Технология литья фары из поликарбоната

Технология литья фары из поликарбоната

Введение

В настоящее время пластмасса находит широкое применение в качестве конструкционного материала. Интенсивное внедрение пластмассы в промышленности и сельском хозяйстве обусловлено их ценными физико-механическими свойствами.

Фа́ра (от греческого «Фарос») - источник направленного света, установленный спереди на транспортном средстве, предназначенный для освещения окружающей местности, дороги.

Количество фар может колебаться от одной (мотоцикл, мопед, велосипед), до неск. десятков (крупный авиалайнер). Её мощность может колебаться от единиц ватт до нескольких киловатт.

Корпус фары обычно изготавливают из прозрачного пластикас помощью технологии и метода переработки, которые будут рассмотрены в данной курсовой работе.

1.      Технические требования к детали

В данной курсовой работе рассмотрен технологический процесс производства корпуса автомобильной фары.

К данному изделию предъявляются следующие технические требования:

1. Корпус автомобильной фары должен обладать высокой ударной прочностью, прочностью на растяжение, сжатие, статический изгиб;

2.      Корпус автомобильной фары должен обладать высокой светопропускаемостью, поляризационными свойствами, прозрачностью.

.        Корпус автомобильной фары выдерживать широкий диапазон рабочих температур;

.        Данная деталь должна иметь относительно высокую стойкость материала по отношению к высоким температурам эксплуатации;

.        Обладать высокой атмосферостойкостью, морозостойкостью, теплостойкостью;

.        иметь хороший эстетический вид: оптимальную форму;

.        Корпус автомобильной фары должен обладать высокой устойчивостью к механическим повреждениям.

1.1    Выбор марки пластмассы

деталь пластмасса аппаратурный технический

Учитывая назначение изделия, условия его эксплуатации и технические требования, производим предварительный выбор трех марок материалов, используя справочную литературу.

.   Полистирол (ПС) является термопластичным полимером, обладает отличными диэлектрическими свойствами и неплохой морозостойкостью (до −40°C), имеет невысокую химическую стойкость (кроме разбавленных кислот, спиртов и щелочей). Применяется для изготовления вывесок, рекламных щитов, указателей и информационных табличек, декорация объемных букв, изготовление внутреннего остекления помещений, замена оконных стекол, отделка внутренняя и наружная, производство торгового и выставочного оборудования, в электротехнике

2.      Полиметилметакрилат (ПММА) - относится к пластикам общетехнического применения, жесткий аморфный полимер, обладающий высокой прозрачностью, атмосферостойкостью, хорошими физико-механическими и электроизоляционными свойствами. Широко используется в медицине, фармации, приборостроении.

.        Поликарбонат - термопласт, сложный полиэфир угольной кислоты и двухатомных спиртов. Благодаря сочетанию высоких механических и оптических качеств монолитный пластик также применяется в качестве материала при изготовлении линз, компакт-дисков и светотехнических изделий; листовой ячеистый пластик («сотовый поликарбонат») применяется в качестве светопрозрачного материала в строительстве. Также материал используется там, где требуется повышенная теплоустойчивость. Это могут быть компьютеры, очки, светильники, фонари и т.д.

Благодаря высокой прочности и ударной вязкости (250-500 кдж/м2) применяются в качестве конструкционных материалов в различных отраслях промышленности, используются при изготовлении защитных шлемов для экстремальных дисциплин вело- и мотоспорта. При этом для улучшения механических свойств применяются и наполненные стекловолокном композиции.

При окончательном выборе из трех материалов выделяем определенные свойства в качестве приоритетных, сопоставляя их с техническими требованиями к детали при условиях эксплуатации. Для этого составляем таблицу 1, по которой производится окончательный выбор марки пластмассы.

Таблица 1. Систематизированный выбор марки пластмассы

Рассмотрев свойства материалов, приведённых в таблице 1, окончательно выбираем материал марки ПК-ЛТ-18-УФ ТУ 2226-004-98914453-2006 (светотехнического назначения) с рекомендуемым методом переработки - Л (литье под давлением) и с термостабилизатором Т, налог ПК-6.

Основные технологические и физико-химические свойства выбранной марки материала приведены в таблице 2.

Таблица 2. Основные свойства ПК-ЛТ-18-УФ ТУ 2226-004-98914453-2006

Анализируя свойства перерабатываемого материала и конструктивные особенности заданного изделия корпус автомобильной фары), выбираем метод переработки - литье под давлением.

