Раздел 5. Расчеты формующих инструментов.

Тема 5.1. Основы расчета форм и их элементов. Методика типовых расчетов: числа гнезд, усилия формования и смыкания, размеров загрузочной камеры

Основные конструктивно-технологические расчеты при проектировании пресс-форм следующие:

1. расчет усилий (прессования, прижима формы и съема детали);

2. расчет количества гнезд;

3. расчет размеров камер;

4. расчет литниковой системы (для пресс-литья);

5. расчет направляющих колонок и втулок;

6. расчет размеров приспособлений для разъема пресс-формы.

Расчет усилий (прессование)

Усилие прессования (в кгс)

,

где – общая площадь прессования в см² (проекция площади оформляющей полости пресс-формы в направлении прикладываемого усилия);

- удельное давление прессования в кгс/см² (зависит от марки пресс-материала, степени сложности детали, способа прессования).

Во многих случаях величину целесообразно заменить произведением площади сечения загрузочной камеры пресс-формы на количество таких загрузочных полостей , тогда можно записать (в mс)

,

где – коэффициент, учитывающий неизбежные потери давления на трение в уплотнительных и других устройствах ( =1,2).

Таким образом, величина необходима не только для определения потребной мощности оборудования, но и для расчета количества загрузочных полостей или гнезд.

Усилие прижима формы рассчитывается только для пресс-литьевой формы. Для формы с нижней загрузочной камерой это усилие равно (в mс)

,

где – площадь прессуемой детали в плане в см²;

- суммарная площадь литников в плане в см²;

- удельное давление при литьевом прессовании в кгс/см²;

- количество одновременно прессуемых деталей в форме.

Усилие съема детали определяется по приближенной формуле:

,

где – суммарная площадь всех боковых поверхностей детали, соприкасающихся с металлической поверхностью формы, в см²;

- удельная сила сцепления пластмассы с металлом в кгс/см².

Расчет усилий (литье под давлением)

Необходимое усилие смыкания оценивается по уравнению:

где – давление формования (его величина зависит от реологических особенностей расплава и составляет 20 – 50 МПа; большие значения для вязких расплавов с низким ПТР);

- площадь проекции изделия на плоскость разъема формы, м²;

- гнездность формы;

- коэффициент, учитывающий влияние литник =1,0 – 1,5.

Расчет количества гнезд (прессование)

Приближенным является способ определения количества гнезд, по которому

,

где – максимальное усилие пресса в Н;

- усилие прессование в Н.

Оптимальная гнездность пресс формы, обеспечивающая определенный выпуск деталей в заданное время, определяется по формуле:

,

где – время выдержки в форме под давлением – в расчете на 1 мм толщины в мин;

- наибольшая толщина прессуемой детали, мм;

- программа выпуска изделия в месяц, шт;

- коэффициент, зависящий от конструкции пресс-формы и сложности прессуемой детали (табл. 1);

- необходимый фонд времени для выпуска изделия за месяц, мм.

Таблица 1

Коэффициенты трудоемкости прессования деталей из пластмасс (для расчета гнездности форм)

Конструкция формы	Детали
	без арматурой	с арматурой
		до 3 шт.	св. 3 шт
Съемная и полустационарная	1,3	1,8	2,5
Стационарная	1,1	1,2	1,5

Расчет количества гнезд в формах для пресс-литья имеет особенности. Например, в съемных формах с горизонтальной плоскостью разъема количество гнезд определяют, учитывая величину площади проекции литниковой камеры на плоскостью разъема. Эту величину считают исходной, поскольку она зависит от вполне определенных величин причин: необходимого удельного давления прессования и рабочего усилия пресса. Разогретый пресс-материала под давлением обладает упругими свойствами, благодаря которым он способен почти без изменения и по всем направлениям передавать, производимое на него давление. Поэтому в процессе работы в форме возникают разнонаправленные усилия. Рассмотрим как они распределяются (рис.2).

Для удобства расчета площадь проекции на плоскость разъема оформляющего гнезда и литникового канала объединены и обозначены .

Усилие прессования, действуя на площадь , стремиться сомкнуть пресс-форму. Это же усилие, действуя на сумму площадей и создает противодействующую силу, стремящуюся разомкнуть пресс-форму. для того чтобы в процессе прессования пресс-форма не размыкалась, площадь проекции литьевой камеры должны быть больше или равна сумме площадей проекции оформляющих гнезд и литникового канала:

.

Отсюда приближенная формула расчета гнезд для пресс-форм литьевого прессования имеет вид

.

Рис. 2. Схема для расчета количества гнезд в формах для литьевого прессования: - площадь проекции литьевой камеры; - площадь проекции оформляющего гнезда; - площадь проекции центрального литника

Расчет количества гнезд (литье под давлением)

Расчет количества гнезд формы связан с выбором литьевой машины по следующим ее параметрам: весу впрыска, пластикационной производительности, усилию смыкания.

Количество гнезд исходя из веса впрыска машины, определяется по формуле:

где – вес впрыска машины, г (приведен в паспорте машины);

- вес одной детали, г;

- коэффициент, учитывающий вес литниковой системы относительно веса одной детали (табл. 2).

Количество гнезд , исходя из пластикационной производительности материального цилиндра машины, определяется по формуле

,

где – пластикационная производительность машины, кг/ч (приведена в паспорте машины, при переработке кристаллизующихся полимеров следует принимать значения );

- продолжительность выдержки детали в форме (в сек) в расчете на 1 г веса детали, ориентировочно принимаемой равной 1 сек;

- длительность холостого цикла (в сек), который включает время смыкания формы, подвода сопла, впрыска пластмассы, размыкания формы, выталкивания детали и т.п. (табл. 3).

Количество гнезд , исходя из усилия смыкания машины, определяется по формуле

где – усилие смыкания формы, кгс (приведено в паспорте машины);

- удельное давление пластмассы в оформляющем гнезде, кгс/см², ориентировочно принимается равным 500 кгс/см²;

- площадь детали (без учета отверстий, см²;

- коэффициент, учитывающий площадь литниковой системы, принимается равным 1,1.

Наименьшее значение из вычисленных , , следует принимать в качестве окончательной расчетной величины.

Таблица 2

Значения коэффициента , учитывающего вес литниковой системы

Вес детали в г		Вес детали в г
до 0,5	1,5	св. 10 до 20	1,1
св. 0,5 до 2	1,3	» 20 »30	1,05
» 2 »10	1,2	» 30 »50	1,03

Таблица 3