Во второй части мы расскажем о том, как и когда уменьшать свободную длину толкателей.
Дата: 28.08.2018
Плита хвостовика может расколоться из-за неравномерной нагрузки
Давайте начнем с основ и будем полагаться на них. Толкатели крепятся на плите хвостовика посредством сквозного отверстия в их корпусе и развальцованного отверстия в плите под головку толкателя. Типичный допуск на диаметр головки стандартного толкателя от +0,000 до -0,25 мм. Диаметр развальцованного отверстия в плите хвостовика для головки толкателя обычно на 0,8 мм больше номинального. Стандартный допуск на толщину головки от +0,00 до -0,051 мм. Глубина отверстия в плите хвостовика для головки толкателя чаще всего от +0,025 до +0,076 мм глубже номинальной. Большинство толкателей имеют диаметр 0,8 мм в месте, где стержень толкателя соединяется с головкой, поэтому допуски должны быть соблюдены. Наборы развальцованных отверстий под толкатели, хоть и вполне доступны у разных поставщиков пресс-форм, автоматически добавляют фаски, которые необходимо учитывать при расчете радиуса толкателя.
Допуски для диаметра толкателей могут отличаться в зависимости от размера, типа и производителя. Они могут быть как 0,000 мм, так и 0,025 мм. Имейте в виду, что это действительно тысячные. Большинство производителей оснастки делают сквозное отверстие для толкателя в плите хвостовика на 0,4 мм больше номинального. Это позволяет им использовать сверло стандартного размера – получающийся в результате «люфт» не превышает 0,2 мм с каждой стороны в случае, если сквозное отверстие в плите не совпадает со сквозным отверстием в знаке.
В плите хвостовика могут быть отверстия под толкатели, втулки толкателей, под оформляющие шпильки, направляющие втулки, возвратные шпильки, опорные колонны, кулачки, болты и прочие компоненты. Обычно эти плиты напоминают швейцарский сыр. В части 1 статьи “Оснастка: почему толкатели ломаются и как это предотвратить” затрагивалась проблема неравномерной нагрузки на систему выталкивания. Раскол плиты хвостовика – это лишь половина проблемы.
Свободная длина толкателя – это критическая величина и наиболее частая причина прогиба, деформации и раскола толкателя. Если вы когда-либо наблюдали за прыжками с шестом во время Олимпийских игр, то вы видели, как сильно сгибается шест, когда прыгун вставляет его в ящик для упора, чтобы перепрыгнуть через планку. Этот шест может быть более 4,8 м в длину. Если прыгун держит шест за среднюю часть, а не за край, как вы думаете, насколько изогнется шест? Очевидно, что гораздо меньше.
Однако материал, твердость, диаметр и даже длина шеста не изменились. Изменилась только свободная длина. Свободная длина равна расстоянию между двумя защемленными концами или двумя шарнирными концами. Эти условия применимы и к толкателям.
Леонард Эйлер, швейцарский математик и физик, разработал в середине 1700-х две формулы, которые производители оснастки до сих пор используют для расчета момента, когда толкатель деформируется или сломается. Первая формула довольно простая. Она называется коэффициент гибкости. Данный коэффициент равен свободной длине стержня, например, толкателя, поделенной на радиус инерции. Не пугайтесь, радиус инерции для толкателя – это просто ¼ его диаметра. Таким образом, формула получается следующая:
Коэффициент гибкости = свободная длина ÷ диаметр ÷ 4
Если значение коэффициента больше 100, вероятность того, что толкатель выйдет из строя из-за деформации, очень велика. Рассуждая в обратном направлении, я принял коэффициент гибкости равный 100 за L – максимальную свободную длину толкателей разного диаметра. В таблице 1 приведены результаты для толкателей разного диаметра.
Таблица 1. Диаметр толкателя vs. свободная длина (для отношения несвободной длины толкателя к радиусу инерции равному 100).
Например, из таблицы 2 видно, что толкатель диаметром 2 мм со свободной длиной 76 мм может вытолкнуть пластиковую деталь с помощью максимального усилия в 440 ньютонов. Если усилие будет больше, толкатель может деформироваться. И хотя в реальности усилие может быть в 4 раза меньше, надо быть осторожными. Если вы уменьшите свободную длину в 2 раза, минимальное усилие вырастет в 4 раза. Если вы уменьшите свободную длину этого толкателя всего на 12 мм, до 64 мм, максимальное усилие вырастет в 1,4 раза, до 632 ньютонов. В любом случае, вы наверно уже видите важность параметра свободная длина.Эйлер разработал и другую, более сложную формулу. Я не буду тратить ваше время, вдаваясь в ее подробности, лишь скажу, что эта формула позволяет рассчитать критическую силу, которую гибкий стержень, такой как толкатель, может выдержать, не теряя устойчивости. Формула очень полезна для понимания, что свободная длина толкателя напрямую связана с усилием, применяемым для выталкивания изделия.
Таблица 2. Критическая нагрузка на толкатели.
