Белгородская область, Россия
Белгород, Белгородская область, Россия
Белгород, Белгородская область, Россия
ГРНТИ 55.01 Общие вопросы машиностроения
ББК 345 Общая технология машиностроения. Обработка металлов
В статье приводится решение задачи проверки получения требуемой точности поли-пропиленового изделия в пресс-форме с металлополимерными формообразующими. Дан ана-лиз чертежа детали звездочка, размерный анализ ее элементов, определены замыкающие и составляющие звенья, рассчитан допуск и предельные отклонения замыкающего звена.
металлополимер, пресс-форма, точность, размерная цепь, допуск, предельные отклонения.
Разработка технологического процесса механической обработки со снятием припуска требует необходимости в проведении размерного анализа, с помощью которого достигается правильное соотношение взаимосвязанных размеров и определяются допустимые ошибки (допуски).
Технологические размерные цепи решают задачу по обеспечению точности при изготовлении изделий, устанавливают связь размеров деталей изделий на разных этапах технологического процесса.
Анализ размерной цепи детали позволяет оценить высоту снимаемого припуска за один проход, точность получаемого изделия.
Изготовление деталей в металлополимерных пресс-формах по методу, предлагаемому в работах [1, 2] в настоящее время мало исследованы.
Авторы предлагают следующий подход для решения проблемы обеспечения требуемой точности получаемого изделия путем построения размерной цепи на примере детали «звездочка», определения составляющих и замыкающих звеньев этой цепи, расчета предельных отклонений замыкающего звена, а также допуска.
Деталь «звездочка» Z17 КО 3270.03.03.00.007 (рис. 1) получают в пресс-форме с металлополимерными формообразующими. В качестве материала изделия был выбран полипропилен как наиболее долговечный, экологичный и доступный по цене материал. В свою очередь технология изготовления металлополимерных формообразующих заключается в копировании мастер-модели в металлополимерной композиции и должна обеспечивать качество получаемого изделия. Для этого будет целесообразно построить технологическую размерную цепь, произвести расчет допуска, определить и рассчитать составляющие и замыкающие звенья.
Рис. 1. Чертеж звездочки Z17 КО 3270.03.03.00.007
Проведем анализ детали звездочка Z17 КО 3270.03.03.00.007. Деталь представляет собой тело вращения и имеет осевое сквозное отверстие, являющееся основной конструкторской базой. Отверстие Ø28,5H14 мм служит для посадки на ось и является основной поверхностью. Точность отверстия выполняется по 14 квалитету [3].
Зубчатая поверхность является рабочей поверхностью и имеет шаг t=15,875 мм и число зубьев z=17. Она предназначена для передачи крутящего момента. Диаметр до поверхности вершин зубьев составляет Ø93,4h14. Высота зуба равняется 8,13 мм, а его ширина по основанию зубчатого венца 8,5±0,18мм. Радиус закругления зуба в поперечном сечении R17,27 мм.
На боковых поверхностях звездочки с каждой стороны имеются цилиндрические выступы Ø8h14 мм и высотой 2,5 мм, по 4 шт., являющиеся рабочими поверхностями и служащие для передачи крутящего момента. Радиус закругления верхних граней выступов равняется R0,5 мм. Оси выступов находятся на окружности Ø38 мм, с шагом 90°.
Звездочка имеет 4 сквозных отверстия Ø6,2+0,1мм, поверхности которых являются рабочими. Оси расположены на диаметре Ø42,5 с шагом 90° между собой и под углом 45° к осям выступов Ø8 мм.
На боковой поверхности звездочки с двух сторон имеются кольцевые углубления, сечение которых на главном виде имеет вид равнобедренной трапеции, меньшее основание которой направлено внутрь звездочки. Высота трапеции составляет 2 мм, а углы при основании 45°. Меньшее основание в осевом сечении главного вида звездочки начинается на диаметре Ø61мм и заканчивается на Ø66 мм.
Кольцевые трапецеидальные углубления имеют по 8 ребер, имеющих равнобедренный трапецеидальный профиль. Меньшее основание трапеции является свободным и равняется 1,5 мм, большее основание равняется 2 мм и находится в теле звездочки.
Неуказанные предельные отклонения на размеры равняются ±IT14/2.
Ко всем поверхностям детали звездочка предъявляются высокие требования по шероховатости Ra = 0,8 мкм.
Деталь изготавливается из полипропилена ГОСТ 26996-86.
Проверка получения требуемой точности получаемого в металл-металлополимерной пресс-форме полипропиленового изделия «звездочка», является основной задачей. Замыкающим звеном в решаемой задаче будет являться размер получаемого в пресс-форме изделия («звездочки»), например, высота (толщина) «звездочки» по основанию зубчатого венца который по чертежу равен 8,5±0,18 мм. На размер изделия будет влиять величина усадки материала изделия, а также расстояние от плоскости разъема пресс-формы до верхней и нижней части формы. Для решения поставленной задачи построим размерную цепь А показанную на рис.2.
