Оснастка для изготовления и подготовки образцов полимеров при испытании на растяжение

Настоящая полезная модель относится к области приспособлений для испытаний и измерений образцов полимерных материалов, в частности эластомеров и наполненных реактопластов, а именно для испытания полимерных материалов на растяжение. Техническая задача решается за счет того, что оснастка представляет собой многоместную форму, составленную из элементов в виде набора плоских пластин из материала с незначительной и обратимой реформируемостью и чередующихся с ними фасонных листовых вставок со сквозными пазами необходимой конфигурации и размеров. Пластины и фасонные вставки собирают в единый пакет с помощью отверстий и шпилек.

Настоящая полезная модель относится к области приспособлений для испытаний и измерений образцов полимерных материалов, в частности эластомеров и наполненных реактопластов, а именно для испытания полимерных материалов на растяжение в соответствие с ГОСТ 22349-77, причем в виде образцов типа 2 и типа 6, описанных в ГОСТ 11262-76.

При изготовления образцов применяют стеклянные, стальные, фторопластовые формы, формы из силиконового каучука, стальные формы с силиконовым покрытием или покрытием фторопластом, целлофаном, полиэтилентерефталатом (ГОСТ 22349-77 стр.2-3). Образцы получают отливкой в формах без давления. При этом готовые образцы могут быть получены непосредственно из формы. Однако, нередко заготовки и образцы получают из предварительно отлитых пластин. Это представляется нерациональным, трудновыполнимым и малоэффективным. Качественное изготовление образцов типа 2 и типа 6 в необходимом количестве и ассортименте путем нарезки из различных предварительно отлитых в дополнительной оснастке пластин наиболее проблематично. Применяют формы, указанные в приложении к ГОСТ 22349-77 стр.5. ГОСТ 22349-77 в области описания форм для образцов принят в качестве прототипа. Применение подобных форм, имеющих дренажное отверстие, связано со следующими недостатками:

- Традиционное изготовление форм является дорогостоящим, технически трудно выполнимым, трудоемким, материалоемким и многооперационным процессом. Этим определяется и недостаточный объем изготовления образцов и низкая производительность.

- Качество лицевых и боковых поверхностей получаемых образцов зачастую неудовлетворительно.

- Необходимо внедрение оснастки, лишенной отмеченных недостатков.

Технической задачей заявляемой полезной модели является разработка многоместной, легко выполнимой, эффективной при получении образцов оснастки, применение которой позволило бы оперативно получать образцы надлежащего качества для испытаний.

Техническая задача решается за счет того, что оснастка представляет собой многоместную форму, составленную из элементов в виде набора гладких плоских пластин из материала с незначительной и обратимой деформируемостью и чередующихся с ними гладких фасонных листовых вставок со сквозными пазами необходимой конфигурации и размеров. Пазы вставок должны соответствовать требованиями к образцам по ГОСТ 22349-77 и ГОСТ 11262-76. Необходимая толщина гладких пластин и листовых вставок может быть задана различной в пределах одной и той же многоместной формы. Гладкая поверхность и плоскостность пластин и вставок предохраняет процесс получения образцов от подтекания материала через полости между соединенными элементами. Пластины и фасонные вставки собирают в единый пакет с помощью отверстий и шпилек в необходимом количестве. Фасонные вставки могут иметь 2, 3, 4 сквозных паза с каналами. И листы, и фасонные вставки могут быть выполнены из металлов (сталь, латунь, алюминий, алюминиевые сплавы), фторопласта, полиалкенов, полиамидов, поливинилхлорида. Материал выбирают, исходя из необходимой термостойкости, т.е. предполагаемых условий нагрева для отверждения образцов. Отверстия для сборки проводят таким образом, чтобы обеспечить легкую сборку элементов в пакет и разборку пакета на элементы. Сквозные пазы необходимой конфигурации выполняют путем механического фрезерования, электроэрозии или лазерной вырезки соответствующих пластин. Шпильки для соединения пластин и листовых фасонных вставок в пакет выполняют из металла. Обработку боковых и торцевых краев пазов фасонных вставок проводят с чистотой, необходимой для предотвращения подтекания материалов из собранного пакета. Каждая фасонная вставка имеет в верхней части узкие каналы диметром 1-2 мм для удаления (выдавливания) избытка отверждаемого материала при сборке формы и для выхода воздушных включений из объема отверждаемого материала.

