Перейти на главную страницу
Литье под давлением применяют для переработки резиновых смесей в фасонные изделия, главным образом толстостенные (иногда с металлической арматурой). При этом вулканизация осуществляется в подогреваемой литьевой форме. При литье резиновых смесей можно применять литьевые машины, разработанные для переработки реактопластов. Однако лучшие результаты дает использование специальных машин, характеризующихся следующими параметрами: 1) длина червяка пластикатора не более 12-15 D (D – диаметр); 2) степень сжатия материала в инжекционном цилиндре не более 1,25-1,50; 3) давление впрыска 60-170 МПа; 4) удельное усилие смыкания литьевой формы 18-25 МПа; 5) температура формы до 220оС. Желательно также, чтобы литьевая машина имела зону декомпрессии для удаления летучих продуктов в процессе переработки.
При течении резиновой смеси через сопло литьевого устройства и литниковую систему формы давление теряется и в гнездах литьевой формы оно составляет, как правило, 50% от давления впрыска. Температура материала в момент окончания его подачи в форму на 10-30оС ниже температуры стенок формы. Материал соприкасается с горячими стенками формы, нагревается в ее замкнутой полости и его давление внутри гнезд формы возрастает, достигая 100 МПа. Обычно зазор по плоскости разъема формы составляет 0,01-0,02 мм и при таком давлении резиновой смеси невозможно избежать образования облоя. Прецизионные формы, обеспечивающие получение безоблойных изделий, дороже обычных в 5 раз.
При конструировании форм следует учитывать значительную усадку материала, которая обычно на 20-25% выше усадки резиновых смесей при прессовании. Диаметр литниковых каналов в форме должен быть минимальным (обычно 3-4 мм) для уменьшения потерь резиновой смеси, но достаточным для того, чтобы гнезда успели заполниться за время впрыска.
Резиновая смесь для литья должна обладать следующими свойствами: 1) небольшой склонностью к подвулканизации при повышенных температурах (время начала подвулканизации по Муни не менее 10 мин при 120оС); 2) способностью к быстрой вулканизации по окончании впрыска материала в литьевую форму; 3) способностью к резкому разогреванию вследствие внутреннего трения в материале и трения о стенки сопла; 4) легкостью истечения через сопло диаметром 3-4 мм при определенной вязкости.
Для литья резиновых изделий широкого ассортимента лучше всего подходят резиновые смеси с вязкостью по Муни 40-60 (при 100оС). Смеси с вязкостью выше 80-100 перерабатывать литьем нецелесообразно, т.к. в этом случае необходимо значительно увеличивать диаметр литниковых каналов, что приводит к повышению отходов производства. Смеси с вязкостью ниже 20-30 плохо прогреваются в инжекционном цилиндре и сопле литьевой машины.
Вязкость смесей можно уменьшить, понижая количество наполнителя в смеси (если это допустимо с точки зрения эксплуатационных требований, предъявляемых к полученному изделию) или вводя в смесь пластификатор. Даже небольшое количество последнего (5-10 мас.ч.) заметно улучшает литьевые свойства резиновых смесей. Хорошим пластификатором для резиновых смесей на основе большинства неполярных каучуков является низкомолекулярный полиэтилен. Кроме того, для смесей на основе бутадиен-нитрильных каучуков применяют стабилизированный поливинилхлорид, а для смесей на основе бутадиен-стирольных каучуков – полистирол. Вместе с тем введение в смесь пластификатора, как правило, ухудшает ее адгезионные свойства. Поэтому при изготовлении резинометаллических изделий лучше снижать вязкость смеси, повышая температуру в инжекционном цилиндре литьевой машины или скорость вращения червяка.
Подбор вулканизующих систем для резиновых смесей, перерабатываемых литьем, должен быть особенно тщательным, т.к. температура в инжекционном цилиндре машины достигает 120оС, что вызывает опасность подвулканизации. Рекомендуются ускорители вулканизации, обладающие замедленным действием в начальной стадии процесса и обеспечивающие высокую скорость вулканизации в литьевой форме. Хорошие результаты дают системы, содержащие сульфинамиды. Например, комбинация серы и тиурама. Такая система обеспечивает завершение вулканизации в литьевой форме за 50-70 с. В то же время резиновые смеси, содержащие только тиурам, склонны к подвулканизации при высоких температурах. Кроме того, в резиновые смеси можно ввести замедлители подвулканизации: органические кислоты, их ангидриды (например, фталевый), соли, имиды и др.
