TWORZYWA SZTUCZNE II - wiwo.cba.plwiwo.cba.pl/download/tszt_2/TSZ_MBM_w4.pdf · 2011-01-24 1...
Transcript of TWORZYWA SZTUCZNE II - wiwo.cba.plwiwo.cba.pl/download/tszt_2/TSZ_MBM_w4.pdf · 2011-01-24 1...
2011-01-24
1
TWORZYWA SZTUCZNE II
Podstawy kształtowania elementów maszyn
z tworzyw sztucznych
KORPUSY, OBUDOWY I ZBIORNIKI
2011-01-24
2
3
Tworzywa sztuczne stosowane na obudowy i korpusy
PS-HI, ABSPA, POM, PC, PPO, PPS, PVC, PE-HD, PPKompozyty na osnowie termoplastów:PA, POM, PC, ABS wzmacniane włóknem szklanym, węglowym, aramidowym (Kevlar)Żywice termoutwardzalne - MF, PFŻywice chemoutwardzalne (EP, UP) w postaci laminatów szklanych, węglowych
4
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.
2011-01-24
3
5
Korpus – technologiczność konstrukcjiPochylenie 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.
6
Korpus – technologiczność konstrukcjiPochylenie ścianek
Praktyczna minimalna wartość nachylenia ścianek
– powierzchnie zewnętrzne: 15’ – 1,5° (3°)
– powierzchnie wewnętrzne: 30’ – 2° (5°)
– powierzchnie otworów (h < 1,5d): 14’ – 45’
– powierzchnie szorstkie (Ra = 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.
2011-01-24
4
7
Korpusy i obudowyGrubości ścianek
Elementy wykonane z tworzyw sztucznychpowinny mieć jak najmniejszą grubość(względy technologiczne i ekonomiczne).
Najmniejsza grubość ścianek wynika międzyinnymi z długości drogi płynięcia w formie
0
12
3
45
6
0 100 200 300 400 500
droga płynięcia [mm]
Gru
bo
ść ś
cia
nk
i [m
m]
trudno płynne WP 1:100PC, PVC
PA, POM,
PMMA, ABS
PS, PP,
PE-HD
średnio płynne WP 1:150
łatwo płynne WP 1:250
8
KorpusGrubości ścianek
Grubości ścianek powinny być w miaręjednolite w całej wyprasce.
Grubość ścianek wynika między innymiz 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
2011-01-24
5
9
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
10
Ścianki korpusuzmiana grubości
Zakładany kształt
Uzyskany kształt
2011-01-24
6
11
Obudowa- różne grubości ścianek
Zakładany kształt Uzyskany kształt
12
Ścianki korpusu- Krawędzie
jamaskurczowa
2011-01-24
7
13
Korpus – technologiczność konstrukcjiZaokrąglenia 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
14
NarożeZaokrąglenie krawędzi
Typ krawędzi
Rodzaj tworzywa
Minimalny promień
zaokrąglenia [mm]
Ścianka boczna
Termoplast krystaliczny (PA, PE, itp.)
0,4
Termoplast bezpostaciowy
0,6 – 1,5
DnoTermoplast 1,0 – 1,5
Duroplast 0,8
2011-01-24
8
15
Wzmocnienie ścianek korpusu - żebrowanie
jama
skurczowa
zapadnięcie
16
Wzmocnienie ścianek korpusu - żebrowanie
Propozycje rozwiązań konstrukcyjnych
Kilka cienkich
żeber
Dekoracyjne
wgłębienie
Dekoracyjna
wypukłość
Żebra
krawędziowe
2011-01-24
9
17
Kształtowanie korpusuObrzeże
Obrzeże stanowi często powierzchnię bazową do ustalenia położenia dwóch łączonych ze sobą części obudowy (korpusu)
18
Kształtowanie korpusuObrzeże i dno
Usztywnienie korpusów można uzyskać poprzez odpowiednie ukształtowanie obrzeży
Zalecane sposoby usztywnienia obrzeży i den
2011-01-24
10
19
Otwory w ściankach korpusu
pęknięcie
Otwory powinny być odpowiednio oddalone od krawędzi wypraski aby nie powodowały powstawania pęknięć
20
Wzmocnienie otworów
Przeciwdziałanie nadmiernego gromadzenia się materiału w zgrubieniach w pobliżu otworów
a) na ściance
b) w narożniku
Rozwiązania alternatywne
Jama
skurczowa Jama
skurczowa
2011-01-24
11
21
Obliczanie korpusów
• 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
0
2
4
6
0 40 80 120
Temperatura T[ºC]
Mo
du
ł sp
ręży
sto
ści
E [
GP
a]
PA +30%WS
POM
PE-HD
PA
PTFE
22
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
2011-01-24
12
23
Połączenia elementów z tworzyw sztucznych
mechanicznetermiczne
zaczepowezgrzewane
klejone
spawane nitowegwintowe
Połączenia
kształtowe
wciskowe
chemiczne
nierozłączne rozłączne
24
Połączenia zgrzewane
Metody zgrzewania: gazowe nagrzewania płytą ultradźwiękami tarciowe
Zgrzewanie stosuje się jedynie do łączenia termoplastów, np. PVC, PMMA, PS, PA, PE, PP
2011-01-24
13
25
Połączenia klejonePrzykłady zastosowań kleju
Łączenie, naprawianie
Montaż (zabezpieczenie przed poluzowaniem)
Uszczelnianie
26
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.
