Выбор материала для литья под давлением

Выбор материала для литья под давлением

Выбор полимерного материала (ПМ) является самым важным этапом проектирования полимерных изделий, в том числе и изделий из пластмасс. Не бывает плохих или хороших полимерных материалов, а бывают материалы, не соответствующие или соответствующие конкретному применению. Поэтому для конструктора чрезвычайно важно досконально знать свойства полимерных материалов и как эти свойства влияют на технологию изготовления и долговечность изделий из этих материалов.

Выбор ПМ для изготовления того или другого конечного продукта зависит от многих факторов, главными из которых являются эксплуатационные требования к этому изделию. В эти требования входят условия эксплуатации - температура, влажность, агрессивность среды, характер действия и величины механических нагрузок, ударные, абразивные нагрузки, стойкость к царапанью и другие возможные факторы воздействия на изделие; требования дизайна (прозрачность, фактура поверхности, цветовое решение). Во внимание также принимается также возможность контакта изделия с пищевыми продуктами, его назначение (медицинское, спортивное, техническое, бытовое, товары народного потребления, детские товары и т.д.), необходимость и вид дальнейшей (постлитейной) обработки с целью сделать изделие конкурентоспособным на рынке аналогичных изделий.

Так, если выпускаемое изделие имеет медицинское назначение, предназначено для детей или имеет контакт с пищевыми продуктами, это накладывает серьезные ограничения на марочный ассортимент и рецептуру введения различных добавок, наполнителей и красителей. Если конструкция изделия предусматривает наличие тонких стенок, многочисленных перегородок и других конструктивных элементов, то для обеспечения прочности такого изделия необходимы специальные легкотекучие марки конструкционных пластмасс.

Если после изготовления изделия должна последовать дальнейшая его обработка, например, нанесение лакокрасочных покрытий (ЛКП), то наряду с легко окрашивающимися пластмассами существуют ПМ, нуждающиеся в сложных, а зачастую дорогостоящих методах увеличения адгезии их поверхности к выбранным ЛКП. Эти примеры можно продолжать долго.

На основании всех вышеуказанных требований производится приблизительное определение диапазона физико-механических, трибологических, химических и прочих свойств материала.

материалПодбор вида и конкретной марки или нескольких марок пластмассы, соответствующих этим свойствам, делается на основании данных технической документации (ТД) на материалы. Однако необходимо учитывать, что те свойства, которые указываются в ТД на полимерные материалы (ГОСТах, ОСТах, ТУ, справочниках, каталогах фирм, базах данных и пр.) определяются на стандартных образцах при конкретных температуре и влажности, что вносит определенные трудности в прогнозировании поведения будущего изделия в реальных условиях. Поэтому большое значение в подборе материала для изделия, кроме всего прочего, имеет опыт конструктора.

В статье И.А и И.Е. Барвинских «Выбор термопластичных материалов для литьевых пластмассовых корпусов» говорится: «На практике задача формирования требований к изделию нередко упирается в проблему отсутствия надежной информации о температуре и механических нагрузках, действующих на корпус. Необходимо учитывать, что завышенные требования по температуре эксплуатации на 10-20 градусов могут привести к значительному удорожанию изделия.»

На основании требований к изделию определяется перечень требований к характеристикам материала, определенных стандартными методами (именно эти характеристики приводятся в справочной литературе, фирменных проспектах и базах данных). Часто такая задача является очень сложной, и причин тут несколько.

Во-первых, свойства полимерных материалов сильно зависят от условий испытаний. Например, на прочность большое влияние оказывает скорость деформирования, на ударную вязкость образца с надрезом – геометрия надреза и т.д. Характеристики материалов, определенные по разным стандартам (ГОСТ, DIN, ASTM) не совпадают.

Во-вторых, максимально допустимые напряжения в изделиях из термопластов могут быть на порядок меньше стандартных значений прочности (таблица), что затрудняет оценки.

Максимально допустимые напряжения для термопластичных материалов:

таблица2.материалы

В-третьих, на эксплуатационные свойства литьевого изделия, может оказывать большое влияние конструкция изделия и пресс-формы. Например, реальные механические свойства изделия при использовании полимера, содержащего стекловолокно или углеволокно, зависят от ориентации волокна в полимерной матрице. Ориентация волокна определяется в первую очередь конструкцией изделия и местом впуска. При наличии линии спая на таком изделии, прочность области спая может быть в 2-3 раза меньше прочности материала, определенной на стандартном образце.» - конец цитаты

Таким образом, проведение обоснованного выбора полимерного материала основывается на анализе конструкции детали, технических требований к ней и условий её эксплуатации с целью формулирования требований к свойствам полимерного материала.

