Расчет и разработка конструкции, технологической оснастки для изготовления изделий из эластомерных композиций

Расчет и разработка конструкции, технологической оснастки для изготовления изделий из эластомерных композиций

Курсовой проект

Тема Расчет и разработка конструкции, технологической оснастки для

изготовления изделий из эластомерных композиций

Содержание

Введение

Расчет гнездности оснастки и характеристика оборудования

Расчет исполнительных размеров формообразующих деталей

Расчет РТИ по основным параметрам (шины, ремни и т.д.)

Расчет установленного ресурса оснастки

Материалы деталей, их свойства и технология переработки

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Многообразие изделий из резины чрезвычайно велико, только, в нашей стране их ассортимент включает в себя более миллиона наименований; их потребители практически все отрасли народного хозяйства и каждый человек в отдельности. В последние десятилетия переработка резины в изделия интенсивно развивается не только в химической промышленности, но и в других отраслях. В связи с этим уже возникла большая потребность в квалифицированных специалистах-конструкторах изделий и формующего инструмента для их изготовления.

Чтобы составить представление об основных направлениях деятельности таких специалистов в условиях промышленного производства и о роли знаний в области конструирования формующего инструмента, рассмотрим основные этапы создания и выпуска резинового изделия.

Первый этап-проектирование изделия. Проектируя то или иное изделие, отдельный узел машины, прибора, агрегата (например, механизм привода суппорта металлообрабатывающего центра, панель прибора управления автомобиля, кофемолку и др.), конструктор по комплексу предъявляемых эксплуатационных требований назначает и указывает в чертежах наиболее подходящий для изготовления этого изделия материал. При этом он может пользоваться справочной литературой. Технологические ограничения, накладываемые, например, на форму изделия (а это для резиновых изделий очень существенно и специфично), чаще всего на этом этапе оказываются практически неучтенными, что может быть связано в значительной мере с некомпетентностью конструктора в области переработки резины.

Второй этап - размещение заказа на изготовление детали. Если организация - разработчик изделия не имеет собственных производственных мощностей по переработке резины, то она ищет (в своей или смежных с ней отраслях) предприятие, на котором таковые имеются. Специалист технического отдела этого предприятия, знакомый как с оборудованием, так и с технологией переработки резины, спецификой технологии изготовления и эксплуатации формующего инструмента, получив рабочий чертеж изделия, в первую очередь должен определить, возможно ли его изготовление на имеющемся в наличии оборудовании (возможна ли на нем переработка конкретного типа материала, достаточны ли мощность, габариты оборудования и др.). При этом обсуждается вопрос о том, можно ли, в принципе, сконструировать инструмент для предложенной в чертежах конфигурации изделия (если нет, то специалист технического отдела может дать общие рекомендации о ее изменениях). Если конструкция формующего инструмента принципиально возможна, то здесь же решают, изготовит ли его сам заказчик или предприятие, принимающее заказ на выпуск изделия, в собственном инструментальном цехе (если оба варианта не реальны, то поиском изготовителя формы должен заняться заказчик изделия).

Третий этап - конструирование формующего инструмента- является самым ответственным. Если принимаемые на предыдущих этапах решения не влекут за собой каких-либо значительных материальных затрат и в связи с этим последующие корректировки и изменения этих решений практически безболезненны, то ошибки, допущенные при конструировании формующего инструмента, воплощаются в реально изготовленном инструменте и, как правило, могут быть обнаружены уже только после того, как инструмент установлен на машину и начаты его промышленные испытания.

Четвертый этап - изготовление инструмента. В нем принимают участие инженеры-технологи по обработке металлов.

Пятый, заключительный этап- испытания формующего инструмента при работе его на перерабатывающей машине, а затем - его промышленная эксплуатация. В этом принимают участие технолог цеха по переработке резины и механик цеха по оборудованию. Первый отвечает за контроль качества сырья и готовой продукции, наладку и контроль технологических режимов формования, а второй - за поддержание оборудования в рабочем состоянии. Каждый из этих специалистов должен обладать знаниями в области технологии переработки, оборудования и формующего инструмента.

Конструктор должен искать и реализовывать в чертежах оптимальные варианты, а это связано с необходимостью комплексно решать в большинстве случаев проблемы: термостатирования (обеспечения однородности температурных полей в формующем инструменте и экономного расхода энергии); гидродинамики заполнения формующей полости материалом (учета скоростных факторов для обеспечения наибольшей производительности работы инструмента и ориентации материала, влияющей на качество изделий и т. д.); прочности (обеспечения рациональной материалоемкости формующего инструмента, учета опасных напряжений в наиболее нагруженных элементах); взаимозаменяемости и точности (обоснованного выбора долговечных посадок и оптимальных квалитетов размеров, в первую очередь- размеров сопрягаемых элементов, степеней точности, допускаемых отклонений от правильной геометрической формы, классов шероховатости поверхностей, номинальных исполнительных размеров формующей полости); надежности и долговечности работы (кратковременной - в течение каждого технологического цикла, длительной- планируемой на весь период выполнения программы выпуска изделий); безопасной эксплуатации; патентной экспертизы и чистоты. Необходимая глубина решения этих проблем определяется уровнем требований, предъявляемых к качеству изделий, и объемом их производства.

1. Расчет гнездности оснастки и характеристика оборудования

Расчет гнездности заключается в выборе оптимального количества гнезд в пресс- форме.

где n- количество гнезд в пресс- форме;

F- максимальное усилие пресса, Н;

Руд- удельное давление прессования,Па;

Sизд- площадь проекции резиновой смеси на плиту пресса;

з- к.п.д. (0,7-0,9)

шт

В связи с тем, что пресс- форма для 94 изделий слишком громоздка и имеет большую массу, что затрудняет ее перемещение, поэтому сконструируем пресс- форму на 16 изделий.

Процесс изготовления формовых резиновых изделий включает две стадии: 1) формование резиновой смеси, в результате которого приобретается форма готового изделия; 2) вулканизация резиновой смеси, в результате чего происходят структурные изменения в строении полимера и отформованное изделие приобретает необходимые физико-механические свойства.

Различают следующие способы формования: компрессионное (прямое) прессование; формование с использованием литья под давлением одной из разновидностей которого является трансферное прессование; вакуумное формование и пневмоформование. Выбор того или иного способа формования определяется конфигурацией и размерами изделия, требованиями, предъявляемыми к нему, свойствами резиновой смеси и физико-механическими показателями вулканизатов, программой выпуска и экономическими условиями.

Одним из наиболее распространенных методов изготовления формовых РТИ является компрессионный Технологически он прост и не требует сложного оборудования. Формуемую резиновую смесь загружают в нагретую пресс-форму, которая замыкается между плитами гидравлического пресса. Для надежного заполнения полости пресс-формы и получения качественного изделия заготовке придают конфигурацию, возможно более близкую к очертанию готового изделия и по массе с допуском 3-5%. В процессе формования давление должно достигать такой величины, при которой обеспечивается уплотнение материала, оформление изделия и удаление из формы летучих веществ.

Конструкция пресс-форм определяется конфигурацией прессуемого изделия, а также типом прессового оборудования. Пресс-формы классифицируют по следующим признакам: характеру эксплуатации, методу прессования, числу плоскостей разъема, конструктивным признаком. По характеру эксплуатации пресс-формы разделяют на съемные и стационарные. Съемные пресс-формы после каждой запрессовки вручную или с помощью механических устройств снимают с пресса для извлечения свулканизованных изделий и укладки заготовок и арматуры. Разъем этих пресс-форм производится с помощью распрессовочных приспособлений или механизмами перезарядчика. В стационарных пресс-формах весь цикл прессования изделия происходит без нарушения их связи с прессом.

По методу прессования прессформы делят на компрессионные формы и формы литьевого прессования. По числу оформляющих гнезд различают одногнездные и многогнездные формы. В одногнездных пресс-формах за один цикл прессования формуется одно изделие, а в многогнездных - несколько изделий.

По характеру разъема различают пресс-формы с одним, двумя или более разъемами, с вертикальным, горизонтальным, наклонным и комбинированным разъемами. Пресс-формы с одним горизонтальным разъемом называют двухплитными, с двумя - трехплитными и т. д.

По конструктивным признакам компрессионные пресс-формы делят на формы открытого и закрытого типов. В пресс-форме с открытой полостью формования заготовка укладывается непосредственно в гнездо матрицы. В прессформе с закрытой полостью формования заготовка укладывается в специальную камеру и в процессе формования пуансоном передавливается в формообразующую полость.

Все детали, из которых состоят пресс-формы, можно разделить на две группы: рабочие детали, непосредственно участвующие в формовании изделия и находящиеся

и находящиеся в контакте с резиновой смесью; детали конструкционного назначения, осуществляющие фиксацию, жесткую или подвижную связь частей пресс-форм, связь с прессом и с перезарядчиком и т.д.

К рабочим деталям относятся матрицы, пуансоны, вкладыши, сердечники, знаки и другие. Матрица является основной частью пресс-формы. Она придает изделию необходимые наружные размеры и конфигурацию. Пуансон служит для передачи давления на резиновую смесь, иногда он также формует часть наружной поверхности изделия. Сердечник образует в формуемом изделии внутреннюю поверхность, углубления, выемки, полости. Знаки образуют в формуемом изделии отверстия и окна. От качества и точности изготовления пресс-форм, от рациональной их конструкции в большой степени зависит качество формования изделий, удобство работы и производительность труда. Вместе с тем важнейшим требованием к конструкции пресс-форм является унификация их основных элементов и размеров, позволяющая использовать их на различных видах прессового оборудования и с различными приспособлениями.

Для вулканизации формовых и неформовых резиновых и резинометаллических технических изделий применяются вулканизационные котлы, автоклав-прессы, прессы различной конструкции. Ванны с жидкой средой, воздушные камеры, барабанные туннельные вулканизаторы, а также установки для вулканизации инфракрасными лучами и в псевдоожиженном слое.

В производстве резиновых технических изделий способ вулканизации изделий в формах на прессах применяется наиболее часто.

В данном курсовом проекте для вулканизации применяется вулканизационный пресс 160-600-П4.

Современный вулканизационный четырехэтажный пресс 160-600-П4 с двумя подъемными столиками для перезарядки форм показан на рисунке 1. Пресс рамной конструкции с индивидуальным гидроприводом- гидравлической установкой 3. На станине 1 укреплен гидроцилиндр 2. Пар подводится к нагревательным плитам 4,9 и 10 по шарнирным трубопроводам 5. На верхней части станины укреплен бак для масла 6. Нагревательные плиты закрыты теплоизоляционным кожухом 7, соединенным с вытяжной вентиляцией. Пресс предназначен для работы с одиночными формами и оборудован двумя подъемными столиками 8 и 11 для перезарядки форм. Столики гидравлического действия, столик 8 обслуживает два верхних этажа пресса, а столик 11- два нижних этажа.

Рисунок 1.- Вулканизационный четырехэтажный пресс 160-600-П4

2/ Расчет исполнительных размеров формообразующих деталей

Среднее значение объемной усадки, выраженное через начальное состояние полимера и постоянные уравнения состояния, рассчитываются по формуле

где V`- объем гнезда формы;

V- объем изделия при нормальных условиях;

р- внутреннее давление, обусловленное силами межмолекулярного взаимодействия;

М- молекулярная масса структурной единицы, обуславливающей молекулярное взаимодействие;

b- константа, учитывающая собственный объем молекул;

R- универсальная газовая постоянная;

T- абсолютное значение температуры расплава.

Средняя линейная усадка

Численные значения констант уравнения состояния для некоторых полимеров приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Для резиновых смесей на основе данного каучука значения не зависят от содержания наполнителя, а М и b корректируются по формулам:

где - массовая доля наполнителя;

q- массовая доля каучука.

где  соответственно масса наполнителя и каучука;

 удельный объем наполнителя (≈0,5 ).

Корректируем значения констант уравнения состояния по формулам

Так как данный вид усадки рассчитывается для литья под давлением, то примем давление равным 80 МПа

Объемная усадка

 =0,03, т.е. 3% (1,стр 189)

Средняя линейная усадка в соответствии с уравнением

 =1-≈0,01,т.е. 1%

3. Расчет РТИ по основным параметрам (шины)

Профиль шины 185/65R14 представлен на рис.2.

