Способы изготовления деталей
Листы и плиты из термопластов чаще всего изготовляют каландрированием -- вальцеванием на многовалковых прокатных станках. Вальцеванием на профильных валках изготовляют также гофрированные листы для сотопластов. Фасонные изделия из листов получают прессованием в матрицах жестким или упругим пуансоном (воздухонаполненным резиновым мешком).
Широкое применение получил способ пневматического и вакуумного формования. При пневматическом формовании листовую заготовку, нагретую до пластического состояния, зажимают по периметру матрицы, после чего давлением сжатого воздуха осаживают заготовку на матрицу. При вакуумном формовании внутри матрицы создают вакуум, в результате чего заготовка втягивается в матрицу, облегая ее поверхность. Таким способом изготавливают фасонные крышки, открытые резервуары, обтекатели и другие тонкостенные изделия.
Прессование
Прессование применяют для изготовления фасонных изделий из реактопластов и отверждаемых термопластов. Исходным материалом служат таблетки, гранулы, крошка; для изделий с порошковыми наполнителями -- пресс-порошки. Процесс осуществляют в пресс-формах, состоящих из матрицы и пуансона. Формовка производится при повышенной температуре (пресс-формы нагревают), обеспечивающей отверждение материала. В атрицу засыпают мерное количество предварительно подогретого пресс-материала, после чего к пуансону прикладывают механическое или гидравлическое усилие и подвергают изделие кратковременной выдержке в форме под постоянным давлением, в результате чего происходит отверждение материала. Затем пуансон отводят; а затвердевшее изделие из матрицы удаляется выталкивателями.
В настоящее время применяют полностью автоматизированные многопозиционные роторные прессовые агрегаты с автоматическим высокочастотным подогревом, производительность которых 100 прессований в минуту и выше.
Точность размеров детали зависит от точности изготовления матрицы и пуансона, точности дозирования пресс-материала и от соблюдения режимов прессования.
Литье под давлением
Литье под давлением применяют для формования термопластов. Исходный материал (гранулы, таблетки) подвергают нагреву до полного размягчения. Литьевая масса жидкотекучей консистенции подается в обогреваемый цилиндр, откуда выдавливается поршнем через литниковые каналы в охлаждаемые металлические формы. После охлаждения и затвердевания пресс-форма раскрывается, и отливки удаляются выталкивателями. Литники и заусенцы, образующиеся в полости разъема формы, обрубают и зачищают. Температура размягчения литьевой массы зависит от ее состава. Давление прессования 100--150 МПа. Температура формы 20 -- 40 °С.
Литье под давлением более производительно и обеспечивает более высокое и равномерное качество изделий, чем прессование.
Экструзия
Экструзионное формование применяют для изготовления из термопластов прутков, труб, шлангов, плит, пленок, фасонных профилей (поручней, плинтусов и т. д.). Процесс осуществляется на шнековых прессах непрерывного действия (экструдерах). Литьевая масса подается через загрузочный бункер в обогреваемый цилиндр шнека, подхватывается витками шнека (в свою очередь подогреваемого) и перемещается вдоль цилиндра, подвергаясь перемешиванию и уплотнению. Уплотнение массы достигается уменьшением шага или высоты витков шнека. На выходном конце цилиндра устанавливают фильеру с отверстием, соответствующим форме поперечного сечения изделия. Отформованное изделие, выходящее непрерывным жгутом из фильеры, охлаждается. После затвердевания его режут на куски необходимой длины.
В последнее время для подогрева литьевой массы используют тепло, возникающее в результате трения массы о стенки цилиндра и витки шнека («адиабатическое экструдирование»). При этом методе упрощается конструкция пресса и повышается экономичность процесса.
Метод экструзии широко применяют для нанесения изолирующих оболочек на проводники, кабели и т. д. Проводники, подлежащие покрытию, подаются из бунта через центральное отверстие в шнеке и в фильере обволакиваются литьевой массой.
Из труб, получаемых экструзией, изготовляют (методом раздува в формах) пустотелые изделия (флаконы, бутылки, фляги и пр.) Днище изделий заваривают.
Формование стеклопластов
Малогабаритные изделия из стеклопластов получают горячим прессованием в металлических формах. Для изготовления крупногабаритных изделий этот способ неприменим, так как требует мощного прессового оборудования и изготовления дорогостоящих и громоздких пресс-форм.
Крупногабаритные оболочковые конструкции чаще всего изготовляют методом набрызгивания на модель приведенного в вязкотекучее состояние пластика вместе со стеклянным волокном. Пластик и нарубленное волокно подают в нужной пропорции в распылитель.
Выходящую из распылителя струю наносят на модель до образования слоя нужной толщины.