Эскиз корпуса автомобильной фары

Рис. 1. Эскиз корпуса фары

2. Разработка аппаратурно-технологической схемы производства

Настоящий технологический процесс устанавливает порядок изготовления деталей из пластмасс с учетом специфики предприятия.

Рисунок 2. Технологическая схема производства литьевых изделий из термопластов.

- вагон, 2 - автокран, 3 - мягкий контейнер, 4 - подвесная кран-балка, 5 - растарочная установка, 6, 8 - емкости, 7 - пневмотранспорт, 9 - вакуумная сушилка, 10 - литьевая машина, 11 - конвейер, 12 - станок механической обработки; 13 - ванна (камера термообработки); 14 - стол упаковки; 15 - дробилка; 16 - гранулятор для переработки отходов.

Технологический процесс включает в себя стадии: сушку, смешивание (при необходимости), литье под давлением, механические операции (токарные, слесарные, фрезерные), контрольную операцию.

Производство корпусов деталей из ПК относится к периодическим процессам. В настоящее время основным методом производства корпусов для автомобильных фар является литье под давлением.

2.1 Оборудование и технологическая оснастка

1. Изготовление деталей производят на литьевых машинах со шнековой пластикацией, которые выбираются в зависимости от габаритов и веса детали. Допускается изготавливать детали на машинах поршневого типа, если качество деталей отвечает требованиям.

2.      Сопло должно быть обогреваемым и самозапирающимся, чтобы предотвратить расслоение композиции, преждевременное отверждение и вытекание расплава во время набора дозы материала. Допускается применение сопла свободного истечения при условии получения качественных изделий.

3.      При крупносерийном производстве неармированных деталей следует применять стационарные пресс-формы. При мелкосерийном и опытном производстве применяют универсальные блоки со сменными пресс-формами-дублерами. Весь цикл литья должен осуществляться на полуавтоматическом и автоматическом режимах работы литьевой машины.

4.      Конструкция блока может быть любой при условии обеспечения быстрой замены пресс-формы, надежного ее крепления, нагрева до температуры 70-80 ⁰С.

5.      Конструкция пресс-формы должна отвечать требованиям документации, утвержденной в установленном порядке.

3. Теоретические и технологические особенности процесса переработки

Литье под давлением представляет собой технологический процесс переработки полимеров.

Полимерное сырье пластицируется в обогреваемом материальном цилиндре узла пластикации, а затем посредством выступающего в качестве поршня шнека впрыскивается в формующую полость литьевой формы. В процессе выдержки под давлением в полости формы расплав застывает и по прошествии определенного времени охлаждения извлекается в форме готового изделия.

3.1 Технологические этапы литья под давлением

Этапы литья под давлением:

.   Смыкание литьевой формы;

2.      Выдвижение мундштука;

.        Впрыск;

.        Выдержка под давлением;

.        Время охлаждения;

.        Отвод мундштука назад;

.        Время охлаждения;

.        Размыкание формы;

.        Извлечение изделия.

Дозирование:

Изготовление детали начинается с процесса дозирования. Объем дозирования определяется объемом изделия. Шнек за счет вращения затягивает полимерное сырье и отжимается над расплавом, находящимся в передней части шнека.

Такому возвратному движению противодействует динамическое давление, улучшающее пластикацию полимерного сырья. Когда необходимое количество расплава оказывается в передней части узла впрыска, вращение шнека прекращается. Максимальный дозирующий ход шнека не должен превышать четырехкратного диаметра шнека.

Впрыск:

Узел впрыска перемещается по направлению к замкнутой литьевой форме до момента прилегания мундштука к литниковой втулке. Шнек выступает в качестве поршня и перемещается вперед по оси, таким образом способствуя впрыску расплавленного полимера.

Охлаждение:

После отключения подпитки начинается этап остаточного охлаждения. В процессе охлаждения отлитой детали в форме шнек возвращается в положение дозирования. При этом шнек подает расплав для следующего инжекционного цикла в переднюю часть. После дозирования мундштук отводится от литьевой формы.

Извлечение из формы:

После завершения процесса охлаждения литьевая форма размыкается, и при помощи выталкивателей из нее выталкивается готовое изделие.

Форма смыкается, к ней подводится мундштук, после чего может быть начат следующий процесс впрыска.

.2 Литьевая машина

Пластмассовые изделия изготавливают на литьевых машинах. Пластфицированный в литьевой машине полимерный материал впрыскивается в полость литьевой формы непосредственно через литниковый канал.

Литьевая машина состоит из узлов (рис. 3):

)  Узел смыкания;

2)      2Рычажное устройство;

)        Материальный цилиндр;

)        Червяк (узел пластикации);

)        Бункер;

)        Редуктор;

)        Цилиндр гидропривода узла впрыска.

