Усадка и коробление отливок из термопластов

Handbook of Molded Part Shrinkage and Warpage















Jerry M. Fisher

Plastics Design Library

Джерри М. Фишер




                Усадка и коробление отливок из термопластов. Справочник




Перевод с английского









Санкт-Петербург
IIIUIHCTF1

2009

УДК 678.5:621.74.043
ББК 35.710Англ
У74


       Усадка и коробление отливок из термопластов. Справоч-У74 ник / Дж. М. Фишер, пер. с англ. яз. СПб.: Профессия, 2009 — 424 стр., ил.


       ISBN 978-5-93913-121-6
       ISBN: 1-884207-72-3 (англ.)




   Издание посвящено основной проблеме, с которой сталкиваются все переработчики пластмасс, — усадке и короблению изделий. В книге собраны уникальные сведения, необходимые в ежедневной работе технологам, конструкторам и инженерам, занимающимся литьем под давлением.
   На примерах рассмотрены причины возникновения дефектов, показано влияние на этот процесс конструкции изделия и формующего инструмента, материала и добавок, технологических условий переработки. Приведены конструктивные решения деталей и советы по выбору материала, помогающие минимизировать усадку и оптимизировать процесс литья. Также рассматриваются методы компьютерного анализа и прогнозирования усадки и коробления.
УДК 678.5:621.74.043
ББК 35.710Англ





Original English language, edition published by Plastic Design Library/William Andrew, Inc.

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.



ISBN 978-5-93913-121-6    © 2003, Plastic Design Library/William Andrew, Inc. All right reserved
ISBN 1-884207-72-3 (англ.)                                 © Изд-во «Профессия», 2009
                                      © Перевод, оформление: изд-во «Профессия», 2009

            Содержание


От издательства.................................................12

Предисловие.....................................................14

1. Введение в технологию переработки пластмасс..................19
  1.1. Основные положения.......................................19
  1.2. Термодинамические закономерности литья под давлением термопластов.23
     1.2.1. Заполнение формующей полости литьевой формы.........23
     1.2.2. Выдержка под давлением..............................27
     1.2.3. Охлаждение..........................................28

2. Усадка и коробление..........................................31
  2.1. Литьевая усадка..........................................31
     2.1.1. Определение величины усадки термопластов............34
     2.1.2. Внутренние напряжения материала, возникающие при формовании детали в литьевой форме....................................36
  2.2. Коробление...............................................38
     2.2.1. Общие причины возникновения неравномерной усадки детали......40
     2.2.2. Основные принципы минимизации коробления деталей....41
  2.3. Постлитьевая усадка......................................45

3. Причины изменения размеров литьевых изделий, обусловленные конструкцией деталей..............................47
  3.1. Толщина стенок...........................................47
  3.2. Ребра жесткости..........................................50

Содержание

  3.3. Бобышки......................................................53
  3.4. Примеры правильной конструкции детали........................54
3.5. Размерная стабильность детали, как один из аспектов при выборе конструкции............................................56

4. Причины изменения размеров литьевых изделий, обусловленные материалом детали.....................................57
  4.1. Аморфные и частично кристаллические термопласты.............57
     4.1.1. Аморфные термопласты...................................58
     4.1.2. Частично кристаллические термопласты...................62
  4.2. Влияние типа наполнителей, пигментов и факторов времени и нагрузки........................................................65
     4.2.1. Влияние дисперсных и волокнистых наполнителей..........66
     4.2.2. Минимизация влияния волокнистых наполнителей...........71
     4.2.3. Влияние пигментов......................................74
     4.2.4. Влияние факторов времени и нагрузок на стабильность размеров детали................................77
4.3. Предварительная оценка возможной усадки термопластов с помощью /'//-диаграмм...........................................79
     4.3.1. Анализ /'/'/-диаграмм...................................81
     4.3.2. Предварительная оценка величины усадки..................88
     4.3.3. Предварительная оценка величины коробления..............95
     4.3.4. О точности предварительной оценки возможной усадки......98

5. Причины изменения размеров литьевых изделий, связанные с особенностями конструкций литьевой формы........................100
  5.1. Формующая полость..........................................100
  5.2. Впускные литники...........................................104
     5.2.1. Точечный и туннельный впускные литники................106
     5.2.2. Впускные литники, подводимые к торцу детали ..........108
     5.2.3. Веерный впускной литник...............................109
     5.2.4. Щелевой, дисковый и кольцевой впускные литники........109
     5.2.5. Прямоугольный впускной литник.........................110
     5.2.6. Многоточечный впуск...................................111
  5.3. Расположение впускных литников.............................113
     5.3.1. Особенности расположения впускных литников при литье под давлением..................................................114
     5.3.2. Влияние месторасположения впускного литника на величину усадки.............................................117

