Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

НАБЕРЕЖНОЧЕЛНИНСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АВТОНОМНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Автомобильное отделение

Кафедра материалов, технологий и качества

Курсовая работа

по дисциплине «Проектирование технологических процессов производства изделий из волокнистых композитов»

Тема: «Разработка технологического процесса изготовления детали типа «Кожух защитный» с годовым выпуском 90.000 штук в год, из полимерного ВАКМ»

Выполнил: ст. гр. 1141107

Кошкина Е.А.

Проверил: к.т.н. доцент

Бобрышев А.А.

Набережные Челны 2017 год

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

• 1. Общая часть
• 2. Технологическая часть
• 2.1 Технологический контроль
• 2.2 Определение типа производства
• 2.3 Выбор материала для изготовления детали
• 2.4 Выбор метода производства
• 2.5 Конструирование элементов пресс-формы
• 2.5.1 Расчет количества оформляющих полостей пресс-формы
• 2.5.2 Расчет усилия пресса
• 2.5.3 Выбор материала для изготовление пресс формы
• 2.5.4 Выбор оборудования для прессования
• 2.5.5 Расчет оформляющих размеров пресс-формы
• 2.5.6 Расчет обогрева пресс-формы
• 3. Механическая обработка полимерного композита
• 3.1 Выбор оборудования для механической обработки
• 3.2 Выбор инструмента резания для механической обработки
• 4. Проектирование технологического процесса типа «Кожух защитный»
• 4.1 Расчет режимов прессования (операционная технология по переходам)
• 4.2 Расчет режимов механической обработки
• 4.3 Маршрутно-операционная технология
• 4.4 Контроль качества изготовленного изделия
• 5. Проектирование участка
• 5.1 Расчетное количество единиц основного производственного оборудования
• 5.2 Организация рабочих мест и расчет численности работающих
• 6. Освещение, отопление, вентиляция, водоснабжение и канализация производственных помещений
• Заключение
• Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Композиционным материалом (КМ) или композитом называют объемную гетерогенную систему, состоящую из сильно различающихся по свойствам, взаимно нерастворимых компонентов, строение которой позволяет использовать преимущества каждого из них.

КМ позволяют иметь заданное сочетание разнородных свойств: высокой удельной прочности и жесткости, жаропрочности, износостойкости, теплозащитных свойств и др. Спектр свойств КМ невозможно получить при использовании обычных материалов. Их применение дает возможность создавать ранее недоступные принципиально новые конструкции.

В данной курсовой работе рассматривается разработка технологического процесса детали из композитного материала.

Целью курсового проектирования является разработка технологического процесса изготовления детали типа «Кожух защитный» из полимерного волокнисто-армированного композитного материала. С годовым выпуском 90.000 штук в год.

Для реализации поставленной цели нужно решить следующие задачи:

1. Выбор материала для изготовления детали;

2. Выбор технологического процесса изготовления изделия;

3. Спроектировать средства технического оснащения;

4. Проектирование технологического процесса типа «кожух защитный»;

5. Выбор режимов переработки изделия;

6. Проектирование участка по прессованию изделия;

7. Разработать маршрутно-операционный технологический процесс.

деталь кожух защитный пресс инструмент резание



1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Деталь «Кожух защитный» применяется для скрепления и поддержания отдельных элементов конструкции, защитного ограждения выступающих и движущих частей. Обычно легкосъёмный, для облегчения доступа к внутренностям устройства. Поэтому к ней предъявляются следующие требования:

· Предел прочности при сжатии должен быть не менее 90 Мпа;

· Предел прочности при изгибе должен быть не менее 85 Мпа;

· Материал детали должен обладать водостойкостью, стойкостью к маслам и бензину;

· Материал детали должен сохранять свой свойства при длительном нагреве до 60°С и охлаждении до -20°С.

С учетом годового выпуска 90.000 штук в год изделие должно производиться высоко механизированными методами.

Материал изделия-волокнисто-армированный композит, что подразумевает применение термореактивных смол.



2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Технологический контроль

Деталь «Кожух защитный» имеет размеры 190 мм в длину и высоты 8 мм. Деталь имеет 4 отверстия диаметром 12,5 мм, и 1 отверстие диаметром 18,5 мм. Основой технического задания служит чертеж детали. Чертеж содержит все необходимые размеры с величинами отклонений. Деталь «Кожух защитный» не является точной, поэтому поля допусков имеют большие значения. Данная деталь сопрягается с другими в изделии по торцевым поверхностям, поэтому решающее значение играет параллельность этих размеров. Отклонения размеров: длина детали 190±0,1; ширина детали 45±0,1; радиус 35±0,1.

2.2 Определение типа производства

С помощью программы КОМПАС была построена трехмерная модель детали «Кожух защитный» и рассчитаны ее характеристики:

Объем V=0,0000603 м³;

Площадь поверхности S=0,0206 м²;

Используя эти данные и принимая плотность материала равной 1740 кг/м³, получим массу детали: m=с*V=0,105кг.

Изделия из волокнистых композитов на основе полимеров и других матриц в зависимости от массы делят на четыре класса: мелкие, средние, крупные и очень крупные, представленные в таблице 1.1.

В таблице 1.2 приведены данные для определения типа производства исходя из массы детали.



Таблица 1

Зависимость типа производства от объема выпуска изделий:

№	Группа	Масса, кг
I	Мелкие	0,01-2
II	Средние	2,1-50
III	Крупные	51-100
IV	Очень крупные	более 100

Таким образом, по таблице 1.1 деталь «Кожух защитный» относится к группе I - мелкие. Расчетный годовой выпуск детали составляет 90.000 штук в год.

Таблица 2

Нормы определения серийности производства изделий из волокнистых композитов

Группа изделий по массе	Годовой выпуск изделий, шт
	Единичное	Мелкосерийное	Среднесерийное	Крупносерийное	Массовое
I	500	501-5000	5001-50000	50001-250000	250000
II	250	251-4000	4001-40000	40001-200000	200000
III	200	201-3000	3001-35000	35001-100000	100000
IV	150	151-2000	151-30000	30001-50000	50000

Данная деталь относится к первой группе по массе, то есть деталь является мелкой. Учитывая группу детали по массе и годовой выпуск изделия, выбираем серийность производства изделия. Так как годовой выпуск детали равен 90.000 штук в год и является мелкой, то исходя из норм определения серийности производство является крупносерийным .

