Способ изготовления профилированных изделий

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) (11) 315В В 29 F 5/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С>

Ж

@О

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3621233/23-05 (22) 07.06.83 (46) 23.08.84. Бюл. Р 31 (72) Б.Г. Варламов, И.Ф. Дуничев и А.К. Пугачев (53) 678.027.39(088.8) (56) 1. Патент США В 3483597, кл. 425-378, опублик. 1969.

2, Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3363602/05, кл. В 29 F 5/02, 1981 (прототип) . (54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОФИЛИРОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий подачу материалов в виде порошка политетрафторэтилена или его смеси с наполнителями в зону спекания экструдера, проталкивание порошка через зону спекания, сжатие потока материала на выходе из зоны спекания и охлаждение полученного изделия, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения ассортимента изготавливаемь|х изделий путем обеспечения формования профилей, имеющих продольные прорези, при сжатии потока материала продольные прорези оформляют в виде треугольных прорезей, охлаждают поток, материала до

150-300 С, затем калибруют заготовь ку по плоскостям, смежным с прорезями, и сближают их концы до образования продольных прорезей заданной ширины.

1 110931

Изготовление относится к изготовлению профилированных изделий из политетрафторэтилена (ПТФЭ, в СССРфторопласт-4) методом поршневой экструзии свободносыпучего пордшко— образного материала.

Такие изделия находят широкое применение для изготовления уплотнительных деталей в машиностроении, в частности для изготовления уплотнительных колец запорной арматуры трубопроводов, манжет и т.п..

Известен способ изготовления про.филированных изделий, включающий подачу порошка ПТФЭ или его смеси с на- 15 полнителями в камеру спекания поршневого экструдера, проталкивание поршнем порошка через камеру с нагреванием материала до 340-420ОС и последующее охлаждение экструдата на выходе из камеры спекания.

Указанным способом получают профилированные иэделия с массивными стенками и со сравнительно простой конфигурацией сечения. Получаемые из- ; делия находят применение в различ ных отраслях и отличаются высокой размерной точностью $1 J.

Недостатком данного способа является невозможность изготовления иэделий сложного профиля, имеющих тонкие части и поднутрения, с достаточной производительностью процесса и с высоким качеством изделий.

При изготовлении таких изделий в камере спекания экструдера созда35 ются большие давления экструзии, что нарушает целостность получаемого экструдата. Для снижения давления необходимо уменьшить длину каме40 ры спекания, однако при этом производительность процесса снижается в

3-8 раз.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае45 мому результату является способ изготовления профилированных изделий, включающий подачу материала в виде порошка политетрафторэтилена или

его смеси с наполнителями в зону спекания, экструдера, проталкивание порошка через зону спекания, сжатие потока материала на выходе из зоны опекания и охлаждение полученного изделия.

Согласно указанному способу в ка55 мере спекания формируют поток круглого или прямоугольного сечения, а при сжатии потока изменяют его про5 2 филь до необходимой сложной формы.

Этот прием позволяет избежать высокого давления, развивающегося обычно при получении изделий сложной формы.

Указанным способом можно изготавливать разнообразные профилированные изделия с достаточно высокой производительностью при хорошей формоустойчивости и размерной точности иэделий P2 g.

Недостатком известного способа является малый ассортимент изделий из-за невозможности изготовления изделий сложного профиля из ПТФЭ или его смеси с наполнителями в тех случаях, когда изделия должны иметь узкие продольные прорези, например прорези глубиной 10-25 мм и шириной

0,5-1,5 мм. При изготовлении таких изделий известным способом вдоль прорези концентрируются внутренние напряжения, приводящие к растрескиванию изделий или к искажению их формы, а в некоторых случаях и к нарушению целостности зкструдата.

