Технологические требования к матрицами

Содержание:

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Требования, предъявляемые к волокнам и матрице

Требования к волокнам. Нитевидные форма армирующих элементов имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Преимущество их состоит в высокой прочности и возможности создать укрепления только в том направлении, в

котором это нужно конструктивно, что обеспечивает максимальное использование свойств волокон. Недостаток такой формы заключается в том, что волокна способны передавать нагрузку только в направлении своей оси, тогда как в перпендикулярном направлении укрепления нет, а в некоторых случаях может оказаться даже знемицнювання.

Волокна, которые используют в качестве арматуры, должны иметь следующие свойства: высокую температуру плавления, малую плотность, высокую прочность во всем интервале рабочих температур, технологичность, минимальную растворимость в матрице, высокой химической стойкостью, отсутствие фазовых превращений в зоне рабочих температур, отсутствие токсичности при изготовлении и в эксплуатации.

Для армирования в основном применяют три вида волокон: нитевидные кристаллы, металлическая проволока и неорганические поликристаллические волокна.

Нитевидные кристаллы («усы») рассматривают как перспективный материал для армирования металлов, полимеров и керамики. Сверхвысокая прочность в широком диапазоне температур при малой плотности, химическая инертность по отношению к многие из которых матричных материалов, высокая жаростойкость и коррозионная стойкость нитевидных кристаллов оксидов алюминия и магния, карбида кремния, муллита и других делает их незаменимыми армирующими элементами. К сожалению, пока на пути их практического применения есть много трудностей. Предстоит решить проблемы получения их в промышленном масштабе, отбора годных усов, ориентации их в матрице, методов формирования композиций с усами и др..

Высокопрочный металлический провод из стали, вольфрама, молибдена и других металлов менее перспективный, чем усы, через большую плотность и меньшую прочность, однако, поскольку выпускается он промышленностью в больших количествах и имеет сравнительно невысокую стоимость, его широко используют в качестве арматуры, особенно для КС на металлической основе.

Поликристаллические неорганические волокна (Polycrystalline inorganic fibers), как и металлическая проволока, получают в больших количествах. Недостаток этих волокон — очень высокая чувствительность к механическим повреждениям. Однако малая плотность, высокая прочность и химическая стойкость углеродистых, борных, стеклянных, карбидокремниевих, кварцевых, кварцоидних, циркониевых, алюмосиликатного и других волокон позволяют широко использовать их для армирования пластмасс и металлов.

Если КМ конструируют для конкретного изделия, при изготовлении которого нужно будет сгибать волокна под радиусом R, то максимально допустимый диаметр волокна dmax рассчитывают по формуле, учитывающей прочность sв, и модуль нормальной упругости волокон Ев (см. далее):

Если диаметр волокон будет больше максимально допустимого, они при изгибе разрушаться.

Требования к матрице. Матрица в армированных композициях придает изделию форму и делает материал монолитным. Объединяя в единое целое многочисленные волокна, матрица должна позволять композиции воспринимать разного рода внешние нагрузки — растяжения, сжатия, изгиб, сдвиг и др.. В то же время она участвует в создании несущей способности композиции, обеспечивая передачу усилий на волокна. За счет пластичности матрицы усилия от разрушенных или дискретных (коротких) волокон передаются соседним волокнам, а концентрация напряжений вблизи различного рода дефектов уменьшается. Матрицы отводится и роль защитного покрытия, предохраняющие волокна от механических повреждений и окисления.

Кроме того, матрица должна обеспечивать прочность и жесткость системы при воздействии растягивающего или сжимающей нагрузки в направлении, перпендикулярном к армирующих элементов. Если растягивающее нагрузки направлены по оси параллельных между собой волокон, то для получения эффекта упрочнения предельное относительное удлинение матрицы как минимум должно быть равным относительному удлинению волокон. Если же нагрузка перпендикулярное оси волокон, то этого оказывается недостаточно. В этом случае нагрузка на волокна передается только через матрицу, и чем больше концентрация волокон и отношение модулей упругости материалов волокна и матрицы, тем больше должна быть предельная деформация матрицы. Оценочные расчеты, выполненные на упругих моделях, показывают, что для обеспечения монолитности КМ при поперечном нагрузке нужны матрицы, относительное удлинение которых в несколько раз превышает среднюю деформацию волокон.

Стремление получить максимальную прочность композиции вызывает тенденцию повышения объемной доли Vв волокон. Однако если относительное удлинение матрицы мало, то в случае больших значений V в монолитность КМ может нарушиться даже при небольших нагрузках. Появятся расслоение, трещины. Предотвратить эти негативные явления при растяжении ортотропной материала заданного состава можно при условии, что толщина d прослойки матрицы между волокнами, диаметр d в их и относительные удлинения при разрыве волокон Eв и матрицы EМ связаны соотношением

ГОСТ 16675-80
Пуансоны, матрицы, державки, подкладные плитки и шпонки штампов для разделительных операций. Технические условия

ПУАНСОНЫ, МАТРИЦЫ, ДЕРЖАВКИ, ПОДКЛАДНЫЕ ПЛИТКИ
И ШПОНКИ ШТАМПОВ ДЛЯ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ

Punches, female dies, holders, liner plates and keys.
Specifications

Дата введения 1981-01-01

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 04.03.80 N 1014 дата введения установлена 01.01.81

Ограничение срока действия снято Постановлением Госстандарта от 26.06.85 N 1958

ВЗАМЕН ГОСТ 16675-71

ПЕРЕИЗДАНИЕ. Октябрь 1999 г.

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.2. Материал для пуансонов выбирается:

а) из группы инструментальных сталей (У8А, У10А и другие) при условии, что допускаемое напряжение на сжатие 1600 МПа (160 кгс/мм );

б) из группы высоколегированных сталей (Х12М, 9ХС и другие) при условии, что 1900 МПа (190 кгс/мм ).