2.3 Выбор материала для изготовления детали

Выбор материала для детали определяется ее назначением и конструкцией, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичностью изготовления.

Технические условия, приведенные в разделе 1 данной работы и выбранные тип и серийность производства детали подразумевает ее изготовление из волокнисто-армированного композита. Таким образом, деталь можно изготовить из материалов приготовляемых на месте из отдельных компонентов, либо из готовых премиксов промышленного производства. Второй вариант более предпочтительный, так как промышленно изготовленные материалы имеют более стабильные свойства, кроме того изготовление таких материалов сопровождается выделением токсичным веществ. Приготовление композиции на месте подразумевает закупку дополнительного оборудования и наличие дополнительного персонала. Из этого следует, что выгоднее изготавливать деталь из готовых премиксов, технические характеристики которых приведены в таблице 1.3.

Таблица 3

Свойства материалов для прессования

Наименование материала	Предел прочности при изгибе, Мпа, не менее	Разрушающее напряжение при сжатии, Мпа, не менее	Ударная вязкость, кД/м2, не менее	Температура эксплуатации, °С	Линейная усадка, %, не более	Содержание стеклонаполнителя, %	Тип связующего	Цена, руб/кг
DMC-20-PM	100	120	30	-60 +130	0,08	20	Смола полиэфирная ненасыщенная	-
DMC-30-B	130	130	35	-60 +130	0,08	30		-
DMC-10-PKM	60	110	10	-60 +130	0,08	10		-
DMC-18-T	80	110	20	-60 +130	0,08	18		-
DMC-20-OPMT	100	120	30	-60 +130	0,08	20		-
DMC-20-ORMA	80	120	20	-60 +130	0,08	20		-
DMC-30-OPMT	110	130	30	-60 +130	0,08	20		-
МКП(Б)-20-В	110	110	30	-196 +200	0,08	18-25		123,90р
МКП(Б)-30-В	120	120	35	-196 +200	0,08	28-34		129,80р

Наилучшим образом для производства данной детали по физико-механическим показателям подходит премикс МКП(Б)-20В. Преимущества премикса является то, что он уже армирован стекловолокном и не требует дополнительных технологических затрат.

Характеристика выбранного материала

Премикс МКП (Б)-20В - прессовочный материал, изготовленный на основе ненасыщенной полиэфирной смолы с различными добавками путем смешения с минеральным наполнителем и рубленым стекловолокном. Ненасыщенные полиэфирные смолы могут быть стирол содержащими, так и а бес стирольными. По внешнему виду это тестообразная масса со стекловолокном. Цвет премикса определяется цветом применяемого сырья.

Премикс предназначен для изготовления методом прессования изделий конструкционного, электротехнического и общетехнического назначения. Изделия из премикса масло/бензостойкие. По нагревостойкости относятся к классу «В». Диапазон рабочих температур от минус 213К (минус 60 °С) до плюс 403 К (плюс 130°С).

В состав премикса входят следующие компоненты:

· Ненасыщенная полиэфирная смола около 38%;

· Нити стеклянные рубленые, имеющие характеристики, представленные в таблице 4;

· Замасливатель на основе силана;

· Отвердитель гидроперекись изопропилбензола (ГП) 3-4% в сочетании с ускорителем твердения нафтенатом кобальта (НК) 6-8% по массе.

Таблица 4

Диаметр элементарного волокна, мкм	10±1
Номинальная линейная плотность,	140
Массовая доля веществ, удаляемых при прокаливании, %, не менее	0,3
Массовая доля влаги, %, не более	0,2
Длина отрезков, мм	9,0
Массовая доля отрезков, %, не более	5,0

Таблица 5

Основные показатели премикса МКП(Б)-20В (ТУ 2253-001-45804463-2007) представлены в таблице 5.

Наименование показателя	МКП(Б)-20В
Изгибающее напряжение при разрушении, МПа (кгс/см2), не менее	110 (1100)
Ударная вязкость, кДж/м2 (кгс*см2), не менее	30 (30)
Электрическая прочность при частоте 50 Гц, кВ/мм, не менее	12
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом * см, не менее	10 13
Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом, не менее	1010-1013
Линейная усадка, %, не более	0,08
Теплостойкость по Мартенсу, Ко(Со), не менее	473 (200)
Трекингостойкость, В, не менее	500

Рекомендуемые режимы прессования:

· удельное давление - 8-10 МПа (80-100 кгс/см2);

· температура формы - 150±20С;

· время выдержки - 45+5 с/мм.

Учитывая геометрию изделия, свойства отдельных компонентов материала, а также физико-механические показатели, можно сделать вывод, что выбранный материал оптимально подходит для изготовления изделия «Кожух».

Премикс МКП(Б)-20В изготовлен на основе смолы марки ПН-609-21М.

Смола ПН-609-21М выпускается по ГОСТ 27952-88 и представляет собой бесстирольную ненасыщенную полиэфирную смолу общего назначения.

Общие сведения

Ненасыщенная полиэфирная смола ПН-609-21М не содержит стирол, вследствие чего является гораздо менее вредной для здоровья и обеспечивает лучшие условия труда по сравнению с обыкновенными полиэфирными смолами, содержащими стирол. Вместо стирола в качестве растворителя в составе смолы ПН-609-21М используется нелетучий мономер - олигоэфиракрилат ТГМ-3 (диметакриловый эфир триэтиленгликоля).

По внешнему виду смола ПН-609-21М представляет собой вязкую жидкость зеленого, желтого или коричневого цвета. Раньше марку смолы ПН-609-21М обозначали иначе - НПС-609-21М.