Наилучшей литьевой способностью обладают резиновые смеси на основе изопреновых каучуков. Далее, в порядке ухудшения литьевых свойств, следуют смеси на основе мягких типов хлоропреновых и бутадиен-нитрильных каучуков, бутадиен-стирольных, бутадиеновых, жестких типов хлоропреновых и бутадиен-нитрильных каучуков и фторкаучуков.
К основным преимуществам литья под давлением перед прессованием резиновых смесей относятся: возможность более равномерной вулканизации массивных изделий при высоких температурах (до 200оС), отсутствие стадии приготовления заготовки определенной конфигурации и массы (или объема), снижение отходов на 5-15%, большие однородность изделий по толщине, прочности при изгибе и растяжении, что объясняется более равномерным прогревом материала при переработке, возможность автоматизации процесса. Литье под давлением применяют при изготовлении резинотканевых изделий, а также тонких изделий с большими поверхностями (листов, лент).
Литьевую машину выбирают, учитывая следующие основные параметры: максимальный объем впрыска за цикл (VН), пластикационную производительность (Q), усилия, возникающие в форме в процессе формования изделия (Fф), рабочую поверхность плит и формы, наибольшее расстояние между плитами, высоту, массу и объем изделия, площадь проекции поверхности изделия с учетом литниковой системы (S) – площади отливки, давления литья Рл.
Обычно литьевую машину выбирают так, чтобы объем ее впрыска VН был равен (или немного больше) объему отливки (объем изделия вместе с литниками Vо=nVизд+ Vлит.). Изготовление изделий в одноместной форме более выгодно, чем в многоместной, по следующим причинам: больше стабильность и точность размеров, меньше отходов, изготовление одноместных форм дешевле.
Однако, если объем изделия не совпадает с номинальным объемом впрыска машины или высока потребность в данных изделиях, применяют многогнездные формы.
В зависимости от расположения инжекционного механизма литьевые машины делят на горизонтальные, вертикальные, угловые и комбинированные. В отдельную группу принято выделять роторные литьевые машины, машины для литья двух- и многоцветных изделий и некоторые другие специфические конструкции.
Машины для литья термопластов. Для переработки термопластов выпускаются машины с объемом одной отливки от 0,5 до 30000 см3. Наибольшее распространение нашли горизонтальные литьевые машины с объемом отливки 30-125 см2 (табл. 13). Литьевые машины предназначены для выпуска изделий самого различного объема (от 15-20 до 1000-2000 см3), обычно являются универсальными и пригодны для переработки различных термопластов в разнообразные изделия.
Для производства изделий с вставными деталями и арматурой более удобны вертикальные и угловые литьевые машины с вертикально расположенным механизмом смыкания формы. Угловые машины позволяют осуществлять инжекцию полимера как в плоскость разъема формы, так и в
Таблица 13
Основные технические характеристики литьевых машин
Характеристика |
Объем отливки, см3 | ||||||||
16 |
32 |
63 |
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 | |
Диаметр червяка, мм |
25 |
30 |
40 |
45 |
60 |
80 |
80 |
105 |
125 |
Частота вращения червяка, об/мин |
20-100 |
20-100 |
20-100 |
20-90 |
25-100 |
25-90 |
20-95 |
20-54 |
20;30;44 |
Инжекционное давление, МН/м2 (кгс/см2) |
120 (1200)
|
140 (1400)
|
140 (1400)
|
160 (1600)
|
160 (1600)
|
189 (1800)
|
180 (1800)
|
180 (1800)
|
180 (1800)
|
Расстояние между колоннами, см |
20 |
25 |
32х19 |
40х32 |
50х40 |
63х50 |
80х63 |
100х80 |
120х100 |
Высота (толщина), см |
до 16 |
до 22 |
14-25 |
17-31 |
24-37 |
28-50 |
34-62 |
44-77 |
44-80 |
Усилие запирания формы, кН(тс) |
180(18) |
320(32) |
560(56) |
1000 (100)
|
1800 (180)
|
3200 (320)
|
6300 (630)
|
12500 1250)
|
12500 (1250)
|
Мощность, кВт обогрева
электродвигателей |
3 4 |
3 4 |
6 10 |
6 18 |
7 24 |
13,2
40 |
13,2
40 |
38,4
57 и 30 |
60 57 и 30 |
Габаритные размеры, м |
2х0,7х х1,4
|
2,5х0,7х х1,5
|
3,2х0,8х х1,6
|
4,5х1х х2
|
4,5х1х х2
|
5,6х1,4х х2
|
6,3х3,3х х2,8
|
8,1х3,3хх2,9 |
8,9х3,3х х2,9
|
Масса машины, т |
1,2 |
2 |
2,5 |
4,9 |
7 |
10,8 |
20 |
37 |
38 |
перпендикулярном направлении. Это значительно расширяет возможности выпуска изделий с арматурой и сложной конфигурации.