Рис. 2. Схема получения размера высоты (толщины) изделия
Схема размерной цепи изображена на рис. 3. где,
АΔ– требуемый размер детали;
А1 – величина усадки.
А2 – расстояние от плоскости разъема до верхней части формы;
А3 – расстояние от плоскости разъема до нижней части формы
Рис. 3. Схема размерной цепи
При расчете размерных цепей применяют расчетные методы, такие как:
а) полной взаимозаменяемости (по ГОСТу метод расчета на максимум-минимум);
б) теоретико-вероятностный;
в) групповой взаимозаменяемости;
г) регулирования;
д) пригонки.
В данном случае целесообразнее будет использовать метод полной взаимозаменяемости. Так как основными достоинствами этого метода являются простота и экономичность сборки в случае когда взаимозаменяемые детали, размеры которых составляют размерную цепь, без какого-либо подбора обеспечивают достижение заданной точности замыкающих звеньев у всех размерных цепей, т. е. обеспечивают равенство двух частей уравнений размерных цепей.
Для решения задачи определим номинальные размеры, допуски и предельные отклонения составляющих звеньев и замыкающего звена.
Звено А1 является уменьшающим звеном, а звенья А2 и А3 увеличивающими.
Замыкающее звено АΔ – толщина (высота) «звездочки» по основанию зубчатого венца согласно чертежа изделия составляет 8,5±0,18мм.
Согласно [4] предельные отклонения на составляющие звенья рекомендуется назначать на охватываемые размеры – по h, на охватывающие размеры - по H, на остальные – по , т.е. симметричные предельные отклонения. Номинальный размер звена А1 – зазора образованного усадкой материала примем размеру минимальной усадки, которая равна 1,2 % плюс половина допуска на усадку. Размер допуска на размер будет равен разнице между размером максимальной и минимальной усадки. Объемная усадка полипропилена зависит от температуры расплава, времени выдержки, давления впрыска и составляет от 1,2 % до 2,5 % [5].
Исходя из чертежа изделия «звездочка» номинальная ширина «звездочки» по основанию зубчатого венца по делительной окружности равняется 8,5 мм. Применяя инструмент масштабирования 3D модели с коэффициентами 0,988 для 1,2 % усадки и 0,975 для 2,5 % усадки от номинального размера изделия 8,5 мм и измерения полученного размера рис. 4, получим максимальный размер 8,398 мм и минимальный 8,288 мм. Согласно полученным значениям размеров изделия определим и размер максимальной и минимальной величины зазора, которые равны А1max=0,21 мм, а А1min=0,1 мм., допуск равен TА1=0,12 мм, номинальная величина зазора равняется А1=0,16 мм (номинал равен 0, а +0,16мм координата середины поля допуска), предельные отклонения: верхнее EsА1=+0,06 мм; нижнее EiА1=-0,06 мм.
Номинальные размеры, допуски и предельные отклонения звеньев А2 и А3– расстояний от плоскости разъема до верхней и нижней частей формы соответственно равны между собой. Номинальные размеры А2=А3=4,33 мм.
В зависимости от вида механической обработки определим допуск на размер. Так как завершающим видом обработки на котором получаются размеры А2 и А3 является шлифование, точность достигаемых размеров при котором соответствует 7-ому квалитету точности, то допуск на размер 4,33 мм (номинал 4 мм, а 0,33 мм перевести в координату середины поля допуска) будет равенTА2=TА3=0,012 мм (это проверка на обеспечение требуемой точности выбранным методом обработки) [6]. В связи с тем, что размеры от плоскости разъема до верхней и нижней части формы являются охватываемыми, то отклонения назначаются по h, тогда EsА2=EsА3=0, а EiА2=EiА3=-0,012 мм. Максимальный размер замыкающих звеньев тогда А2max=А3max=4,33 мм, а минимальный А2min=А3min=4,318 мм. Найдем допуск на изготовление формы А2 и А3, которые равны ТА1 = ТА2 = (ТА∆ - ТА1)/2. Аналогично определим координаты середины поля допуска на А2 и А3) [7].
Параметры составляющих звеньев сведем в таблицу 1.
а б
Рис. 4. Измерение размера ширины «звездочки» по основанию зубчатого венца.
а – усадка 1,2 %; б – усадка 2,5 %
Таблица 1.
