Толщина стенок. Разнотолщинность.

Толщина стенок и дна изделия оказывает влияние на: возникновение внутренних напряжений, являющихся причиной образования вздутий, коробления во время выдержке детали в матрице или пресс-форме.

Толщина стенки детали зависит от длины (высоты) стенки, текучести пластмассы, механической прочности материала, конфигурации элемента детали.

Соотношение между толщиной стенки и длиной детали должно иметь строго определенное значение, но устанавливают его окончательно с учетом других факторов. Влияние текучести материала особенно резко проявляется при использовании термореактивных пластмасс, текучесть которых значительно ниже текучести термопластов. Из пластмасс, обладающих низкой текучестью, можно получать изделия небольшой высоты с тонкими стенками, а из пластмасс, имеющих большую текучесть, высокие тонкостенные конструкции.

Толщину стенок можно уменьшить применением ребер жесткости или придания стенкам рациональных профилей.

Толщина стенок и дна изделий из пластмасс оказывает существенное влияние на возникновение напряжений в изделии, на точность изготовления и время выдержки при формовании, т. е. на эксплуатационные и технико-экономические показатели. Разнотолщинность изделий вызывает неравномерную усадку, являющуюся причиной образования вздутий, трещин и коробления. Значительная толщина стенки вызывает большую по величине усадку, также приводящую к короблению. Все это объясняется главным образом неравномерностью протекания процессов формования пластмассы в форме и охлаждения изделий после их извлечения из формы. Отсюда одно из главных условий наивысшей технологичности конструкции изделия- оно должно быть равнотолщинным. Реально это возможно нечасто, но конструктор изделия обязан всегда стремиться к достижению наименьшей разностенности; имеются проверенные опытом рекомендации допустимой разносторонности- 1:2 для изделий из термопластов и 1:3 для изделий из реактопластов, но они являются весьма ориентировочными.

Толщину стенок назначают, как правило, в зависимости от габаритных размеров, необходимой механической прочности изделия и текучести данной пластмассы. Минимальную толщину стенок можно выбирать в зависимости от высоты прессованного изделия или от длины пути потока расплава термопласта в форме (рис. 3).

Для изделий из пластмасс рекомендуют также следующие эмпирические формулы - для реактопластов и для термопластов соответственно:

;

,

где - наименьшая допускаемая толщина стенки, мм;

- текучесть пресс- материала по Рашигу, мм;

- предполагаемая высота стенки, мм;

- ударная вязкость пластмассы в Н·см/см².

Идеальное условие — это равнотолщинное изделие, оно редко выполнимо и в общем случае считается, что разнотолщинность не должна превышать 30%.

Рис. 3. Определение минимальной толщины стенок изделий из пластмасс:

а – термореактивных; б – термопластичных: - высота изделия; - толщина изделия; - длина пути расплава теропласта

Рис. 4. Типовые сопряжения стенок:

а- лобовое; б – L-образное (угловое); в – Т-образное (тавровое); г – V-образное; д – вилкообразное; е – К-образное; ж – К-образное шахматное; з – Х-образное; и - крестообразное

Наиболее часто равнотолщинность нарушается в узлах-местах переходов от стенки к дну изделия, при пересечении стенок друг с другом или ребрами жесткости, ребер жесткости между собой - даже при одинаковых толщинах соединяющихся или пересекающихся элементов.

Это объясняется увеличением массы материала в узлах, из-за чего увеличивается вероятность появления дефектов: усадочных утяжек, микро- и макротрещин и т. д. На рис. 4 показаны возможные варианты сопряжения стенок одинаковых толщин.

На тонкостенных изделиях небольшая разнотолщинность, соизмеримая с точностью изготовления формы, часто отрицательно не проявляется, и отмеченное выше относится к изделиям относительно толстостенным, на которых дефекты становятся заметными.

Слишком тонкие стенки вызывают значительные трудности при изготовлении изделий. Опыт показывает, что возможно получить в серийном производстве изделий из пресс-порошков с диаметральными размерами до 50 мм и высотой до 10 мм толщины стенок до 0,5 мм; такие же и меньшие (до 0,3 мм) - при пресс-литье малогабаритных изделий из волокнистых пресс-материалов типа АГ-4 и литье под прессования минимальная толщина стенок должна составлять 4- 6 мм.

Вопрос назначения оптимальных толщин стенок связан не только с конструкционной целесообразностью, но и с технологическими возможностями. Необходимо предусматривать опасности незаполнения расплавом узких щелей в полости формы, например при литье под давлением располагать впускные каналы для расплава в соответствующих тонкостенных участках и учитывать повышение вязкости расплава за счет его саморазогрева; с другой стороны, и утолщенные участки требуется лучше подпитывать для компенсации дефицита массы, возникающего при охлаждении расплава, усадке его.

Минимальная толщина стенок для термопластов: ПП, ПЭ — минимум 0,5 мм; ПА — 0,7 мм; ПС, АБС-пластик — 0,75 мм; ПВХ — 1 мм.

Максимальная толщина стенок и дна, для штучных изделий, рекомендуется не более 4–5 мм, для реактопластов — до 50 мм. Оптимальная толщина стенок для реактопластов — 1–4 мм, для малогабаритных изделий — 0,5 мм.

По конструктивным соображениям стенки утолщают в следующих случаях:

- при наличии отверстий (рис. 5,а);

- при конструировании деталей с резьбой (рис. 5, б);

- для увеличения прочности элементов деталей, работающих в абразивной среде (рис. 5, в);

- при проектировании ступиц шкивов и зубчатых колес необходимо предусматривать прилив над местом расположения шпоночной канавки для компенсации местного ослабления детали (рис. 5, г);

- для увеличения сопрягаемых поверхностей (рис. 5, д);

- при конструировании деталей с рифлением (рис. 5, е);

- при проектировании армированных деталей; для создания вокруг арматуры стенок соответствующей толщины (рис. 5, ж).

Рис. 5. Примеры утолщения стенок по конструктивным соображениям:

а – колпачок (пресс-материал СП1-342-02); б – корпус шифона (ПЭВД); в – ковш ленточноного элеватора (волокнит); г – ступица шкива; д – колено (капрон); е – маховик (пресс материал 01-040-02); ж – каркас катушки (текстолитовая крошка)