Целью изобретения является расширение ассортимента изготавливаемых изделий путем обеспечения формования профилей, имеющих продольные прорези.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления профилированных изделий, включающему подачу материала в виде порошка политетрафторэтилена или его смеси с наполнителями в зону спекания экструдера, проталкивание порошка через зону спекания, сжатие потока материала на выходе из зоны спекания и охлаждение полученного изделия, при сжатии потока материала продольные прорези оформляют в виде треугольных прорезей, охлаждают поток материала до 150-300 С, затем калибруют заготовку по плоскостям, смежным с прорезями, и сближают их концы до образования продольных прорезей заданной ширины.

Предлагаемый способ осуществляют с использованием устройства (не показано), представляющего собой автоматический поршневой экструдер, снабженный прессом с системой дозировки порошка, установленной под прессом камерой спекания с каналом для пропускания порошка через зоны спекания камеры. Б нижней части канала спекания установлен профилирующий

11093 мундштук для сжатия материала и оформления сложной конфигурации профилированного изделия. Для осуществления предлагаемого способа устройство дополнительно снабжают калиб5 ратором, который устанавливают под мундштуком. Для регулирования температуры экструдата, поступающего в калибратор, изменяют температуру мундштука, удлиняя последний или 10 предусматривают зону предварительного охлаждения, находящуюся между мундштуком и калибратором.

Калибратор представляет собой фигурный насадок с каналом, соот-! ветствующим профилю изделия, с сужениями в тех частях, которые являются смежными с продольными прорезями.

Калибратор устанавливают соосно с мундштуком и жестко укрепляют, температуру калибратора регулируют автономно в пределах 150-300 С. При о температуре ниже 150 С в изделии могут возникать внутренние напряжения, а формоустойчивость его недостаточна, что проявляется в возврате формы экструдата до калибровки, что в ряде случаев нежелательно. При температуре выше 300 С искажается форма получаемых изделий в области продольных прорезей, что связано с релаксацией напряжений в материале,- после выхода из калибратора. ,В качестве сырья используются свободносыпучие порошки политетра35 фторэтилена или его смеси с наполнителями, в числе которых могут быть молотый кокс, дисульфид молибдена, графит и т.п.

Полученные изделия имеют продольные прорези и могут быть использованы для изготовления манжет, поршневых и уплотнительных колец, направляющих элементов узлов трения различных мезанизмов. Типичные примеры профилированных изделий с узкими продольными прорезями показаны на фиг. 1-3.

На фиг. 1 показан профиль иэделия для изготовления уплотнителей к задвижкам нефтепроводов большого диаметра; на фиг. 2 — профиль изделия для изготовления манжет к гидроцилиндрам, поршням-и вращающимся валам; на фиг. 3 — профиль изделия для изготовления комбинированных прокладок для крупногабаритнйх химических аппаратов; на фиг. 4-6 — профиль потока материала, который оформляет15 4 ся при сжатии потока с образованием прорезей треугольной формы (между стрелками).

Калибрование экструдата проводят по плоскостям, смежным с прорезями, и сближают их края по плоскостям, указанным стрелками на фиг. 4-6.

Пример 1. Изготавливают профилированное изделие из фторопласта — 4 с формой сечения, показанной на фиг. 1. В готовом изделии прорезь должна иметь глубину 10 мм при ширине 0,5 мм.

Используют автоматический поршневой экструдер с вибрационным дозатором, с камерой спекания длиной

1200 мм с четырьмя зонами спекания автономного регулирования температуры.

Канал камеры спекания имеет Т-образный профиль, на выходе из канала установлен мундштук с профилирующим каналом, профиль которого соответствует сечению получаемого иэделия с припусками по линейным размерам с учетом усадки фторопласта — 4 на

12Х. Для оформления продольной прорези в экструдате в мундштуке установлен рассекатель треугольной формы с высотой 11,2 мм и с шириной в основании 6 мм, причем рассекатель расположен симметрично относительно нижней части Т-образного канала мундштука.

Под мундштуком укреплен калибратор, канал которого воспроизводит сечение получаемого изделия с припуском на термическую усадку 2,4Х

Камеру спекания нагревают по зо-. нам и устанавливают температуру

370-380, 380 и 340 С по ходу экструзии.

