Получение и применение изделий из древесно-полимерных композитов с термопластичными полимерными матрицами (стр. 13 )

2. Расчет массы навески. Поскольку при формообразовании изделий выделения влаги и летучих веществ не происходит, масса навески должна быть больше массы готового изделия на массу облоя [19, с. 345] (для закрытого типа пресс-форм):

,

где  с – плотность материала в изделии;

V – объем формующей полости пресс-формы;

Ма – масса закладной арматуры;

са – плотность материала арматуры;

Vо – объем облоя.

Объем облоя рассчитывают по формуле

где П – периметр боковой формообразующей поверхности матрицы (для цилиндрической поверхности рD);

h – высота облоя;

д – зазор между боковыми формообразующими поверхностями пуансона и матрицы.

Высоту облоя можно оценить, исходя из вязкопластических свойств древесно-полимерной композиции:

где  Р – давление прессования, МПа;

фо – предел текучести композиции, МПа.

Предел текучести композиции определяют при технологических испытаниях по методу деформирования плоского образца:

,

где  F – усилие прессования образца-диска, F = 50 кН; 

V – объем диска, V = 10·10-6 м;

h – толщина диска в момент окончания течения композиции, м.

При прессовании изделий в пресс-формах полузакрытого типа в расчетах массы навески необходимо учесть массу пресс-остатка в загрузочной камере формы, толщина которого будет зависеть от давления прессования.

3. Расчет усилия прессования. Усилие, необходимое для прессования изделий из ДПКт с учетом вязкопластических свойств, можно вычислить по формуле

,

где kF – коэффициент запаса усилия, учитывающий неоднородность материала и возможные отклонения условий формообразования от номинальных;

А – площадь прессования;

fт – коэффициент трения материала о формообразующую поверхность;

Rпр – приведенный радиус изделия как радиус окружности, описанной около развертки изделия, т. е. расстояние от центра тяжести до наиболее удаленной точки развертки.

Если толщина изделия мала по сравнению с приведенным радиусом, то второе слагаемое в скобке правой части формулы мало по сравнению
с единицей (там же). Тогда приближенно можно оценить среднее давление прессования, как

P=F/A

или

4.2. Технологические расчеты при литье
под давлением ДПКт

Расчетный объем впрыска вычисляют по формуле

,

где  Vр – расчетный объем впрыска, см3;

mд – масса отливаемой детали, г;

mл. с. – масса литниковой системы, г;

n – число гнезд формы;

К – коэффициент, учитывающий сжатие расплава полимера и его утечки при впрыске в форму, К = 1,2–1,3;

с – плотность перерабатываемого материала, г/см3.

Производительность литьевой машины рассчитывают по формуле

где m – масса изделия (детали), г;

n – число гнезд формы;

τц – продолжительность цикла литья изделия, с.

Продолжительность цикла литья под давлением определяют следующим образом:

где τсм, τр, τвпр – время смыкания и размыкания формы, время впрыска (заполнения формы), с;

τм – их сумма, называемая машинным временем;

Время смыкания и размыкания формы берут из технической характеристики машины.

Время впрыска рассчитывают по формуле

где Q – объемная скорость впрыска, см3/с (из технической характеристики).

Продолжительность паузы между циклами τп = 2–3 с.

Сумма продолжительности выдержки материала в форме под давлением τвыд и продолжительности охлаждения изделия в форме без давления τохл. б/д называется технологическим временем τт, с:

Технологическое время показывает продолжительность охлаждения до заданной температуры в центре изделия Ти, при которой возможно извлечение без деформации готового изделия.

Технологическое время рассчитывается на основе закона контактной теплопередачи:

где  h – толщина стенки изделия, м;

a – коэффициент температуропроводности, м2/с;

Tм – температура  расплава полимера, впрыскиваемого в формующую полость литьевой формы – температура литья, °С;

Tф – температура литьевой формы, °С;

Tи – температура извлекаемого изделия, °С;

К1 и К2 – коэффициенты, определяющие скорость охлаждения в зависимости от геометрической формы изделия: плоское изделие, параллелепипед, цилиндр (табл. 4.2).