Выбираем точку обода. В качестве этой точки предварительно принимаем точку А на рис. 2, находящуюся на расстоянии 215мм от оси вращения. Синус угла нити корда в этой точке равен

Откуда

Так как для этого значения угла в точке обода номограмма отсутствует, то в качестве расчетного угла принимаем б_об=36°.

Находим расстояние точки обода от оси вращения:

 =

Наносим точку обода на чертеж профиля шины (точка С на рис. 2). Измеряем расстояние точки обода от оси симметрии профиля: h=69 мм. Определяем длину нити корда от точки обода до экватора по формуле:

пользуясь формулой Симпсона при четырех интервалах.

С этой целью, установив измеритель на раствор 10 мм, измеряем длину контура от экватора до точки обода. Получаем s=167мм.

Наносим на чертеж точки, соответствующие делению дуги на четыре равные части по Дs=41,7 мм (точки 1, 2, 3 на рис. 2). Измеряем расстояния каждой из точек деления от оси вращения и определяем для каждой точки величину , учитывая, что .

При вычислении удобно пользоваться номограммой (рис. 48; 2 стр54), описанной ранее Для этого вычисляются отношения S расстояния каждой точки от оси вращения к некоторой условной величине Ro (принято Ro=200мм). Затем значение угла корда по экватору ⁼57° на крайней правой шкале номограммы соединяется со значением д=1,485 для экватора, взятым на второй справа шкале, и получается засечка на вспомогательной шкале. Проводя прямые через эту засечку и значения д для каждой из точек, получаем на крайней правой шкале соответствующие значения  

Эти значения приведены в табл. 2.

Таблица 2 Определение длины нити корда.

Длина нити определяется по формуле Симпсона:

41,7/3·(1,83+4·1,83+2·1,72+4·1,41+1,23=270,8мм

Вычисляем отношения:

     b/rоб=82,5/208=0,39

Наносим соответствующую точку на номограмму равновесной конфигурации для боб = 36°(2,стр 368,рис.14).

вк=60°  b/rоб= 0,425 𝜆о =0,77

Определяем размеры надутой покрышки:

изменение радиуса экватора

 =297·ctg57=9,64 мм.

радиус экватора по внутреннему контуру каркаса

R=R’+ДR=297+9,64=306,64 мм.

наружный диаметр надутой шины

D=D’+2ДR=596+2·9,64=615,3 мм.

Расстояние наиболее широкого места профиля от оси вращения:

r₀= 𝜆оR=0,77 · 306,64= 236,1 мм.

Ширина профиля по внутреннему контуру каркаса:

2b=2rоб(b/rб) =2· 208· 0,425=176,8 мм.

Ширина профиля по наружному контуру:

B=2b+2t=176,8+2·5=186,8 мм.

По условию дано i=50 нитей/см

Находим усилие нити по экватору

·=0,98 кгс.

Разрывное давление

Nр = 41,99 кгс.

Запас прочности

4. Расчет установленного ресурса оснастки

Гамма - процентная наработка до отказа T_г, и гамма -процентный ресурс Т_pf пресс- формы определяются по формулам

T_г=Н_г·К_ш·К_в·К_к·К_м·К_т·К_а·К_о·К_р·n

Т_pf=3· T_г

где Н_г -номинальная гамма- процентная наработка до отказа пресс-формы с одной формообразующей полостью(местом), шт

К_ш- коэффициент, учитывающий количество формообразующих полостей (мест) в пресс-форме

К_в - коэффициент, учитывающий высоту РТИ

К_к - коэффициент, учитывающий квалитет точности РТИ

К_м- коэффициент, учитывающий материал формообразующих деталей пресс-формы  К_т - коэффициент, учитывающий твердость формообразующих поверхностей пресс-формы К_а - коэффициент, учитывающий глубину азотирования формообразующих поверхностей пресс-формы

К_о - коэффициент, учитывающий конструктивные особенности пресс-формы

К_р - коэффициент, учитывающий тип каучука

n - число формообразующих полостей в пресс- форме.