Содержание

7

  5.4. Размеры впускных литников..................................122
  5.5. Конструкция впускного литника..............................122
  5.6. Конструкция литниковой системы.............................125
     5.6.1. Многогнездные литьевые формы..........................127
     5.6.2. Извлечение деталей из литьевой формы..................140
  5.7. Конструкция системы охлаждения литьевой формы..............141
     5.7.1. Каналы системы охлаждения.............................141
     5.7.2. Охлаждение углов......................................148
     5.7.3. Охлаждение отливок в местах с переменной толщиной.....150
     5.7.4. Безлитниковые формы...................................151
     5.7.5. Ползуны...............................................151
     5.7.6. Вентиляция литьевой формы.............................152
  5.8. Материалы для изготовления литьевых форм...................153
  5.9. Прототипирование ..........................................154
  5.10. Ошибки, которых следует избегать..........................155

6. Причины изменения размеров литьевых изделий, обусловленные технологическими параметрами литья................................156
  6.1. Общие закономерности.......................................156
  6.2. Температура расплава при литье под давлением...............164
  6.3. Давление и скорость впрыска................................165
     6.3.1. Скорость впрыска расплава.............................166
     6.3.2. Давление впрыска расплава.............................168
     6.4. Давление и время выдержки под давлением.................170
     6.4.1. Давление уплотнения расплава..........................170
     6.4.2. Время выдержки под давлением..........................174
  6.5. Температура литьевой формы.................................177
     6.5.1. Предварительная оценка усадочных эффектов, связанных с влиянием температуры литьевой формы..............177
     6.5.2. Влияние температуры литьевой формы на величину усадки.......180
     6.5.3. Влияние толщины стенки на величину усадки.............181
     6.6. Температура извлечения детали из литьевой формы.........183
  6.7. Внутренние напряжения, возникающие при литье...............186
  6.8. Специальные технологии литья под давлением термопластов....187
     6.8.1. Литье под давлением с использованием легкоплавких пуансонов.187
     6.8.2. Литье термопластов под давлением с газом....................188
         6.8.2.1. Литье под давлением со вспениванием.............190
         6.8.2.2. Усадка деталей, изготовленных литьем под давлением с газом....................................190

Содержание

7. Факторы, влияющие на постлитьевую усадку и коробление...........192
  7.1. Влияние изменения температуры на размеры детали.............192
  7.2. Влияние влажности на размеры детали.........................195
  7.3. Ползучесть материала........................................205

8. Регулирование литьевой, постлитьевой усадки и коробления........206
  8.1. Определение причины возникновения проблемы..................207
  8.2. Технологические причины.....................................208
     8.2.1. Температура и однородность расплава....................209
     8.2.2. Равномерность распределения температуры в литьевой форме.210
     8.2.3. Давления впрыска, сжатия и выдержки......................212
     8.2.4. Продолжительность стадии впрыска, сжатия и выдержки расплава под давлением........................................214
     8.2.5. Температура извлечения детали..........................214
     8.2.6. Усилие смыкания........................................214
     8.2.7. Фиксация и нормализация деталей после их извлечения из литьевой формы............................................215
     8.2.8. Проблемы, возникающие при изготовлении деталей с толстыми стенками и возникновением утяжин.............................215
     8.2.9. Сопла..................................................217
     8.2.10. Повышенная или пониженная степень усадки..............219
     8.2.11. Дополнительная обработка поверхности детали...........219
     8.2.12. Контроль качества.....................................220
  8.3. Выбор материала.............................................222
     8.3.1. Армирующие и другие наполнители........................225
     8.3.2. Степень поглощения жидкостей...........................225
     8.3.3. Вторичное использование дробленого материала...........226
  8.4. Особенности конструкции литьевой формы......................226
     8.4.1. Расположение впускных литников.........................226
     8.4.2. Типы и размеры впускных литников.......................227
     8.4.3. Литниковые системы.....................................228
     8.4.4. Конфигурация системы охлаждения литьевой формы.........229
     8.4.5. Допуски на размеры литьевых форм.......................230
     8.4.6. Углы уклона............................................231
     8.4.7. Конструкция системы выталкивания.......................231
     8.4.8. Упругая деформация литьевой формы......................234
     8.4.9. Износ литьевой формы...................................235
     8.4.10. Загрязнение литьевой формы............................235
     8.4.11. Смещение подвижных частей литьевой формы..............237

