2011-01-24
TWORZYWA SZTUCZNE II
Podstawy kształtowania
elementów maszyn
z tworzyw sztucznych
KORPUSY, OBUDOWY
I ZBIORNIKI
1
2011-01-24
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
ProjektujÄ…c 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
4
są wzdłuż kierunku otwierania formy.
2
2011-01-24
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
üðPraktyczna minimalna wartość nachylenia Å›cianek
 powierzchnie zewnÄ™trzne: 15  1,5° (3°)
 powierzchnie wewnÄ™trzne: 30  2° (5°)
 powierzchnie otworów (h < 1,5d): 14  45
 powierzchnie szorstkie (Ra = 1 2,5 µm): 2  15°
üðMniejsze pochylenie przyjmuje siÄ™ dla wyrobów z
tworzyw charakteryzujących się małym skurczem
(np. PS) oraz gdy wypraska ma małą wysokość.
6
3
2011-01-24
Korpusy i obudowy
Grubości ścianek
üðElementy wykonane z tworzyw sztucznych
powinny mieć jak najmniejszą grubość
(względy technologiczne i ekonomiczne).
üðNajmniejsza grubość Å›cianek wynika miÄ™dzy
innymi z długości drogi płynięcia w formie
6 PC, PVC
trudno płynne WP 1:100
5
PA, POM,
4
średnio płynne WP 1:150
3 PMMA, ABS
2
PS, PP,
1
PE-HD
łatwo płynne WP 1:250
0
0 100 200 300 400 500
7
droga płynięcia [mm]
Korpus
Grubości ścianek
üðGruboÅ›ci Å›cianek powinny być w miarÄ™
jednolite w całej wyprasce.
üðGrubość Å›cianek wynika miÄ™dzy innymi
z zapewnienia ich odpowiedniej sztywności
üðMaksymalna grubość Å›cianek wynosi:
żðdla termoplastów: 8 mm,
żðdla duroplastów : 12 mm
üðMiejscowe zgrubienia
przedłużają czas stygnięcia
tworzywa wprowadzajÄ…c
różny skurcz wywołujący
naprężenia własne,
8
pęcherze i zapadnięcia
4
Grubość ścianki [mm]
2011-01-24
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
Åšcianki korpusu
zmiana grubości
Zakładany kształt
Uzyskany kształt
10
5
2011-01-24
Obudowa
- różne grubości ścianek
Zakładany kształt Uzyskany kształt
11
Åšcianki korpusu
- Krawędzie
jama
skurczowa
12
6
2011-01-24
Korpus  technologiczność konstrukcji
Zaokrąglenia krawędzi
üðZaokrÄ…glenia krawÄ™dzi
przedłużają żywotność
form, ułatwiają płynięcie
tworzywa podczas
formowania, zapewniajÄ…
korzystne własności
mechaniczne
(zmniejszenie działania
karbu)
üðZaokrÄ…glenia dotyczÄ…
zarówno krawędzi
zewnętrznych jak i
13
wewnętrznych
Naroże
Zaokrąglenie krawędzi
Minimalny
Typ promień
Rodzaj tworzywa
zaokrÄ…glenia
krawędzi
[mm]
Termoplast krystaliczny
0,4
(PA, PE, itp.)
Åšcianka
boczna
Termoplast
0,6  1,5
bezpostaciowy
Termoplast 1,0  1,5
Dno
Duroplast 0,8
14
7
2011-01-24
Wzmocnienie ścianek korpusu
- żebrowanie
zapadnięcie
jama
skurczowa
15
Wzmocnienie ścianek korpusu
- żebrowanie
Propozycje rozwiązań konstrukcyjnych
Dekoracyjne Dekoracyjna
Kilka cienkich
wgłębienie wypukłość
żeber
Żebra
krawędziowe
16
8
2011-01-24
Kształtowanie korpusu
Obrzeże
üðObrzeże stanowi
często powierzchnię
bazowÄ… do ustalenia
położenia dwóch
Å‚Ä…czonych ze sobÄ…
części obudowy
(korpusu)
17
Kształtowanie korpusu
Obrzeże i dno
ØðUsztywnienie korpusów można uzyskać poprzez
odpowiednie ukształtowanie obrzeży
Zalecane sposoby
usztywnienia obrzeży i den
18
9
2011-01-24
Otwory w ściankach korpusu
üðOtwory powinny być odpowiednio oddalone
od krawędzi wypraski aby nie powodowały
powstawania pęknięć
pęknięcie
19
Wzmocnienie otworów
Przeciwdziałanie
Jama
nadmiernego
Jama
skurczowa
gromadzenia siÄ™
skurczowa
materiału
w zgrubieniach
w pobliżu otworów
a) na ściance
b) w narożniku
RozwiÄ…zania alternatywne
20
10
2011-01-24
Obliczanie korpusów
" Obliczenia
prowadzone sÄ… przede
6
wszystkim ze względu
PA +30%WS
na dopuszczalne
odkształcenia (ugięcie)
4
ścianki
POM
" Należy uwzględnić
2
PA
wpływ temperatury na
PE-HD sztywność ścianek (E)
PTFE
" Analityczne metody
0
obliczeń mają
0 40 80 120
przybliżony charakter
Temperatura T[ºC]
21
Zbiorniki i pojemniki
Zalety zbiorników
z tworzyw sztucznych
" Mała masa
Materiały stosowane na
" Odporność na korozję
zbiorniki
" Niska cena
 Kompozyty żywic EP, UP
 PVC, PP, PE-HD, PC
22
11
Moduł sprężystości E [GPa]
2011-01-24
Połączenia elementów
z tworzyw sztucznych
Połączenia
termiczne chemiczne mechaniczne
nierozłączne rozłączne
klejone
zaczepowe
wciskowe
zgrzewane
gwintowe
spawane nitowe
kształtowe
23
Połączenia zgrzewane
Zgrzewanie stosuje siÄ™ jedynie do Å‚Ä…czenia
termoplastów, np. PVC, PMMA, PS, PA, PE, PP
Metody zgrzewania:
üðgazowe
üðnagrzewania pÅ‚ytÄ…
üðultradz
więkami
üðtarciowe
24
12
2011-01-24
Połączenia klejone
Przykłady zastosowań kleju
Montaż (zabezpieczenie przed poluzowaniem)
Uszczelnianie
A
Ä…czenie,
naprawianie
25
Połączenia klejone
Nie wszystkie materiały dobrze się kleją np. PE,
PP, POM, PTFE, ABS, PC sÄ… trudne do sklejania.
