Химия и химические технологии / 1. Пластмассы,

полимерные и синтетические ма­те­риалы, каучуки,

резинотехнические изделия, шины и их производство

 

К.т.н. Вахалин Ю.Н., к.т.н. Третьяков О.А.,

к.т.н. Александров А.Г., Назаренко Н.П.

Украинский государственный химико-технологический университет

Геометрическое моделирование

сложных поверхностей формующего инструмента

 

При конструировании формующего инструмента для беспрерывного выдавливания (экструзии) термопластичных материалов особое внимание уделяют плавной исходной зоне канала, в которой расплавленный термопластичный материал формуется в заданный профиль. От степени плавности перехода расплава к профилирующей зоне инструмента зависит производительность и качество экструзии. На входе к формующему инструменту сечение канала всегда круглое. Поэтому перед конструктором стоит задача конструирования внутренней поверхности канала, которая образует плавный переход от круглого сечения к сечению заданного профиля. При этом необходимо учитывать, что экструзивный инструмент изготовляют, как правило, индивидуально, т.е., все его поверхности обрабатывают на металлорежущих станках с последующей слесарной обработкой. Другими словами, переходные поверхности от круглого до заданного сечения должны состоять из плоскостей или поверхностей вращения (цилиндр, конус и др.).

Для прояснения общего подхода к решению этой задачи разработано несколько конкретных случаев. При этом будем применять негативный метод изображения внутренних поверхностей каналов, который состоит в замене изображений этих внутренних поверхностей изображениями внешних поверхностей тела, которое представляет собой снимок (негатив) данного канала (например, застывший в канале расплав, рис. 1).

 

Рис. 1. Негативный метод изображения сложных внутренних поверхностей каналов.

 

Рассмотрим процесс формирования плавного перехода от круглого сечения цилиндра экструдера к ш-образному сечению формующего канала (рис. 2) для изготовления полозка – детали, которая используется в производстве мебели (рис. 2, а). От прямоугольных контуров заданного ш-образного профиля строим параллелепипед с прямоугольными стенками. Вырезаем в нем два клиновидных углубления, которые отвечают выемкам профиля. Из противоположного конца как бы врежем в него конус, основание которого отвечает внутреннему диаметру цилиндра. Тело, которое образуется (рис. 2, б), является негативным слепком переходного канала, который нужен.

Рис. 2. Переходной канал от круглого до ш-образного сечения.

а) – деталь; б) – негативное изображение канала; в) – чертеж канала.

На рис. 2, в, приведены ортогональная проекция самого канала и сечения, которые показывают плавность изменения контуров канала.

На рис. 3 показанная последовательность образования переходных поверхностей от сечения цилиндра к фигурному профилю так называемой «раскладки» – отдельного изделия, которое используется вместе с облицовкой (рис. 3, а).

Рис. 3. Переходной канал от круглого сечения к профилю «раскладки».

а) – деталь; б) – негативное изображение элементов канала; в) – чертеж канала.

 

От стрелоподобного участка профиля, дополним его сначала до треугольника, строим трехгранную пирамиду, потом вырезаем двумя плоскостями с каждой стороны углубления для подхода к ребрам профиля. От сегментированной части профиля строим тело, все сечения которого, параллельны начальному сегменту и подобны ему; фактически это – часть конуса, отсеченная от него плоскостью, параллельной оси канала. Сегмент, отсеченный от большей основы, должен окончательно вписываться в сечение цилиндра машины. Два полученных отрицательных тела врежем в корпус, как и в предыдущем примере и получим, таким образом, слепок канала (рис. 3, б).

На рис. 3, в, показаны ортогональные проекции канала в разрезе и сечения, перпендикулярные направлению движения расплавленного полимера.

Острые пространственные углы, которые образуются при подходе сегментоподобной части сечения, необходимо закруглить. Это особенно важно при работе с термочувствительными материалами, так как устраняются участки возможного перегрева.

Если обобщить вышеизложенное, методику рационального геометрического моделирования переходных поверхностей профилирующих каналов можно свести к следующему:

а)       берем за основу нужный профиль формующего канала и строим геометрическое тело, перпендикулярные сечения которого, полностью или частично подобны этому профилю, но плавно возрастают как по плоскости, так и по периметру по направлению к входному отверстию;

б)      принимаем внутреннее сечение цилиндра формующей головки машины за основу конуса, строим его так, чтобы он целиком пересекался с поверхностями показанного выше тела.

Полученный, таким образом, негатив должен отвечать переходному каналу, который удовлетворяет следующим условиям: обеспечивает плавный переход от цилиндра машины к формующему каналу сложного фигурного профиля; оформление поверхности переходной части канала путем подбора наиболее легко образующих технологических поверхностей – плоскостей, поверхностей вращения, отсутствия «мертвых» зон и, по возможности, острых пространственных углов, где может произойти перегрев материала.

В переходной зоне, которая сконструирована по приведенной методике, плавный подвод полимерного материала к формующему каналу можно регулировать изменением длины того или другого участка переходной зоны.

 

Литература:

1. Каплун Я.Б., Ким В.С. Формующее оборудование экструдеров. М.: Машиностроение, 1969. – 158 с.