Основными узлами литьевых машин, от конструкции которых зависит выбор перерабатываемого материала и объема формуемого изделия, являются инжекционный механизм и механизм замыкания (размыкания) формы.
В поршневых литьевых машинах пластикацию осуществляют в инжекционном цилиндре главным образом за счет тепла внешних нагревателей. Более совершенна конструкция червячного инжекционного механизма, в котором полимер нагревается также в результате деформации сдвига, возникающей при вращении червяка.
Для предотвращения обратного течения пластицированного полимера по винтовым каналам червяка во время впрыска на головке червяка устанавливают обратный клапан или головку.
Применение червячной системы пластикации позволяет снизить мощность электрообогрева литьевых машин и исключает местные перегревы и глубокую деструкцию полимера. Червячные литьевые машины, в отличие от поршневых, обычно не имеют торпед, так как равномерный прогрев материала достигается и без них. Замена поршневого инжекционного механизма червячным значительно повышает возможную мощность машины и улучшает качество изделий. Кроме того, более тщательная пластикация полимера по всему объему дает возможность уменьшить усилие впрыска и, соответственно, снизить усилие замыкания формы.
В мощных литьевых машинах требуется прогреть значительные количества полимера, чего практически нельзя добиться в поршневом инжекционном цилиндре. Поэтому часто поршневые литьевые машины (иногда и червячные) снабжают дополнительным устройством (предпластикатором), обеспечивающим предварительный нагрев материала до температуры на 30-50оС ниже температуры литья. Предпластикатор представляет собой горизонтальную или наклонную цилиндрическую камеру с обогреваемыми стенками. Из этой камеры полимер в пластицированном состоянии поршнем или червяком подается в инжекционный цилиндр.
Конструкция сопла литьевых машин определяется свойством расплава перерабатываемого материала. Для большинства термопластов, например полиолефинов или полистирола, применяют сопло со скользящим клапаном (рис. 41,а). При упоре сферической поверхности сопла 1 в литниковую втулку 5 формы сжимается пружина 7 и канал сопла соединяется с инжекционным цилиндром. После отвода сопла от формы скользящий клапан 2 под давлением расплава перемещается влево и перекрывает доступ материалу из инжекционного цилиндра в выходной канал сопла.
Некоторые полимеры, например полиамиды, обладают настолько низкой вязкостью расплава, что могут самопроизвольно вытекать из сопла со скользящим клапаном. Для литья таких полимеров применяют сопло с игольчатым клапаном (рис. 41,б), который открывается только в том случае, когда давление расплава полимера в полости сопла достигает заданной величины. При этом пружина 7 сжимается, и запорная игла 2 отходит от канала.
Рис.41. Конструкции сопел литьевых машин:
а - сопло со скользящим клапаном (1 – наконечник сопла; 2 – скользящий клапан;
3 – втулка; 4 – инжекционный цилиндр; 5 – литьевая форма; 6 – канал; 7 – пружина;
б - сопло с игольчатым клапаном (1- наконечник сопла; 2 - запорная игла;
3 – выточки; 4 – втулка; 5 – литьевая форма; 6 – инжекционный цилиндр; 7 – пружина; 8 – канал; 9 – отверстие; в - открытое сопло с конической головкой
(1 – инжекционный цилиндр; 2 – наконечник сопла; 3 – литьевая форма;
4 – коническая головка червяка)
Для замыкания (т.е. смыкания и запирания) и размыкания формы применяют в основном гидромеханические рычажные или гидравлические ступенчатые механизмы. В первом случае (рис. 42) перемещение плиты 5 с одной полуформой 6 осуществляется под действием гидравлического цилиндра 8 и поршня, шток 7 которого соединен с осью рычагов 2, 3. Для регулировки длины рычагов в зависимости от толщины устанавливаемой формы предназначено винтовое устройство 4.
В том случае, если форма смыкается и запирается только под действием гидравлического цилиндра 8 и передаточных рычагов 2, 3, очень трудно точно установить длину регулируемого рычага, которая обеспечила бы заданное усилие запирания формы. Поэтому коленно-рычажные механизмы во многих случаях применяются только для смыкания и размыкания формы.
Для запирания формы под заданным усилием обычно применяют гидравлический цилиндр 1. Коленно-рычажные механизмы с гидравлическим или электромеханическим приводом устанавливают на машинах небольшой мощности. На мощных литьевых машинах применяют ступенчатые механизмы замыкания формы с использованием промежуточной плиты и раздельных гидравлических цилиндров для смыкания, запирания и размыкания форм. Под действием гидравлических цилиндров для смыкания и размыкания форм передаются относительно небольшие усилия, в то время как запирание формы требует значительных усилий, превышающих давление впрыска. Вместе с тем ступенчатый механизм обеспечивает ускоренное замыкание и размыкание формы за счет различных конструктивных решений.
Р о т о р н ы е м а ш и н ы, на которых первоначально изготовляли толстостенные изделия, применяют теперь также для литья тонкостенных изделий массового производства, так как в этом случае наиболее полно используется высокая пластицирующая способность червячных инжекционных механизмов. Принцип работы роторной литьевой машины (рис. 43) заключается в следующем. Загруженный в бункер 1 материал непрерывно пластицируется и нагревается вращающимся червяком 2 в инжекционный цилиндр 4. Под давлением нагнетаемого материала поршень 5 перемещается вправо. На роторе 12 установлены шесть, восемь или десять матриц (полуформ) 13.
![]() Рис.42. Гидромеханический механизм замыкания формы литьевой машины: 1 – гидравлический цилиндр; 2, 3 - рычаги; 4 – винтовое устройство; 5 – подвижная плита; 6 – полуформа; 7 – шток; 8 – гидравлический цилиндр |
![]() Рис.43. Литьевая машина роторного типа: 1 – бункер; 2 – червяк; 3 – гидравлический цилиндр; 4 – инжекционный цилиндр; 5 – поршень; 6 – кран; 7 – плунжер; 8 – формодержатель; 9 – плунжер; 10 – гидравлический цилиндр; 11 – гидравлический цилиндр; 12 – ротор; 13 – матрица; I-VI – позиция литьевой формы
|
При размыкании (отведении полуформ друг от друга) и смыкании (подведении полуформ друг к другу) формодержатели 8 перемещаются плунжерами 7 гидравлического цилиндра 11. Когда предварительно сомкнутая форма устанавливается в позицию 1, она окончательно смыкается и запирается гидравлическим цилиндром 10 через плунжер 9 и формодержатель 8. Кран 6 открывает сопло инжекционного цилиндра, и под действием гидравлического цилиндра 3 поршень 5 впрыскивает расплав в форму. После инжекции плунжер 9 отходит влево и форма перемещается в позицию 11, удерживаясь в закрытом состоянии только усилием, создаваемым гидравлическим цилиндром 11. Изделия охлаждаются, когда форма находится в позициях II-V. На участке между позициями V и VI форма открывается и готовые изделия выталкиваются.
Более мощные роторные литьевые машины оснащены горизонтальным ротором. Установленные на роторе формы иногда обслуживаются не одним, а двумя инжекционными механизмами, что позволяет изготовлять двухцветные изделия, а также изделия различной конфигурации и объема.
Д л я л и т ь я д в у х ц в е т н ы х и з д е л и й из термопластов, помимо роторных машин, применяют червячные и поршневые машины двух типов. На литьевых машинах первого типа (рис.44,а) возможно частичное или значительное смешение материалов различного цвета, поскольку эти материалы одновременно или последовательно впрыскиваются в одну форму.
а - машины упрощенного типа (1, 4 – материалы различных цветов; 2 – инжекционные цилиндры; 3 – литьевая форма); б - машина усовершенствованного типа
(1,2 – инжекционные цилиндры; 3 – полуформы; 4 – поворотная плита; 5 – подвижная плита; 6 – поворотное гидромеханическое устройство; 7 – плунжер перемещения
подвижной плиты)
Д л я л и т ь я р е а к т о п л а с т о в применяют червячные машины – горизонтальные, угловые и роторные. Конструкции этих машин должны обеспечивать точный контроль температуры инжекционного цилиндра, сопла и литьевой формы. Степень сжатия материала не должна превышать 0,8-1,0, так как при большем сжатии резко увеличивается тепловыделение, которое может вызвать преждевременное отверждение термореактивного материала.
Вращение червяка осуществляется через гидропередачу, обеспечивающую бесступенчатое регулирование частоты вращения. Червяк имеет канал для охлаждения водой. Литьевая машина снабжена термостатом, обеспечивающим двухзонный обогрев инжекционного цилиндра горячей водой. Температура обогрева обеих зон контролируется автоматически. Головка и сопло инжекционного цилиндра имеют электрический обогрев. Полуформы также оснащены автономными системами электрического обогрева и автоматического контроля температуры (температура формы обычно составляет 160-180оС). Литьевые машины для переработки реактопластов обеспечивают формование изделий объемом от 1-2 см3 до 2000 см3.
Наиболее широко распространенным является способ формования изделий при впрыскивании расплава в замкнутую форму поршнем или червяком, движущимся поступательно (рис. 45).
В машинах поршневого (плунжерного) типа (рис. 45, а) возникают значительные потери давления между поршнем и литниковой системой; скорость впрыска на этих машинах определяется степенью прогрева материала, находящегося перед поршнем.
Рис. 45. Схемы литья под давлением реактопластов с плунжерной (а) и червячной (б) пластикацией: 1 - цилиндр; 2 - поршень; 3 - литьевая форма;4 – червяк
Рис. 46. Способы формования изделий из реактопластов с обычным
центральным литником (а), без отверждения в центральном литниковом канале -
с применением втулки (б) и удлиненного сопла (в):
1- литьевая форма; 2 - изделие; 3 - центральный литник;
4 - инжекционный цилиндр; 5 - втулка; 6 - удлиненное сопло
В литьевых машинах с червячной пластикацией (при впрыске в предсопловой зоне перед червяком материал находится в вязкотекучем состоянии (см. рис. 45,6) создаются благоприятные условия для широкого регулирования скорости заполнения формы и режима приложения давления на формуемый материал, а это обеспечивает лучшее качество изделий, более полное использование мощности машины, меньшие отходы материала. Поэтому такая технология переработки получила преимущественное развитие. Обычная схема литья с центральным литником показана на рис. 46, а.
Дальнейшее совершенствование процесса привело к разработке способа формования деталей в литьевых формах через так называемые хо-лодноканальные литниковые системы, когда в каналах поддерживается температура, обеспечивающая текучесть расплава и в то же время исключающая его отверждение.
Этот способ получил название холодноканального формования. Существует несколько его вариантов: без отверждения материала в центральном литниковом канале, без отверждения в разводящих (распределительных) литниковых каналах.
Холодноканальное формование по первому варианту может производиться с применением втулки (рис. 46, б) или удлиненного сопла (рис.46,в). Втулка и сопло инжекционной части имеют удлиненную конструкцию и доходят почти до плоскости разъема формы, сводя до минимума длину литника. Для охлаждения сопла по всей длине имеется рубашка, куда от термостата через специальные каналы подается охлаждающая жидкость. Сама рубашка изолирована от стенок формы воздушным зазором. Термостатирование канала сохраняет материал в вязкотекучем состоянии и дает возможность использовать его при следующем цикле литья. Формование с применением втулки по сравнению с удлиненным соплом имеет следующие преимущества: не требуется замены сопла, что дает возможность использовать существующие литьевые машины; в случае неисправности или вынужденного перерыва в работе отверждение массы в цилиндре можно предотвратить путем отвода инжекционного узла назад. При отверждении массы в канале втулки отвержденный остаток легко удаляется; независимое регулирование температуры во втулке обеспечивает высокую стабильность процесса.
