TWORZYWA SZTUCZNE II KORPUSY, OBUDOWY I ZBIORNIKI

Transkrypt

1 TWORZYWA SZTUCZNE II Podstawy kształtowania elementów maszyn z tworzyw sztucznych KORPUSY, OBUDOWY I ZBIORNIKI 1

2 Tworzywa sztuczne stosowane na obudowy i korpusy PS-HI, ABS PA, POM, PC, PPO, PPS, PVC, PE-HD, PP Kompozyty na osnowie termoplastów: PA, POM, PC, ABS wzmacniane włóknem szklanym, węglowym, aramidowym (Kevlar) Żywice termoutwardzalne - MF, PF Żywice chemoutwardzalne (EP, UP) w postaci laminatów szklanych, węglowych 3 Korpusy i obudowy technologiczność konstrukcji Projektując element z tworzywa sztucznego należy uwzględnić uwarunkowania technologiczne. a) uwzględnić pochylenie ścianek, b) zapewnić odpowiednie promienie zaokrągleń krawędzi, c) uwzględnić ograniczenia wymiarów stempli (rdzeni) ze względu na ich wyginanie się pod wpływem ciśnienia panującego w formie, d) wybrać płaszczyznę podziału formy, zwykle w miejscu największego przekroju, wykorzystać naturalne krawędzie, e) otwory łatwiej kształtować gdy umieszczone są wzdłuż kierunku otwierania formy. 4 2

3 Korpus technologiczność konstrukcji Pochylenie ścianek Kształtki powinny mieć ścianki nieznacznie pochylone, aby ich wyjmowanie z formy nie było utrudnione (możliwość uszkodzenia). Dotyczy to przede wszystkim ścianek, powierzchni otworów, żeber, wnęk itp., które są skierowane równolegle do kierunku otwierania formy. 5 Korpus technologiczność konstrukcji Pochylenie ścianek Praktyczna minimalna wartość nachylenia ścianek powierzchnie zewnętrzne: 15 1,5 (3 ) powierzchnie wewnętrzne: 30 2 (5 ) powierzchnie otworów (h < 1,5d): powierzchnie szorstkie (R a = 1 2,5 µm): 2 15 Mniejsze pochylenie przyjmuje się dla wyrobów z tworzyw charakteryzujących się małym skurczem (np. PS) oraz gdy wypraska ma małą wysokość. 6 3

4 Grubość ścianki [mm] Korpusy i obudowy Grubości ścianek Elementy wykonane z tworzyw sztucznych powinny mieć jak najmniejszą grubość (względy technologiczne i ekonomiczne). Najmniejsza grubość ścianek wynika między innymi z długości drogi płynięcia w formie trudno płynne WP 1:100 średnio płynne WP 1:150 łatwo płynne WP 1: droga płynięcia [mm] PC, PVC PA, POM, PMMA, ABS PS, PP, PE-HD 7 Korpus Grubości ścianek Grubości ścianek powinny być w miarę jednolite w całej wyprasce. Grubość ścianek wynika między innymi z zapewnienia ich odpowiedniej sztywności Maksymalna grubość ścianek wynosi: dla termoplastów: 8 mm, dla duroplastów : 12 mm Miejscowe zgrubienia przedłużają czas stygnięcia tworzywa wprowadzając różny skurcz wywołujący naprężenia własne, pęcherze i zapadnięcia 8 4

5 Deformacja ścianek korpusu Odchyłki kształtu wynikają z nierównomierności skurczu Nierównomierność skurczu wynika z: różnicy grubości ścianek, różnicy temperatury w formie, nierównomiernego stygnięcia, wpływu orientacji cząstek wypełniacza, położeniu wlewka 9 Ścianki korpusu zmiana grubości Zakładany kształt Uzyskany kształt 10 5

6 Obudowa - różne grubości ścianek Zakładany kształt Uzyskany kształt 11 Ścianki korpusu - Krawędzie jama skurczowa 12 6

7 Korpus technologiczność konstrukcji Zaokrąglenia krawędzi Zaokrąglenia krawędzi przedłużają żywotność form, ułatwiają płynięcie tworzywa podczas formowania, zapewniają korzystne własności mechaniczne (zmniejszenie działania karbu) Zaokrąglenia dotyczą zarówno krawędzi zewnętrznych jak i wewnętrznych 13 Naroże Zaokrąglenie krawędzi Typ krawędzi Ścianka boczna Rodzaj tworzywa Termoplast krystaliczny (PA, PE, itp.) Termoplast bezpostaciowy Minimalny promień zaokrąglenia [mm] 0,4 0,6 1,5 Dno Termoplast 1,0 1,5 Duroplast 0,8 14 7