Przy projektowaniu połączenia dąży się do
uzyskania dużej powierzchni skleiny
Skleina rozrywana ma mniejszÄ… o 10-20%
wytrzymałość niż skleina ścinana.
Przykłady
połączeń
klejonych
26
13
2011-01-24
Warunki konstrukcyjne
złącza klejonego
üðWytrzymaÅ‚ość i trwaÅ‚ość zÅ‚Ä…cza 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
2011-01-24
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
Er
Czas obciążenia
Relaksacja
- zależność modułu od czasu działania
obciążenia
30
15
2011-01-24
Połączenia nitowe
üðSpÄ™czanie na zimno
üðNitowanie na gorÄ…co
üðNitowanie za pomocÄ… ultradz
więków
31
Połączenia zaczepowe
Warianty rozwiązań konstrukcyjnych
32
16
2011-01-24
Połączenia zaczepowe
- kształtowanie otworów
pęknięcia
zaokrÄ…glenia
zgrubienie33
Zatrzaski
34
17
2011-01-24
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
2011-01-24
Połączenia śrubowe
- wkręty samogwintujące
37
Połączenia kształtowe przenoszące
moment obrotowych
Rowki wpustowe
Należy unikać
występowanie karbu
38
19
2011-01-24
Połączenia kształtowe przenoszące
moment obrotowych
Połączenie Połączenie Połączenie
jednościęte dwuścięte wieloząbkowe
Obliczenia połączeń kształtowych polegają na
sprawdzeniu nacisków na powierzchni łączonych
elementów. Nie mogą one przekraczać nacisku
dopuszczalnego dla zastosowanego materiału
39
polimerowego
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
2011-01-24
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
ØðDuże koÅ‚a zÄ™bate oraz produkowane w liczbie
poniżej 1000 szt. wykonuje się metodą obróbki
wiórowej z półfabrykatów (płyt, tarcz, tulei, itp.)
ØðWtryskiwanie dużych kół z maksymalnÄ… gruboÅ›ciÄ…
ścianek (14 mm) jest mało opłacalne ze względu na
długi czas stygnięcia
42
21
2011-01-24
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
43
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
A
atwość formowania, niski koszt wytwarzania
Możliwość wchłaniania przez powierzchnię mate-
riału polimerowego pewnej ilości zanieczyszczeń
Cichobieżność i tłumienie drgań
Mały ciężar właściwy
44
22
2011-01-24
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 dotyczÄ… przede wszystkim
polimerów niemodyfikowanych (tzw.  czystych ).
Z tego powodu na elementy ślizgowe najczęściej
stosuje się kompozyty polimerowe w których
45
wymienione wady nie sÄ… tak widoczne
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
2011-01-24
PODSUMOWANIE
Wykład 1
Co to sÄ… tworzywa sztuczne
oraz
jak odkształcają się
Wykłady 2, 3
polimery ?
Jakie właściwości mają
polimery oraz
gdzie je stosujemy ?
Wykład 4
Jak kształtujemy elementy
SPRAWDZIAN
maszyn z tworzyw sztucznych
WIADOMOÅšCI
oraz jak je Å‚Ä…czymy ze sobÄ… ?
TEST
47
Wymagany zakres wiedzy
ØðPodstawowa terminologia dotyczÄ…ca tworzyw
sztucznych (mer, polimer, kompozyt, pełzanie ...)
ØðWpÅ‚yw temperatury i czasu na wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci
tworzyw sztucznych
ØðOznaczenia polimerów oraz ich podstawowe
właściwości i zastosowanie
ØðZasady ksztaÅ‚towania korpusów, Å‚ożysk oraz kół
zębatych
ØðRodzaje oraz charakterystyka poÅ‚Ä…czeÅ„
48
24