Назначение

Смола ПН-609-21М имеет общее назначение, являясь малотоксичной в процессе переработки. Вязкость - средняя. ПН-609-21М используется для изготовления изделий из стеклопластика методом контактного формования, а также перерабатывается и другими методами: свободным литьем, прессованием, центробежным формованием и т.д. Входит в состав различных лаков. Используется для изготовления полимербетона. Отверждается как при комнатной, так и повышенных температурах. Отличается от других марок более высокими механическими свойствами и теплостойкостью. Технические показатели неотвержденной смолы ПН-609-21М представлены в таблице 6, отвержденной в таблице 7.



Таблица 6

246 д. сопла 6 мм, Т 20?С	Время желатинизации при 25?С,	Содержание стирола	Требуемое количество ускорителя	Требуемое количество инициатора
20-32 с	100-200 минут	Не содержит стирол	4%	2%

Внешний вид: вязкая жидкость зеленого, желто-зеленого или коричневого цвета.

Таблица 7

Плотность г/см3	Прочность при растяжении, МПа	Прочность при сжатии, МПа	Прочность при изгибе, МПа	Ударная вязкость, кг см /см2	Модуль упругости при изгибе, МПа	Твердость по Бринеллю, кг /мм2
1,25	140	140	80	7	3 * 103	25

Отверждение

В отвешенное количество смолы ПН-609-21М вводят навеску ускорителя ОК и тщательно перемешивают. Расход ускорителя ОК - 4% от массы смолы. Затем вводят навеску перекиси (инициатора Бутанокс) и снова тщательно перемешивают.

Расход Бутанокса - 2% от массы ПН-609-21М. Очередность введения инициатора и ускорителя может быть изменена, но нельзя производить одновременное их введение, т.к. при их непосредственном контакте происходит бурная реакция вплоть до воспламенения и взрыва. Процесс рекомендуется проводить при окружающей температуре не менее 23?С, при этом температура саморазогрева композиции в процессе отверждения достигает - 120-140?С.

Срок хранения

Гарантийный срок хранения Смолы ПН-609-21М составляет 6 месяцев с даты изготовления. При установлении соответствия показателей качества смолы ПН-609-21М ГОСТ 27952-88 разрешается ее использование по истечении гарантийного срока хранения.

2.4 Выбор метода производства

Волокнисто - армированные композиционные материалы (ВАКМ), состоящие из смолы, волокон и других наполнителей, после отверждения являются твердыми телами. Характеристики готового изделия (такие как габаритные размеры, форма, величина серии) обусловливают выбор состава композиции, способа ее получения и формования. Конструкция «Кожух защитный» позволяет изготовить ее из волокнистых композитов несколькими способами:

1. Эластичной диафрагмой: под вакуумом в автоклаве;

2. Инжекция смолы в закрытую форму (RTM);

3. Вакуумной инфузией;

4. Литьем под давлением;

5. Литьевым прессованием;

6. Прямым прессованием.

В разделе 2.2 данной курсовой работы было определено, что производство детали «Кожух» в заданных объемах относится к крупносерийному типу производства. Из этого можно сделать вывод о непригодности некоторых способов производства.

Метод автоклавного формования позволяет получать изделия равномерной толщины с высоким качеством поверхности. Его недостаток заключается в том, что он довольно дорог, требует затрат ручного труда и поэтому малопригоден для массового производства изделий. Также надо отметить пожароопасность использования вакуумных мешков в методе автоклавного формования. Необходимо применять инертную газовую среду (например, азот) и принимать другие меры безопасности при автоклавном формовании.

Инжекцией смолы в закрытую форму и вакуумной инфузией обычно получают крупногабаритные изделия сложной формы. Данная технология требует определенных финансовых затрат, как на оборудование для инжекции полиэфирной смолы, вспомогательное оборудование, так и на изготовление двухсторонней оснастки для изготовления изделия.

Литье под давлением преимущественно применяют для изготовления изделий из термопластов. Такой метод предусматривает наличие специализированного оборудования и дорогой оснастки, поэтому применяется обычно для точных деталей сложной формы.

Литьевое прессование пластмасс применяют для формирования изделий сложной конфигурации, повышенной точности, с тонкой арматурой и с большой разницей в толщине стенок. Вместе с тем оснастка для литьевого прессования несколько сложнее, чем для прямого прессования.

Следовательно, для детали «Кожух защитный» при заданном годовом выпуске и выбранном типе производства наиболее целесообразным является изготовление детали методом прямого компрессионного прессования.

Характеристика метода прямого прессования

Прессование - процесс получения из пластмасс изделий определенных размеров и архитектуры в пресс-форме под давлением пуансона. Компрессионное прессование может быть горячим и холодным. Сам процесс характеризуется тремя основными показателями: давлением, температурой и временем выдержки. Изменение этих технологических параметров может сказаться не только на длительности итерации прессования, но и на качестве готовых изделий. Рассмотрим важнейшие направления воздействия каждого из них на свойства готовых изделий.

1. Давление.

С момента соприкасания опускающегося плунжера с поверхностью материала в форме возникает давление, оно заставляет вязко-пластичный материал растекаться, заполняя полость формы, и достигает наибольшего значения в момент окончательной остановки пуансона после смыкания формы.

Повышение температуры, применение предварительного подогрева, позволяет значительно снизить удельное давление прессования (до 40-70%). Важнейшее значение при выборе давления прессования имеет форма изделия, его размеры и конструкция. С ростом высоты изделия удельное давление увеличивают, особенно если изделие имеет тонкие стенки, перегородки и т. д. Удельное давление возрастает при увеличении габаритов изделия и уменьшении толщины стенок.

Большое влияние на величину удельного давления оказывает тип пресс-формы и ее конструкция - величина зазоров, количество гнезд, а также степень ее износа.

Прессование при недостаточном давлении ведет к появлению недопрессовок, увеличению грата, ухудшению внешнего вида и другим видам брака.

2. Температура.

Как правило, повышение температуры прессования позволяет снизить продолжительность цикла прессования и способствует повышению физико-механических и электрических свойств изделий, однако повышение температуры выше определенного предела ведет к преждевременному отверждению, деструкции материала (полимера и других ингредиентов композиции), повышенному выделению газообразных продуктов. Поэтому выбор температуры прессования изделия (в пределах рекомендованного для каждого типа пресс-материала диапазона температур переработки) зависит от скорости отверждения материала, содержания влаги и летучих, текучести, а также от конфигурации изделия, конструктивных особенностей пресс-формы и выбранной технологии прессования.