8 Wzmocnienie ścianek korpusu - żebrowanie zapadnięcie jama skurczowa 15 Wzmocnienie ścianek korpusu - żebrowanie Propozycje rozwiązań konstrukcyjnych Kilka cienkich żeber Dekoracyjne wgłębienie Dekoracyjna wypukłość Żebra krawędziowe 16 8

9 Kształtowanie korpusu Obrzeże Obrzeże stanowi często powierzchnię bazową do ustalenia położenia dwóch łączonych ze sobą części obudowy (korpusu) 17 Kształtowanie korpusu Obrzeże i dno Usztywnienie korpusów można uzyskać poprzez odpowiednie ukształtowanie obrzeży Zalecane sposoby usztywnienia obrzeży i den 18 9

10 Otwory w ściankach korpusu Otwory powinny być odpowiednio oddalone od krawędzi wypraski aby nie powodowały powstawania pęknięć pęknięcie 19 Wzmocnienie otworów Przeciwdziałanie nadmiernego gromadzenia się materiału w zgrubieniach w pobliżu otworów a) na ściance b) w narożniku Jama skurczowa Jama skurczowa Rozwiązania alternatywne 20 10

11 Moduł sprężystości E [GPa] Obliczanie korpusów PA +30%WS POM PA PE-HD PTFE Temperatura T[ºC] Obliczenia prowadzone są przede wszystkim ze względu na dopuszczalne odkształcenia (ugięcie) ścianki Należy uwzględnić wpływ temperatury na sztywność ścianek (E) Analityczne metody obliczeń mają przybliżony charakter 21 Zbiorniki i pojemniki Zalety zbiorników z tworzyw sztucznych Mała masa Odporność na korozję Niska cena Materiały stosowane na zbiorniki Kompozyty żywic EP, UP PVC, PP, PE-HD, PC 22 11

12 Połączenia elementów z tworzyw sztucznych Połączenia termiczne chemiczne mechaniczne zgrzewane spawane klejone nierozłączne wciskowe nitowe rozłączne zaczepowe gwintowe kształtowe 23 Połączenia zgrzewane Zgrzewanie stosuje się jedynie do łączenia termoplastów, np. PVC, PMMA, PS, PA, PE, PP Metody zgrzewania: gazowe nagrzewania płytą ultradźwiękami tarciowe 24 12

13 Połączenia klejone Przykłady zastosowań kleju Montaż (zabezpieczenie przed poluzowaniem) Uszczelnianie Łączenie, naprawianie 25 Połączenia klejone Nie wszystkie materiały dobrze się kleją np. PE, PP, POM, PTFE, ABS, PC są trudne do sklejania. Przy projektowaniu połączenia dąży się do uzyskania dużej powierzchni skleiny Skleina rozrywana ma mniejszą o 10-20% wytrzymałość niż skleina ścinana. Przykłady połączeń klejonych 26 13

14 Warunki konstrukcyjne złącza klejonego Wytrzymałość i trwałość złącza klejowego zależą głównie od następujących parametrów: Kleju (adhezja do materiału klejonego, kohezyjna wytrzymałość złącza) Materiału klejonego (rodzaj materiału, stan powierzchni) Środowiska pracy (temperatura, wilgotność, chemikalia) Konstrukcji złącza (wypełnienie szczeliny klejem) Obciążenia (rodzaj dominujących naprężeń) 27 Najbardziej popularne rodzaje obciążeń połączeń klejonych 28 14

15 Połączenia klejone - wpływ temperatury i czasu Przykładowa zależność wytrzymałości kleju cjanoakrylowego LOCTITE 460 od temperatury otoczenia oraz czasu odniesiona do jego wytrzymałości w temperaturze 22 C 29 Połączenia wciskowe Zespół piasta-wałek E r Czas obciążenia Relaksacja - zależność modułu od czasu działania obciążenia 30 15

16 Połączenia nitowe Spęczanie na zimno Nitowanie na gorąco Nitowanie za pomocą ultradźwięków 31 Połączenia zaczepowe Warianty rozwiązań konstrukcyjnych 32 16

17 Połączenia zaczepowe - kształtowanie otworów pęknięcia zaokrąglenia zgrubienie 33 Zatrzaski 34 17

18 Połączenia śrubowe - gwint z tworzywa sztucznego Przenoszenie obciążenia przez gwint Udział obciążenia przenoszonego przez zwoje gwintu 35 Połączenia śrubowe Nakrętka zabezpieczona przed obrotem Metalowa zapraska z otworem gwintowanym podtopienie 36 18