Przykładypołączeń klejonych
2011-01-24
14
27
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)
28
Najbardziej popularne rodzaje obciążeń połączeń klejonych
2011-01-24
15
29
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
30
Połączenia wciskowe
Zespół piasta-wałek
Relaksacja- zależność modułu od czasu działania
obciążenia
Czas obciążenia
Er
2011-01-24
16
31
Połączenia nitowe
Spęczanie na zimno Nitowanie na gorąco Nitowanie za pomocą ultradźwięków
32
Połączenia zaczepowe
Warianty rozwiązań konstrukcyjnych
2011-01-24
17
33
Połączenia zaczepowe- kształtowanie otworów
zgrubienie
zaokrąglenia
pęknięcia
34
Zatrzaski
2011-01-24
18
35
Połączenia śrubowe- gwint z tworzywa sztucznego
Przenoszenie obciążenia przez gwint
Udział obciążenia
przenoszonego
przez zwoje gwintu
36
Połączenia śrubowe
podtopienie
Nakrętka zabezpieczona przed obrotem
Metalowa zapraska z otworem gwintowanym
2011-01-24
19
37
Połączenia śrubowe- wkręty samogwintujące
38
Połączenia kształtowe przenoszące moment obrotowych
Rowki wpustowe
Należy unikać występowanie karbu
2011-01-24
20
39
Obliczenia połączeń kształtowych polegają na sprawdzeniu nacisków na powierzchni łączonych elementów. Nie mogą one przekraczać nacisku dopuszczalnego dla zastosowanego materiału polimerowego
Połączenia kształtowe przenoszące moment obrotowych
Połączenie dwuścięte
Połączenie jednościęte
Połączenie wieloząbkowe
40
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
2011-01-24
21
41
Koła zębate - materiałyZalety 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 tarciaNajczęściej jedno z kół jest metalowe (zwykle jest to zębnik, ze względu na większe obciążenie zębów)
42
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
2011-01-24
22
43
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, MoS2, PTFE, proszki metali)
Duroplasty
Kompozyty na osnowie EP, FP
44
Zalety polimerowych materiałów ślizgowych
Możliwość pracy bez smarowania, mała wartość współczynnika tarcia po innych materiałach,
Dobra odporność chemiczna (oleje, smary, śro-dowisko agresywne) oraz odporność na korozję
Dobra odporność na zużycie tribologiczne
Łatwość formowania, niski koszt wytwarzania
Możliwość wchłaniania przez powierzchnię mate-riału polimerowego pewnej ilości zanieczyszczeń
Cichobieżność i tłumienie drgań
Mały ciężar właściwy
2011-01-24
23
45
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
46
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
2011-01-24
24
47
PODSUMOWANIE
Wykład 1
Co to są tworzywa sztuczne oraz
jak odkształcają się polimery ?
Wykłady 2, 3
Jakie właściwości mają polimery oraz
gdzie je stosujemy ?Wykład 4
Jak kształtujemy elementy maszyn z tworzyw sztucznych oraz jak je łączymy ze sobą ?
SPRAWDZIAN WIADOMOŚCI
TEST
48
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