоскости равномерно распределены по плите). Узел смыкания действует с максимальной нагрузкой. Модуль упругости.

Е = 206 897 МПа или кг/см3. Изгиб плиты уопределяется по формуле: где d — толщина плиты; b — ширинаплиты, b = 19 см; l — длинаплиты, l= 14,4 см. 2,86 см. Принимаем d = 30 мм. Проверяем плиты на прочность при нагружении. Условие выполнено. Вентиляционные каналы мы не делаем, так как у нас есть как бы отросток для выталкивания детали, так как на поверхности линзы не должно быть следов от выталкивателей. В этом отростке для выталкивателей пусть и собирается воздух.

При стыковке матриц и пуансонов не может быть, чтобы между ними не просачивался воздух. Автоматическое отделение литника от изделия мы не применяем, так как при извлечении деталей из формы, если их отделить от литников, они будут падать в короб. А это недопустимо, к поверхности линз предъявляют высокие требования, линзы довольно хрупкие. Поэтому мы применяем робот манипулятор для снятия деталей с литниковой системой. Выталкивающая система.

Изделия из формы извлекают выталкивающей системой. Выталкиватели устанавливаются в плите выталкивателей с зазором 0,2−0,5 мм, который обеспечивает их самоустановку по направляющему отверстию матрицы. Выталкиватели укрепляются (подпираются) опорной плитой. Для предотвращения подтекания материала в зазор между головкой выталкивателя и направляющим отверстием матрицы, что приводит к зависанию детали, соединение выполняется по посадке H7/f7, для размера менее 6 мм — H9/f9.Отношение длины l направляющей головки выталкивателя к ее диаметру принимаем для диаметров d = 3−5 мм — l/d = 4−3, для диаметров d = 5−10 мм — l/d = 3,0−2,5. Если диаметр головки не превышает 4 мм, выталкиватель исполняют ступенчатым. Конструкция и размеры выталкивателей исполняют по ОСТ 64−1-303 и ОСТ 64−1-304. Для выталкивания центрального литника выбираем Выталкиватель 64−1041−0017 ОСТ 64−1-303−77. Рис.

3.14. Выталкиватель центральный D = 12 мм; d= 6f7 мм; d1= 5,5−0,2 мм; d2= 8d11 мм;l = 15 мм; L = 84h8мм. Материал — сталь У8А по ГОСТ 1435–74, твердость HRCэ 45,5…49,5, кроме места, обозначенного особо; радиальное биение поверхности Б относительно поверхности, А не более 0,012 мм. Остальные технические требования по ОСТ 64−1-317−77. Для выталкивания дисков применяем Выталкиватели 64−1041−0153 ОСТ 64−1-304−77 диаметром Ø4 мм. Рис.

3.15. Выталкиватель ступенчатый D = 14 мм; d= 4f7 мм; d1= 8−0,2 мм; d2= 10d11 мм;l = 45 мм; L = 86h8мм. Материал — сталь У8А по ГОСТ 1435–74, твердость HRCэ 45,5…49,5; радиальное биение поверхности Б относительно поверхности, А не более 0,012 мм. Центрирование и направление выталкивающей системы обеспечивают направляющие втулки и колонки, которые одновременно выполняют функции дополнительной опоры. Втулки и колонки изготавливают или покупают в соответствии с ГОСТ 17 389–72 и ГОСТ 17 386–72. Выбираем втулку 1032−1403 ГОСТ 17 389–72. Рис.

3.16. Втулка направляющая ступенчатая D = 22n6 мм; d= 16H9 мм; D1= 22h9мм; D2= 28b12 мм;D3= 21,5 мм; l = мм; l1 =4h11 мм; L = 32 мм; b = 3,0 мм; r = 1.6 мм; r1 = 1,0 мм. Материал — сталь У8А по ГОСТ 1435–74, твердость HRCэ 47,5…51,5; радиальное биение поверхностей, А и Б относительно оси отверстия по 6-й степени точности по ГОСТ 24 643–81. Торцевое биение поверхности В относительно оси отверстия — по 7-й степени точности. Остальные технические требования — по ГОСТ 17 392–72. В процессе раскрытия формы выталкиватели перемещаются в направлении съема изделий упором литьевой машины, через хвостовик, закрепленным в плите под выталкивателями. При смыкании формы система возвращается в исходное положение при помощи упора литьевой машины. Хвостовик изготавливаем по ГОСТ 22 079;76, размерами D = 25d11 мм, d = М20×2 мм, L = 100 мм. Выбор втулок, колонок и крепежных деталей.

Рис.

3.17. Втулка направляющая D = 22n6 мм; d= 16H7 мм; D1= 28b12 мм;D3= 21,5 мм; l =4h11 мм; L = 25 мм; b = 3,0 мм; r = 1,6 мм; r1 = 1,0 мм. Материал — сталь У8А по ГОСТ 1435–74, твердость HRCэ 47…51. Допуск радиального биения поверхности, А относительно оси отверстия по 5-й степени точности по ГОСТ 24 643–81. Допуск торцевого биения поверхности Б относительно оси отверстия — по 7-й степени точности. Остальные технические требования — по ГОСТ 17 392–72. Рис.