Применение предварительного подогрева, подпрессовки, а также использование таблеток позволяет поднять температуру прессования, особенно если конфигурация прессуемых изделий несложна. С ее повышением уменьшается время выдержки изделия в прессе и снижается удельное давление прессования, однако при этом быстро снижается текучесть пресс-материала, что налагает известные температурные ограничения, особенно при изготовлении тонкостенных изделий. Прессование при повышенной температуре способствует улучшению внешнего вида пресс-изделий, поверхность становится блестящей и глянцевой, но дальнейший ее рост приводит к ухудшению внешнего вида - на поверхности будут возникать вздутия, трещины.

Другим неприятным следствием повышения температуры прессования является увеличение усадки. Следует также иметь в виду, что процесс отверждения, протекающий как экзотермическая реакция, сопровождается выделением довольно значительного количества тепла. Его влияние становится особенно заметным с ростом габаритов изделия (в первую очередь толщины) и увеличением содержания связующего. Выделение этого тепла способствует повышению температуры в материале, которая при достаточной толщине может заметно превысить температуру формы. Этот момент также необходимо учитывать при выборе температуры прессования.

3.Время выдержки.

Выдержка - это время пребывания прессовочного материала в закрытой пресс-форме, необходимое для его отвердения, то есть перевода связующего в неплавкое нерастворимое состояние. Она начинается с момента первого смыкания формы и заканчивается в момент подъема пуансона перед извлечением (выталкиванием) изделия. Выдержка зависит от скорости отверждения пресс-материала, температуры его предварительного подогрева, а также от вида изделия и его толщины. Чем меньше выдержка, тем меньше время изготовления изделия (цикл прессования), тем выше производительность пресса.

Время выдержки под прессом зависит от свойств прессуемого материала, содержания влаги и летучих в прессовочном материале, скорости отверждения материала и толщины прессуемой детали. Для большинства реактопластов время выдержки выбирают из расчета 0,5-2 мин на 1 мм толщины стенки. Технологическое время может быть сокращено за счёт предварительного подогрева материала.

В отличии от ковки и штамповки, прессование пластмасс выполняют при относительно низких скоростях рабочего инструмента, поэтому прессование рассматривают как процесс статистический. Прессование термореактивных пластмасс сопровождается структурными изменениями в строении полимера, в результате которых материал переходит в твердое неплавкое состояние; вследствие этого изделие может быть извлечено из матрицы при температуре прессования.

Процесс производства пресс-изделий состоит из следующих основных операций:

· Дозировка;

· Предварительный подогрев пресс-материала;

· Загрузка его в пресс-форму;

· Прессование;

· Извлечение из пресс-формы готового изделия.

После прессования проводят механическую обработку изделий (снятие грата, заусенцев и т.д.).

2.5 Конструирование элементов пресс-формы

Выбор оснастки и приспособления зависит от многих факторов, в первую очередь от типа производства. Правильно выбранное приспособление должно способствовать повышению производительности труда и точности обработки, улучшению условий труда, ликвидации предварительной разметки заготовок.

Под словом оснастка в большинстве отраслей промышленности понимают материал, оборудование или формы, на которых (или в которых) изделия изготавливают, собирают или отливают. Оснастка для контактного формования имеет ряд особенностей (или ограничений), зависящих от природы продуктов, входящих в состав перерабатываемой композиции, то есть жидких смол, порошкообразных наполнителей и армирующих волокон или тканей.

В формах для прессования (пресс-формах) получают изделия массой от нескольких граммов до 5 - 10 килограммов, простой и сложной конфигурации, с металлической арматурой, мало- и крупногабаритные, плоские и объемные, т.е. очень разнообразные.

Пресс-формы должны обеспечить: перевод массы в вязкотекучее состояние; деформирование массы и придание ей требуемой конфигурации; фиксацию этой конфигурации, т.е. изделия; извлечения; удаление отпрессованного изделия из рабочей зоны.

Детали пресс-формы подразделяются на технологические (оформляющие), конструктивные и нагревательные. Технологические детали непосредственно соприкасаются с пресс-материалом. К ним относятся, в основном, матрицы и пуансоны.

Матрица - заглубленная часть пресс-формы, оформляющая наружную поверхность изделия и обычно располагаемая внизу (крепится к столу пресса).

Пуансон - выступающая часть пресс-формы, оформляющая внутреннюю поверхность изделия. Обычно пуансон располагается сверху (крепится к ползуну пресса).

Конструкции пресс-форм очень разнообразны . Они различаются:

· по числу одновременно прессуемых изделий-одногнёздные и многогнёздные

· по замыканию оформляющей полости - открытые, закрытые и пресс-формы с перетеканием (полузакрытые);

· по характеру крепления - стационарные (креплёные) и съёмные (последние применяются редко).

Для изготовления изделия «Кожух защитный» выбираем стационарную пресс-форму полузакрытого типа (с перетеканием). В такой пресс-форме оформляющее гнездо является одновременно загрузочной камерой. Формы полузакрытого типа характеризуются наличием минимально необходимого гарантированного зазора по периметру между пуансоном и специально выполненной загрузочной камерой. Этот зазор обеспечивает вытекание избытка материала при запрессовке и гарантирует создание необходимого давления прессования.

Загрузочная камера имеет несколько большие размеры, чем прессуемое изделие. Это необходимо для создания отжимного пояска, обеспечивающего окончательное запирание оформляющего гнезда. Такая пресс-форма позволяет отпрессовать любые изделия методом прямого прессования, снижает износ пуансона и загрузочной камеры, не требует точной дозировки материала, допускает подпрессовку.

Недостаток форм с перетеканием - некоторое увеличение площади прессования из-за наличия отжимного пояска. Благодаря своим преимуществам, такие формы получили наибольшее распространение.

По расположению плоскости разъёма деталей выбираем пресс-форму с горизонтальным разъёмом, в которой формующие детали раскрываются в направлении плунжера пресса.

Для изготовления изделия типа «Кожух» будет использоваться форма с индивидуальной загрузочной камерой. Такие формы имеют наибольшее применение в связи со следующими их преимуществами:

1. Большая точность изготовления оформляющего гнезда, и, соответственно изделия;

2. Высокая ремонтоспособность;

3. Уменьшенный расход.

2.5.1 Расчет количества оформляющих полостей пресс-формы

Для расчета числа загрузочных полостей можно воспользоваться формулой (1):



, (1)

Где Т - годовой фонд времени работы оборудования, расходуемый на выполнение годовой программы машино-часов;

Ф_д - действительный годовой фонд времени работы оборудования, час.

Ф_д=224*8=1792 ч., при односменном режиме работы.

Ф_д=224*16=3584 ч., при двусменном режиме работы.

Ф_д=224*24=5376 ч., при трехсменном режиме работы.

(2)

Где Q - годовая программа выпуска изделий (производственная мощность цеха, шт.;

- время цикла прессования, час.

Приблизительно время цикла прессования можно определить по формуле:

(3)

Где - время выдержки материала;

s - толщина детали.Таким образом получим:

t_ц=8мм*45с*2=720с=12мин=0,2 часа.

Т=90000шт*0,2=18000 час

Округлив до целого большего числа получим n=11.

Изготовление одиннадцатигнездной пресс-формы является достаточно трудоемким, экономичнее будет изготавливать изделие при трехсменном режиме работы. С учетом этого получим:

Следовательно, с учетом формы и размеров детали, а также учитывая годовой выпуск выбираем 4 гнездную пресс-форму.

2.5.2 Расчет усилия пресса

Важнейшая характеристика любого пресса - его усилие. Номинальное усилие пресса определяется по формуле (4)

Р = F • q • z • k / 10 , (4)

где F - площадь прессуемого изделия в плане (F =206 см² ); q = 8 МПа - удельное давление прессования; z = 4 - число гнёзд в пресс-форме; к = 1,2 - коэффициент, учитывающий неизбежные потери на трение.

Р = 206 • 8 • 4• 1,2 / 10 = 791,04 кН.

2.5.3 Выбор материала для изготовление пресс формы

Пресс-формы изготавливаются из специальных марок сталей, выдерживающих воздействие высоких температур, механических усилий и химических соединений, выделяющихся при прессовании.

Выбор материала для изготовления пресс-форм имеет не менее важное значение, чем вопросы выбора оборудования, гнездности и другие, оказывающие решающее влияние на экономику процесса производства деталей из пластмасс.

При выборе материала следует стремиться обеспечить не максимально возможный, а необходимый срок службы формы, который, как правило, определяется стойкостью формообразующих деталей.

Стали, рекомендуемые для основных деталей пресс-форм приведены в таблице 8.

Рекомендуемые материалы для изготовления основных деталей пресс-формы

Таблица 8

Наименование детали	Марка стали	Термическая обработка	Твердость ,HRC
Матрицы и пуансоны простой конфигурации	4Х13, 3Х13, У8А	Закалка	50-56
Матрицы и пуансоны сложной конфигурации с тонкими выступами	20Х, 12ХНЗА, 20ХНЗА, Х6ВФ, 20Х13	Цементировать	53-57
Гладкие и резьбовые знаки, кольца резьбовые	40Х, ХВГ, 9ХС, У8А, 40Х13, 4Х5МФС, 65Г	Закалка	50-61
Хвостовик	Сталь 45, ГОСТ 1050-74		42-47
Плиты: верхние, нижние, обогрева	Ст.3 ГОСТ 380-71
Плиты: знаков, толкателей, опорные	Сталь 45, ГОСТ 1050-71

Для изготовления ФОД применяют стали: цементируемые; объемно- закаливаемые; коррозионно-стойкие. Цементируемые стали наиболее полно соответствует требованиям, предъявляемым к ФОД. Особое преимущество этих сталей заключается в том, что, имея высокую сердцевину, они обладают высокой стойкостью к изнашиванию и воздействию переменных и ударных нагрузок. Другое важное преимущество цементируемых сталей - пониженная деформация, по сравнению с инструментальными углеродистыми сталями.

Вследствие этого, они допускают минимальные припуски (0,05-0,15 мм) на доработку после термообработки, однако предъявляют высокие требования к технологии термической обработки. Во избежание сквозной прокаливаемости и образования сколов, не рекомендуется изготавливать из этих сталей ФОД с рёбрами толщиной менее 4мм.

В качестве материала для изготовления формообразующих деталей (ФОД) пресс-формы выбираем широко используемую цементированную сталь марки 12ХНЗА (ГОСТ 4543-71), применяемую для работы при малых давлениях прессования(до 30 МПа). Твердость данной стали по Роквеллу составляет 50-55 единиц. Цементируемые стали наиболее полно соответствуют требованиям, предъявляемым к формообразующим деталям .

Для изготовления пресс-формы, гладких знаков, пуансонодержателей и обоймы выбираем более низкую по стоимости объёмно-закаливаемую сталь марки У8А ГОСТ 1435-74. Твёрдость по Роквеллу составляет 51,5-56,0 единиц. Этот материал обеспечит эксплуатационную стойкость и трудоёмкость изготовления деталей пресс-формы, которые, в свою очередь, в итоге, позволят свести к минимуму себестоимость формуемого изделия .

2.5.4 Выбор оборудования для прессования

Гидравлические прессы для переработки пластмасс бывают с одним верхним рабочим цилиндром (верхнего давления), с одним нижним рабочим цилиндром (нижнего давления) и с двумя рабочими цилиндрами (верхним и нижним или верхним и боковым).

В ГОСТе 8200-80 приведены основные параметры и размеры базовых прессов, серийно выпускаемые гидравлические полуавтоматические прессы с индивидуальным и групповым приводом имеют номинальное усилие 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500, 4000 и 6300 кН. Основные характеристики некоторых из них приведены в таблице 9. Выбор пресса осуществляем по величине рассчитанного номинального усилия прессования Р = 791 кН. По этому параметру наиболее оптимально подходит полуавтоматический гидропресс ДБ 2430, с номинальным усилием прессования Р =1000 кН.



Технические характеристики полуавтоматических гидропрессов

Таблица 9

Параметры	Тип пресса
	ДБ2424	ДБ2426	ДБ2428	ДБ2430
Усилие, кН:
номинальное	250	400	630	1000
возврата	67	105	170	250
выталкивателя	52	60	89	125
Ход подвижной плиты, м	0,25	0,32	0,32	0,40
Скорость подвижной плиты, мм/с
при холостом ходе ползуна	105	83	115	70
при рабочем ходе ползуна	2,5	2	2,5	2
при подъёме ползуна (размыкание)	118	77	115	70
Ход выталкивателя, м	0,125	0,160	0,160	0,200
Скорость выталкивателя, мм/с:
при подъёме	14	13	35	23
при опускании	22	21	45	46
Максимальное расстояние между плитами, м	0,500	0,500	0,800	0,800
Размеры стола, м	0,4x0,4	0,5x0,5	0,5x0,5	0,63x0,63
Высота стола над уровнем пола, м	0,730	0,730	0,785	0,800
Мощность электродвигателя, кВт	2,8	2,8	2,8	2,8
Габаритные размеры пресса, м	1,5x0,4x2	1 ,7x0,4х2,2	1x1,1х2,3	1,8x0,7x2,6
Масса пресса, кг	680	1200	1600	1500

2.5.5 Расчет оформляющих размеров пресс-формы

При формовании изделий из реактопластов прямым прессованием материал подвергается воздействию повышенной температуры. Вследствие этого возникает усадка материала при его последовательном охлаждении. Для выбранного материала усадка составляет 0,08%, следовательно, требуется учёт усадки при конструировании пресс-формы.

Оформляющие размеры рассчитываются в соответствии с ГОСТ 15947-70 по следующей методике:

для охватывающих формообразующих размеров:

L_M=L_max+L_max*S*0,01-T; (5)

для охватывающих высотных размеров:

H_M=H_max+H_max*s*0.01; (6)

где L_M, L_max - формообразующий размер (длина) и наибольший допустимый размер заготовки, мм.; H_M, H_max - формообразующий высотный размер заготовки, мм.; S - усадка, %; Т - допуск изделия, мм.

Рассчитываем величину размера, образующего длину изделия:

L_M=190+190*0,08*0,01-0,1=190,052 мм.

Рассчитываем величину размера, образующего высоту изделия:

H_M=8+8*0,08*0,01=8,0064 мм.

Матрица с обоймой будет соединена по посадке H7/h6. Сопряжение пуансона с матрицей будет осуществляться по посадке H7/f7. Оформляющие поверхности матрицы и пуансона должны иметь шероховатость по параметру Rz, равную 20, что обеспечивает их высокую износостойкость, вибростойкость, а так же необходимую прочность.

Для извлечения детали используем гладкие знаки - выталкиватели диаметром 12,5мм и 18,5мм.

Расчет габарита загрузочной камеры

Расчет габарита загрузочной камеры осуществляется по следующей методике:

1. Объем загрузочной камеры пресс-материала, смі[2]:

V=(7)

Где, m- масса прессуемого материала, г. (220 гр);

k- коэффициент уплотнения пресс-массы (k=3);

n- число одновременно прессуемых изделий с использованием одной загрузочной камеры (n=4);

с - плотность прессуемого материала, г/смі (с = 1,70г/см3)

V=(220*3*4)/ 1,70=1553 смі

2.Площадь сечения загрузочной камеры[1]:

F=1.1(F_и ·n) (8)

F_и - площадь прессуемого изделия, см²

n-число одновременно прессуемых изделий, шт.

F=1.1(260*4)=906,4 смІ

3.Высота загрузочной камеры

(9)

H=((1553-60,3*4)/906.4)+0,8=2,25=22,5 мм

Расчет толщины стенок матрицы и обоймы.

По рекомендациям толщина стенок обойм и вставных матриц обычно не рассчитывают, а выбирают по таблице 3.28 [1, стр.157]. таким образом получим: толщина стенок вставной прямоугольной матрицы:

S1=25мм ; S2=48мм

Толщина стенок загрузочной камеры: S=87мм

Расчет размеров матрицы и пуансона

Размеры матрицы и объема матрицы рассчитываются по рекомендациям, приведенным в таблице 76 [2, стр.243]

D=400+2*25=400+50=450 мм

D₁=400+12=412 мм

D₂=412+1=413 мм

Н=12 мм

Высота донной части матрицы Нд = 53 мм с учетом длины направляющей колонки.

Размеры пуансона выбираются по рекомендациям

D=400 мм

D₁=400+12=412 мм

D₂=412+1=413 мм

h=12 мм

b=3 мм

Размеры пуансона выбираются из табличных данных [1, 126]. Размеры пуансонодержателя (длина, ширина) выбираются одинаковыми с обойной матрицы. Толщина плиты пуансонодержателя должна быть не менее толщины обоймы ±5мм, в этой связи в начале конструируют нижнюю часть пресс-формы (матрица, обойма, выталкиватель), а потом верхнюю часть.

Выбор направляющих колонок, направляющих втулок, крепления

На практике применяют различные конструкции направляющих колонок. В соответствии с ГОСТ 17385-75, выбираем колонку 1030-1964, так как она по длине обеспечивает достаточное поднятие пуансона для загрузки материала и снятия готового изделия. Габариты и характеристики колонки представлены в таблице 64 [2, стр.205].

В соответствии с втулкой ГОСТ 1491-80 выбираем не стандартную, так как стандартные втулки нужной длины не удовлетворяют по диаметру.

Крепление пуансонодержателя, также как и обоймы, проводим с помощью 4 стандартных винтов ГОСТ 1491-80. Пресс-форма устанавливается в станочные пазы с помощью болтов ГОСТ ГОСТ 7798-70. Плита с нижней плитой обогрева закрепляются с 4 шпильками ГОСТ 7798-70.

Закрепление пуансона в пуансонодержателе производим при помощи бурта.

Расчет гладких знаков

Используя рекомендации [1, стр 129], получаем:

Для отверстия с диаметром D=12,5мм припуск для механической обработки оставляем по 0,5 мм на радиус.

