x
≡ каталог
на главную о компании контакты новости отправить запрос
rus / eng

Литье под давлением. Введение. Часть 2-я


Литье под давлением - это основная технология производства изделий из пластмасс. На данный момент, треть всех термопластичных материалов перерабатывается литьевым формованием и половина всего оборудования для переработки пластмасс это оборудование для литья. Литьевое формование идеально подходить для изготовления деталей сложной формы, требующих высокой точности размеров. Процесс корнями уходит в 1872 год, когда братья Хайт (Hyatt) запатентовали свою машину для заполнения форм целлюлозой. Однако сегодня литьевые машины главным образом связаны с литьевой машиной с возвратно-поступательным движением шнека, запатентованной в 1956 году. Современная литьевая машина и ее основные конструктивные элементы представлены на рис.1. Основными элементами литьевой машины являются: узел пластикации, запирающий механизм и форма. Классифицируют литьевые машины по следующему выражению:

Производитель Т/Р

где, Т - это усилие запирания формы в метрических тоннах, а Р определяется следующим выражением:


где, Vmax - это максимальный объем впрыска, см3; Pmax - максимальное давление впрыска, бар. Усилие запирания формы может быть порядка 1 метрической тонны для маленьких машин и порядка 11 тыс тонн для больших.



Рис.1. Схема литьевой машины.

Цикл литья под давлением§

Последовательность действий при литьевом формовании, как показано на рис.2, называется циклом литья под давлением. Цикл начинается когда форма смыкается и полимер впрыскивается в полость формы. Когда полость формы заполнена, поддерживают постоянным внешнее давление для компенсации усилий возникающих при сжатии материала. На следующем этапе шнек вращается и подает следующую порцию расплава в переднюю часть цилиндра. При этом шнек отходит назад, что означает, что готова следующая доза расплава для впрыска. Когда изделие достаточно остыло, форму открывают и изделие извлекается.



Рис. 2. Последовательность действий литья под давлением.



Рис. 3. Цикл литья под давлением.

На рис.3 показана последовательность действий при литье. Общее время цикла рассчитывается следующим образом:



где, время смыкания и охлаждения, tсмыкания и tохлаждения, могут длиться как доли секунды, так и несколько секунд, в зависимости от размера формы и машины. Время охлаждения зависит от максимальной толщины стенки изделия. Используя среднюю температуру изделия и изменение давление в форме, можно проследить процесс и оценить его с помощью pvT - диаграммы, как показано на рис. 4.



Рис. 4. Процесс литья под давлением на pvT- диаграмме.



Рис. 5. Два различных процесса литья под давлением на pvT- диаграмме.

Чтобы проследить за процессом на диаграмме, нужно перенести на нее температуру и давление в соответствующий момент. Диаграмма отражает 4 основных процесса: изотермический впрыск (0-1) с давлением, возрастающим до определенного значения (1-2); изобарный процесс охлаждения (2-3); изохорный процесс охлаждения после застывания литников с падением давления до атмосферного (3-4); и изобарное охлаждение до комнатной температуры (4-5). Точка, в которой начинается окончательное изобарное охлаждение (4), определяет полное сжатие материала. На положение этой точки влияют два основных параметра процесса: температура плавления и максимальное давление, как показано на рис.5. На этом рисунке процесс показанный на рис.4 сравнивается с другим процессом с более высоким противодавлением. Конечно существует великое множество комбинаций условий, при которых получаются качественные изделия, ограниченные лишь максимальными и минимальными температурами и давлениями. На рис.6 показана диаграмма с граничными условиями. Температура плавления ограничена наименьшей температурой, ниже которой наблюдается недолив или неполное заполнение формы, и температурой деструкции материала. Противодавление определяется минимальным давлением, ниже которого наблюдается чрезмерное сжатие, и давлением при котором наблюдается облой. Облой появляется когда сила давления материала в форме превышает давление смыкания формы, что приводит к вытеканию расплава по линии раскрытия формы. Противодавление определяет необходимое усилие смыкания для данной машины. Опытные технологи по переработке пластмасс могут определить необходимую для конкретных целей машину. Технологам с малым опытом бывает трудно подобрать соответствующее противодавлению усилие смыкания формы. Трудно проконтролировать и предсказать форму изделия и остаточное напряжение в нем при комнатной температуре. Например, раковины в готовом изделии возникают в результате сжатия материала во время охлаждения, а остаточное давление может привести к разрушению при определенных условиях. Деформации в конечном продукте обычно вызваны условиями переработки, которые ведут к асимметричному распределению остаточных напряжений по толщине изделия. Два фактора определяют образование остаточных напряжений: охлаждение и напряжение пластического течения. Наиболее важными являются остаточные напряжения, вызванные быстрым охлаждением.



Рис. 6. Диаграмма литья под давлением.

Литьевая машина§

Узел пластикации и впрыска. Узел пластикации и впрыска представлен на рис. 7. Основные задачи узла пластикации: расплавить полимер, накопить его в передней части шнека и впрыснуть расплав в полость формы. Основные элементы узла пластикации:
  • Бункер
  • Шнек
  • Ленточные нагреватели
  • Обратный клапан
  • Форсунка




Рис. 7. Схема узла пластикации.