Для этого способа большое значение имеют конусность и размеры центрального литникового канала. Использование холодного центрального литника дает возможность увеличить диаметр канала. Увеличение диаметра центрального литника уменьшает потери давления и тепловыделение от трения, уменьшается износ литниковой втулки. Чаще всего применяют обратный конус канала для холодного литника, при обычной конусности увеличивается продолжительность цикла для обеспечения необходимой степени отверждения материала на стыке литника с изделием.
Более сложным является способ холодноканального формования реактопластов без отверждения в распределительных литниковых каналах (в системах с теплым коллектором). Этот вариант соответствует горячека-нальному литью термопластов и позволяет полностью исключить потери материала в виде центральных и распределительных литников. Сущность способа заключается в следующем: создается теплоизоляция между формующей полостью формы и системой распределительных каналов; благодаря регулированию температуры расплава в литниковых каналах исключается возможность отверждения материала в них в течение всего цикла формования; оставшаяся в распределительных каналах масса при каждом последующем цикле литья вспрыскивается в формующую полость.
Форма для литья с холодными литниками дороже, чем обычная, дополнительные затраты требуются на приборы и устройства для контроля температуры литников, сопел, на систему циркуляции воды.
Наибольший экономический эффект при литье с холодными литниками получается на многогнездных формах для изготовления мелких изделий.
При изготовлении крупных деталей с большими поверхностями и тонкими стенками требуется, как правило, высокое давление для обеспечения большой длины течения и для уплотнения расплава в форме. При формовании таких деталей возникает опасность раскрытия формы, если усилие формования превышает усилие запирания формы. Эти трудности удается преодолеть, применяя особый способ литья под давлением - так называемое инжекционное прессование. Сущность этого способа заключается в том, что формование детали осуществляется не только за счет усилия инжекционного узла реактопластавтомата, но и усилия замыкания формы, т.е. прессового узла. Обычно назначение последнего сводится к запиранию, замыканию формы. При инжекционном прессовании усилие и перемещение механизма запирания используют для формования материала и поддержания давления при его отверждении. Пуансон (рис. 47) входит в матрицу, образуя плоскость сдвига, благодаря чему пуансон может применяться как поршень для передачи давления на материал. Замыкание формы осуществляется при небольшом усилии. Затем точно дозируемое количество материала подается в форму (рис. 47, а), причем толщина полости формы при впрыске значительно больше, чем конечная толщина стенки детали. После заполнения формы (или через небольшой промежуток времени) давление в прессовой части повышается и через пуансон формы на материал передается усилие, необходимое для окончательного формования изделия (рис. 47,б).
Рис. 47. Схема инжекционного прессования реактопластов:
а - впрыск расплава; б - прессование; 1 - пуансон (подвижная часть);
2 - матрица; 3 - изделие; 4 - литниковая втулка; 5 - сопло
При инжекционном прессовании крайне важно, чтобы количество впрыскиваемого пластифицированного материала возможно точнее соответствовало объему формуемых изделий.
Базовые модели литьевых машин для переработки реактопластов и резиновых смесей одинаковы. На машинах для литья резиновых смесей вместо бункера устанавливают бобину с намотанным жгутом из предварительно провальцованной или стрейнированной резиновой смеси. Поскольку пластицированные резиновые смеси обладают высокой вязкостью, литьевые машины для их переработки отличаются повышенными инжекционным давлением (до 170-200 МПа) и мощностью двигателя для вращения червяка. Кроме того, для повышения усилий сдвига применяют червяки с переменной глубиной винтового канала и переменным шагом нарезки. Отношение длины червяка к его диаметру у машин для переработки рези-
новых смесей обычно составляет не более (9-10): 1. Поскольку резиновые смеси впрыскиваются в форму под повышенным давлением, литьевые машины для их переработки должны быть оснащены более мощными механизмами замыкания форм. Кроме того, при литье резиновых смесей не требуется такая высокая точность контроля и регулирования температуры инжекционного цилиндра по зонам, как при литье реактопластов.