В вибрационный питатель подают порошок фторопласта-4, подвегнутый предварительному спеканию при 380 С и размолу для улучшения сыпучести.

Перед подачей порошка в канал камеры спекания вводят пробку из фторопласта-4 и проталкивают ее однократным ходом поршня. Дозирование порошка регулируют продолжительностью работы вибратора в 1,5 с и скребками, установленными над входом в канал камеры спекания.

Скорость экструзии устанавливают равной 4,5 м/ч, давление экструзии составляет при этом 160 кг/см, число ходов поршня 61/мин.

1109315

После заполнения порошком канала камеры спекания и его сплавления поток материала поступает в мундштук, температуру которого на входе поддерживают равной 330>С, где поток сжимается по сечению на 107 и в нем оформляется продольная прорезь треугольной формы, и далее в калибратор, в котором экструдат с температурой 300 С сжимается по плоскостям, 10 смежным с прорезью, причем края треугольной прорези сближаются с образованием прямоугольной прорези шириной 0,5 мм. Время пребывания экструдата в калибраторе 2,5 мин. После вы- 11 хода из калибратора экструдат охлаждают окружающим воздухом до комнатной температуры.

Образцы экструдата испытывают о на формоустойчивость при 250 С в течение двух часов. Изменений . приданной формы не наблюдается. При изгибах образцов по разным плоскостям в экструдате не обнаруживают трещин или расолоений. Размерная точ- 2> ность по основным габаритным размерам и прорези не превышает -+ l,?7

Плотность образцов 2,16 г/см .

Разрешающее напряжение в направлении экструзии 250 кг/см, относительное удлинение при разрые 3007.

Пример 2. Изготавливают профилированное изделие как в примере 1, но вместо фторопласта-4 используют его смесь с 20 мас. . кокса литейного

3 ) марки КЛ-1 с размером частиц 50 мкм.

Полученный экструдат формоустойчив при 250 С, не растрескивается при изгибах. Размерная точность изделия +1,0%. Разрушающее напряжение гри растяжении 230 кг/см, относительное удлинение при разрыве 2507.

Пример 3. Изготавливают

r::ðîÀèëèðîâàííîå изделие с формой сечения, показанной на фиг. 2, в той 4,-, же последовательности операций как

z примере t и на таком же поршневом экструдере. Камеру спекания экструдера снабжают каналом прямоугольной формы с размерами 15х20 мм, мунд штук — с профилем изделия с припуском на усадку 11% и рассекателем . треугольной формы высотой 15 мм и шириной 5 мм. Калибратор выполняют с каналом, соответствующим профилю

55 изделия с припуском на термическую усадку 1,87. Температуру по .зонам камеры спекания устанавливают 360, 370, 370 и 350 С. Сжатие потока материала в мундштуке составляет 20%, время пребывания 1-2 мин, температура 290 С. Время пребывания материала в калибраторе 2 мин, температура 260 С.

Процесс ведут при скорости экструзии 3,6 м/ч при zràâëåíèè

180 кг/см .

Полученный экструдат формоустойчив при 200 С, не разрушается и не растрескивается при иэ гибах. Размерная точность 1,0,ширина прорези составляет О, 5+0, 02 мм.Разрушающее напряжение при растяжении вдоль направления экструзии 270 кг/см, относительное удлинение при разрыве образцов 2207.

Пример 4. Изготавливают профилированное. изделие как в примере 3, но вместо фторопласта — 4 используют его смесь с 27 алюмината кобальта в качестве антифрикционной добавки.

Полученное изделие формоустойчиво при ?00 С, не содержит трещин и не расслаивается при изгибах.

Размерная точность 1,07, ширина прорези 0,5а0,02 мм. Разрушающее напряжение при растяжении экструдата в направлении экструзии 240 кг/см, относительное удлинение при разрыве образцов 1907.