Расчет пуансонов на прочность приведен в приложении.

1.3. Материал матриц должен быть с механическими свойствами не ниже, чем у пуансонов.

1.5. Пуансоны, матрицы, державки, подкладные плитки и шпонки должны быть термически обработаны и иметь твердость:

— пуансоны — HRC 55. 59 (кроме места, обозначенного на чертеже штрих-пунктирной линией);

Допускается по требованию потребителя изменение твердости.

1.6. Допускается по требованию потребителя изготавливать:

— диаметр с предельным отклонением по h9 для ГОСТ 16621-80, ГОСТ 16622-80, ГОСТ 16623-80, ГОСТ 16631-80, ГОСТ 16633-80;

— пуансоны диаметром 8 мм и матрицы всех размеров с канавками для выхода шлифовального круга по ГОСТ 8820-69 вместо 0,5 max;

— матрицы без фаски на рабочей плоскости;

1.7. Режущие кромки пуансонов и матриц должны быть острыми. Завал кромок, выкрашивание и другие механические дефекты не допускаются.

1.9. Пуансоны, матрицы, державки, подкладные плитки и шпонки должны быть размагничены.

1.10. Предельные отклонения рабочих размеров пуансонов и матриц ( , , ) выбираются в зависимости от точности обрабатываемого контура, толщины и вида штампуемого материала и других условий.

1.11. Неуказанные предельные отклонения размеров должны соответствовать полю допуска: для отверстий — Н14, для валов — h14, для остальных ; для углов — по ГОСТ 8908-81.

1.13. Пуансоны, матрицы, державки, подкладные плитки и шпонки не должны иметь трещин, забоин и других дефектов, снижающих их эксплуатационные качества и эстетический вид.

1.14. Резьба метрическая — по ГОСТ 9150-81* и ГОСТ 24705-81**, поля допусков — по ГОСТ 16093-81***:
______________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 9150-2002,
** На территории Российской Федерации действует ГОСТ 24705-2004;
*** На территории Российской Федерации действует ГОСТ 16093-2004. — Примечание изготовителя базы данных.

6Н — для внутренней резьбы с шагом до 0,8 мм;

7Н — для внутренней резьбы с шагом свыше 0,8 мм.

2. ПРАВИЛА ПРИЕМКИ

2.1. Пуансоны, матрицы, державки, подкладные плитки и шпонки подвергаются внешнему осмотру. От каждого вида изделий выбираются образцы для проверки размеров, геометрической формы и твердости в количестве 5% изделий от партии, но не менее 5 шт.

Партией считается количество изделий, совместно прошедших производственный цикл и одновременно предъявленных на контроль.

2.2. При получении неудовлетворительных результатов испытания хотя бы по одному из показателей производят по нему повторную проверку удвоенного количества изделий, взятых соответственно из тех же партий.

Результаты повторных испытаний являются окончательными и распространяются на всю партию.

3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

4. МАРКИРОВКА, УПАКОВКА, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ

4.2. Детали, не являющиеся товарной продукцией, допускается не маркировать.

5. ГАРАНТИИ ИЗГОТОВИТЕЛЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ (рекомендуемое). РАСЧЕТ ПУАНСОНОВ НА ПРОЧНОСТЬ

Расчет пуансонов на прочность производится из условия

— допускаемая нагрузка на сжатие;

— потребное (технологическое) усилие при срезе.

— коэффициент понижения допускаемого напряжения, зависящий от условной гибкости (см. таблицу) и характеризующийся соотношением

— коэффициент приведенной длины, характеризующий способ закрепления конца стержня и принимаемый равным 0,7;

— длина рабочей части пуансона в мм;

— минимальный радиус инерции рабочего сечения пуансона в мм;

— минимальный осевой момент инерции поперечного сечения рабочей части пуансона в мм ;

§ 1. Требования, предъявляемые к изготовлению штампов

К изготовлению штампов для холодной штамповки предъявляются следующие основные требования:

высокая точность изготовления деталей и сборки;

высокое качество обработки сопрягаемых и формующих поверхностей деталей.

Эти требования зависят друг от друга. Так, например, высокое качество обработки поверхностей пуансонов и матриц штампа обеспечивает необходимую стойкость, а точная взаимная подгонка пуансона и матрицы — получение высококачественных деталей и высокую стойкость штампа в работе. Пренебрежение одним из этих требований явится причиной низкого качества штампа. Например, низкая твердость штампа вследствие неправильного режима термической обработки сведет на нет все усилия по получению высокой точности обработки, так как штамп будет иметь низкую стойкость.

Штампован оснастка в процессе эксплуатации находится под действием значительных нагрузок. Эти нагрузки различны по величине и направлению и зависят от характера работ, для которых предназначен штамп. Так, например, матрицы вырубных штампов при работе испытывают напряжение на изгиб, на разрыв и на срез; матрицы штампов ударного выдавливания испытывают напряжения на изгиб и разрыв, а пуансоны к этим штампам — напряжения на изгиб и сжатие. Выдержать все эти нагрузки сможет лишь такая деталь штампа, для изготовления которой правильно выбран материал.

Читайте так же:  Заявление о предъявлении исполнительного листа ко взысканию

Помимо силовых нагрузок, возникающих в рабочий момент, на штамповую оснастку влияют и другие условия, например загрязнение материала, подвергающегося штамповке. Попадание грязи в виде земли или песка является причиной истирания рабочей кромки пуансонов и матриц в вырубных штампах или приводит к задирам на рабочих поверхностях вытяжных и гибочных штампов.

Способность штампов выдержать определенное количество вырубок до ремонта или до полного износа называют их стойкостью. Для вырубных штампов средняя стойкость составляет 15 000—20 000 деталей до переточки и 600 000—800 000 деталей до полного износа.

Штамп, изготовленный с учетом особенностей технологии штамповки (например, устройство соответствующего уклона в окнах вырубных матриц), имеет более высокие эксплуатационные данные.

Повышение стойкости штампов зависит от качества их изготовления: от точности сопряжения, термической обработки деталей шпампа, участвующих в формообразовании изделий, и качества отделки рабочих поверхностей пуансонов и матриц. Наибольшее значение это имеет при изготовлении матриц и пуансонов вытяжных штампов и штампов для ударного выдавливания.

В результате механической обработки на поверхностях деталей штампа остаются следы воздействия режущего инструмента или абразива. Эти следы в виде гребешков и впадин отрицательно влияют на работу формующих и сопрягаемых деталей.

Таблица 3 Классы точности и посадки, принятые для деталей штампов холодной штамповки

Система отверстия

Посадка обеспечивает продольное перемещение без вращения при особо высоких требованиях к соосности и центрированию

Направляющие колонки во втулках при вырубке металла толщиной до 0,5 мм и при ударном выдавливании тонкостенных деталей

Неподвижное соединение без добавочного крепления. В материале деталей возникают значительные напряжения: в наружных слоях — растяжение, во внутренних — сжатие

Посадка, обеспечивающая неразборное соединение. Рассчитано на отверстие в чугуне при толщине стенки не менее 0,5 диаметра вала и длине соприкосновения не менее диаметра вала

Направляющие колонки и втулки в плитах штампов

Детали, надежно сохраняющие свое относительное положение. Сборка выполняется при значительных давлениях. Разъединение производится редко

Установочные цилиндрические штифты

Соединение для деталей, которые должны плотно сидеть одна в другой. Разборка их производится редко и с приложением усилий. Необходимо дополнительное предохранение от поворота

Посадка пуансонов, матриц, ловителей, упоров, фиксаторов в державки, термически не обработанные

Плотное соединение, сборка и разборка которого происходит без значительных усилий. Для предохранения от поворотов и сдвигов предусматривается дополнительное крепление

Неподвижная посадка термо-обработанных деталей в термообработанные

Соединение, допускающее продольное перемещение без вращения. Центрирование деталей при высоких требованиях к концентричности. Движение при хорошей смазке вручную

Направляющие колонки во втулках штампов для разделительных операций, центрирующие проточки и выступы в деталях при точном центрировании, быстросменные пуансоны в державках

Соединение, обеспечивающее свободное вращение и перемещение деталей при достаточном центрировании

Направляющие колонки во втулках гибочных и вытяжных штампов для деталей среднего габарита и толщине обрабатываемого металла до 5 мм. Ползушки в направляющих при точной штамповке

Посадка, обеспечивающая свободное перемещение деталей без присасывания. Центрирование при невысоких требованиях к соосности

Подвижные упоры, прижимы в их гнездах, ползушки в направляющих

Соединение, обеспечивающее свободное вращение и перемещение при невысокой точности

Направляющие колонки во втулках гибочных штампов среднего габарита при толщине обрабатываемого материала свыше 5 мм, а также в крупногабаритных штампах

Соединение со значительными зазорами

Направляющие колонки во втулках в штампах для грубых формоизменяющих операций при обработке материалов толщиной более 5 мм

Направление штриха от полировочного материала на рабочих поверхностях деталей штампов должно быть параллельно течению или движению материала штампуемой детали. Особенно это касается штампов ударного выдавливания, в которых металл под действием удара переходит в пластическое состояние и течет вверх по пуансону. В этом случае поперечные риски на матрице и пуансоне будут задерживать течение металла, трение увеличится и появится необходимость в приложении дополнительного усилия для его преодоления. Это же можно сказать и об условиях работы вытяжных штампов. В некоторых случаях по этой причине возможен даже отрыв дна вытягиваемой детали.

Продольные риски на рабочих поверхностях матриц и пуансонов вытяжных штампов приводят к образованию на вертикальных стенках вытягиваемой детали полос (рисок), портящих ее внешний вид.

Правильное и стабильное сопряжение трущихся поверхностей штампов также зависит от шероховатости поверхности сопрягаемых деталей. Плохо отполированные посадочные поверхности после непродолжительной работы вследствие истирания гребешков теряют свои размеры: увеличивается размер отверстия, а размер стержня уменьшается и скользящая посадка переходит в посадку движения или ходовую, точность теряется.

В инструментальном производстве для контроля шероховатости обработанных поверхностей применяют специальные приборы или сравнивают проверяемую поверхность с поверхностью эталона чистоты (см. стр. 72).

Точность изготовления деталей штампов связана с точностью, предъявляемой к детали, для которой предназначен штамп. Поэтому вопросы точности рассматриваются в каждом случае, исходя из назначения детали штампа и заданной точности штампуемой детали (табл. 3).

При этом все детали штамповой оснастки разделяются на две группы:

детали технологического назначения, непосредственно участвующие в формообразовании штампуемых изделий (матрицы, пуансоны); к изготовлению деталей этой группы предъявляются наиболее высокие требования;

детали конструктивного назначения, обеспечивающие связь и взаимную фиксацию частей штампа; детали этой группы изготовляются с пониженной точностью.

Точность обработки отдельных участков деталей штампа обычно рассматривается в соответствии с принадлежностью их к одной из следующих трех категорий:

участки или отдельные элементы деталей, определяющие качество изготовления штампуемых деталей по конфигурации и размерам (рабочие окна матриц, рабочие части вырубных, вытяжных и других пуансонов); эти детали, наиболее трудоемкие и сложные по технике обработки, характеризуются наибольшей точностью изготовления и требуют соблюдения строгих допусков;

сопрягаемые поверхности, обеспечивающие правильное положение в штампе отдельных его деталей, участвующих в формообразовании штампуемых изделий (плоскости соединения сборных матриц и их посадочные плоскости, установочные поверхности пуансонов, вкладышей, стержней, контурные окна направляющих и пу-ансонодержателей и т. д.); в большинстве случаев все эти поверхности (при некруглой форме) обрабатываются по месту индивидуальной подгонкой;

поверхности и участки деталей, не влияющие на точность изготовляемой детали (верхние и нижние плиты, плоскости пуансонодержателей, основания штампов и т. п.); эти поверхности обрабатывают по допускам свободных размеров.