3.18. Пример установки втулки.

Для центрального выталкивателя устанавливаем втулку центральную 0602−0522 ГОСТ 22 078;76. Рис. 3.

19. Втулка центральная D = 20 мм; d= 16n6 мм; d1= 6H7мм;d2= 7 мм; l =10 мм; L = 25 h6мм. Материал — сталь У8А по ГОСТ 1435–74, твердость 49,5…53 HRCэ. Маркировать: обозначение центральной втулки и товарный знак изготовителя. Рис.

3.20. Пример установки центральной втулки В неподвижной части полуформы устанавливаем Колонки направляющие 1030−1920 ГОСТ 17 385–72. Рис.

3.9. Колонки направляющие D = 20b12 мм; d= 16f7 мм; d1= 16n6мм;l =20мм; L = 50 мм; l1 =4,0 мм.Материал — сталь У8А по ГОСТ 1435–74, твердость 51…55 HRCэ. Центровые отверстия — формы В по ГОСТ 14 034–74. Допуск радиального биения поверхности, А относительно оси поверхности Б по 5-й степени точности по ГОСТ 24 643–81. Допуск торцевого биения поверхности.

В относительно оси поверхности Б — по 7-й степени точности. Остальные технические требования — по ГОСТ 17 392–72. В выталкивающей части прессформы устанавливаем Колонки направляющие ступенчатые исполнения 2 1030−2032ГОСТ 17 386−72. Рис.

3.21. Колонки направляющие ступенчатыеD = 20d9 мм; d= 12n6 мм; d1= 12h9мм;d2= 11,5 мм;l =мм; L = 65 мм; L1 =80мм.Материал — сталь У8А по ГОСТ 1435–74, твердость 51…55 HRCэ. Центровые отверстия — формы В по ГОСТ 14 034–74. Допуск радиального биения поверхности, А относительно общей оси поверхностей Б и Д по 5-й степени точности по ГОСТ 24 643–81. Допуск торцевого биения поверхности Ви Г относительно общей оси поверхностей Б и Д — по 7-й степени точности. Остальные технические требования — по ГОСТ 17 392–72. Для крепления деталей полуформ применяем Болты исполнения 3 с уменьшенной головкой с крупным шагом, диаметром d = 10 мм, с размером под ключ S1 = 14 мм, с полем допуска 6g, класса прочности 10.9, из стали 40Х, с покрытием 01 толщиной 6 мкм.

Резьба по ГОСТ 24 705–81. Сбег и недорез резьбы — по ГОСТ 27 148–86. Штифты применяем диаметром d = 8 мм. Предельные отклонения диаметров для класса точности В — h8. Незакаленные штифты изготавливают из стали марки 45 по ГОСТ 1050–88, ГОСТ 10 702–78. Твердость незакаленных штифтов должна быть не менее 78 HRB.

Шероховатость Ra 1,6 мкм для класса точности В. Охлаждающая система.

Время охлаждения определяем по приближенной формуле [9, стр.

224]: а — коэффициент температуропроводности, м2/с; δ - толщина изделия, м; - средняя за цикл температура формующих поверхностей, °С; -начальная температура изделия, равная температуре впрыскиваемого расплава, °С; - температура в середине стенки изделия, при которой раскрывается форма (принимают на 8−25°С выше), для жестких и прочных материалов — большие значения. По упрощенной формуле для ПММА [4, стр.

97]: Время цикла, с: — время смыкания и размыкания полуформ, с; - время впрыска, с. Конструируем отверстия для охлаждения диаметром Ø8 мм — 4 отверстия. Выбираем ниппель 64−7024−0003 по ОСТ 64−1-312−72. Материалы.

При эксплуатации форм желательно, чтобы материал формы обладал следующими свойствами: — износостойкостью к абразивным материалам;

прочностью (вязкостью) небольших знаков;

под воздействием усилий смыкания;

при повышенной температуре;

теплопроводностью; При изготовлении прессформ желательно, чтобы материал обладал Для изготовления формообразующих деталей простой формы и небольших размеров применяют объемно закаливаемые стали. Они имеют высокую твердость, износостойкость, хорошо полируются и обрабатываются электроэрозионным методом. Но имеют пониженную вязкость, более склонны к деформациям, короблению и образованию трещин по сравнению с цементируемыми и улучшенными сталями. Наиболее широко применяемые стали для формообразующих деталей: У8А (ГОСТ 1435−74), Х12М, 4Х5МФС (ГОСТ 5950−73). Таблица 3.1 — Применяемые материалы для изготовления деталей Характеристика деталей.

СтальТермическая и химико-термическая обработка.

Механические свойства.

ПокрытиеИностранныемаркиσв, МПаHRCэ (НВ, HV) Матрицы и пуансоны.

