Проектирование крышки. 1 Требования к проектируемому изделию
 Скачать 32.15 Kb.
|
|
ВВЕДЕНИЕ Выбор пластмассы для изготовления конкретного изделия определяется его эксплуатационными условиями. Критерии выбора от назначения изделия. Основными критериальными характеристиками полимерных материалов являются механические (прочность, жесткость, твердость), температурные (изменения механических деформационных характеристик при нагревании или охлаждении) и электрические. Последние отражают широкое применение пластмасс в радиоэлектронной и электротехнической отраслях. Кроме того, существенное значение приобрели триботехнические характеристики и ряд специальных свойств (огнестойкость, звукопоглощение, оптические особенности, химическая стойкость). Немаловажны также экономические условия (стоимость полимерного материала, тираж изделия, условия производства). При проектировании изделия из пластмассы следует проводить анализ его технологичности. Правильный выбор материала еще не гарантирует получения высококачественного пластмассового изделия. На конструкцию формы большое влияние сказывает конструкция самого изделия. В данном индивидуальном задании проектируется изделие "Крышка" из термопластичного материала на основе его технологических особенностей, описанных ниже. 1 Требования к проектируемому изделию Для конструирования было выбрано изделие «Крышка», используемая для закрытия пищевых контейнеров (рисунок 1). Рисунок 1-Изделие «Крышка» Данная модель проектировалась с учетом основных требований и рекомендаций к технологичности пластмассовых изделий. Основными требованиями, предъявляемыми к данному изделию, являются: Гладкая поверхность; Материал не должен быть токсичным, т.к. применяется в пищевой промышленности; Предпочтителен более дешевый материал; Изделие должно выдерживать незначительные напряжения при изгибах (при закрывании и открывании контейнера); Изделие должно выдерживать невысокие ударные нагрузки; Экономичность при производстве (сократить кол-во отходов при переработке полимерного материала); При проектировании следует учитывать, что пластмассовые изделия склонны к короблению и образованию трещин. 2 Выбор материала Выбор материала для изготовления конкретного изделия определяется его эксплуатационными условиями. Основными критериальными характеристиками полимерных материалов являются механические (прочность, жесткость, твердость) Температурные (изменение механических и деформационных характеристик при нагревании или охлаждении) способность сопротивляться агрессивному воздействию внешней среды (влага, химические вещества), требования к токсичности и др. При выборе материала для совка желательно учитывать химическую стойкость и ударную вязкость материала. 2.1 Описание полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) Полиэтилен высокой плотности ( низкого, ПЭНД и среднего ПЭСД, давления) по сравнению с ПЭНП характеризуется более высокой теплостойкостью, огнестойкостью, повышенными показателями физико-механических характеристик при растяжении и изгибе. Применяется для изготовления трубопроводов для транспортировки жидкостей и газов коррозионно-устойчивой аппаратуры, всевозможных бутылок, бочек и других емкостей, в производстве автомобильных бензобаков, в качестве изоляционного материала в электротехнике и электронике, при изготовлении тары для транспортировки мясной и рыбной продукции (ящики, короба), в медицинской технике и при эндoпротезировании. Выпускается в виде порошка (базовые марки), а композиции на их основе- как порошки или гранулы, содержащие стабилизаторы, пигменты и разнообразные целевые добавки. Марки ПЭВП (цифра 2 низкое давление) имеют порядковые номера от 201 до 210 (синтез в среде растворителей), 270-279 (газофазный), 217-224 (высокопрочный), 215-216 (высокомолекулярный). Кроме того, выпускается ряд марок модифицированного ПЭВП (сополимеры с пропиленом и другими сомономерами). Таблица 1 - Основные свойства ПЭВП