Обычно добавляется примерно 12 мм к общей высоте изделия, но на эту величину влияют скорость выталкивания, поднутрения, использование роботов и прочие условия.В случае, если вы подозреваете, что в пресс-форме слишком большая свободная длина, как ее уменьшить? Прежде всего, необходимо рассчитать требуемый ход толкателя для безопасного извлечения изделия. В случае с новой пресс-формой этот параметр зависит от конструкции пресс-формы, геометрии изделия, материала и других факторов.
Когда вы заказываете или проектируете крепежную плиту формы, вы определяете на какой высоте вы хотите сделать колонки. Этот размер определяет ход толкателей, толщину плиты толкателей и ограничителей. Вряд ли вы хотите сделать этот размер больше, чем рассчитывали, и уж наверняка вы не желаете сделать его меньше. Если вдруг окажется, что в конструкции пресс-формы не хватает минимальной высоты, необходимой для формирования достаточного усилия выталкивания, что часто бывает в случае с большими плоскими изделиями, то очень простой и относительно недорогой способ исправить это - добавить подкладки на тыльную сторону прижимной плиты, чтобы восполнить недостающую высоту. Добавление разделительной плиты вместо подкладок редко бывает лучшей альтернативой.
Представим, что после запуска пресс-формы в работу, появляется проблема деформации стержня толкателя. Если есть возможность уменьшить ход толкателя, то не добавляйте ограничители, сокращающие ход толкателя. Они не помогут уменьшить свободную длину толкателя. Лучше сократить высоту направляющих, а также длину всех толкателей и возвратных шпилек на равную величину. Ограничители хода толкателей хороши только в одном случае – если нет деформации, однако есть необходимость увеличить срок службы пресс-формы путем предотвращения использования увеличенного хода операторами. Если вы все же добавляете ограничители хода, устанавливайте их на одной линии с направляющими колонками.
Я подчёркиваю важность этого вопроса. Это, возможно, самая распространенная причина прогиба плиты толкателей. Я бы предпочел, чтобы ограничители изготавливались из нейлона или твердого уретана, поскольку они поглощают ударную силу от инерции или от неправильных настроек оборудования. Как показано в таблицах 1 и 2, чем меньше диаметр толкателя, тем короче должна быть свободная длина, чтобы избежать деформации. Каждый толкатель диаметром менее 2,8 мм должен быть ступенчатым или уступчатым для сокращения свободной длины. Уступы на толкателях 3,2 мм в диаметре и могут иметь длину от 13 до 102 мм. Уступ толкателя входит в опорную плиту, когда плита толкателей опирается на ограничители. Если 102-миллиметровый уступ все еще недостаточно длинный, чтобы достать до опорной плиты, вы можете либо сделать толкатели по индивидуальному размеру, либо использовать удлинители толкателей.
Странная вещь, несколько производителей комплектующих для пресс-форм предлагают удлинители для втулок толкателей, но ни один из тех, что я знаю, не предлагает удлинителя для самих толкателей. Возможно, однажды в будущем они поймут, что это вещь, которая иногда необходима. А пока мы вынуждены делать свои собственные удлинители, и они могут быть сделаны разными способами, как показано на рисунке 1.
Рис.1.
На рисунке 2 толкатель слева установлен на удлинитель, потому что длины уступа не хватает, чтобы достать до опорной плиты. Остальные толкатели на рисунке имеют вставные подшипники в нижней части опорной плиты, или в верхней части опорной плиты, или и в нижней, и в верхней части опорной плиты. Эти вставные подшипники - простой способ сократить свободную длину.
Рис.2.
Практически невозможно сломать стержень толкателя с помощью высокого давления впрыска.
Стрежень толкателя может быть сделан из разных видов металла – от бронзы до закаленной инструментальной стали – по вашему выбору. Для стержней толкателей используется тонкостенная буровая втулка, что я считаю оптимальным выбором.
Давайте ответим на вопрос: какой толкатель на рисунке 1 имеет высокие шансы сломаться из-за избыточной свободной длины?
Вспомнил практику создания боковых люфтов вокруг толкателя в опорной плите. Несмотря на то, что это выглядит рабочим способом нивелировать любое отклонение, существует исследование, показывающее, что это приводит к быстрому износу сквозного отверстия в знаке и уменьшает усилие, которое может выдержать толкатель, прежде чем деформируется. Если сквозное отверстие в опорной плите имеет большой зазор, то свободная длина увеличивается на глубину сквозного отверстия.
Например, опорная плита обычно имеет толщину от 13 до 16 мм. Толкатели маленького диаметра имеют головку толщиной 3 мм. Таким образом, свободная длина увеличивается на 10 – 13 мм. Эта величина является значительной, если диаметр толкателя до 3 мм. Если диаметр больше, то это играет не такую большую роль.
Пока вы придерживаетесь максимальной свободной длины, рассчитанной с помощью коэффициента гибкости 100, толкатель никогда не сломается из-за давления на поверхность шпильки.