Рисунок 3. Схема термопластавтомата с червячной пластикацией

- гидравлический цилиндр узла смыкания, 2 - рычажное устройство, 3 - материальный цилиндр, 4 - червяк, 5 - бункер, 6 - редуктор, 7 - цилиндр гидропривода узла впрыска.

Узел пластикации впрыска машины состоит из материального цилиндра 3 с обогревом и червяка 4. Червяк может совершать вращательное и поступательное движение. Вращение передается червяку через редуктор 6 от электродвигателя. Поступательное движение сообщается червяку от цилиндра 7 гидропривода узла впрыска.

Узел смыкания с гидромеханическим приводом состоит из малогабаритного гидравлического цилиндра 1 с поршнем и передаточного рычажного устройства 2.

Материальный цилиндр выполняется в виде толстостенной трубы. В передней части цилиндра в резьбовом гнезде закрепляется сопло, назначение которого состоит в соединении полости материального цилиндра с литниковым каналом и оформляющей полостью литьевой формы.

Назначение червяка состоит в подаче, пластикации и гомогенизации расплава. Наиболее распространенный универсальный шнек для переработки основных видов термопластов представляет собой конструкцию, имеющую три зоны нарезки: загрузки, сжатия, дозирования.

Рисунок 4. Схема изменения состояния материала в материальном цилиндре

Как правило, длина шнека приводится как кратное его диаметру D. Длина современных универсальных шнеков составляет 20D.

В зависимости от свойств перерабатываемого материала на инжекционных цилиндрах устанавливают сопла различной конструкции.

Рисунок 5. Открытое сопло, предназначающееся для вязких материалов, в том числе ПК

Механизм запирания (смыкания) предназначен для закрывания и открывания литьевой формы в сомкнутом состоянии при впрыске в форму и формовании изделий. Для получения высококачественных изделий необходимо надежное смыкание формы, так как при неполном смыкании формы материал может при впрыске попасть в плоскость смыкания. Разработано и применяется на практике большое число разлиных механизмов запирания. Наибольшее широкое распространение получили гидравлические и гидромеханические конструкции.

3.3 Технологические параметры литья

Основными параметрами литья под давлением являются температура литья, давление литься, температура формы, время цикла литья.

Кроме этих регулируемых параметров, на протекание процессов литья оказывает влияние конфигурация и размеры изделия, конструкция литниковой системы, конструкция литьевой машины и свойства материала. Все эти параметры в совокупности и взаимосвязи определяют свойства изделий.

Для ПК характерна высокая вязкость расплава, материал отличается эластичностью широком интервале температур переработки.

Температура литья составляет 240-320 ⁰ С. Вязкость в основном зависит от температуры. При изготовлении изделий из ПК температура литья оказывает большое влияние на их свойства. При изготовлении из поликарбоната изделий технического назначения нужно проводить процесс литья при возможно более низкой температуре расплава и повышенной температуре формы (выше100 ⁰С).

ПК благодаря своей относительно высокой вязкости легко вытесняет из цилиндра другие материалы (при переходе с переработки других полимеров на переработку ПК). Исключение составляют ПВХ и другие нетермостабильные материалы, которые нельзя подвергать воздействию высоких температур, так как может произойти термодеструкция. В этом случае для очистки цилиндра применяют полиэтилен, который используют также для очистки цилиндра от поликарбоната. При прерывании процесса литья не рекомендуется выключать обогрев цилиндра, необходимо поддерживать температуру 150⁰ С. После окончания работы цилиндр следует тщательно очистить от ПК, обладающего высокой адгезией к металлу, во избежание разрушения цилиндра.

Поликарбонат - гигроскопичный материал. Поглощение им влаги в обычных условиях составляет 0, 15% (масс).

Перед загрузкой гранулированного ПК в бункер литьевой машины материал предварительно подсушивают при температуре 70-75 ⁰ С в течение 4-6 часов (если материал был предварительно упакован) или при температуре 120-130 ⁰ С в течение 12-20 часов (если материал был увлажнен). Содержание влаги не должно превышать 0, 05%.

В бункер литьевой машины рекомендуется загружать подогретый материал, чтобы на воздухе он не успевал увлажняться. ПК должен находиться в бункере не более 30 минут. Целесообразно производить предварительную подсушку материала непосредственно в бункере машины.

Из-за повышенной вязкости расплава ПК необходимо применять высокое давление литья - в пределах 80-120 МПа.