Параметры составляющих звеньев
|
Обозна-чение |
Номина-льный размер |
Обозн. Основного отклонения |
Квалитет |
Допуск Т |
Верхн. Откл. Es |
Нижн. Откл. Ei |
Середина поля допуска С |
|
мкм |
|||||||
|
|
0,16 |
|
- |
0,12 |
+0,06 |
-0,06 |
0 |
|
|
4,33 |
h |
7 |
0,012 |
0 |
-0,012 |
-0,006 |
|
|
4,33 |
h |
7 |
0,012 |
0 |
-0,012 |
-0,006 |
|
АΔ |
8,5 |
|
- |
0,36 |
+0,18 |
-0,18 |
0 |
Рассчитаем номинальный размер замыкающего звена используя данные составляющих звеньев:
, (1)
где, и – увеличивающие и уменьшающие звенья размерной цепи соответственно; – число увеличивающих и уменьшающих звеньев размерной цепи соответственно.
мм.
Наибольшее и наименьшее значение замыкающего звена:
, (2)
, (3)
где, и – наибольшее и наименьшее значения увеличивающих и уменьшающих звеньев размерной цепи соответственно; и –наименьшееи наибольшее значения увеличивающих и уменьшающих звеньев размерной цепи соответственно;
мм,
мм,
Вычитая уравнение (3) из уравнения (2) получаем:
мм.
Верхнее и нижнее отклонение замыкающего звена:
, (4)
, (5)
где, и – верхнее и нижнее отклонения увеличивающих звеньев; и –верхнее и нижнее отклонения уменьшающих звеньев, тогда,
мм.
мм.
Координата середины поля допуска замыкающего звена определяется выражением:
, (6)
где, и – координаты середин полей допусков увеличивающих и уменьшающих звеньев размерной цепи соответственно, тогда,
, мм.
Расчетные параметры замыкающих звеньев заносим в таблицу 2.
Таблица 2.
Расчетные параметры замыкающего звена
|
Обозна-чение |
Номина-льный размер |
Обозн. Основного отклонения |
Квалитет |
Допуск Т |
Верхн. Откл. Es |
Нижн. Откл. Ei |
Середина поля допуска С |
|
мкм |
|||||||
|
АΔ |
8,5 |
- |
- |
0,144 |
0,06 |
-0,084 |
-0,012 |
На основании полученных расчетных значений предельных отклонений и требований чертежа, построим схемы полей допусков замыкающего звена рис.5.
Рис. 5. Схемы полей допусков замыкающего звена.
а – по чертежу; б – расчетное
Анализ схемы рис. 5 показывает, что расчетные значения предельных отклонений замыкающего звена не выходят за пределы допусков размера по чертежу, что говорит о том, что изделие «звездочка» полученное в металл-металлополимерной пресс-форме будет соответствовать требуемым конструкторским размерам [8].
Окончательный размер, в получаемом в пресс-форме изделии, определяется допусками на шлифуемые поверхности (реконструируемые поверхности ПФ) [9, 10]. Также, возможна последующая регулировка в определенном диапазоне получаемого размера за счет температуры расплава (текучести), давления впрыска и времени выдержки под высоким давлением. Это возможно только в определенных пределах, так как например снижение времени выдержки под высоким давлением увеличивает объемную усадку, но при этом снижает плотность материала, а, следовательно, и заданные прочностные свойства материала. Однако на некотором литейном оборудовании отсутствует возможность интрузии (дополнительной загрузки материала во время впрыска), что делает невозможным уменьшение усадки за счет увеличения плотности материала [11].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ
1. Першин Н.С., Чепчуров М.С. Использование металлополимеров в пресс-формах для литья пластмасс // Вестник сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2015. №4. С. 86-90.
2. Першин Н.С., Чепчуров М.С. Изготовление формообразующих деталей пресс-форм из композиционных материалов// Вестник сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2015. №6. С. 76-81.
3. Кудрявцев В.Н. Детали машин: учебник. М.: Машиностроение, 1980.464 с.
4. Солонин И. С. Расчет сборочных и технологических размерных цепей. М.: Машиностроение, 1980. 110 с.
5. Бихлер М. Параметры процесса литья под давлением. Изд. Demag Plastservice, 2001. 130 c.
6. Мягков В.Д. Допуски и посадки: справочник. Ч1.Л: Машиностроение, 1979. 544 с.
7. ГОСТ 50-635-87 Цепи размерные. Основные понятия. Методы расчета линейных и угловых цепей. М: Издательство стандартов, 1987.44 с.
8. Малахин А.А. Контроль качества изготовления пресс-форм для литья пластмасс под давлением // Наука, техника и образование. 2014. №3. С. 58-62.
9. Комаров В.А. Высокопроизводительная технология изготовления штампов и и пресс-форм// Заготовительные производства в машиностроении. 2009. №6. С. 25-28.
10. Дж. Бемон, Т. Оссвальд, Л.-Ш. Тунг, П. Дж. Грэманн Литье пластмасс под давлением : [материалы и технологии, узлы смыкания, литьевые формы, конструирование изделий, выявление и устранение дефектов]. СПб.: Профессия, 2008.707 с.
11. Кузнецов А.П., Якимович Б.А. Алгоритм проектирования производственносго процесса изготовления пресс-форм// Информатика-машиностроение. 1997. №1. С. 42-46.