D=11,5мм

D₁=D=11,5мм

Отверстие в плите обогрева имеет диаметр: D+1=12,5мм

h₁=1,5D=17,25мм

D₂=D+5=16,5мм

D₃=D₂+0,5=17мм

h=5мм.

Для отверстия с диаметром D=18,5мм припуск для механической обработки оставляем по 0,5 мм на радиус.

D=17,5мм

D₁=D=17,5мм

Отверстие в плите обогрева имеет диаметр: D+1=18,5мм

h₁=1,5D=26,25мм

D₂=D+5=22,5мм

D₃=D₂+0,5=23мм

h=5мм.

Межосевое расстояние вычисляется по формуле (10):

Ам=А+А*0,01Sср (10)

Ам=15+55*0,01*0,3=15,045 мм

Допуск на размер формообразующих деталей определяется по формуле

(11): Тф=±(Ти/10) (11)

Тф=0,1/10=±0,01мм

Используя рекомендации, представленные в таблице 3.14 [1,стр 132] определяем минимально допустимые углы б конусов формообразующих деталей: б=0015'

Длина гладких знаков, служащих одновременно выталкивателем составляет 320 мм и 285 мм, обеспечивающие выталкивание готового изделия.

Выбор посадок

При использовании посадок будем руководствоваться рекомендации : посадка пуансона в плите пуансонодержателя и матрицы в обойме H7/h6; посадка по высоте буртика пуансона и матрицы H11/h11 [2,стр 243]; посадка направляющих колонок в плитах H7/n7; посадка соединения направляющая колонка - направляющая втулка - H8/f7; посадка соединения направляющей втулки и обоймы матрицы - H7/r6, пуансон следует изготовить таким образом, чтобы между ним и стенками загрузочной камеры оставался зазор 0,3мм на сторону.



2.5.6 Расчет обогрева пресс-формы

Пресс-формы обогреваются нагревательными элементами сопротивления или индукторами.

Чтобы получить в момент прессования равномерное температурное поле в оформляющих деталях пресс-формы, мощность нагревательных элементов, устанавливаемых в пресс-форме, рассчитываем в зависимости от площади теплообменной поверхности. Нагревательные элементы рассчитываем раздельно для верхней и нижней половины пресс-формы.

Мощность (Р, Вт) от нагревательного элемента для обогрева какой-либо части пресс-формы определяем по формуле(12):

P=бFДtц/0,86 (12)

Где б - теплоотдача между окружающей средой и поверхностью пресс-формы, калл/(м·час·°С), б=15 калл/(м·час·°С);

F - площадь теплообменной поверхности, обогреваемой данным нагревательным элементом, м²;

Дt - разность температур пресс-формы и окружающей среды, °С;

ц - коэффициент, учитывающий изменение напряжения в электросети (применяется равным 1,2)

0,86ккал = 1Вт

Рассчитаем обогрев при следующих условиях: температура пресс-формы 150°С, окружающей среды 22°С. Пресс-форма находится в раскрытом состоянии половину времени всего цикла прессования. В нижней плите обогрева установлены 7 нагревателей, а в верхней 6 нагревателей. (рис.2 и 3)



Размещено на http://www.allbest.ru

Рис 2. Верхняя плита обогрева

Размещено на http://www.allbest.ru

Рис 3. Нижняя плита обогрева

Для верхней плиты обогрева получим:

Площадь теплообменной поверхности для среднего нагревателя:

Fср=2·0,00850·0,09+2·0,0085·0,4=0,038 м²

Площадь теплообменной поверхности для крайнего нагревателя:

Fкр=2·0,00850·0,09+0,09·0,4+2·0,0165·0,4=0,070 м²

Мощность среднего нагревателя:

Рср=15·0,038·150·1,2/0,86= 120 Вт

Мощность крайнего нагревателя:

Ркр=15·0,070·150·1,2/0,86=220 Вт

Округлим мощность среднего нагревателя до 150 Вт, а мощность крайнего до 250 Вт. Суммарная мощность нагревательных элементов верхней плиты:

Рверх=4·150+2·250=1100 Вт

Для нижней плиты обогрева получим:

Площадь теплообменной поверхности для среднего нагревателя:

Fср=2·0,065·0,09+2·0,065·0,4=0,055 м²

Площадь теплообменной поверхности для крайнего нагревателя:

Fкр=2·0,190·0,09+0,09·0,4+2·0,190·0,4=0,120м²

Мощность среднего нагревателя:

Рср=15·0,55·150·1,2/0,86= 107,2Вт=172 Вт

Мощность крайнего нагревателя:

Ркр=15·0,120·1150·1,2/0,86=375 Вт

Округлим мощность среднего нагревателя до 200 Вт, а мощность крайнего до 400 Вт. Суммарная мощность нагревательных элементов нижней плиты обогрева:

Рниж=5·200+2·400=1800 Вт



3. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИТА

3.1 Выбор оборудования для механической обработки

Отверстие отпрессованных деталей необходимо подвергнуть зенкерованию, так как шероховатость поверхности отверстия должна составлять Rа=6,3 мкм.

Зенкерование -- вид механической обработки резанием, в котором с помощью специальных инструментов (зенкеров) производится обработка цилиндрических и конических отверстий в деталях с целью увеличения их диаметра, повышения качества поверхности и точности. Зенкерование является получистовой обработкой резанием. Зенкерование обычно обеспечивает точность в пределах 10-12 квалитетов и шероховатость поверхности Rа=1,23…6,3 мкм.

Так как в детали «Кожух защитный» 5 отверстий и все они были получены в процессе прессовании изделия, все отверстия подвергаем зенкерованию. Зенкерование осуществляются на следующих станках:

· Станки токарной группы: наиболее часто.

· Расточные станки: часто как вторичная операция.

·Фрезерные (горизонтальные и вертикальные): редко. В основном на фрезерных с ЧПУ (как часть программы).

Выбор оборудования механической обработки

Металлорежущие станки в зависимости от вида обработки делят на 9 групп, а каждую группу - на десять типов (подгрупп), характеризующие назначение станков, их компоновку, степень автоматизации или вид применяемого инструмента [11].