Пример 5. Изготавливают из— делие, профиль которого показан на фиг. 3, в той же последовательности операций как в примере 1 и на таком же поршневом экструдере. Камеру спекания снабжают каналом прямоугольной формы с размерами 35хб мм. Мундштук снабжают треугольным выступом . высотой 28 мм и шириной в основании

6 мм. Сечение канала мундштука воспроизводит профиль получаемого изделия по основным габаритным размерам с припуском на усадку 127. и на

307 меньше площади сечения канала камеры спекания. Калибратор устанавливают под мундштуком на расстоянии 5 мм от выхода, причем рофилирующая часть калибратора соответствует профилю получаемого изделия с припуском на термическую усадку фторопласта — 41,57.

Экструзию проводят при скорости

5,5 м/ч и давлении 210 кг/см . Время пребывания материала в мундштуке 1 2 мин, а в калибраторе 2,5 мин.

Температура по зонам камеры спекания 380, 390, 390 и 345 С, мундштука 310 С, калибратора 150 С.

1109315

Получают профилированное изделие из фторопласта — 4 с сечением как на фиг. 3 с продольной прорезью шириной 0,8-0,3 мм и глубиной 30 мм.

Экструдат формоустойчив при 150 С, 5 не содержит трещин и не расслаивается при изгибах. Размерная точность по габаритным плоскостям составляет

+1 OX. Разрушающее напряжение при . у О °

2 10 растяжении 280 кг/см, относительно удлинение при разрыве 200Х.

Пример 6 (контрольный). Изготавливают профилированное изделие как в примере 1, за исключением того, что температуру материала перед ка 15 либратором устанавливают равной

310 С.

Полученный экструдат имеет размерную точность+12,57, ширина прорези колеблется в пределах+10,35 мм, 20 а края прорези волнистые и имеют искажения формы.

Пример 7 (контрольный) . Изготавливают профилированное изделие как в примере 5 за исключением того, 25 что температуру материала перед калибратором устанавливают равной 140 С.

Полученный экструдат имеет размерную точность +1,8Х, изделие теряет о формоустойчивость при 150 С. 30

Пример 8 (контрольный по известному способу). Изготавливают профилированное иэделие из фторопласта-4 как в примере 1, но не используют калибратор, а в мундштуке устанавливают рассекатель прямоугольной формы, так что канал мундштука соответствует профилю получаемого изделия с припуском на усадку фторопласта-4.

Ширина рассекателя 0,6 мм, высо- 40 та 11 мм. В мундштуке поддерживают температуру 250 С и изменяют ее при необходимости поиска оптимального режима получения изделий.

После выхода экструдата из мундштука его охлаждают и подвергают визуальному осмотру. В образцах обнаруживают отдельные трещины, ориентированные в направлении экструзии, сформованная прорезь имеет искаженную форму при ширине 0,5-0,4 мм.

Изменяют температуру мундштука, последовательно устанавливая ее 300, 200 и 150 С.

Существенного улучшения качества экструдата не наблюдают.

Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ изготовления профилированных-иэделий позволяет получать из фторопласта-4 или его смеси с наполнителями изделия сложного профиля с узкими продольными прорезями при хорошем качестве и высокой размерной точности.

В настоящее время изделия сложного профиля и с узкими продольными прорезями изготавливают методом механической обработки пресс-заготовок, что сопряжено со значительным выходом дорогостоящего фторопласта- 4 и большими трудозатратами. Предлагаемый способ позволяет получать такие изделия прогрессивным методом поршневой экструзии и исключить образование отходов и существенно снизить трудоемкость их производства.

Экономический эффект от экономии ресурсов фторопласта-4 составит ". около 1,6 тыс. руб. на 1 т из расчета снижения выхода отходов на 20Х при оптовой цене на фторопласт-4

8 руб за кг. Эффект от снижения трудозатрат при изготовлении изделий составит около 1,5 тыс.руб на 1 т

«п9315

Составитель Л. Кольцова

Редактор В. Иванова Техред Л. Коцюбняк

Корректор О. Луговая

Заказ 5988/12 Тираж 640

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подлисное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород,. ул. Проектная, 4