Таблица 4.2

Коэффициенты, определяющие скорость охлаждения изделий

Форма изделия	К1	К2
Пластина (f = B/h) > 2,5	р2 = 9,86	4/р = 1,27
Параллелепипед (f = B/h) ≤ 2,5		4/р = 1,27
Цилиндр	5,76	1,60
Здесь B – ширина изделия; h –толщина стенки изделия (определяющий размер)

4.3. Технологические расчеты при экструзии

Подготовка полимерного материала к формованию, пластикация, гомогенизация и подача в головку осуществляются с помощью вращающегося шнека в цилиндре экструдера. В зависимости от природы полимера, технологических режимов переработки применяются шнеки различного профиля. Для переработки термопластов обычно применяют два типа шнеков: с переменной глубиной спирального канала и с переменным шагом.

На рисунке показана схема шнека с переменной глубиной спирального канала.

Шнек экструдера

Основными геометрическими параметрами шнека являются:

– диаметр D;

– длина L;

– шаг винтовой нарезки t;

– глубина канала по зонам (глубина нарезки) h;

– ширина гребня витка e;

– величина зазора между гребнем шнека и внутренней стенкой ци-
линдра д;

– угол подъема винтовой линии нарезки шнека ц;

– число заходов нарезки шнека, л.

Основной характеристикой экструдера является производительность. Для расчета производительности нужно знать геометрические характеристики шнека и коэффициент геометрической формы головки.

Расчет геометрии шнека с переменной глубиной нарезки. В качестве исходного параметра для расчета задается диаметр шнека D. Если диаметр шнека не задан, то его можно взять из технической характеристики предварительно выбранной технологической линии для производства изделия или ориентировочно рассчитать по соотношению (в миллиметрах) [19–21]:

Q = 0,68D 2,5,

где Q – объемная производительность, мм3/с.

Полученное значение диаметра шнека округляют до ближайшего большего значения из стандартного ряда диаметров шнеков для конкретного вида полимерного материала.

После выбора диаметра шнека и отношения L/D приступают к определению остальных параметров шнека, которые выражаются через его диаметр.

1. Шаг винтовой нарезки t = (0,8 ... 1,2) D.

2. Глубина винтового канала:

– в зоне питания (загрузки) h1 = (0,12– 0,16) D,

– в зоне дозирования 

где i – степень сжатия материала; принимают по табл. 1.2 [19];

– в зоне пластикации (сжатия)

Здесь L – длина шнека, см;

L0 – длина шнека до зоны сжатия, см; L0 = L – Lн;

Lн – длина напорной части шнека, см; принимают Lн = (0,4 – 0,6) L.

3. Толщина витка e (ширина гребня): e = (0,06 – 0,1) D.

4. Радиальный зазор между внутренней поверхностью материального цилиндра и наружной по­верхностью витка шнека: д = (0,002 – 0,005) D.

5. Критическая частота вращения шнека в зоне загрузки (nкр, с-1):

6. Рабочая частота вращения шнека равна nр=(0,2 – 0,7) nкр.

Расчет производительности одношнековых экструдеров. Производительность шнекового экструдера в целом зависит не только от геометрических размеров шнека и числа оборотов, но и в значительной степени от конструкции формующей головки.

На основе гидродинамического подхода в дозирующей зоне экструдера принято рассматривать три составляющие потока движения расплава:

– поток расплава, движущийся по межвитковому пространству в на-
правлении от зоны загрузки к зоне дозирования вдоль оси шнека, возникающий вследствие вращения шнека относительно цилиндра;

– поток расплава, движущийся в противоположном направлении, что вызвано перепадом давления по длине шнека;

– поток утечки, движущийся в зазоре между наружной поверхностью витков шнека и внутренней поверхностью материального цилиндра в на-
правлении от зоны дозирования.

Объемная производительность шнековой машины для переработки термопластов в зависимо­сти от сопротивления головки и конструкции дозирующей зоны может быть выражена соотношениями: