- 1 -

МОДЕЛИРАНЕ НА ДЕТАЙЛИ ЗА ШПРИЦФОРМИ“Mold design”

1. Особености в конструкцията на пластмасовите детайли

Особеностите в конструкцията на пластмасовите детайли се предопределятот особеностите на пластмасите като материали и методите за тяхното обра-ботване.

Пластмасите са едни от най-важните конструкционни материали в съвре-менната техника, получавани на базата на естествени или синтетични смоли(полимери), способни да се формоват в изделия със сложна конфигурация и следтова устойчиво да запазват получената форма.

Пластмасите се характеризират с малка плътност, добри диелектрични итермоизолационни показатели, устойчивост на атмосферни явления, агресивнисреди и резки изменения на температурата [1].

Съществени недостатъци на пластмасите се явяват:- ниска твърдост и ниски якостни характеристики, които обуславят недоста-

тъчната стабилност на формата под действие на външни натоварвания;- силно влияние на режима на формоване върху якостните характеристики. При детайлите със сложна форма се наблюдава силно разсейване на

якостните характеристики вследствие на нееднородна структура, породена отразличните условия на формообразуване и втвърдяване на материала в различниучастъци от детайла.

Детайлите от термореактивни пластмаси се получават най-често чрезпресоване в пресформи при висока гемпература. Изходният материал във вид натаблетки, гранули или прахове, подгрят до температура 130-180О, се поставя вматрицата. Пресова се при температура 200-220О, след което се охлажда и изваждаот пресформата чрез изхвъргачи.

Изделията от термопластични пластмаси се получават чрез леене под налягане(шприцване) или чрез екструдиране. При шприцването изходният материал,подгрят до температурата на разтопяване, се подава в подгрят цилиндър и спомощта на бутало се шприцва в метална форма. След охлаждане и втвърдяване,формата се отваря и изделието се изважда чрез изхвъргачи.

Екструдирането се използва за получаване на изделия с голяма дължина иразличен профил. Нагрятият до разтопяване материал се подава в цилиндъра нашнекова преса, откъдето се екстудира през дюза с необходимия профил. Следпреминаване през дюзата изделието се охлажда, втвърдява и отрязва на определенадължина.

Детайлите от пластмаса се подлагат на механична обработка само вопределени случаи. Качеството на повърхнините обикновено се осигурява приформообразуването.

При проектирането на изделия от пластмаса е необходимо да се спазватследните най-общи технологични съображения:

- 2 -

- конфигурацията на детайла да осигурява лесното му изваждане от формата.В тази връзка вътрешните и външните стени на детайла трябва да бъдат наклонениот 1О до 5-10О;

- да се избягва формирането на странични засечки в стените (отвори,вдлъбнатини, издатини, резби и др.), които усложняват конструкцията на изделиятаи формите за тях, и затрудняват изваждането;

- стените на детайла да са с приблизително еднакви дебелини, с което сеосигурява равномерност на запълването на формата и едновременно застиване, аот там еднаква структура и физико-механични качества в различните участъциот детайла. По възможност да се избягват мести удебеления, които могат дапредизвикат появата на шупли и всмукнатини. Преходите между стени с различнадебелина да са плавни;

- по възможност изделието да се конструира така, че отворите да се получаватчрез допиране на поансона и матрицата, да се избягва поставянето на отвори впосока, различна от посоката на отваряне на формата;

- конфигурацията на детайла да осигурява получаването на една разделителнаповърхнина, използването на няколко разделителни повърхнини усложнявазначително конструкцията на формата.

При проектирането на пластмасови изделия освен технологични факторитрябва да се отчитат и механичните характеристики на материала: гъвкавост,недостатъчна стабилност и ниска якост при термопластичните пластмаси икрехкост на термореактивните. Конструкцията на детайлите трябва да е такава,че по възможност да се избягва натоварване с огъващи моменти (например отзатягане на скрепителни елементи), да се предпочита натоварване на натиск.Увеличаване на якостта и стабилността да се постига чрез оребряване, а не чрезувеличаване на дебелините на стените, като се предпочитат вътрешните ребрапред външните. Ръбовете и ъглите на профилни детайли да се закръглят, коетоосигурява следните предимства:

- намаляване на вътрешните напрежения в изделието;- избягване на концентрация на напреженията при механично натоварени

изделия;- улеснява се изработването на формата;- намалява се хидравличното съпротивление и се улеснява запълването на

формата.