Скорость впрыска должна быть максимальной. При изготовлении деталей сложной конфигурации скорость впрыска следует регулировать: вначале заполнять форму при небольшой скорости, а затем увеличивать ее до максимального значения.

Температура формы при переработке ПК составляет 90-100⁰ С. Рекомендуется регулировать отдельно температуру каждой половины формы. С повышением температуры формы возрастает прочность изделий (на 5-8%), но снижается их относительное удлинение при разрыве (до 40%).

Усадка поликарбоната составляет 0,5-0,8% (до 1%). Усадку изделий из поликарбоната можно уменьшить, правильно выбирая режим литья. Вторичная усадка для ПК незначительна - при комнатной температуре составляет 0,05%. При литье поликарбоната специальной смазки формы не требуется, так как изделия легко извлекаются из нее.

Рисунок 6. Диаграмма изменения температуры ПК по длине литьевого цилиндра и температурная область переработки поликарбоната

Давление литья создается поршнем или червяком узла пластикации. Под давлением материал, расплавляясь, проходит через материальный цилиндр, каналы формы и заполняет полость формы. Максимальное давление в форме создается в конце хода поршня или червяка вперед и зависит от усилия, действующего на поршень или червяк, от температуры расплава и от сопротивления ПК. \

Сопротивление обусловлено вязкостью поликарбоната, сужением и расширением материального потока, шероховатостью поверхностей, ограничивающих поток расплава и т.д.

Поэтому для создания максимального давления в форме необходимо стремиться к увеличению усилия, действующего на поршень или шнек, повышению температуры материала, сокращению длины литниковых каналов, увеличению их сечения, уменьшению сил трения введением смазывающих веществ в пластмассу и т.д.

Повышение давления, действующего на расплав в материальном цилиндре, приводит к увеличению скоростей впрыска и заполнению формы, что, в свою очередь, способствует росту сил внутреннего трения при движении материала по каналам, значительному выделению тепла и ориентации макромолекул.

Продолжительность цикла литья определяется, с одной стороны, технологическими требованиями т.е. длительностью заполнения формы, продолжительностью охлаждения отливки до состояния, позволяющего извлечь ее из формы, с другой стороны - машинным временен, необходимым для смыкания формы, для подвода сопла к литниковой втулке и для впрыска, а также для отвода сопла и размыкания формы.

По продолжительности цикла определяют производительность процесса, следовательно, время цикла является важным технико-экономическим параметром.

.4 Основные виды брака и методы их устранения

4. Выбор основного оборудования

Основным оборудованием в процессе литья под давление является литьевая машина. Все функциональные блоки и устройства термопластавтомата (ТПА) располагаются на жесткой раме (см. рис. 6 позиция 22).

Гранулированный материал из бункера 1 поступает в материальный цилиндр 2, захватывается вращающимся шнеком 3 и транспортируется в направлении мундштука 8. При этом гранулированный материал нагревается, уплотняется в пробку и под действием тепла от трения о поверхность винтового канала червяка и поверхность цилиндра, а так же за счет тепла от наружных зон электронагревателей 4 пластицируется и, пройдя через обратный клапан 6, накапливается в зоне дозирования материального цилиндра. Под действием возникающего при этом давления червяк отодвигается вправо, смещая плунжер 25 и хвостик с имеющимся на нем концевым выключателем 26. Установкой ответного выключателя на линейке 27 регулируют отход червяка и, следовательно, подготовленный к дальнейшим действиям объем расплава в зоне дозирования мундштука 8. После срабатывания концевых выключателей 26 и 27 вращение червяка прекращается - требуемая зона расплава подготовлена. Далее гидроприводом 5 пластикационный узел сдвигается влево до смыкания мундштука с литниковой втулкой, установленной в стойке 9. К этому моменту завершается смыкание частей формы 11 и 12 прессовой узел литьевой машины.

После приведения всех блоков в исходное состояние создается давление в гидроприводе 25 осевого движения червяка, который инжектирует расплав полимера из материального цилиндра в пресс-форму, где образуется изделие.

После охлаждения расплава до заданной температуры форма раскрывается, и изделие с помощью выталкивателей удаляется из рабочей зоны литьевой машины.

Все подвижные узлы литьевой машины обеспечиваются энергоносителем от главного привода, состоящего из электродвигателя 18, насосного бака 19, установленного в маслосборнике, и системы трубопровода высокого давления 20 и низкого 21 давления. Для вращения червяка в данной схеме служит гидродвигатель 24 с зубчатой передачей 23.

К достоинствам машин описанного типа относят высокую производительность, длительность, универсальность по видам перерабатываемых материалов, удобство управления и обслуживания, а также надежность в эксплуатации.