У8А20Х12ХН3АЗ+ОЦ (0,8−1,2 мм +З+О)1200−1 400 600−80 046,5−51,5Хромиро-вание420 SSH-13 (50…52)Матрицы и пуансоны (давление более 200 МПа)20Х, 18ХГТ, 12Х3А, 40ХЦ (0,8−1,2 мм +З+О)600−800 100−12 001 200−140 046,5−51,5,51,5−56,0,46,5−51,5Выталкиватели и знаки У8А40Х49,5−53,0350(52−54)Втулки: литниковыенаправляющие штоковые.

У8АУ851,5−56,0Колонки направляющие У8АУ849,5−53,0Обоймы матриц и пуансонов.

Ст.3Сталь 45Плиты С т.3 Сталь 454 130 414 0420SS (46,7)Заключение.

В процессе работы я изучил темы вторичная оптика, полимеры, аморфные полимеры. Изучил оптические и физические свойства оптических полимеров. Сделал выбор в пользу полиметилметакрилата (ПММА). Изучил и отразил в работе методы изготовления деталей из оптических полимеров. Сделал вывод, самым экономичным способом изготовления Линзы является способ литья под давлением. Недостатком такого метода изготовления является наличие литников.

Но даже это мы использовали для осторожного извлечения из полуформы деталей при помощи робота-манипулятора. Я спроектировал технологическую цепочку процесса, где постарался механизировать и автоматизировать все рабочие операции. Я посчитал материальный баланс на изготовление 800 000 штук Линз. Для производства такой производственной программы нам надо установить один термопластавтомат (ТПА). На участке я использовал сушку гигроскопичного ПММА в специальной установке.

Установил гидравлический пресс с педалью для обрезки литниковой системы. Я изучил тему проливаемость (текучесть) полимеров и в частности ПММА. Произвел расчет формующих поверхностей размеров пресс-формы. Разработал конструкцию пресс-формы. Учел, что текучесть у ПММА очень низкая. Для этого длину литниковых каналов сделал как можно короче, просчитал площадь сечения отводящих и впускных каналов. Рассчитал толщину опорной плиты, выбрал выталкиватели, втулки, колонки, крепеж и материалы.

Начертил пресс-форму с деталировкой и технологическую схему изготовления Линзы.

Литература

.

Видгоф Н. Б. Основы конструирования литьевых форм для термопластов. — М.: Машиностроение, 1979. -.

264 с. Гастров. Г. Контсруирование литьевых форм в 130 примерах / Э. Линдер, П.

Унгер; под ред. А. П. Пантелеева, А. А. Пантелеева. СПб.: Профессия, 2006. — 336 с. Справочное пособие для эффективного литья пластмасс под давлением: технология, материалы, оснастка. Москва. 253 с.

Мартин Бихлер. Параметры процесса литья под давлением. Анализ и оптимизация. D emag. P lastservice.

2001. — 130 с. Т.

Освальд, Л-Ш. Тунг, П. Дж. Грэманн. Литье пластмасс под давлением. Санкт-Петербург, Профессия, 2006, 708 с. Мэллой Р. А. Конструирование пластмассовых изделий для литья под давлением. Выбор материала, структурное проектирование, прототипирование, сборка. Санкт-Петербург, Профессия, 2006. -.

507 с. Калинчев.

Э.Л. Саковцева М. Б. Выбор пластмасс для изготовления и эксплуатации изделий, Справочное пособие. Ленинград, «Химия», Ленинградское отделение, 1987. — 210 с. Калинчев Э. Л., Калинчева Е. И. Саковцева М.Б. Оборудование для лиья пластмасс под давлением: Расчет и конструирование — М.: Машиностроение, 1985 — 256 с.Пантелеев.

А.П. Справочник по проектиованию оснастки для переработки пластмасс. — М.: Машиностроение, 1986. — 398 с. Басов Н. И., Брагинский В. А., Казанков Ю. В. Расчет и конструирование формующего инструмента для изготовления изделий из полимерных материалов: Учебник для вузов.

— М.: Химия, 1991. — 352 с. Проектирование литьевых и прессовых форм: Метод.

указания к выполнению курсовой работы по курсу «Расчет и конструиование изделий и форм"/ Владим.

гос.ун-т; Сост.: Ю. Т. Панов, А. В. Уткин. Владимир, 1998. 28 с. Панов, Ю. Т. Альбом пресс-форма: учеб. пособие / Ю. Т. Панов, В. Ю. Чухланов, А. В. Стнявин; Изд-во Владим.

гос.ун-та; 2005. 114 с. Маннесман.

ДемагПластсервис. ЗАО, Литье под давлением — коротко и ясно. Информационная брошюра. Изд-во НПП «Симплекс», г. Нижний Новгород. 2001. -.

74 с. Полимерные материалы. Изделия, оборудование, технологии, № 6−8 2004 г. Торнер Р. В., Акутин.

Оборудование заводов по переработке пластмасс. М.: Химия. 1986 — 400 с. Бартенев Г. М., Зеленев Ю. В. Физика и механика полимеров: Учеб.

пособие для втузов. — М.: ВЫсш. школа, 1983. 391 с.