2.2 Описание полипропилена (ПП) Высокомолекулярный продукт полимеризации пропилена CH2=CH-CH3 при низком и среднем давлении (0,3 -10 МПа) и температуре 80°С на стереоспецефических катализаторах Циглера- Наттa. В зависимости от условий полимеризации структура пропилена (ПП) может меняться. Выпускаемый в промышленности полимер является смесью разнообразных структур с различным содержанием изотактической части, что сказывается на его свойствах. Наибольший интерес представляет ПП молекулярной массой (80-200)*103 и содержанием изотактической части 80-95%. ПП более жесткий материал, чем полиэтилен, его температура плавления выше (до 170 °С), а температурный интервал эксплуатации от -10 до +140 °С (изделия из ПП могут подвергаться стерилизации). ПП выпускается в виде порошка белого цвета или гранул, стабилизированным, окрашенным или неокрашенным. Марочный ассортимент полипропилена включает 5 марок, получаемых при среднем давлении (01002-01020), 13 марок, получаемых при низком давлении (21003-21230) и 3 марки блокcoпoлимера с этиленом (22007-22030). На основе базовых марок выпускается значительное число композиций (морозостойких, с различными наполнителями, самозатухающие),а также окрашенные материалы различной цветовой гаммы. Обозначение марки ПП состоит из пяти цифр: первая цифра 2 или 0 указывает на давление, при котором происходит процесс синтеза, соответственно низкое или среднее, вторая цифра указывает на вид материала: 1-полимер, 2-сополимер. Три последующие цифры указывают десятикратное значение показателя текучести расплава. В обозначении композиции через тире указывается номер рецептуры стабилизации и далее, через запятую, цвет и число рецептуры окрашивания. Например, марка 2 1180-16, Т 20 обозначает ПП, полученный на металлоорганических катализаторах при низком давлении, ПТР составляет 18 г/10 мин, рецептура добавки № 16-антикоррозионная, материал содержит 20% талька. Таблица 2 – Основные свойства ПП
3 Анализ изделия с помощью программы “AutodeskMoldFlow” 3.1 Номинальная толщина стенки Рисунок 2 - Номинальная толщина стенки Номинальная толщина стенки равна 2 мм. 3.2 Технологические уклоны Углы уклона (или конусность) поверхностей обычно назначаются для облегчения выталкивания практически любой отливки, когда её протяженность в направлении выталкивания из формы достаточно большая. Уклоны в изделии проанализированы с помощью программы и приведены на рисунке 3. Рисунок 3- Технологические уклоны Технологические уклоны присутствуют. 3.3 Поднутрения Как видно из рисунка 4 поднутрения отсутствуют Рисунок 4 – Поднутрения в изделии 3.4 Линии спая Под спаем понимают область в объеме литьевого изделия, соответствующую месту встречи потоков расплава полимерного материала при заполнении им литьевой формы. На данном изделии линия спая наблюдается в зоне углублений. Продолжающееся течение во внутренних слоях вблизи спая после встречи фронтов потоков расплава, как это происходит при образовании спая «в касание», приводит к более медленному охлаждению полимерного материала. Рисунок 5 – Линии спая На рисунке 5 видно наличие стыковых улов линий спая. Угол линий спая изменяется от 0,2° до 135°. Наличие линий спая не повлияет существенно на качество изделия, само изделие не требует повышенной прочности при изготовлении. 3.5 Температурный фронт расплава Результат показывает изменения температуры фронта потока во время заполнения формы. Анализ заполнения показывает температуру полимера, когда фронт потока достигает определенной точки в центре пластмассового поперечного сечения. Средняя температура фронта расплава около 228°С. Рисунок 7 – Температурный фронт расплава. 