19 Połączenia śrubowe - wkręty samogwintujące 37 Połączenia kształtowe przenoszące moment obrotowych Rowki wpustowe Należy unikać występowanie karbu 38 19

20 Połączenia kształtowe przenoszące moment obrotowych Połączenie jednościęte Połączenie dwuścięte Połączenie wieloząbkowe Obliczenia połączeń kształtowych polegają na sprawdzeniu nacisków na powierzchni łączonych elementów. Nie mogą one przekraczać nacisku dopuszczalnego dla zastosowanego materiału polimerowego 39 Koła zębate - materiały Termoplasty PA, POM, PET PC, PEEK PE-HD, PE-UHMW Kompozyty wypełniane włóknem szklanym na osnowie PA, POM, PET, PC itp. Duroplasty EP + włókno szklane FP + włókno 40 20

21 Koła zębate - materiały Zalety materiałów polimerowych możliwość pracy bez smarowania, cichobieżność przekładni, tłumienie drgań, odporność na korozję, mały ciężar i masa, niskie koszty wytwarzania (wtryskiwanie) Rozgrzewanie materiału w wyniku tarcia Najczęściej jedno z kół jest metalowe (zwykle jest to zębnik, ze względu na większe obciążenie zębów) 41 Przekładnie zębate - zalecenia konstrukcyjne Duże koła zębate oraz produkowane w liczbie poniżej 1000 szt. wykonuje się metodą obróbki wiórowej z półfabrykatów (płyt, tarcz, tulei, itp.) Wtryskiwanie dużych kół z maksymalną grubością ścianek (14 mm) jest mało opłacalne ze względu na długi czas stygnięcia 42 21

22 Materiały polimerowe na ślizgowe elementy maszyn Termoplasty PA, POM, PTFE, PEEK, PET, PBT, PC, PE-HD,PE-UHMW... Kompozyty termoplastyczne zawierające napełniacze włókniste (wł. szklane, węglowe, aramidowe itp.) a także dyspersyjne (grafit, MoS 2, PTFE, proszki metali) Duroplasty Kompozyty na osnowie EP, FP 43 Zalety polimerowych materiałów ślizgowych Możliwość pracy bez smarowania, mała wartość współczynnika tarcia po innych materiałach, Dobra odporność chemiczna (oleje, smary, środowisko agresywne) oraz odporność na korozję Dobra odporność na zużycie tribologiczne Łatwość formowania, niski koszt wytwarzania Możliwość wchłaniania przez powierzchnię materiału polimerowego pewnej ilości zanieczyszczeń Cichobieżność i tłumienie drgań Mały ciężar właściwy 44 22

23 Wady polimerowych materiałów ślizgowych Mała przewodność cieplna (kilkaset razy mniejsza niż stali) Duża rozszerzalność cieplna Higroskopijność niektórych materiałów polimerowych Mniejsza wytrzymałość mechaniczna w porównaniu z metalami Wymienione wady dotyczą przede wszystkim polimerów niemodyfikowanych (tzw. czystych ). Z tego powodu na elementy ślizgowe najczęściej stosuje się kompozyty polimerowe w których wymienione wady nie są tak widoczne 45 Materiały stosowane w technice uszczelniania Kauczuki: naturalny i syntetyczne (NR, NBR, BR, SBR, EPDM itp.) Elastomery termoplastyczne - PUR, PVC miękki, polietylen chlorosulfonowy Termoplasty PTFE, PA, Żywice silikonowe SI 46 23

24 PODSUMOWANIE Wykład 1 Co to są tworzywa sztuczne oraz jak odkształcają się Wykłady 2, 3 polimery? Jakie właściwości mają polimery oraz Wykład 4 gdzie je stosujemy? Jak kształtujemy elementy maszyn z tworzyw sztucznych oraz jak je łączymy ze sobą? SPRAWDZIAN WIADOMOŚCI TEST 47 Wymagany zakres wiedzy Podstawowa terminologia dotycząca tworzyw sztucznych (mer, polimer, kompozyt, pełzanie...) Wpływ temperatury i czasu na właściwości tworzyw sztucznych Oznaczenia polimerów oraz ich podstawowe właściwości i zastosowanie Zasady kształtowania korpusów, łożysk oraz kół zębatych Rodzaje oraz charakterystyka połączeń 48 24