Станок выбираем исходя из диаметра обрабатываемого отверстия.

Операцию зенкерования проводим на вертикально-сверлильном станке 2Н135, характеристики которого представлены в таблице 10 [11].

Расшифровка:

2 - номер группы - вертикально-сверлильный станок; Н - исполнение и модернизация основной базовой модели станка- универсальная (класс точности); 1 - номер подгруппы (тип станка); 35 - наиболее характерные технологические параметры станка - наибольший условный диаметр сверления.

Технические характеристики станок сверлильный 2Н135

Таблица 10

Наибольший диаметр сверления в стали 45 ГОСТ 1050-74,мм	35
Размеры конуса шпинделя по СТ СЭВ 147-75	Морзе 4
Расстояние оси шпинделя до направляющих колонок, мм	300
Наибольший ход шпинделя, мм	250
Расстояние от торца шпинделя, мм До стола До плиты	30-750 700-1120
Наибольшие (установочное) перемещение сверлильной головки, мм	170
Перемещение шпинделя за один оборот штурвала, мм	122,46
Рабочая поверхность стола, мм	450х500
Наибольший ход стола, мм	300
Количество скоростей шпинделя	12
Количество подач	9
Пределы подач, мм/об	0,1-1,6
Мощность электродвигателя главного движения, кВт	4,0
Габарит станка: длина, ширина, высота, мм	1030х835х2535
Масса 2Н135 станка, кг	200

3.2 Выбор инструмента резания для механической обработки

Зенкер выбирают в зависимости от обрабатываемого материала, вида (сквозное, глухое, ступенчатое) и диаметра отверстия и заданной точности обработки. Операцию зенкерования проводим на вертикально - сверлильном станке 2Н135 с помощью зенкера с коническим хвостовиком ГОСТ 21582-76 диаметром 12,5 мм и 18,5 мм(см. табл. 11) и полем допуска h8 для сквозных отверстий.

Основные размеры зенкера

Таблица 11

Диаметр инструмента d, мм	12,5/18,5
Общая длина L, мм	182/228
Рабочая длина l, мм	101/130



4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ТИПА «КОЖУХ ЗАЩИТНЫЙ»

4.1 Расчет режимов прессования (операционная технология по переходам)

1. Подготовить пресс и пресс-форму для 3-х сменного режима работы в 1 пресс-форме (провести настройку режимов прессов).

Время подготовки: t=200с;

Температура пресс-формы: T=150°С,

2. Обработать оформляющие части пресс-формы анти-адгезионной смазкой SI-M (ТУ 2257-001-54736950-2001) наносят 2-3 слоя смазки с перерывами в 20 с. Обработка оформляющих элементов пресс-формы проводится через 12-15 циклов прессования.

Время обработки: t=40 с;

3. Загрузить в подготовительную пресс-форму сырье.

Время загрузки: t=100с;

Масса сырья: m=0,88 кг

4. Сомкнуть пресс-форму.

Температура пресс-формы: Т=150°С;

Рабочее давление: Р_рх=1000кН; (см. табл. 9)

Давление холостого хода: Р_хх=250 кН; (см. табл. 9)

Скорость рабочего хода: V_рх=2 мм/с; (см. табл. 9)

Скорость холостого хода V_хх=70 мм/с; (см. табл. 9)

Расстояние, которое проходит верхняя часть пресс-формы в режиме холостого хода при смыкании: S_хх= 120мм.

Время холостого хода: t_хх=1,7с;

Расстояние, которое проходит верхняя часть пресс-формы в режиме рабочего хода: S_рх= 5мм;

Время рабочего хода: t_рх=2,5с;

Общее время смыкания: t_общ=4,2c.

5. Прессовать изделие.

Температура пресс-формы: Т=150°С;

Рабочее давление: Р_р=1000 кН;

Время прессования: t=45с.

Время отверждения: t=70

6. Подпрессовка изделия.

Температура пресс-формы: Т=150°С;

Давление холостого хода: Р_хх=250кН; (см. табл. 9)

Высота, на которую поднимается верхняя часть пресс-формы при подпрессовке: S_подпр=4-5 мм;

Время поднятия и опускания верхней части пресс-формы:

t_подн =2,5 с =t_опуск;

Время прессования: t_выд=10с;

Общее время подпрессовки:

t = t_подпр+ t_выд+t_опуск=2,5+10+2,5= 15 с.

7. Окончательное прессование.

Время окончательного прессования: t=130 с;

Рабочее давление: Р_рх=1000кН;

Температура пресс-формы: Т=150°С.

Время прессования t=20с.

8. Размыкание пресс-формы.

Температура пресс-формы: Т=150°С;

Рабочее давление: Р_рх = 1000 кН;

Давление холостого хода: Р_хх=250 кН;

Скорость рабочего хода: V_рх= 2 мм/с;

Скорость холостого хода: V_хх= 70 мм/с;



Расстояние, которое проходит верхняя часть пресс-формы в режиме холостого хода при размыкании: S_хх= 120мм;

Время холостого хода: t_хх=1,7с;

Расстояние, которое проходит верхняя часть пресс-формы в режиме рабочего хода при размыкании: S_рх= 5мм.

Время рабочего хода: t_рх=2,5с;

Общее время смыкания: t_общ=1,7+2,5=4,2 с.

9. Выталкивание детали из пресс-формы.

Температура пресс-формы: Т=150°С;

Давление выталкивания: Р_выт=125 кН; (см. табл. 9)

Скорость подъема: V_под = 23 мм/с (см. табл. 9)

Высота на которую выталкивается готовое изделие: S_выт = 140 мм.

Время выталкивания: t_выт =6,1 с.

10. Снятие изделия с выталкивателя

Время снятия: t_снятия=60 с.

11. Опускание выталкивателей в исходное положение

Температура пресс-формы: Т = 150°С;

Давление опускания: Р = 200кН; (см. табл. 9)

Скорость опускания: V = 46 мм/с; (см. табл. 9)

Высота, на которую выталкивается готовое изделие: S_выт = 140 мм;

Время опускания: t_{опускания}=3,04 с.

...