Алгоритм выбора полимерного материала для проектируемого изделия должен включать изучение прототипов этого изделия, методов его испытания, технических требований к изделию и материалу, составление перечня необходимых свойств, проведение технико-экономического анализа, позволяющего правильно выбрать полимерный материал.

Корпусные изделия служат для размещения на или внутри них личных технических устройств. Нередко это узлы электромеханического, электронного или радиотехнического назначения. Корпусные детали могут иметь коробчатую форму прямоугольного, круглого или более сложного сечения, форму сложнопрофильных плат, пластин, рамную конфигурацию. Выбор размеров и форм корпусных изделий зависит от их назначения, а также от вида и действия размещаемых технических устройств. При выборе материала учитывают основные предъявляемые к ним требования — жесткость, размерная стабильность, сохранение геометрических соотношений отдельных элементов изделия, например, плоскопараллельность поверхностей, соосность отверстий и резьбовых гнезд, отсутствие коробления.

Важнейшим требованием, предъявляемым к изделиям из пластмасс абсолютно любого назначения, является обеспечение их прочности. Поэтому расчеты на прочность являются основным типом расчетов, проводимых при проектировании пластмассовых изделий. Очень часто эти расчеты являются проверочными, т.е. такими, которые проводятся после проектирования изделия и служат для проверки обеспечения данного требования. Из-за сложной структуры полимерных материалов оценка прочности пластмассового изделия может быть выполнена с помощью статистических методов, основанных на наработке большого количества исходных данных, полученных при испытаниях либо образцов в лабораторных условиях, либо самих изделий.

материалыы

Прочность изделия, в числе других, означает одинаковость физико-механических характеристик, которая обеспечивается, прежде всего, равномерным остыванием расплава термопласта в формующей полости. Как следствие, важным требованием к получаемому изделию становится не только равнотолщинность, обеспечить которую на практике весьма непросто, но и выбор пластика с оптимальной тепло- и температуропроводностью.

При выборе материалов для изготовления изделия необходимо также учитывать требования, которые имеют отношение к их переработке в изделия. Так для изготовления тонкостенных деталей, как уже говорилось, необходимы прочные и легкотекучие марки ПМ.Так как большинство изделий из пластмасс являются элементами различных конструкций, т.е. деталями, то обязательно следует учитывать последующую сборку этих деталей. Отсюда вытекает необходимость применения таких видов ПМ, которые имеют малый разбег усадок, а, следовательно, повышенную размерную точность деталей.

Также важно изучить возможность объединения в одной детали нескольких функций, что позволит сэкономить на дорогостоящих сборочных операциях. Себестоимость изготовления детали включает не только цену сырья. Следует учитывать, что материалы, обладающие большей жесткостью, позволяют уменьшать толщину стенок изделия, а это даёт возможность сократить время цикла изготовления изделия. Поэтому необходимо составить перечень всех критериев, учитываемых при выборе материала, и провести их последовательную детальную оценку.

материаЧисло выпускаемых промышленностью базовых полимеров, являющихся основой для изготовления более 95% различных пластмасс и полимерных композитов, сравнительно невелико, оно не превышает нескольких десятков. Это позволяет на основании анализа свойств базовых полимеров и основных способов их модифицирования сделать правильный выбор ПМ с учетом конструкции изделия, условий эксплуатации, технологических возможностей и экономической эффективности применения. Первоначальной задачей на этом пути является выбор базового полимера, который основан на изучении исходных данных по комплексу наиболее значимых для конкретного вида изделий эксплуатационных (механических, электрических, химических и др.) характеристик различных полимеров.

Специфические свойства практически любого базового полимера можно изменить самым коренным образом путем введения в него простых или армирующих наполнителей, модификаторов и других добавок, а также применяя смеси и сплавы совместимых друг с другом полимеров. Промышленностью выпускается огромное количество всевозможных марок ПМ, используемых для изготовления изделий различного назначения. Все более доступными становятся материалы, производимые за рубежом.

Для ускорения процесса выбора материала используют специальные таблицы, в каждой из которых приведены марки материалов в порядке снижения среднего значения представляемого эксплуатационного свойства. Так созданы таблицы групп материалов по коэффициенту трения и износа, электрической прочности и электросопротивлению, диэлектрической проницаемости, коэффициенту светопропускания и преломления и другим признакам.

В последнее время все чаще разработчики пользуются компьютерными базами данных по материалам (например, CAMPUS и др.).

Позвоните 8 800 201 21 64 или отправьте заявку на info@msgconsult.com, чтобы получить персональную консультацию по интересующим Вас вопросам у менеджера «МС-ГРУП Консалт». А также заполните форму обратной связи и мы ответим в течение 10 минут!

-->