По ГОСТ 14901- 93 выбираем Н_г=2640; К_ш=1,00; К_в=1,00; К_к=0,8; К_м=0,7; К_т=1,00; К_а=1,10; К_о=1,1; К_р=1,00

Тогда получаем:

T_г=2640·1·1·0,8·0,7·1·1,1·1,1·1·16=28621

Т_pf=3·28621=85863

. Материалы деталей, их свойства и технология переработки

Основными и самыми распространенными материалами для изготовления формообразующих деталей являются стали. Срок службы пресс-форм зависит главным образом от стойкости формообразующих деталей, а она связана с правильным выбором марки стали, режимов ее термообработки или упрочнения.

Основными причинами потери стойкости материалов формообразующих деталей являются: износ, разрушение, смятие, коррозия, адгезия полимеров к поверхности формообразующих деталей.

Износостойкость стальных формообразующих деталей определяется типом и количеством карбидной фазы и твердостью мартенситной основы сталей. Определяющим является их абразивный износ, усиленный воздействием агрессивных химических веществ, выделяющихся в рабочей зоне формования.

Разрушение формообразующих деталей - сколы тонких элементов, перемычек и т.д. - наблюдаются чаще при использовании цементируемых сталей в результате влияния концентрации напряжений.

Смятию подвергаются локальные участки формообразующих деталей поверхности из-за неравномерной и пониженной прокаливаемости некоторых сталей при попадании в плоскость разъема формы твердых частиц материала.

Материалы для изготовления формообразующих деталей пресс-форм и их твердость выбираются в соответствии с таблицей 3.

Таблица 3

Допускается заменять материалы на другие с механическими свойствами не ниже, чем у приведенных. В деталях, имеющих различные твердости, размер переходной зоны твердостей должен быть в пределах 15-30мм нормируемого участка. Заготовки деталей пресс-форм из инструментальных и легированных статей должны быть подвергнуты отжигу или нормализации, обеспечивающей возможность их дальнейшей механической и термической обработки и стабильность размеров. Твердость заготовок деталей после отжига и нормализации не более 230 НВ.

На поверхности деталей не должно быть следов коррозии, трещин и других механических повреждений, обезуглероженного слоя и шлифовальных прижогов, ухудшающих прочность, эксплуатационные качества и внешний вид.

Допускаются:

б) на деталях с параметрами шероховатости поверхности Ra ≥ 1,6 мкм по ГОСТ 2789 вмятины, задиры и т. д, а также дефекты материала по подпункту а) в пределах половины допуска на проверяемый размер.

Сварные детали, влияющие на качество пресс-форм должны подвергаться термической обработке для снятия внутренних напряжений. Сварные швы должны быть непрерывными с мелкочешуйчатой поверхностью. Не допускаются наплывы, подрезы, прожоги, трещины, отдельные поры или неметаллические включения размером более 3 мм. цепочки пор и неметаллических включений обшей протяженностью более 5 % длины шва, непровар.

Детали, имеющие остаточный магнетизм, после окончательной обработки, должны быть размагничены и не должны притягивать детали из малоуглеродистой стали массой более 0.2 г.

Для уменьшения адгезии (прилипания) резины к формообразующим поверхностям деталей пресс-форм:

а) детали с азотированной поверхностью после азотирования и окончательной полировки или доводки должны быть очищены, обезжирены и термически обработаны при температуре 250-300°С,продолжительность выдержки соответственно 2-3ч.

б) детали, изготовленные из коррозионно-стойких сталей, рекомендуется подвергать покрытию Х0,5.тв-Х1,0.тв.

Шероховатость поверхностей деталей пресс-формы должна соответствовать значениям параметра Ra по ГОСТ 2789:

.3 мкм - для поверхностей, не влияющих на эксплуатационные характеристики пресс-формы;

,2 мкм - для резьбе;

,8 мкм - для опорных и посадочных поверхностей плит и других деталей пресс-формы, поверхности или плоскости разъема формообразующих деталей;

_,4 мкм - для сопрягаемых поверхностей колонок с втулками, поверхностей облойных канавок, литниковых систем, загрузочных камер и поршней, сопрягаемых друг с другом;

,2 мкм - для формообразующих поверхностей.

Формообразующие поверхности должны полироваться до и после гальванического покрытия, химической или химико-термической обработки.