Сварка пластмасс
Термопласты всех видов хорошо поддаются сварке. Высокоэластичные пластмассы (полиолефины, полиамиды, полиметилметакрилаты) сваривают контактной сваркой без применения присадочного материала. Тонкие листы и пленки сваривают внахлестку пропусканием пленок между роликами, подогреваемыми электрическим током. Плиты, бруски и другие подобные изделия сваривают встык.
Пластмассы хорошо склеиваются с помощью клеев, представляющих собой раствор данного полимера в соответствующем растворителе. Некоторые клеи (ацетат поливинила, фенолнеопреновые, на основе модифицированных эпоксидов и др.) обладают широкой универсальностью по отношению к склеиваемым материалам. Этими клеями можно склеивать пластмассы с металлом, стеклом, керамикой и т. д.
Обзор деталей из пластмассы
Зубчатые, червячные, цепные и ременные передачи
Применение пластмасс в зубчатых и червячных зацеплениях обеспечивает мягкую передачу крутящего момента, высокую изностойкость, бесшумность и надежную работу в химически агрессивных средах, малую массу; во многих случаях простоту изготовления. Наилучшая работоспособность шестерен передачи обеспечивается комбинацией пластмассовых и металлических шестерен, благодаря чему обеспечивается хороший теплоотвод от пластмассовых шестерен.
Для уменьшения износа пластмассовых шестерен рекомендуются повышенная твердость зубьев стальных шестерен и увеличение чистоты их поверхности. В качестве материала для пластмассовых шестерен используют текстолит, древеснослоистые пластики (ДСП), полиамиды, полиформальдегид (ПФА)
Червячные пластмассовые колеса при температуре менее 90 °С, скоростях скольжения, не превышающих 3 м/с, и нагрузках не выше 300 МПа можно изготовлять из текстолита и ДСП, при нагрузках 150...180 МПа--из полиамидов.
В цепных передачах из тех же пластмасс, которые используются для шестерен, применяются «звездочки». Пластмассы типа полиамидов в виде вставок внутри стальных втулок используются для изготовления пластинчатых цепей, что резко снижает коррозию стальных деталей цепи и «слипание» звеньев цепи.
Долговечность цепных передач с втулками из полиамидов, работающих в запыленной и коррелирующей среде, резко повышается.
В ременных передачах хорошо зарекомендовали себя пластмассовые ремни (особенно из полиамидов), которые отличаются не только хорошими техническими данными, но и устойчивостью работы в агрессивных средах. Перлоновые ремни используются для передачи больших мощностей в основном для прокатных станов, мощных прессов, молотов, мельниц.
Из полиамидов (нейлон, перлон) изготовляют также буксирные канаты. Для защиты стальных канатов от коррозии их покрывают слоем полиамидов (нейлоном). Полиамиды все шире используются для изготовления и покрытия транспортерных лент.
На ряде станкостроительных заводов освоено производство пластмассовых шкивов клиноременных передач. Массы таких шкивов из-за повышенной удельной прочности пластмасс примерно в 5 раз меньше металлических, себестоимость ниже в 2,5 раза.
Для изготовления шкивов можно использовать полиамиды (мелкие шкивы и блоки), волокнит, фенолит К-18-12, декоррозит К-17/18-81, текстолит, стекловолокнит (для крупногабаритных шкивов диаметром до 800 мм). Наряду с достаточной прочностью нагрузки от центробежной силы на такие шкивы существенно меньше, чем на стальные и чугунные.
Фрикционные устройства.
В фрикционных узлах с небольшой тормозной мощностью используются пластмассы с асбестовым наполнителем. Температура нагрева для этих материалов не должна быть больше 250 °С. Пластмассы типа ретинакса допускают при очень кратковременном нагружении нагрев до 1000°С; коэффициент трения ретинакса по стали больше 0,35.
Вариаторы.
Пластмассы типа текстолита используются в вариаторах, когда не предъявляются особо высокие требования к обеспечению постоянства передаточного отношения или высокого коэффициента полезного действия.
Муфты, прокладки.
Особенно перспективно применение пластмасс для деталей зубчатых муфт из текстолита, капрона. Капроновые муфты, например, могут передавать большие нагрузки, хорошо поглощают удары, обеспечивают бесшумность работы и более просты в исполнении. Очень широкое применение в конструкциях муфт нашли диски и другие эластичные элементы, изготовленные из резины. Резиновые элементы применяются для упругого соединения валов в качестве упругих элементов нежестких муфт. Они являются одновременно амортизаторами и демпферами, а также позволяют частям вала иметь взаимное угловое перемещение. Резина находит очень широкое применение для изолирования колебаний станин станков от остальных ее узлов, что заметно увеличивает точность станков.