Недостатки: существенные потери при осевом движении червяка от трения материала о стенки цилиндра, что затрудняет достижение высоких скоростей впрыска.

-бункер, 2-пластикационный цилиндр, 3 - шнек, 4 - электронагреватели, 5 - гидропривод, 6 - обратный клапан, 7 - наконечник, 8 - мундштук, 9 - передняя плита-стойка, 10, 14 - колонны, 11-пресс-форма, 12 - прессовый узел, 13 - ползун, 15-16 рычажно-гидравлический механизм, 17 - задняя стойка-плита, 18 - электродвигатель, 19 - насосный блок, 20, 21 - трубопроводы высокого и низкого давления, 22 - шток гидроцилиндра, 23 - зубчатая передача, 24 - электродвигатель, 25 - плунжер, 26 - выключатель, 27 - линейка.

4.1 Основные характеристики литьевых машин

К основным характеристикам литьевых машин относятся:

·  Максимальный объем отливки за один цикл - одна из основных технических характеристик машины. Ее часто заменяют понятием наибольшая масса отливки. Ввиду различия плотностей перерабатываемых материалов более правильной является немассовая (весовая), а объёмная характеристика впрыскиваемого за один цикл количества расплава. Чем меньше разница между объемом наибольшей возможной порции впрыска и объемом отливаемого изделия, тем более экономично используется машина и тем выше качество отливаемого изделия.

·        Наибольшая площадь отливки - это площадь проекции изделия с литниками на плоскость подвижной полуформы. Этот параметр влияет на усилие, необходимое для смыкания формы, на габаритные размеры установочных плит.

·        Пластикационная производительность определяется количеством материала (в кг), которое может быть расплавлено в материальном цилиндре за 1 час. Данный параметр зависит от конструкции машины, числа зон обогрева и других факторов.

·        Быстроходность машины влияет на производительность, особенно при литье малогабаритных и тонкостенных изделий на машинах малой мощности. Зависит от конструкции машины и мощности ее привода.

·        Время впрыска должно быть оптимальным, чтобы при заполнении формы полимер не затвердевал и вместе стем не перегревался при прохождении узких впускных каналов. Скорость впрыска расплава обычно связана с производительностью гидравлических насосов и с мощностью привода машины и является основным фактором, определяющим энергоемкость машины.

·        Удельное давление литья - это усилие, которое передается на 1 см² расплавленной массы, подготовленной к впрыску в материальный цилиндр. Давление литья является одной из основных характеристик машины. От него зависит возможность использования машины для литья тонкостенных изделий со сложной конфигурацией и для получения изделий различных термопластов.

·        Усилие смыкания формы зависит от площади отливки, удельного давления литья и распределения давления в форме, а также от технологических параметров литья, свойств материала и многих других факторов.

·        Расстояние между плитами и ход подвижной плиты взаимосвязаны, так как вместе определяю высоту формы и высоту изделия.

·        Расстояние между колоннами в свету - это параметр, определяющий максимально возможную площадь отливаемого изделия и наибольшие габариты литьевой формы.

Заключение

В данной курсовой работе был рассмотрен технологический процесс производства оконного профиля. Подобран оптимальный материал - ПВХ-С63Ж. Рассмотрена аппаратурно-технологическая схема, приведена схема описания технологических участков, приведены дефекты листов и способы их устранения, а также описан технологический процесс изготовления деталей. Приведено влияние технологических параметров процесса переработки на свойства деталей.

Список использованной литературы

1. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология [Текст]: учебное пособие для студ. вузов (гриф. УМО) / М.Л. Кербер [и др.]; под общ. ред. А.А. Берлина. - 3-е испр. и доп. изд. - СПб.: Профессия, 2011. - 560 с.

2.      Экструзия пластмассовых труб и профилей [Текст] / В.П. Володин - СПб.: Профессия, 2010. - 256 с.

.        Технология и основные свойства пластических масс [Текст]: учеб. пособие/М.С. Щербакова, Ю.Ф. Шутилин, О.В. Карманова; ВГТА, 2009 - 306 с.

.        Поливинилхлорид [Текст] / М.Т. Берард [и др.]; ред. Ч. Уилки, Дж. Саммерс, Ч. Даниэле; пер. с англ. под ред. Г.Е. Заикова. - СПб.: Профессия, 2007. - 728 с.

.        Руководство по разработке композиций на основе ПВХ [Текст] / под ред. Р.Ф. Гроссмана, пер. с англ. под ред. В.В. Гузеева. - 2-е изд. - СПб.: Изд-во НОТ, 2009. - 608 с.