Плотность литьевого полиуретана: 1,1–1,25 г/см³ и расчёт массы ролика или пластины

Оба расчёта сделаны по одной формуле, меняется в них только плотность. Для монолитного литьевого полиуретана справочные значения собираются в узкую полосу, но на крупной детали разница краёв полосы превращается в килограммы, а на партии роликов в десятки килограммов. Та же плотность, измеренная на готовой отливке, показывает, нет ли внутри воздуха.

Плотность полиуретана задаёт система, а не твёрдость

Литьевой полиуретан получают из форполимера и отвердителя, и основа форполимера определяет плотность сильнее всего. Системы на сложных полиэфирах тяжелее: у пластины Vulkollan 82 Shore A паспорт указывает 1,25 г/см³, у отечественного СКУ-7Л продавцы приводят 1,24 г/см³ со ссылкой на техусловия. Системы на простых полиэфирах легче, у некоторых паспорт даёт около 1,03–1,1 г/см³.

Твёрдость внутри системы почти не сдвигает плотность. Мягкий и твёрдый полиуретан одной линейки отличаются соотношением компонентов и отвердителем, а не количеством тяжёлого наполнителя, как у резины. Поэтому в заявке «полиуретан 90 Shore A» для расчёта массы мало: нужно название системы или паспорт материала, а состав систем и их ограничения описывает литьевой полиуретан.

Массу слоя на ролике считают по кольцу

Ролик или колесо с полиуретановым покрытием состоит из металлического сердечника и слоя. Масса металла обычно в разы больше, но расход полиуретана и цену заливки определяет именно слой, поэтому его считают отдельно, как полый цилиндр.

Пример расчёта: сердечник Ø100 мм, наружный диаметр после обливки 150 мм, длина 100 мм. Объём слоя π/4 × (15² − 10²) × 10 = 982 см³. При плотности 1,10 г/см³ слой весит 1,08 кг, при 1,25 г/см³ 1,23 кг. На партию из 40 роликов это 43 или 49 кг готового полиуретана.

Припуск под шлифовку утяжеляет отливку на 15 %

Для заливки к массе слоя добавляют припуск на шлифовку наружного диаметра и литники. Если слой отливают с запасом 3 мм на сторону под шлифовку, объём отливки растёт до π/4 × (15,6² − 10²) × 10 = 1 126 см³, то есть на 15 %. По этому объёму считают расход системы и время заливки, а по объёму готового слоя массу ролика в отгрузке.

Обливку и перезаливку валов считают так же, по слою: обрезинивание и перезаливка валов начинается с замера сердечника и толщины нового покрытия.

Те же пять шагов текстом: объём детали считают по чертежу; плотность берут из паспорта системы; масса детали равна объёму на плотность; к отливке добавляют припуск на мехобработку и литники; готовую деталь взвешивают и сравнивают с расчётом.

Пластину считают по толщине с допуском

Полиуретановую пластину заказывают по толщине, а платят за неё часто по весу. Толщина литого листа имеет допуск, поэтому для сверки берут замер толщины по углам и в середине, а не цифру из заказа.

Пример: лист 1000 × 500 × 20 мм. Площадь 0,5 м², масса при 1,10 г/см³ равна 0,5 × 20 × 1,10 = 11,0 кг, при 1,25 г/см³ 12,5 кг. Если толщина листа отлита с плюсом 1 мм, лист тяжелее ещё на 5 %. Для раскроя скребков и футеровки из листа массу заготовки считают по листу, а массу деталей по их контуру: отход при раскрое полиуретановой пластины часто составляет четверть листа и больше.

Плотность отливки ниже паспорта означает воздух в детали

Самая полезная для цеха связь плотности и качества касается пузырей. Если компоненты плохо дегазированы или смесь захватила воздух при заливке, в отливке остаются поры. Снаружи деталь выглядит нормально, а её плотность ниже паспортной. Поры работают как надрезы: под нагрузкой и ударом полиуретан рвётся от них раньше срока.

Пороги приёмки отливки согласуют до заливки

Проверка простая: деталь или контрольный образец из той же заливки взвешивают на воздухе и в воде, плотность сравнивают с паспортом системы. Ориентир для приёмки, который согласуют с изготовителем заранее:

• зелёный: плотность ниже паспортной не больше чем на 1 %, на срезе образца пор не видно;
• жёлтый: отклонение 1–3 % или единичные поры на срезе, деталь допускают в неответственные узлы после согласования;
• красный: отклонение больше 3 % или раковины на поверхности и срезе, партию не ставят на ролики, колёса и ударные узлы.

Пороги условные и зависят от размера детали; для крупных роликов их записывают в КП вместе с системой и твёрдостью.

Микроячеистый полиуретан легче вдвое и считается отдельно

Для буферов, отбойников и пружинных элементов применяют микроячеистый полиуретан. Его поры закрытые, размером в десятые доли миллиметра, и занимают 50–70 % объёма детали. По технической брошюре BASF о материале Cellasto плотность таких деталей 0,35–0,65 г/см³, у полуфабрикатов от 0,27 г/см³.

Для расчёта массы это другой материал: формулы те же, но плотность берут только из паспорта конкретной детали, потому что одна и та же марка выпускается с разной плотностью под разную жёсткость. Монолитные буферы и демпферы из литьевого полиуретана считают по плотности 1,1–1,25 г/см³, и они в два-три раза тяжелее микроячеистых того же объёма.

Какая плотность у литьевого полиуретана?

Плотность монолитного литьевого полиуретана составляет 1,1–1,25 г/см³: системы на сложных полиэфирах ближе к 1,24–1,25, системы на простых полиэфирах ближе к 1,03–1,1. Твёрдость по Шору внутри одной системы меняет плотность мало. Микроячеистые полиуретаны для демпферов имеют кажущуюся плотность 0,35–0,65 г/см³. Для расчёта массы детали берут число из паспорта системы.

Как посчитать массу полиуретанового ролика?

Массу полиуретанового слоя на ролике считают как объём полого цилиндра, умноженный на плотность системы: π/4 × (D² − d²) × L × ρ. Для слоя Ø150 на сердечнике Ø100 длиной 100 мм это 982 см³ и 1,08–1,23 кг при плотности 1,1–1,25 г/см³. Массу металлического сердечника считают отдельно по стали, она обычно в несколько раз больше массы слоя.

Что указать в заявке для расчёта массы и материала

Если масса нужна для отгрузки или сверки, в заявке на изделия из полиуретана достаточно чертежа и количества: систему подберёт изготовитель, и её плотность попадёт в КП. Если деталь повторная и прошлая партия работала хорошо, укажите систему или артикул прошлого заказа, тогда плотность и масса совпадут с прошлой поставкой. Для роликов и колёс приложите размеры сердечника и нужную толщину слоя, а для литья полиуретана по образцу пришлите деталь или её фото на листе А4 с линейкой.