Содержание

9

     8.4.12. Специальные вопросы, связанные с изготовлением зубчатых колес..............................................237
  8.5. Геометрия детали..............................................240
     8.5.1. Габаритные размеры детали................................242
     8.5.2. Толщина стенок...........................................242
     8.5.3. Конструктивные особенности, препятствующие усадке........245
  8.6. Управление степенью коробления................................246

9. Средства автоматизированного анализа...........................251
  9.1. Возможности САА...............................................252
  9.2. Недостатки программ САА.......................................253
  9.3. Выбор программы САА...........................................257
  9.4. Требования заказчика..........................................260
  9.5. Средства и методы управления проектом.........................263
  9.6. Анализ заполнения ............................................265
  9.7. Моделирование процессов уплотнения и выдержки.................271
  9.8. Моделирование процессов усадки/коробления.....................272
  9.9. Моделирование процесса охлаждения.............................273
  9.10. Анализ затрат................................................274
  9.11. Заключение...................................................276

10. Анализ конкретных примеров....................................278
  10.1. Непредвиденная усадка корпуса................................278
  10.2. Замена материала, способствующего короблению.................280
  10.3. Ползучесть материала подставки для водонагревателя...........282
  10.4. Увеличение размеров детали при литье под давлением реактопласта на основе алкидной смолы........................................283
  10.5. Неправильная конструкция литьевой формы для детской миски....284
  10.6. Захват газов в литьевой форме для изготовления детской миски.287
  10.7. Коробление литой катушки.....................................288
  10.8. Повреждение лепесткового шрифтоносителя («ромашка»)..........292
  10.9. Образование облоя у деталей из поливинилхлорида..............293
  10.10. Повреждение переключателя из поликарбоната..................295
  10.11. Недооформление лотка для квадратных покерных фишек, вызванное недостаточной дозой впрыскиваемого материала.........296
  10.12. Проблемы извлечения квадратных покерных фишек...............297
  10.13. «Усадка» материала армейского стакана.......................298

Содержание

  10.14. Проблемы, возникающие при смещении знака....................300
  10.15. Коробление направляющей планки кабины лифта.................302
  10.16. Хрупкость направляющей втулки насосной штанги...............305
  10.17. Деформация резьбы бутылочной крышки.........................306
  10.18. Текучесть материала пластмассовых указательных столбов......307
  10.19. Повышенная усадка стеклонаполненного полиамида..............308
  10.20. Предотвращение коробления тонких литых крышек...............309

11. Справочные материалы.............................................311
  11.1. Материалы без наполнителей...................................312
  11.2. Влияние наполнителей.........................................312
  11.3. Зависимость усадки от различных параметров...................320
     11.3.1. Зависимость величины усадки от температуры литья........320
     11.3.2. Зависимость усадки от температуры расплава..............321
     11.3.3. Зависимость усадки от температуры формы................321
     11.3.4. Зависимость усадки от плотности материала (полиэтилен).323
     11.3.5. Зависимость усадки от давления выдержки................323
     11.3.6. Зависимость усадки от толщины детали...................326
  11.4. Диаграммы влагопоглощения....................................328
  11.5. Диаграммы давления—объема—температуры (РУТ)..................330
  11.6. Усадка и коробление литых дисков.............................344
  11.7. Угловое коробление...........................................347
  11.8. Общие характеристики усадки для различных пластмасс..........353
  11.9. Характеристики усадки для некоторых материалов...............360
     11.9.1. Полибутилентерефталат (ПБТ) (Crastin⁹, DuPont)..........360
     11.9.2. Полиоксиметилен: Ацеталь (РОМ) (Delrin⁹, DuPont)........363
     11.9.3. Поликарбонат (ПК).......................................367
     11.9.4. Полифениленсульфид (ПФС) (Fortran⁹).....................368
     11.9.5. Термопластичный полиэфирный эластомер (Hytrel⁹, DuPont).370
     11.9.6. Полипропилен............................................372
     11.9.7. Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) (Rynite⁹, DuPont)...........382
     11.9.8. Полиэфиримид (ПЭИ) (Ultem⁹, GE Plastics)................383
     11.9.9. Жидкокристаллический полимер (ЖКП) (Zenite⁹, DuPont)....384
     11.9.10. Полиамид (ПА) (Zytel⁹, DuPont).........................385

Приложение А. Соотношения между различными единицами измерения и коэффициенты перевода..........................................392