Ст 3- сталь углеродистая обыкновенного качества, конструкционная, содержание С: 0.14- 0.22; Si: 0.05- 0.17; Mn: 0.4- 0.65; Ni: до 0.3; S: до 0.05; P: до 0.04. Плотность стали (7,7-7,9)×10³кг/м³, удельный вес стали (7,7-7,9)×10³г/см³, температура плавления стали 1300-1400˚С.

Сталь 40Х-сталь конструкционная легированная, содержание С: 0.36- 0.44; Si: 0.17- 0.37; Mn: 0.5- 0.8; Ni: до 0.3; S: до 0.035; P: до 0.035;Cr 0.8-1.1. Должна иметь высокий предел текучести, малую малую чувствительность к напряжениям, высокий предел выносливости и достаточный запас вязкости, высокой прокаливаемостью.

Сталь У8А- инструментальная сталь имеет плотность 7850 кг/м³, содержание С: 0.76- 0.83; Si: 0.17- 0.33; Mn: 0.17- 0.33; Ni: до 0.2; S: до 0.018; P: до 0.025. Обладают высокой твердостью, прочностью и износостойкостью.

Описание работы разработанной оснастки:

. Произвести объемное или весовое дозирование пресс- материала:

Из экструдированного круглого профиля диаметром 5-6 мм. Резать заготовки длиной 180 мм, или из каландрованного листа толщиной 5 мм, заготовки шириной 55 мм и длиной 180 мм.

. Свернуть заготовки кольцом и уложить в гнезда раскрытой пресс- формы.

. Соединить половины пресс-формы.

. Установить пресс- форму в пространство между нагретыми плитами пресса.

. Включить гидропривод пресса и сомкнуть плиты для создания прессующего усилия и зажима пресс- формы на время вулканизации соблюдая необходимое манометрическое давление.

. Выдержать пресс- форму в замкнутом состоянии заданное время для вулканизации резиновой смеси.

. Разомкнуть плиты пресса и извлечь пресс- форму.

. Разъединить две половины пресс- формы и извлечь отформованные изделия из гнезд.

. Очистить пресс- форму от прилипших частиц и излишков материала и повторить процесс с п.1.

резиновый шина пресс форма

Заключение

В данном курсовом проекте разработана пресс-форма для изготовления детали - РТИ-прокладка плоская с 5- отверстиями.

Для разработки конструкции, технологической оснастки для изготовления изделий из эластомерных материалов произведены необходимые расчеты: расчет гнездности, расчет усадки изделия; количество гнезд в пресс- форме 16, расчет установленного ресурса оснастки. Описана работа разработанной оснастки, подобраны материалы для ее изготовления. Приведена характеристика оборудования.

Список используемой литературы

1.   Красовский В.Н., Воскресенский А.М. Примеры и задачи по технологии переработки эластомеров.- Л.: Химия, 1984. - 240 с.

2.      Автомобильные шины. Под редакцией Бидермана В.Л.- М.: Госхимиздат, 1963. - 384 с.

3.   Рагулин В.В., Вольнов Л.А. Технология шинного производства. -  М.: Химия, 1981. - 264 с.

4.   Лепетов В.А. Резиновые технические изделия. - Л.: Химия,  1976. - 440 с.

5.   Работа автомобильной шины / Под ред. В. И. Кнороза. -  М.: Транспорт, 1976. - 238 с.

.Иванова В.Н., Алешунина Л.А. Технология резиновых изделий. -   Л.: Химия, 1988. - 288 с.

7    Шейн В.С., Шутилин Ю.Ф.Основные процессы резинового производства. - Л.: Химия, 1988. - 160 с.

8    Ильясов Р.С., Дорожкин В.П., Власов Г.Я., Мухутдинов А.А. Шины. Некоторые проблемы эксплуатации и производства. - Казань: ГТУ, 2000. - 576 с.

9    ГОСТ 14901-93- Пресс-формы для изготовления резинотехнических изделий. Общие технические условия.

10     ГОСТ 29077-91- Пресс-формы для резинотехнических изделий. Основные правила эксплуатации и ремонта.

          ГОСТ 24269-80-Втулки направляющие съемных и кассетных пресс- форм для изготовления резинотехнических изделий.