Наиболее точного изготовления требуют матрицы и пуансоны вырубных и пробивных штампов, а также направляющие колонки и втулки.

Допуски на изготовление вырубных и пробивных пуансонов и матриц тесно связаны с величиной зазора между ними, так как повышенные допуски влекут за собой увеличение данного зазора. Кроме того, погрешности изготовления и измерения находятся в зависимости от номинальных размеров рабочих частей штампа.

Таким образом, при установлении допусков на рабочие размеры пуансонов и матриц для операций вырубки и пробивки необходимо исходить из размеров штампуемой детали, ее точности, возможного износа штампа и правильных зазоров между рабочими частями штампа.

Так как износ матрицы приводит к увеличению размеров детали, а износ пуансона — к уменьшению размеров детали, размеры матрицы выдерживают минимально допустимые, а размеры пуансона — максимальные.

Схема построения допусков при вырубке наружного контура (D—А) показана на рис. 73, а. Номинальный


Рис. 73. Схемы построения допусков на изготовление пуансонов и матриц: а — при вырубке наружного контура, б — при пробивке отверстия

Допуски на изготовление пуансонов и матриц берут по таблицам допусков (в зависимости от их номинальных размеров) по 2-му классу точности. При штамповке особенно точных деталей (по 2-му классу точности) допуски на изготовление пуансонов и матриц принимают по 1-му классу точности.

Раздельное изготовление пуансонов и матриц по их предельным размерам возможно только для круглого контура при допусках на штампуемую деталь не выше 4-го класса точности. Поэтому по расчетным размерам обычно изготовляют только первую деталь комплекта (матрицу при вырубке контура и пуансон при пробивке отверстия), а вторую деталь изготовляют подгонкой по первой с учетом необходимого зазора.

При изготовлении по расчетным размерам пуансона матрицу дорабатывают по оттиску с пуансона с учетом нужного зазора.

При вырубке зазор получают за счет уменьшения размера пуансона, а при пробивке —за счет увеличения отверстия матрицы.

В закрытых штампах (когда на штампе установлен жесткий съемник) в момент съема отштампованной детали с пуансона размеры пробитого отверстия уменьшаются. Величина этого уменьшения зависит от степени упругости штампуемого материала.

Когда штамп изготовляется без чертежей на оснастку, допуск на точность изготовления пуансона или матрицы принимают равным 25% от допуска штампуемой детали. Зазоры в этих случаях определяют, исходя из толщины штампуемого материала с учетом его твердости, согласно табл. 4, а геометрические параметры матриц— по табл. 5.

Таблица 4 Двусторонние зазоры при изготовлении вырубных и пробивных штампов

Примечания. 1. Наименьшие зазоры являются номинальными. Наибольшие зазоры учитывают увеличение их за счет допусков на изготовление пуансона и матрицы. 2. При пробивке отверстий с гладкими стенками берут наименьшие зазоры, указанные в данной таблице. 3. Для вырубки и пробивки мягкого алюминия толщиной до 5 мм зазоры берут наименьшие, а для вырубки и пробивки твердых материалов — наибольшие, указанные в таблице.

Таблица 5 Геометрические параметры матриц, для вырубки и пробивки

При изготовлении вырубных и пробивных штампов для несопрягаемых деталей, для которых не требуется направление допусков обязательно в «тело» детали, номинальный размер матрицы (а при пробивке —пуансона) берут равным номинальному наружному размеру детали (или, соответственно, отверстия) и изготовляют пуансон или матрицу по 4-му классу точности. Необходимую величину зазора получают подгонкой матрицы по пуансону или наоборот.

Шероховатость поверхностей деталей штампов реко мендуется следующая:

нерабочие поверхности деталей, т. е. не соприкасающиеся ни со штампуемой деталью, ни с поверхностями других деталей (стержни винтов и отверстия под них, просверленные отверстия в матрицах и нижних плитах) обрабатывать по 4-му классу чистоты;

опорные поверхности, к которым не предъявляются высокие требования (опорные поверхности винтов, поверхности хвостовиков, соприкасающиеся с ползуном пресса), обрабатывать по 5-му классу чистоты;

неподвижные соединения пуансонов с пуансонодер-жателем некруглой формы, а также круглой формы, выполняемые по 3-му классу точности (отверстия под пуансоны в пуансонодержателях, поверхности выталкивающих штифтов, неподвижные соединения пуансонов с ловителями, прилегающие поверхности плит блока), при зазорах между матрицей и пуансоном более 0,05 мм обрабатывать по 6-му классу чистоты;

неподвижные соединения деталей круглой формы, изготовляемых по 2-му классу точности (соединения пуансона или пуансона-матрицы круглой формы с пуансо-нодержателем, соединения установочных штифтов, упоров, направляющих втулок и колонок, прилегающие и опорные поверхности пакета, выталкивателей, съемника, плит блока), при зазорах между матрицей и пуансоном менее 0,05 мм обрабатывать по 7-му классу чистоты;

Читайте так же:  Экономика недвижимости учебное пособие владим гос ун-т 2007

рабочие поверхности матриц и пуансонов, оформляющие контур вырезаемых или изгибаемых деталей, а также поверхности вытяжных пуансонов, поверхности

скольжения, выполняемые по 1—2-му классам точности (подвижные соединения направляющих колонок и втулок и т. п.), обрабатывать по 8-му классу чистоты;

рабочие поверхности матриц, прижимов и выталкивателей вытяжных штампов, рабочие поверхности вырезных штампов при штамповке мягких цветных металлов и сплавов, а также неметаллических материалов; рабочие поверхности пуансонов и матриц зачистных штампов; поверхности качения в блоках с шариковыми направляющими; поверхности подвижных соединений направляющих колонок и втулок в блоках прецизионных штампов — выполнять по 9—10-му классам чистоты.

На рис. 74 показана схема рекомендуемых классов чистоты обработки поверхностей деталей штампа.

Рис. 74. Назначение класса чистоты обработки основных деталей штампов

3. Технологические требования к плоским штампуемым деталям. Технологичность штампуемых деталей. Сопряжение поверхностей контура штампуемых деталей.

Плоские штампуемые детали должны иметь возможно более простую конфигурацию (рис. 11); острые углы, узкие прорези и выступы на контуре и отверстиях снижают стойкость штампов и усложняют их изготовление.

4. Минимальные радиусы сопряжения углов

Рис. 11. Сопряжение поверхностей контура штампуемых деталей: а — неправильное; б — правильное

Рис. 12. Технологичность штампуемых деталей: а —для цельных матриц и штамповки с отходами; б — составных матриц и безотходной штамповки; в — при вырубке по всему контуру; г — при безотходной вырубке

Рис. 13. Конфигурация деталей: а — неэкономичная; б — экономичная

Рис. 14. Конструкции надрезок: а — нетехнологичная; б — технологичная

Рис. 15. Технологичность конструкций надрезок в зависимости от толщины материала: а — при S 1, 5 мм; 1 в технологические отверстия

При применении цельных матриц и вырезке с отходами (с перемычками) сопряжения в деталях необходимо выполнять с радиусами закругления в углах (рис. 12, а, в). При составных матрицах и при безотходной штамповке сопряжения сторон следует делать без закруглений (рис. 12, б, г).

Конфигурация штампуемых деталей должна также обеспечивать наивыгоднейший раскрой и минимальные отходы, т. е. наименьшую затрату материала на, изготовление одной детали (рис. 13).

В табл. 4 приведены минимальные радиусы сопряжения острых, прямых и тупых углов (внешних и внутренних), которые применяют в плоских штампованных деталях при вырубке контура в штампах с цельными матрицами и при штамповке с отходами (см. рис. 12, а, в), а также для пробивки отверстий.

Минимальные размеры отверстий, пробиваемых при помощи штампов нормальной конструкции, рекомендуется принимать в соответствии с данными табл. 5, а минимальное расстояние между пробиваемыми отверстиями и стенками детали — по данным табл. 6.

При конструировании деталей с надрезкой необходимо, чтобы форма надрезки обеспечивала свободный выход детали из матрицы без защемления (рис. 14), а при толщине материала свыше 1, 5 мм во избежание появления трещин в углах сгиба следует делать отверстия (рис. 15)

5. Минимальные размеры отверстий, образуемых при штамповке, в мм

Матрицы композитных материалов (понятия, назначения). Требования к матрицам (эксплуатационные требования, технологические)

Матрица в армированных композици­ях является основой, придает изделию форму и делает материал монолитным. Материал матрицы должен позволять композиции воспринимать внешние на­грузки. Матрица принимает участие в соз­дании несущей способности композиции, обеспечивая передачу силы на волокна. При нагружении за счет пластичности матрицы силы от разрушенных или дис­кретных (коротких) волокон передаются соседним волокнам. Передача нагрузки зависит прежде всего от качества соеди­нений, т.е. от хорошей адгезии между компонентами КМ. Без этого невозможны передача нагрузки волокон и, следова­тельно, армирование. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, получают широкий спектр материалов с требуем набором свойств.

Требования, предъявляемые к матрицам, можно подразделить на эксплуатационные и технологические. К первым относятся требования, обусловленные механическими и физико-химическими свойствами материала матрицы, которые обеспечивают работоспособность композиции при действии различных эксплуатационных факторов. Механические свойства матрицы должны обеспечить эффективную совместную работу армирующих волокон при различных видах нагрузок. Прочностные характеристики материала матрицы являются определяющими при сдвиговых нагрузках, нагружении композиции в направлениях, отличных от ориентации волокон, а также при циклическом нагружении. Природа матрицы определяет уровень рабочих температур композита, характер изменения свойств при воздействии атмосферных и других факторов. Матрица также характеризует устойчивость материала к воздействию внешней среды, химическую стойкость, частично теплофизические, электрические и другие свойства. Технологические требования к матрице определяются осуществляемыми обычно одновременно процессами получения композита и изделия из него. Цель проводимых технологических операций – обеспечение равномерного (без касания м/у собой) распределения волокон в матрице при заданном их объемном содержании, максимально возможное сохранение прочностных свойств волокон, создание достаточного прочного взаимодействия на границе раздела «волокно – матрица». В связи с этим предъявляют определенные требования к материалу матрицы: хорошее смачивание волокна жидкой матрицей в процессе пропитки, возможность предварительного изготовления полуфабрикатов (например препрегов) с последующим изготовлением из них изделий, качественное соединение слоев композита в процессе формования, невысокая интенсивность параметров окончательного формообразования (например, температуры и давления), обеспечение высокой прочности сцепления матрицы с волокном, небольшая усадка и т.д. Матрица должна обладать достаточной жесткостью и обеспечивать совместную работу армирующих волокон; ее прочность является определяющей при нагружении, не совпадающем по направлению с ориентацией волокон. Особенно важным является свойство матрицы образовывать монолитный материал, в котором матрица сохраняет свою целостность вплоть до разрушения волокон.

Изготовление матриц из стеклопластика. Требования к конструкции матриц из стеклопластика

В авиационной промышленности из композитных материалов наиболее часто изготавливаются конструктивные элементы небольших размеров: рули, триммера, флетнеры, законцовки и зашивки т.д. В практике матрицы для данных КЭ изготавливаются из стеклопластика. Рассмотрим технологию изготовления матриц для данных конструктивных элементов.

Чтобы правильно спроектировать и подобрать материалы для производства матриц, надо точно знать их следующие характеристики:

— габариты готового изделия, его форму и вес, а также технические требования к изделию;

-суммарное количество изделий, снимаемых за время эксплуатации матрицы;

— применяемый технологический процесс;

— используемое сырье для производства изделия;

— время на подготовку производства при запуске изделия;

— техническое оснащение производственного участка;

Первые три показателя — габариты изделия, его форма и вес — определяют прежде всего основу будущей матрицы, т. е. ее каркас, ориентировочную толщину и схему конструкционного (рабочего) слоя матрицы; наличие и конструктивное исполнение ее транспортных узлов. Технические требований к изготавливаемому из стеклопластика изделию позволяет выбрать приемлемую технологию производства матрицы. Зная это и количество изделий, снимаемых с матрицы, уже можно более детально проработать конструкцию матрицы. Если количество снимаемых изделий мало, то нет смысла изготавливать матрицы с большим запасом прочности.

Выбором технологического процесса производства изделия — контактный (ручное формование), метод напыления («спрей»), вакуумное формование или метод инжектирования — практически заканчивается проектная часть технологической проработки конструкции матрицы.

11.1.3 После этого, чтобы принять окончательное решение, следует определиться с путями выполнения поставленной задачи. Для этого рекомендуем составить вопросник в табличной форме (таблица 16), где обозначены факторы такие, как конструкция, технология ее изготовления и сырье, которые влияют на конечный результат.

Протестировав ответы на все 10 пунктов таблицы видно, что основополагающими факторами при конструировании и изготовлении матрицы являются квалификация исполнителей и оснащение производственного участка технологическим оборудованием и оснасткой.

Квалификация исполнителей и собственное техническое оснащение — основополагающие факторы, которые определяют культуру производства и как итог — качество выпускаемого продукта. При низкой квалификации и слабом техническом оснащении, какие бы великолепные материалы не применялись, говорить о качестве конечного продукта не приходится.

При любой степени оснащенности производства на рабочем месте всегда должны находиться приборы, измеряющие температуру окружающей среды и влажность. Нельзя забывать, что при работе с эпоксидными смолами, полимеризующимися при комнатной температуре, значимыми являются температура окружающей среды, рабочей смеси и оснастки (не ниже 18°С), а также влажность окружающей среды (не более 75%), скорость воздушного потока в зоне формовки (не выше 0,5 м/с). Поэтому на производстве применяется лазерные термометры, позволяющие в считанные секунды определять температуру применяемого связующего и оснастки и вовремя выполнять операции, которые снижают вероятность брака при формовке, например, появления на декоративной поверхности изделия дефекта «крокодиловая кожа». Разница между температурой оснастки и смеси не должна превышать 1,5÷2,0 °С.

Используя изготовленный макет изделия и конструкторскую документацию, а также ранее изготовленный стапель – при изготовлении изделий сложной, объемной формы или изготовленный новый стапель — при изготовлении деталей простой формы изготовить основополагающую технологическую оснастку — стапель (рисунок 9) для изготовления матрицы данной детали в следующей последовательности:

— руководствуясь конструкторской документацией и геометрическими размерами изготовленного макета изделия изготовить стапель;

— используя изготовленный из пенопласта макет, а также средства объективного контроля (угломер, линейку, штангенциркуль, нутромер, стойку с индикаторной головкой и др.) выполнить подгонку и выставление макета по системе выставленных упоров на технологическом проеме стапеля (рисунок 9). При этом должны быть выполнены следующие требования:

а) строительная горизонталь (плоскость симметрии) макета или средина его сторон (кромок) должны совпадать с плоскостью разъема сборки технологической оснастки для изготовления матрицы;

б) зазор по контуру между стапелем и конструкцией макета должен быть в пределах 0,1÷0,25 мм;

в) плоскость разъема на стапеле прошпаклевать и отшлифовать до зеркального блеска.

Рис. 9 – Изготовление матрицы из стеклоткани

Произвести промер выставленной на стапеле системы макета и самого стапеля и по измеренным контрольным точкам, шаблонам и кондукторам, убедится, что полученная конструкция технологической оснастки обеспечивает полное соответствие сборки макета на стапеле, как полуматрица, размерам конструкции разработанного изделия.

Далее изготовленная технологическая оснастка по тексту называется «мастер – модель».

Перед нанесением декоративного слоя (гелькоута) поверхность мастер-модели необходимо обработать разделительным составом, в качестве которого применить воск на силиконовой основе NORPOL W-70 в следующем порядке:

-в центр фланелевой салфетки нанести 50 мл этого воскового материала и, взяв салфетку за концы, сворачивают своеобразный шар так, чтобы восковая масса оставался внутри него. Под воздействием стягивающих усилий воск проходит через поры ткани;

— легко опирая полученный шар на обрабатываемую поверхность, вращательно-поступательным движением нанести тонкий слой воска на всю разделительную поверхность мастер — модели. Таким способом можно наносить на поверхность мастер-модели или матрицы слой воска строго определенной толщины — если слой будет толстым, то при располировке чистой фланелью будет механически удален;

Читайте так же:  Приказ минобрнауки 1898

— NORPOL W-70 наносится на мастер-модель в четыре слоя с промежуточными выдержками в течение двух-трех часов и последующей располировкой чистой фланелевой салфеткой вращательно-поступательным движениями вдоль обрабатываемой поверхности. Последний слой разделителя рекомендуется выдержать в течение шести часов.

Смыть разделительную поверхность мастер – модели обычной водой и продуть сухим сжатым воздухом.

Перед нанесением декоративного покрытия нанесенный разделитель покрыть тонким слоем технологического разделительного агента NORPOL NORSLIPP 9860 с помощью мягкой кисти или пульверизатора. Задача NORSLIPP — воспрепятствовать диффузии воска в поверхностный слой изделия при его нагреве. При повышении температуры оснастки начинается насыщение ее декоративного слоя воском.

Для изготовления декоративного слоя будущей полуматрицы М применяются гелькоуты NORPOL GM60014 (зеленый) или NORPOL GM90009 (черный). Их можно наносить вручную — тогда применяют «Н»-гелькоут («хэнд») — или распылителем — для этого предназначен «S»-гелькоут («спрей»). Все они изготовлены на основе двух смол — винилэфирной и изофталевой и имеют высокие показатели по твердости, износостойкости и предельному водопоглощению. Температура их тепловой деформации в готовом изделии 110 °С. В авиационной промышленности широкое применение при изготовлении матриц получил гелькоут зеленого цвета, поскольку он меньше утомляет зрение рабочего и снижает вероятность брака при работе. Гелькоут черного (90000) цвета в основном применяется при производстве конечных изделий.

На разделительную поверхность нанести гелькоут по нижеследующей технологии. Гелькоуты NORPOL GM60014Н (или GM90000Н) наносят мягкой кистью в два-три слоя с промежуточной выдержкой между ними до состояния «отлипа». Толщина каждого слоя — 0.2÷0.3 мм (по «мокрому» слою). Суммарная толщина слоев должна составлять 0.55÷0.85 мм, направление нанесения слоев — 90° друг к другу.

Гелькоуты NORPOL GM60014S (GM90000S) наносятся аппаратами безвоздушного напыления (типа «Aplicator» JPG-24) в три-четыре слоя с промежуточной выдержкой между слоями 5÷10 мин при поддержании необходимого температурного режима окружающей среды и гелькоута (23°С). Толщина каждого слоя — 0.15÷0.25 мм, направление слоев друг к другу — 90°. Суммарная толщина — 0.55÷0.85 мм.

Толщина слоев замеряется в «мокром» состоянии специальным толщиномером с индикаторной головкой.

1 При работе с гелькоутами необходимо иметь паспорта с подробной инструкцией применения, где не только приводятся их характеристики, но и описываются дополнительные компоненты, необходимые для приготовления рабочей смеси. Например, для того чтобы произошла полимеризация гелькоута GM60014Н (GM90000Н) в течение 35÷45 мин при температуре 23°С, в него следует добавить NORPOL пероксид № 1 в количестве 1.5% веса гелькоута. Время полимеризации гелькоута NORPOL GM60014S (GM90000S) при вышеобозначенных условиях сокращается до 25÷35 мин.

2. При работе с гелькоутами очень важно не различать понятия «полимеризация» и «гелеобразование». Полимеризация — это время готовности слоя для проведения последующей операции; гелеобразование — время работы с готовой смесью.

3. Нанесение матричного гелькоута с промежуточной выдержкой между слоями 12 часов категорически запрещено. Нарушение временных параметров технологического процесса нанесения гелькоута ведет к изменению физико-механических свойств нанесенного декоративного слоя матрицы, что постоянно приводит к браку. В ходе длительной выдержки могут измениться параметры окружающей среды вокруг закладываемой оснастки, а на гелевое покрытие осаждаться влага, пыль, маслянистые пары. В этом случае достичь качественной адгезии декоративного слоя и ламината практически невозможно.

При изготовлении матриц из стеклопластиков необходимо знать, что качество ламината зависит от количества эпоксидной клеевой пасты в нем и метода изготовления; температуры его тепловой деформации; теплопроводности; физико-механических свойств и времени запуска оснастки в производство.

Наиболее часто применяемые на практике две системы ламинатов:

А. Если конструкционная система эпоксидная клеевая паста – стеклоткань характеризуется усадкой смол до 1.0% в ламинате то это позволяет укладывать ламинат «мокрый по мокрому» толщиной слоя до 2 мм и предусматривает в целях сокращения времени запуска матрицы в производство проведение после 24 часов после ее формовки после отверждения (термостатирования) при температуре 60÷80°С в течение пяти часов. Основные технические характеристики данной системы: соотношение смола/стекло — 50/50 или 60/40; время гелеобразования — 2÷3 часа; время полимеризации – 4,5÷5 часа; пик экзотермы — 75°С; время до полного отверждения (при 20°С) — до двух недель; температура тепловой деформации ламината — 110÷120°С, что позволяет применять смолы с пиком экзотермы до 100÷110°С.

Б. Если система ламината — безусадочная (0.001÷0.05%). В ее состав вводится специальный наполнитель, увеличивающий теплопроводность ламината, который позволяет укладывать его «мокрым по мокрому» толщиной ламината до 8 мм и применять на последних слоях ламината отходы (обрезки) стекломатов или стеклотканей; изготовлять большие формы методом местного (участками) ламинирования. Данной системе не требуется последующее отверждение, что позволяет после 16 ч с момента окончания формовки запустить матрицу в работу. Основные технические характеристики системы Б: отношение смола/стеклоткань — 80/20 или 75/25; время гелеобразования — до 6 часа; пик экзотермы — 75°С; время полимеризации – 24 часа; время отверждения — до 36 часа; время до полного отверждения (при 20°С) — до 48 часа; температура тепловой деформации ламината — до 150°С. На практике данная система применяется при производстве матриц, предназначенных для изготовления объемных конструкций, которые имеют значительно более высокие физико-технические свойства по сравнению с первой системой, что позволяет снизить толщину ламината или облегчить продольно-поперечный набор матрицы (корзину).

Технология получения ламината с помощью данных систем практически одинакова.

Перед началом работ по ламинированию матриц из стеклопластика убедиться, что на производственном участке обеспечены необходимые параметры окружающей среды: температура воздуха — 18÷23°С; влажность — до 70%; скорость движения воздуха — не более 0.6 м/с. При этом температура эпоксидного клеевого состава составляет — 18÷23°С.

На поверхность отвержденного гелькоутного слоя мастер – модели наносится мягкой кистью эпоксидная клеевая паста (в дальнейшем — смола) толщиной 0.3÷0.4 мм. На смоченную поверхность укладывается раскрой стекломата поверхностной плотностью до 300 г/ м 2 и прикатывается радиальным алюминиевым валиком с продольной насечкой, а затем с радиальной насечкой. При этом контролируется полное удалении воздушных пузырьков и плотное прилегание стеклоткани ко всем элементам конструкции мастер – модели. Не следует после укатки торопиться дополнительно наносить эпоксидную клеевую пасту, надо дать стекломату хорошо впитать ее с нанесенного нижнего слоя.

Нанесение на мастер – модель первого слоя стекловолокна с наименьшей поверхностной плотностью и толщиной до 0,05 мм. обеспечивает передачу шероховатости (вставить шероховатость полировки ) поверхности мастер – модели без дополнительной полировки.

После нанесения смолы мягкой кистью ламинат необходимо прикатать продольным алюминиевым валиком, далее — радиальным валиком. Укладывают второй раскрой стекломата поверхностной плотностью до 300 г/м 2 и повторяют вышеуказанные операционные переходы. В результате суммарная плотность нанесенного ламината будет суммироваться с учетом нанесенной эпоксидной клеевой пасты.

После полной полимеризации первого слоя ламината (через 24 ч) приступают к нанесению второго слоя. Первый слой, как и последующие, закладывается с суммарной поверхностной плотностью стеклоармирующего материала (стеклоткани или стеклорогожи с поверхностной плотностью до 600г/м 2 ) до 1800 г/м 2 в соотношении смола/стекло — 60/40 (44/45). Общая толщина набора ламината матрицы определяется наложением второго слоя, а также ее габаритами, формой и конструкцией.

Начиная с третьего слоя стеклоткани или стеклорогожи на ламинат установить металлический каркас. Продольно-поперечный набор каркаса должен обеспечить дополнительную жесткость матрице, а также снимать все деформационные напряжения при ее использовании, транспортировке и других технологических операциях. Набор изготавливается отдельно от матрицы, например, из водостойкой фанеры толщиной 12÷16 мм или металлических труб квадратного сечения. Металлический каркас матрицы подогнать до плотного его прилегания в местах сочленения с наружным контуром матрицы.

Конструкция металлического каркаса закрепляется на матрице слоем стеклоткани или стеклорогожи на клее ВК — 9.

На практике широко применяется метод упрочнение формуемого изделия из стеклопластика введения в ламинат ребер жесткости. Момент введения зависит от формы, толщины и конечного назначения матрицы. Их необходимо размещать на матрице непосредственно перед нанесением последнего слоя армирующего материала. Элементы, образующие ребра жесткости, покрываются стеклотканью и тщательно пропитываются эпоксидной клеевой пастой. После чего, для придания обратной поверхности однородности, на всю поверхность формуемого изделия может наноситься заключительный слой стеклоткани.

После полной полимеризации облой ламината на стыках и обводах матрицы необходимо срезать и в ослабленных местах дополнительно выполнить дополнительную склейку клеем ВК – 9 вставок стеклоткани по плоскости матрицы и металлического каркаса. Предварительно места нанесения соединительного ламината покрывают праймером и уже после его полной полимеризации изготовляют соединительный ламинат, покрывающий всю конструкцию каркаса. Нахлест соединительного ламината на поверхность матрицы и металлического каркаса должен составлять до 100 мм в зависимости от габаритов и веса матрицы, а толщина ламината – 2÷7 мм при тех же условиях.

Металлический каркас склеивают с матрицей так, чтобы зазор был 5÷25 мм между наружным контуром матрицы и металлическим каркасом, с учетом габаритов, формы и веса матрицы.

Допускается склейка металлического каркаса с матрицей «в ноль», но только в матрицах, изготавливаемых для особых технологических процессов для изделий из стеклопластика, когда матрица проектируется и изготавливаются по особо оговоренным техническим требованиям.

После полной полимеризации эпоксидной клеевой пасты снять изготовленную матрицу с мастер – модели.

Проконтролировать внешним осмотром и с применением средств объективного контроля матрицу на предмет наличия дефектов и соответствия требованиям конструкторской документации, при этом особое внимание обратив на ее декоративный слой. Характерные дефекты приведены в разделе «Гелькоут» данной технологической инструкции

— глубокие дефекты (1-5 мм) выводят фильерами NORPOL FI-175 или -167;

— неглубокие дефекты (до 1 мм) – нанесением применяемого матричного гелькоутом;

— мелкие риски располировываются пастами NORPOL M-50 (грубая), R-10 (универсальная), R-40 (экстра тонкая).

Результатом является изготовление одной половина матрицы из стеклопластика для изготовления объемного изделия. Вторая матрицы для изготовления всего объемного изделия изготавливается, используя уже изготовленные матрицу и макет детали в следующем порядке:

— снять готовую половину матрицы с деревянной технологической оснастки;

Рис 10 – Половина матрицы без стапеля

— очистить плоскость разъема сборки изготовленной половины матрицы – макет

от остатков полимеризированного гелькоута и разделителя (рисунок 11а);

— рассматривая, полученную систему половина матрицы – макет, как новую мастер – модель для изготовления второй половины матрицы изготовить под нее технологическую опору. Закрепить неподвижно полученную систему в горизонтальном положении на технологической опоре (рисунок 11б).