Конструкция заявляемой оснастки для изготовления и подготовки образцов при испытаниях на растяжение поясняется из фиг.1 - фиг.3.

Фиг.1.1 Фасонная вставка. Элементы оснастки. Вид сверху.

1 - Фасонная вставка

2 - Отверстие фасонной вставки

3 - Пластина

4 - Отверстие пластины

5 - Соединительная шпилька

6 - Канал фасонной вставки

Фиг.1.2 Фасонная вставка. Элементы оснастки. Вид сбоку.

1 - Фасонная вставка

2 - Отверстие фасонной вставки

3 - Пластина

4 - Отверстие пластины

Фиг.2 Оснастка в сборе

1 - Фасонная вставка (Вид сбоку)

2 - Отверстие фасонной вставки

3 - Пластина

4 - Отверстие пластины

5 - Соединительная шпилька

6 - Канал фасонной вставки

7 - Крепежный элемент

Фиг.3 Заполнение элемента оснастки материалом

1 - Фасонная вставка

2 - Отверстие фасонной вставки

3 - Пластина

4 - Отверстие пластины

5 - Соединительная шпилька

6 - Канал фасонной вставки

7 - Крепежный элемент

8 - Заливаемый полимерный материал образца

Изготовление образцов с применением заявляемой оснастки проводят следующим образом:

- Поверхность всех элементов оснастки покрывают разделительным составом, как описано в ГОСТ 22349-77 стр.2.

- Устанавливают фасонную вставку 1 на пластину 3 и заполняют сквозные пазы фасонной вставки 1 материалом 8 с небольшим избытком. Избыток разравнивают, покрывают заполненную вставку следующей пластиной 3 и проводят заполнение следующей, расположенной выше фасонной вставки материалом.

- Добиваются совпадения соединительных отверстий 2, 4 и соединяют элементы 1, 3 по отверстиям шпильками 5.

- По отверстиям 2, 4 и шпилькам 5 устанавливают следующую фасонную вставку 1 и заполняют ее материалом по аналогии с первой вставкой.

- Закрывают следующей пластиной 3.

- Операцию завершают по окончании заполнения всех вставок, входящих в комплект оснастки.

Воздушные включения и избыток материала выходят по каналам 6 верхней части фасонных вставок. Канал должен иметь необходимое сечение в пределах 1-2 мм. Неоправданное увеличение сечения может привести к подтекам материала и к необходимости дополнения материала в процессе отверждения. Это создает технические проблемы при эксплуатации оснастки. Собранный пакет элементов оснастки подтягивают по всей высоте за счет крепежных элементов 7, расположенных на верхних и нижних резьбах шпилек. Возможно дополнительное нагружение всего пакета элементов, если исходная вязкость материала образцов достаточно велика. Например, это можно произвести посредством винтового или гидравлического пресса, а также допонительного нагружения всего пакета. После отверждения разбирают пакет, отделяют пластины от вставок и извлекают образцы из сквозных пазов фасонных вставок, применяя при необходимости поджатие вспомогательным винтовым механизмом. Зачищают элементы оснастки от застывших остатков материала и повторяют процесс изготовления образцов в предусмотренном режиме.

Примеры выполнения заявляемой оснастки

Пример 1

Оснастка представляет собой сочетание пяти фасонных вставок и шести пластин, выполненных из органического стекла толщиной 2 мм. Каждая фасонная вставка содержит 3 паза с геометрическими размерами, указанными в ГОСТ 22349-77. Соединительные шпильки с резьбами на концах, шайбы и гайки выполнены из стали 20.

Пример 2

Оснастка представляет собой сочетание шести фасонных вставок и семи пластин, выполненных из винипласта. При этом три вставки имеют толщину 2 мм, а три вставки - 3 мм, все пластины имеют толщину 3 мм. Каждая фасонная вставка содержит 3 паза с геометрическими размерами, указанными в ГОСТ 22349-77. Соединительные шпильки, шайбы и гайки выполнены из латуни.