Бункер, ленточные нагреватели и шнек аналогичны одношнековому пластикационному экструдеру, только шнек литьевой машины может перемещаться назад и вперед, чтобы обеспечить накопление расплава и его впрыск. Такие шнеки называют шнеками с возвратно-поступательным движением. В целях повышения качества, максимальный ход шнека не должен превышать 3D. Хотя наиболее часто применяемыми шнеками в литьевых машинах являются шнеки пластикации с тремя зонами, как на рис.8, для удаления влаги и газов и мономера обычно используют двухстадийные вентилируемые шнеки. Стандартный двухстадийный шнек показан на рис.9. Обратный клапан установлен в конце шнека и позволяет шнеку работать как плунжер во время впрыска, он также предотвращает вытекание материала обратно в шнековый канал. Обратный клапан и его функции изображены на рис.2 и 7. Качественный обратный клапан пропускает менее 5% расплава обратно в канал шнека во время впрыска и уплотнения. Форсунка в конце узла пластикации располагается напротив центрального литника. Форсунка может быть двух типов: открытого и закрытого. Форсунка открытого типа наиболее проста и требует минимального давления.



Рис. 8. Схема пластикационного шнека.



Рис. 9. Двухстадийный шнек с зоной дегазации.



Рис. 10. Узел смыкания с коленчато-рычажным механизмом.

Узел смыкания§

Узел смыкания предназначен для раскрытия формы и для смыкания формы, причем закрыть форму нужно сильно и аккуратно, чтобы избежать облоя во время заполнения формы и выдержки под давлением. Современные узлы смыкания бывают двух типов: механические и гидравлические. На рис.10 показан коленчато-рычажный механизм в раскрытом и закрытом положениях. Хотя реле по существу механическое устройство, оно приведено в действие гидравлическими цилиндрами. Коленчато-рычажный механизм лишь передает свою максимальную силу смыкания, когда система полностью вытянута. На рис.11 представлен гидравлический механизм смыкания формы в раскрытом и закрытом положениях.



Рис. 11. Гидравлический узел смыкания.

Преимуществом гидравлической системы является то, что максимальное усилие запирания может быть достигнуто в любом конечном положении, то есть можно использовать различные размеры форм без сложного дополнительного регулирования системы.

Полость формы§

Центральным элементом литьевой установки является литьевая форма. Форма распределяет расплав в полости, формирует изделие, охлаждает расплав и извлекает конечное изделие. На рис.12 изображена форма со следующими элементами:
  • Центральный литник и система литниковых каналов
  • Впускной литник
  • Формообразующая полость
  • Система охлаждения
  • Система выталкивателей


Во время заполнения формы, расплав течет через центральный литник и подается в полость матрицы разводящими каналами, как показано на рис.13



Рис. 12. Литьевая форма.



Рис. 13. Схема расположения литниковых каналов.

На рис.13 (а) показана симметричная система литниковых каналов: все полости заполняются одновременно и одинаково. Недостатком такой системы являются длинные литники, что приводит к повышенному расходу материала и давления. С другой стороны, асимметричная система литниковых каналов, как на рис.13(b), приводит к получению изделий различного качества. Равномерное заполнение форм может быть достигнуто изменением ширины разводящих каналов. Существует два типа систем литниковых каналов: холодная и горячая. Холодные литники удаляются из формы вместе с изделием и удаляются после перемещения формы. Преимуществом такой системы является низкая стоимость формы. В горяче-канальной системе материал поддерживается при его температуре плавления. Материал остается в каналах после впрыска и впрыскивается в форму в следующем цикле.



Рис. 14. Расположение горячеканальной системы литников.

Горчеканальная система бывает двух типов: с внутренним и внешним обогревом. У литников с внешним обогревом установлены нагревательные элементы вокруг разводящего литника, это обеспечивает постоянство температуры расплава. У каналов с внутренним обогревом нагревательный элемент установлен вдоль центра разводящего канала, при этом расплав полимера более горячий в центре и более холодный возле внешней поверхности канала. Хотя обогреваемая литниковая система значительно удорожает форму, преимуществом такой системы является исключение последующей обработки, а также более низкое необходимое давление литья. Различное расположение обогреваемых каналов показано на рис.14. Нужно отметить, что в системах с обогреваемыми каналами две линии разъема форм, и что раскрытие по второй линии осуществляется только во время ремонта и установки формы.



Рис. 15. Конический центральный литник и точечные впускные каналы.



Рис. 16. Щелевые, тоннельные, дисковые и зонтичные литники.

Когда литьем под давлением получают крупные изделия, центральный литник может служить впускным каналом, как показано на рис.15. После отливки центральный литник должен быть срезан, то есть требуется обработка. С другой стороны есть булавочные (15) или точечные впускные литники - это очень маленькие отверстия, которые соединяют разводящие литники с полостью формы. Изделие легко отделяется от такого литника, остается лишь небольшой след, который обычно не требует обработки. Другие типы впускных литников также представлены на рис.16: щелевые, используемые для предотвращения ориентации, туннельные литники, дисковые и зонтичные.



Если вас заинтересовала информация, предложенная в данной статье, вы можете:
Позвонить:

Еще из раздела Литье под давлением

    При литье под давлением расплав кристаллизующегося полимера охлаждается в результате теплопередачи к более холодным стенкам литьевой формы. В различных слоях по поперечному сечению детали эффективная скорость охлаждения расплава от температуры ...
    подробнее
      Литье с раздувом, рис.1 начинается с получения преформы литьем под давлением. Преформа имеет готовую бутылочную головку, толщина стенки варьируется по длине. Рис. 1. Литье с раздувом. Рис. 2. Раздув с предварительным растяжением заготовки. Перед ...
      подробнее
        Литье с газом представляет собой литье расплава под давлением в полость матрицы, сопровождаемое введением инертного газа (обычно азота) в центр расплава через форсунку, центральный литник, разводящих каналов или прямо в полость матрицы. Сжатый газ ...
        подробнее

        © 2018 Пластик Текнолоджиз
        ул. Бабушкина, 8А
        220024, г. Минск, Республика Беларусь

        Сайт работает на платформе Nestorclub.com