2. Монтажни и закрепващи елементи

В конструкцията на пластмасовите детайли се срещат характерни елементи,свързани с тяхната експлоатация, като колонки, фиксатори, отвори за фиксатории вентилационни отвори.

SolidWorks предоставя инструменти, които ускоряват създаването на такиваелементи. Те се намират в падащото меню Insert > Fastening Feature и лентата синструменти Fastening Feature.

- 3 -

2.1. Монтажни колонки

Монтажните колонки се използват зазакрепване или центроване на пластмасовитедетайли един към друг. Те могат да бъдатизпълнени с отвор или със щифт (фиг.1).

За създаване на монтажни колонки сеизползва командата Mounting Boss . Всекция Position (фиг.2) се задава разположе-нието на колонката. В полето Select a face or a3D-point се избира повърхнина (равниннаили неравнинна) за разполагане на колонката.В мястото на посочване на повърхнината

автоматично се създава точка в 3D-скица. Точнотопозициониране на колонката се извършва по един отследните начини:

- след създаване на колонката, 3D-скицата середактира като се оразмери положението на точката(скицата не е достъпна за редактиране по време насъздаването на колонката);

- предварително се създава 3D-скица с оразмеренаточка, която да бъде избрана в полето Select a face or a3D-point;

- ако колонката е концентрична на друга цилин-дрична повърхнина от модела, да се използва полетоSelect circular edge to position the mounting boss заизбор на кръгов ръб от модела. Оста на колонката серазполага в центъра на окръжността.

При избора на неравнинна повърхнина, допъл-нително се задава и направление на оста на колонката.Ако такова не е зададено, се приема нормалата къмповърхнината в точката на посочване.

В секция Boss се задават размерите на колонката -диаметър в основата, височина и ъгъл на наклона наобразуващата повърхнина. Височината може да се задавачрез числена стойност (бутон Enter boss height) или чрезизбор на равнина от модела, до която колонката дадостига (бутон Select mating face).

В секция Fins се задават параметрите на стабили-заторите. В полето Select a vector to define orientation ofthe pins се задава обект, определящ

Фиг.1. Монтажни колонки.

Фиг.2. Диалогов прозорец Mounting Boss.

- 4 -

ориентацията на един от стабилизаторите, останалите серазполагат автоматично около колонката. В следващитечетири полета се задават размерите на стабилизаторите,а в последното поле - броят на стабилизаторите.

В секция Mounting Hole/Pin (фиг.3) се избира видътна колонката (с щифт - бутон Pin или с отвор - бутонHole) и се задават размерите на щифта/отвора - диаметър,височина/дълбочина, наклон на образуващата повърх-нина. Диаметърът може да се задава чрез числена стой-ност (бутон Enter diameter) или чрез избор на ръб отсъществуваща цилиндрична или конична повърхнина(бутон Select mating edge).

2.2. Фиксатори

Фиксаторите се използват за съединяване напластмасови детайли (фиг.4). Тесе създават с командата SnapHook . В секция Snap HookSelections (фиг.5) се задават:

- разположение на фикса-тора (поле Select a position forthe location of the hook . Вмястото на посочване се създа-ва точка в 3D-скица, с коятовпоследствие се оразмеряваточното положение на

фиксатора;- направление на построяване на фиксатора по ви-

сочина (поле Define the vertical direction of the hook );- направлението на фиксация (поле Define the di-

rection of the hook );- повърхнина за подравняване на тялото на

фиксатора (поле Select a face to mate the body of the hook);

- височина на тялото на фиксатора - чрез численастойност (бутон Enter body height) или чрез посочванена повърхнина от модела (бутон Select mating face).

В секцията Snap Hook Data се задават размеритена фиксатора.

Точното разположение на фиксатора се дефинира

Фиг.3. Диалогов прозорецMounting Boss- продълже-ние.

Фиг.4. Фиксатор.

Фиг.5. Диалогов прозорец Snap Hook.

- 5 -

с ограничения и размери чрез редактиране на 3D-скицата след построяване нафиксатора (скицата не е достъпна за редактиране по време на създаването нафиксатора). 3D-скицата може да бъде построена предварително. Тогава присъздаване на фиксатора, точката в нея се избира за разполагането му.

2.3. Канали за фиксатори

При създаване на фиксатори и канали за тяхдетайлите се създават в един моделен файл от типа“Part” като отделни тела. Първо се моделират фикса-торите, а след това отворите за тях. След оформяне нателата, те се запазват като отделни детайли в само-стоятелни моделни файлове.

За моделиране на канал се използва командатаSnap Hook Groove . В секцията Feature and BodySelections (фиг.6) се избира фиксатор (поле Select a snaphook feature from the feature tree ) и тяло, в което ще

се създава каналът (поле Select a body ).Тъй като каналът се оформя с помощта на

фиксатора, следва да се зададат хлабините междуфиксатора и канала в различните направления, съгласнофиг.6.

2.4. Вентилационни отвори

Създаването на вентилационни отвори се базирана скица (фиг.7), построена преди извикването на командата и съдържаща:

Фиг.6. Диалогов прозорец Snap Groove.

Фиг.7. Построяване на вентилационни отвори.

- 6 -

- сегмент (затворен контур), който служи за външнаграница на отворите;

- линии за радиални ребра;- линии за концентрични ребра;- линии за оформяне на централната площадка.Командата за вентилационни отвори е Vent. В секция

Boundary (фиг.8) се избира сегментът за външна границана вентилационните отвори, а в секция Geometry Proper-ties се въвеждат:

- повърхнина (равнинна или неравнинна), върху коятоще се създават отворите;

- ъгъл на наклона на всички стени от вентилацион-ните отвори;

- радиус на закръгление, валиден за всички ръбовена отворите.

В секция Flow Area се дава информация за общата иотворената площ на отворите по време на моделирането.

В секция Ribs се задават параметрите на радиалнитеребра. Избират се съответните линии от скицата, задаватсе дебелина (поле D1) и широчина (поле D2) на ребрата.При необходимост може да се въведе и отместване наребрата по направление на дебелината на материала.

В секция Spars по подобен начин се дефиниратпараметрите на концентричните ребра, а в секция Fill-inBoundary - параметрите на централната площадка.

Ако ребрата се създават върху криволинейна повърх-нина, допълнително трябва да се зададе равнина, спрямокоято ще се отчита наклонът на повърхнините (NeutralPlane). Като такава може да се използва и равнината наскицата.

3. Технология на моделиране на детайли защприцформи

Технологията на моделиране на основните детайлиза щприцформи (поансони и матрици) обхваща решава-нето на следните задачи:

- анализ на наклоните в пластмасовия детайл с целпроверка на възможностите за изваждане на детайла отформата;

- увеличаване на размерите на пластмасовия детайлза компенсиране на свиването на пластмасата приохлаждане;

- построяване на разделителни линии - ръбове от

Фиг.8. Диалогов прозорец Vent.

- 7 -

модела, чрез които ще се построяват повърхнините, разделящи поансона отматрицата;

- определяне на повърхнините, формиращи отвори в пластмасовия детайл -това са областите на директен контакт между поансона и матрицата (Shut-off sur-faces);

- създаване на разделителни повърхнини между поансона и матрицата;-създаване на повърхнини за водене на поансона и матрицата при затваряне

на формата;- разделяне на екипировката на поансон и матрица;- проектиране на елементи, движещи се в посока, различна от посоката на

отваряне на формата (странични поансони).Командите за моделиране на детайли

за шприцформи се намират в падащотоменю Insert > Molds и лентата синструменти Mold Tools (фиг.9).

4. Анализ на наклоните

Целта на анализа е да се провери коректносттана наклоните в пластмасовия детайл с оглед нанеговото изваждане от шприцформата. При анализатрябва да се установят:

- повърхнините, които нямат наклон или накло-нът е некоректен;

- повърхнините или участъците от повърхнини,които нямат достатъчен наклон;

- повърхнините, които остават разположени отдвете страни на разделителната линия;

- измененията на наклона по протежение на всякаповърхнина.

Анализът на наклоните се извършва с командатаDraft Analysis (фиг.10) по зададени:

- посока на отваряне на шприцформата;- минимално допустим ъгъл на наклоните;- вид на анализа.Посочените показатели се задават в секция Analy-

sis Parameters. Направлението на отваряне се задавачрез избора на равнина, прав ръб или ос от модела надетайла, като посоката може алтернативно да сеобръща чрез бутона Reverse Direction. С алтернативатаFace classification се определя видът на анализа. Когатотази алтернатива е изключена, анализът обхваща

Фиг.9. Лента с инстументи Mold Tools.

Фиг.10. Диалогов прозорец Draft Analysis.

- 8 -

откриване на:- повърхнините, които имат положи-

телен наклон (Positive draft) спрямо посо-ката на отваряне на шприцформата, т.е.повърхнините, които ще могат да се изваж-дат откъм положителната посока на отва-ряне. За тези повърхнини ъгълът на наклонае по-голям от минимално допустимия(поз.1, фиг.11);

- повърхнините, с отрицателен наклон(Negative draft), т.е. тези, които ще могатда се изваждат откъм отрицателната посокана отваряне на формата. За тези повърх-нини ъгълът на наклона по абсолютнастойност е по-голям от минимално допус-тимия (поз.2);

- повърхнините с недостатъчен наклон(Requires draft, поз.3).

Когато алтернативата Face classification е активирана, допълнително сеоткриват повърхнините, които са разположени от двете страни на разделителнаталиния (Straddle faces), т.е. имат едновременно и положителен и отрицателен наклон(такива повърхнини изискват допълнително построяване на разделителната линия)и ако е активирана алтернативата Find steep faces - откриване на повърхнините снаклон, значително по-голям от от минимално допустимия както в положителна,така и в отрицателна посока (Positive steep faces и Negative steep faces).

След задаване на условията за анализ се натиска бутонът Calculate, при коетоповърхнините от отделните категории се оцветяват с различен цвят.

Секцията Color Settings дава възможност да се настройва използванатацветова гама и да се отстраняват от изображението определени категорииповърхнини (бутони Show/Hide , фиг.10).

При наличие на повърхнини с недостатъчен наклон следва да се предприематконструктивни изменения в пластмасовия детайл с оглед подобряване наизваждането му от шприцформата.

5. Мащабиране на пластмасовия детайл

За компенсиране на свиването на пластмасата при охлаждане е необходимода се увеличи обемът на пластмасовия детайл. За тази цел се използва командатаScale (фиг.12).

В полето Scale about се задава обект, спрямо който да се увеличи обемът надетайла:

- Centroid - спрямо центъра на тежестта на детайла;- Origin - спрямо началото на координатната система, в която е построен

1

2

3

Фиг.11. Анализ на повърхнините

- 9 -

моделът а детайла;- Coordinate system - спрямо дефинирана от

потребителя координатна система.Задават се мащабни множители по направление на

осите X, Y и Z. Ако е активирана алтернативата Uniformscaling, се използва общ мащабен множител по тритеоси.

Мащабирането се отнася до обема на детайла, койтоще се използва при формиране на поансона и матрицата.Стойностите на размерите на детайла остават непро-менени. Командата добавя елемент Scale1 в структуратана модела.

6. Разделителни линии

Разделителните линии минават през ръбове отмодела, които разграничават повърхнините на поансонаи матрицата. Те служат като вътрешен контур, от койточрез изтегляне се създават разделителните повърхнини.

Разделителните линии се построяват с командатаParting Line след като са проверени и коригиранинаклоните и моделът е мащабиран.

Сегменти от разделителна линия могат да бъдат:- ръбове от модела, разграничаващи повърх-

нините с положителен и отрицателен ъгъл на наклона,ако преди това е бил извършен анализ на наклоните скомандата Draft Analysis;

- линии, представляващи границата между учас-тъци с положителен и отрицателен наклон от повърх-нини, пресичащи разделителната линия;

- сегменти от предварително начертани скици;- отсечки, построени през две точки по време на

изпълнение на командата.Когато се създаде успешно първата разделителна

линия автоматично се създават в структурата на моделапапките Cavity Surface Bodies и Core Surface Bodies.

Разделителната линия може да се построи автома-тично. За тази цел в секция Mold Parameters (фиг.13)се избира посока на отваряне на формата и минималнодопустимият ъгъл на наклона на повърхнините, следкоето се натиска бутонът Draft Analysis.

В редица случаи разделителната линия се получава

Фиг.12. Диалогов прозорец Scale.

Фиг.13. Диалогов прозорец Parting Line.

- 10 -

сложна и не може да се построиавтоматично. Тогава в секция Part-ing Lines индивидуално се избиратръбове от модела или граници научастъци с различен наклон, коитода формират разделителната линия.

При необходимост, в секцияEntities To Split могат да се избиратсегменти от начертана предвари-телно скица или да се посочватточки от строящата се разделителналиния, които да се свържат сотсечки. Целта е построяване назатворена разделителна линия(фиг.14).

В един модел могат да се построят няколко разделителни линии, но една оттях е основна за разделянето на шприцформата на матрица и поансон. С активиранена алтернативата Use for Core/Cavity Split се определя коя да бъде основнатаразделителна линия.

Алтернативата Split faces се активира за разделянена участъци от повърхнините, пресичащи раздели-телната линия. Границата може да минава по преходамежду положителния и отрицателния ъгъл на наклона(бутон At +/- draft transition) или по линията, отгова-ряща на минималния ъгъл на наклона (бутон At speci-fied angle).

7. Отвори в пластмасовите детайли

При изработване на пластмасови изделия в многослучаи преминаващите отвори се получават чрездопиране на повърхнините на поансона и матрицата.

В процеса на проектиране на шприцформите съсSolidWorks в областта на преминаващите отвори трябвада се създадат т.н. затварящи повърхнини. За тази целсе използва командата Shut-off Surfaces (фиг.15).В нея се задават контурите, които ще формират областина директен контакт между поансона и матрицата. Затази цел могат да се използват:

- ръбове от модела, образуващи затворен контур;-предварително създадени разделителни линии.При извикване на командата, автоматично се

разпознават затворените контури, формиращи отвори

разделителна линия

Фиг.14. Построяване на разделителна линия.

Фиг.15. Диалогов прозорец Shut-off Surface.

- 11 -

(фиг.16). След това в секция Edges (фиг.15)могат да се изтриват или въвеждат новиръбове от модела, като в процеса на работамогат да се използват и бутоните Undo иRedo.

Ако е включена алтернативата Filterloops, автоматично се отстраняват контури,които не формират коректен отвор.

При включена алтернатива Showcallouts в модела се показват етикети,

обозначаващи контурите за затварящи повърхнини. При активирана алтернатива Knit, в папките Cavity Surface Bodies и Core

Surface Bodies се създава един и същ обект, описващ затварящите повърхнини,което осигурява съответствието им в поансона и матрицата. Ако тази алтернативае изключена, в двете папки се създават различни обекти за затварящитеповърхнини,което позволява тяхното индивидуално анализиране и коригиранеслед приключване на командата.

Допуска се само еднократно използване на инструмента Shut-off Surfaces ведин модел.

8. Разделителна повърхнина

Разделителната повърхнина се създава с коман-дата Parting Surface (фиг.17). Тя е пръстеновиднаповърхнина, която се изтегля от основната разде-лителна линия и се използва за разделяне на шприц-формата на поансон и матрица (фиг.18). При създаванена разделителни повърхнини автоматично се създавапапка Parting surface Bodies в структурата на модела.

В секция Mold Parameters (фиг.17) с радиобутонсе избира направлението на построяване на раздели-телната повърхнина:

- Tangent to surface - тангенциално на равнинатана разделителната линия;

- Normal to surface - перпендикулярно на равни-ната на разделителната линия;

- Perpendicular to pull - перпендикулярно нанаправлението на отваряне.

В секция Parting Line се избира разделителналиния, а в секция Parting surface се задават пара-метрите на разделителната повърхнина, като в поле Dis-tance се въвежда нейната широчина.

С бутона Reverse Direction се обръща посоката на

Фиг.16. Контури на затварящи повърхнини.