Пример 3

Оснастка представляет собой сочетание четырех фасонных вставок и пяти пластин, выполненных из дюралюминия. При этом три вставки имеют толщину 1,5 мм, одна вставка - 2 мм, все пластины имеют толщину 3 мм. Каждая фасонная вставка содержит 2 паза с геометрическими размерами, указанными в ГОСТ 22349-77. Соединительные шпильки с резьбами на концах, шайбы и гайки выполнены из стали 20.

Пример 4

Оснастка представляет собой сочетание четырех фасонных вставок и пяти пластин, выполненных из стали 45. При этом три вставки имеют толщину 1 мм, две вставки - 1,5 мм, все пластины имеют толщину 2 мм. Каждая фасонная вставка содержит 4 паза с геометрическими размерами, указанными в ГОСТ 22349-77. Соединительные шпильки с резьбами на концах, шайбы и гайки выполнены из стали 20.

Предлагаемая оснастка для изготовления и подготовки образцов при испытаниях на растяжение проста в изготовлении. Количество набираемых в форму элементов и одновременно получаемых образцов при необходимости может быть достаточно большим. Размер и количество образцов можно варьировать в составе одной оснастки за счет количества фасонных листовых вставок и количество пазов в них. Может быть одновременно изготовлено несколько образцов необходимой конфигурации из различных материалов. При необходимости оснастка, выполненная из металла, может выдержать нагрев и давление необходимые при отверждении материала образцов. Устранены трудоемкие операции вырезки и вырубки образцов из заранее подготовленных пластин. Достигнуто повышение эффективности и скорости подготовки материалов к испытаниям без применения дорогостоящих и материалоемких процессов традиционной инструментальной обработки. Качество поверхности образцов гарантируется квалитетом поверхности применяемых пластин и заготовок для фасонных вставок.

Оснастка была изготовлена в опытном производстве ЗАО «КТС» и нашла применение при разработке и измерении свойств новых композиционных материалов.

Заявитель просит рассмотреть данную заявку на предмет выдачи патента на полезную модель.

1. Оснастка для изготовления образцов полимерных материалов при испытаниях на растяжение, представляющая из себя литиевые формы с гнездами необходимого размера и конфигурации, отличающаяся тем, что состоит из набора из нескольких гладких плоских пластин и чередующихся с ними фасонных листовых вставок со сквозными пазами и каналами в верхней части, собранных с пластинами в единый пакет посредством сквозных отверстий и шпилек с элементами крепления.

2. Оснастка для изготовления образцов полимерных материалов при испытаниях на растяжение по п.1, отличающаяся тем, что фасонные вставки имеют 2 сквозных паза с каналами.

3. Оснастка для изготовления образцов полимерных материалов при испытаниях на растяжение по п.1, отличающаяся тем, что фасонные вставки имеют 3 сквозных паза с каналами.

4. Оснастка для изготовления образцов полимерных материалов при испытаниях на растяжение по п.1, отличающаяся тем, что фасонные вставки имеют 4 сквозных паза с каналами.

5. Оснастка для изготовления образцов полимерных материалов при испытаниях на растяжение по п.1, отличающаяся тем, что листы и фасонные вставки выполнены из органического стекла.

6. Оснастка для изготовления образцов полимерных материалов при испытаниях на растяжение по п.1, отличающаяся тем, что листы и фасонные вставки выполнены из алюминиевых сплавов.

7. Оснастка для изготовления образцов полимерных материалов при испытаниях на растяжение по п.1, отличающаяся тем, что листы и фасонные вставки выполнены из стали.

8. Оснастка для изготовления образцов полимерных материалов при испытаниях на растяжение по п.1, отличающаяся тем, что листы и фасонные вставки выполнены из поливинилхлорида.

9. Оснастка для изготовления образцов полимерных материалов при испытаниях на растяжение по п.1, отличающаяся тем, что листы и фасонные вставки в одной оснастке могут различаться по толщине.