3.6 Средняя температура расплава Температура расплава была проанализирована с помощью программы. Рисунок 6 – Температура расплава. Средняя температура расплава, заполняющего форму, составаляет, примерно 202°С. При данной температуре литься обеспечивается достаточная надежность заполнения формы. Наблюдается выраженная разница температур на разных концах изделия около 35°С. 3.7 Время и качество заполнения формы Материалом для изделия был выбран полипропилен. Время заполнения формы составило 1,29 секунды. Как видно из рисунка 8 материал поступает равномерно во все полости формы. Рисунок 8 – Время заполнения расплавом формы Также был проведен анализ качества заполнения формы расплавом. По результатам анализа- расплав равномерно заполняет всю полость формы, качество заполнения высокое. Рисунок 9- Качество заполнения формы расплавом 3.8 Давление впрыска Минимально необходимое давление впрыска составит примерно 52,6 МПа (центральный литник) Рисунок 10- Давление впрыска Перепад давления в форме можно пронаблюдать из анализа (Рисунок ?). В изделии наблюдается падение давления от 52,65 до 0 МПа. Рисунок 11- Перепад давлений 3.9 Время и качество охлаждения Рисунок 12- Время охлаждения Время охлаждения в форме составляет примерно 18 секунд. Изделие ввиду своих размеров, толщин стенок и прочего, быстро охлаждается в форме (рисунок 13). Зеленый цвет эпюры указывает на высокое качество охлаждения в форме. Рисунок 13- Качество охлаждения 3.10 Воздушные ловушки Воздушные ловушки возникают из-за неравномерного распределения потока расплава. Возникшие воздушные ловушки не повлияют на конечное качество изделия, само изделие не требует повышенной точности при производстве. Рисунок 14- Воздушные ловушки Для уменьшения количества воздушных ловушек рекомендуется снизить скорость впрыска. 3.11 Коробление и прочие эффекты На рисунке 15 можно увидеть, что изделие практически лишено негативных эффектов. Nominal max. deflection 0.12 mm. В данном случае негативные эффекты отсутствуют Рисунок 15- Коробление и прочие эффекты 4 Расчет изделия на прочность в SolidWorks Simulation Проведем анализ статических деформаций и перемещений в следствии воздействия приложенной силы (10 Н). Рисунок 16- Эпюра напряжений Минимальное напряжение из эпюры составляет: 9.465е+003Н/м2, максимальное 2.962е+006Н/м2 (рисунок 17) Максимальное перемещение под воздействием нагрузки составляет 1.224е-001мм (Рисунок 18) Рисунок 17- Эпюра статического перемещения Вывод При выполнении индивидуального задания было сконструировано изделие «Крышка для контейнера», подобран материал пропилен 21060-02, сорт 1, ГОСТ 26996-86, подходящий для его изготовления, а также были составлены технологические требования и проведен их анализ с помощью программы “AutoDesk MoldFlow”. Толщина стенок изделия, литейные уклоны, конструкция формы и другие параметры соответствуют нормам, что обеспечивает возможность производства данного изделия. Так же были выполнены проверки 3D моделирвоания на проливаемость, время заполнения формы и время охлаждения изделия в ней. Спомощью программы удалось установить давления литься, температуру расплава и охлаждающей воды, так же на основании полученных данных сделать выводы о способах борьбы с возможными проблемами- воздушными ловушками и линиями холодного спая. Так же был проведен прочностной расчет в SolidWorks Simulation. Список использованных источников Басов, Н.И. Расчет и конструирование формуещего инструмента для изготовления изделий из полимерных материалов: Учебник для вузов/Н.И.Басов, В.А.Брагинский, Ю.А.Казаков,-М.:Химия,1991.-352с.:ил. Стебловский, Г.А. Курс лекций по предмету констуирования пластиковых изделий: Учебное пособие/Г.А.Стебловский,-СПб.:СПб ГТИ(ТУ),2011.-125с.:ил. Крыжановский, М.Л. Производство изделий из полимерных материалов: Учебное пособие/В.К.Крыжановский, М.Л.Кербер, В.В.Бурлов, А.Д.Паниматченко.- СПб.:Профессия, 2004.-464 с.,ил. ГОСТ 26996-86. Полипропилен и сополимеры пропилена. Технические условия.- ВВед. 01.01.1988 – М.: Госстандарт России: Издательство стандартов, 1988.- 36с. |