Фиг.17. Диалогов прозорец Parting Surface.

- 12 -

създаване на повърхнината -навън или навътре от разде-лителната линия.

В поле Angle , само заслучаите Tangent to surface иNormal to surface, се задаваъгъл спрямо перпендикуляракъм направлението на отва-ряне.

С бутоните Smoothing сеуправлява процесът наизглаждане между съседни

участъци на разделителната повърхнина. Подразбиращият се вариант е Sharp .

За варианта Smooth се задава разстояние на изглаждане.Алтернативата Knit all surfaces се активира за автоматично обединяване на

участъците от разделителната повърхнина (при сложниразделителни повърхнини).

9. Разделяне на шприцформата на поансон иматрица

Инструменталните блокове на поансона и мат-рицата се създават с командата Tooling Split . Следдизвикване на командата се избира равнина наскициране (най-често това е разделителната равнина),при което се преминава в режим на скициране.Скицират се контурите на инструменталните блоковекато скицата трябва да остава изцяло в рамките наразделителната равнина. След излизане от скици-рането се появява диалоговият прозорец Tooling Split(фиг.19).

В секция Block Size се задава височина на изтег-лянето в двете възможни направления. АлтернативатаInterlock surface се активира при необходимост отсъздаване на повърхнини за центроване на поансона иматрицата при затваряне на шприцформата.

Секциите Core, Cavity и Parting Surface автома-тично показват съдържанието на папките Core SurfaceBodies, Cavity Surface Bodies и Parting Surface Bodies.

След излизане от командата с OK се създаватинструменталните блокове като отделни тела. Вструктурата на модела се създава елемент Tooling Split,

Фиг.18. Разделителна повърхнина.

Фиг.19. Диалогов прозорец Tooling Split.

- 13 -

а в папката Solid Bodies - елементи за двете тела.С командата Insert > Features > Move/Copy или инструмента Move/Copy

Bodies от лентата Features инструменталните блокове могат да се преместват впространството за да се разглеждат.

След приключване на проектирането, поансонът и матрицата се записват вотделни моделни файлове.

10. Проектиране на елементи, движещи се в посока, различна отпосоката на отваряне

При формоване на изделия с външни или вътрешни засечки в стените,напречни отвори, външни резби и др. се налага да се конструират шприцформи

със странични поансони, които се движат понаправляващи напречно или под ъгъл спрямопосоката на отваряне (фиг.20).

Страничните поансони се създават следкато са отделени телата на основния поансони матрицата с командата Tooling Split.

Необходимостта от странични поан-сони се проверява с командата Undercut De-tection . Поставя се хоризонталната линияна елементния мениджър след елемента“разделителна линия” в структурата намодела и се извиква командата Undercut De-tection. В секция Analysis Parameters (фиг.21)се задава направлението на отваряне чрезизбор на равнина, прав ръб или разделителнаравнина и се натиска бутонът Calculate.Възможно е задаване на направлението чрезавтоматично разпознаване на основната

разделителна линия или чрез координати (при включена алтернатива Coordinateinput).

Областите, оцветени с червен цвят показват местата за странични поансони.Страничните поансони се създават с командата Core чрез изтегляне, катоо

отделни тела, които ще се изваждат от тялото на основния поансон или матрицата.Премества се хоризонталната линия на елементния мениджър в края наструктурата на модела, най-отдолу. Върху съответния основен елемент нашприцформата се построява скица за напречното сечение на страничния поансон,която се затваря и се извиква командата Core.

В секция Selections (фиг.22) се въвеждат:- скица за напречното сечение на поансона;- направление на изтегляне;- тяло, от което ще се изважда страничния поансон.

Фиг.20. Шприцформа със странични поансони.

- 14 -

В секция Parameters се дефинират параметрите за край на изтеглянето в дветевъзможни посоки.

Алтернативата Cap Ends се активира за построяване на затваряща стена припоансони, които остават изцяло в основния поансон или матрицата.

Фиг.21. Диалогов прозорец Undercut Detection.

Фиг.22. Диалогов прозорец Core.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Събев П., Б. Вангелов Шприцформи и пресформи. С., Техника, 1989.