Деформационное поведение экструзионных заготовок

Основную долю емкостей, изготавливаемых из полимерных материалов методом экструзии с раздувом, составляют бочки, бутылки, флаконы и тому подобные изделия. Около 80% из них представляют собой емкости простой конфигурации (рис. 41) — осесимметричные оболочки в виде кругового усеченного конуса, цилиндра или их комбинаций. С целью классификации данных изделий введем понятие коэффициент формы к_ф:

где И и а — соответственно высота и максимальный радиус кругового усеченного конуса; р — угол наклона образующей с к основанию конуса радиуса а.

Рис. 41. Схемы полых осесимметричных изделий: а — изделие с к_ф>1; б ;

изделие с к_ф < 1

Если формуемое изделие имеет к_ф> 1 (изделие первого типа, показанное на рис. 41, а), то его формование состоит из следующих последовательных стадий: 1) «свободное» раздувание заготовки; 2) формование боковой поверхности изделия; 3) совместное формование боковой поверхности и днища изделия.

При к_ф=1 вторая стадия процесса раздувания отсутствует.

Если формуемое изделие имеет к_ф< 1 (изделие второго типа, показанное на рис. 41,6), то его формование состоит из следующих последовательных стадий: 1) «свободное» раздувание заготовки; 2) совместное формование крышки и днища изделия; 3) совместное формование боковой поверхности и днища изделия.

Принимаем следующие допущения:

• 1) материал заготовки однороден;
• 2) заготовка на всех стадиях процесса раздува остается осесимметричной;
• 3) температура заготовки равна во всех точках и остается неизменной до момента контакта с формой;
• 4) при «свободном» раздувании заготовка деформируется таким образом, что в плоскости W- 0 (рис. 41) в любой момент времени образующая поверхности заготовки является частью окружности, проходящей через две стационарные и одну текущую точку; стационарные точки соответствуют защемлению заготовки пресс-кантами формы;
• 5) в месте контакта формы с поверхностью заготовки термопласт мгновенно охлаждается, при этом отсутствуют утечки материала и нет проскальзывания заготовки относительно формы;
• 6) материал заготовки представляет собой вязкую несжимаемую жидкость.

При формовании изделий с к_ф> 1 (рис. 42) на стадии «свободного» раздува происходит касание заготовки с боковой поверхностью формы в точке В (х_в, уд) с формированием начальной толщины изделия (рис. 42, а).

Рис. 42. Стадии процесса раздува заготовки: а — образование толщины стенки изделия при «свободном» раздуве заготовки; б — изменение толщины стенки изделия в тупиковой зоне; г — образование минимальной толщины стенки.

В результате на данной стадии процесса раздува задача будет сводиться к нахождению координат точки касания В (x_Bi у_в) и определению значения.

/". Для нахождения координат точки касания необходимо решить совместно уравнение образующей кругового усеченного конуса и уравнение поверхности деформируемой заготовки. Решив систему уравнений, находим значение искомой абсциссы точки касания и начальную толщину изделия:

Выражение (7.22) описывает изменение толщины боковой поверхности изделия в зависимости от геометрических параметров формы, причем значение начальной толщины /₀ принимается из уравнения (7.21), а границы интегрирования определяются следующим образом. По уравнению (7.20) определяется координата касания поверхности заготовки с боковой поверхностью формы х_н. Далее, используя зависимость между координатами.

х и z для боковой поверхности * =.

Верхняя же граница интегрирования определяется последующим процессом совместного формообразования боковой поверхности и днища полого изделия; с учетом условия симметрии данного процесса максимальное значение верхней границы интегрирования рассчитывается как:

На третьей стадии процесса происходит одновременное образование боковой поверхности и днища (рис. 42, в). Согласно изложенным допущениям, имеем.

где безразмерные коэффициенты, характеризующие геометрию формы, равны:

Для определения изменения толщины изделия по днищу достаточно использовать связь между координатами х и z, которая для плоского днища запишется как х = а — (с — z). Значение начальной толщины определяется по зависимости (7.22) как текущее значение толщины при максимальном значении верхней границы интегрирования.

Согласно уравнению (7.26), при г-«с отношение > О (так как значе;

ние N/2B отрицательно во всей области изменения /?). Однако общеизвестно, что раздувные изделия в окрестности точки z ->с имеют минимальную конечную толщину. Выразить ее из уравнения (7.26) не представляется возможным, поскольку данное уравнение описывает изменение толщины боковой поверхности и днища изделия, а окрестность точки z -> с принадлежит им одновременно (рис. 42, г).

Для расчета минимальной толщины /_min по уравнению (7.26) необходимо знать координату z_lnm которая, согласно (рис. 42, г), определится следующим образом:

С помощью уравнения (7.27) нельзя выразить координату z_lmn в явном виде, поэтому для ее определения может быть предложен метод последовательных приближений. Так как раздувные изделия тонкостенны, то задаваясь в первом приближении z = 0,9c, находим значение по уравнению (7.26) и подставляем в него соотношение (7.27), определяя r,_min.

При формовании изделий с А-_ф<1 с учетом принятых допущений на стадии свободного раздува происходит касание заготовки с днищами формы (рис. 41, б) с образованием начальной толщины изделия, причем значение абсциссы в этот момент для раздутой заготовки равно .х = -Подставив величину абсциссы в уравнение (7.21), получаем значение начальной толщины:

На второй стадии процесса формования изделия происходит совместное образование крышки и днища изделия, при этом уравнение, описывающее изменение толщины стенки, имеет вид:

Значение аргумента лежит в пределах

Касание заготовки с боковой поверхностью формы произойдет в точке В с координатами

Поскольку третьи стадии процесса формования объемных изделий обоих типов совпадают, то дальнейшее изменение толщины боковой поверхности и днища изделия при их совместном образовании будет подчиняться зависимости (7.26).

Согласно изложенной выше методике, расчет рекомендуется проводить в следующем порядке.

• 1. По заданной геометрии изделия (Я, t_mn, а, и р), согласно уравнению (7.19), определяется значение к_ф, а значит, и последовательность стадий его формования.
• 2. Для случая к_ф > 1 в соответствии с уравнением (7.22) рассчитывается

конечное значение отношения , (вторая стадия процесса), причем нижняя граница интегрирования в уравнении (7.22) определяется согласно уравнению (7.20).

3. Далее по уравнению (7.26) с учетом полученного значения ЛГ, и условия (7.27) определяется параметр однородности толщины изделия.

и сравнивается с заданным значением Если.

, то конструируемая форма будет соответствовать конфигурации изделия с учетом термической усадки материала.

4. Если, то есть параметр однородности толщины изделия.

не соответствует заданному, то необходимо определить значение координаты z_K, при которой бы выполнялось заданное условие

этой целью в уравнение (7.26) последовательно подставляются значения z, lmin с шагом Дг, = (0,01-г0,05)с до выполнения условия

5. Определив координату z_K, при которой выполняется заданное условие однородности толщины изделия, легко найти и значение радиуса скругления тупиковой зоны который учитывается в процессе конструирования раздувной формы.

6. Далее по известной величине /_тш определяется значение начальной толщины изделия

7. Полученное значение начальной толщины, согласно уравнению (7.21), позволяет определить параметры экструзионной заготовки R_y и причем последние служат исходными данными для расчета формующего инструмента.

Проведенный анализ процесса раздувного формования позволяет не только рассчитывать изменение толщины заготовки при раздувном формовании полых осесимметричных изделий, но и более обоснованно подходить к вопросам расчета и конструирования раздувных изделий и форм.