Расширяется производство роторных литьевых машин, обеспечивающих высокую производительность при отливке как толстостенных, так и тонкостенных изделий, в том числе многоцветных.
Для управления литьевыми машинами перспективно применение электронно-механических манипуляторов, связанных с ЭВМ. Электронные устройства обеспечивают высокую точность воспроизведения технологических параметров, обладают малым временем срабатывания и продолжительным сроком службы.
Большой интерес представляют самонастраивающиеся машины, которые обеспечивают автоматическое регулирование процесса в зависимости от одного или нескольких заданных параметров (давление расплава, его температура, потребляемая электродвигателем червяка мощность и др.).
В период заполнения формы на поверхности изделия могут образовываться спаи, или их еще называют другими терминами – холодные спаи, сварные швы, стыковые швы.
Спаи образуются в результате соединения двух (или нескольких) потоков расплава, образующихся при заполнении материалом формы.
Образование спая в результате обтекания материалом вставки, находящейся в форме, показано на рис.47. Вставка разделяет поток расплава на два потока. После вставки два раздельных потока соединяются. В месте соединения потоков расплав сплавляется под действием давления литья и образуется монолит – спай (стыковой шов).
Спаи довольно сложно устранить. После этого необходимо добиться улучшения сваривания двух потоков расплава и уменьшить содержание влаги и посторонних загрязнений в расплаве.
Для улучшения сваривания температуру материала Т и температуру формы Тф следует увеличивать, давление литья Рл повышать, скорость впрыска Q увеличивать.
Для снижения влаги материал нужно тщательно сушить перед переработкой. Важную роль в устранении спаев играет тщательная проработка расположения литников и вставок на стадии проектирования изделия. При проектировании изделия нужно нарисовать линии фронта перемещения потока расплава и выявить возможные места стыков потоков расплава.
При проектировании изделий нужно стремиться исключить соединение отдельных потоков на внешних (видимых) поверхностях изделия. Их нужно перенести на внутренние (невидимые) поверхности.
Спай можно устранить декорированием поверхности изделий, если спай не удалось устранить при проектировании изделия. В месте возможного образования спая делают так называемую «шагреневую кожу», для чего в форме делают определенные рифления.
Устранению спая способствует увеличение размеров поперечного сечения впусков.
Волнистая поверхность
«Волнистая» поверхность обычно образуется на изделии, если форма заполняется на двух режимах.
Первый режим (I) – режим с постоянной объемной скоростью течения материала по форме (рис.49). Он длится с момента начала заполнения и до момента достижения наибольшего (установленного) давления в гидроприводе Рmax. Заполнение формы в этом режиме обеспечивает хорошую внешнюю поверхность изделия.
Рис. 49. Образование волнистой поверхности:
а – два режима течения ; б – линии течения при заполнении формы в двух режимах
Если установленного давления в гидроприводе не хватает для того, чтобы заполнить форму по всей длине на первом режиме, начинается второй режим убывающей скорости течения (II). При течении материала с убывающей скоростью на поверхности изделия становятся видны мелкие волны (следы течения), которые создают мутность и рябую поверхность (рис.49). Это ухудшает внешний вид изделия.
Если внешний вид изделия имеет важное значение, заполнение формы необходимо осуществлять на первом режиме течения. Для этого нужно увеличить температуру материала Тл, повысить давление литья Рл, увеличить объемную скорость впрыска Q и повысить температуру формы Тф.
Увеличить текучесть материала и обеспечить заполнение формы на первом режиме можно добавлением к основному материалу модифицирующих добавок.
Если учесть эту возможность, то для устранения рассматриваемого дефекта нужно перейти на более низковязкую марку полимера.
При течении гигроскопичных полимеров, если они недостаточно хорошо высушены, на поверхности фронта потока или около его внутренней поверхности находятся пузырьки влаги (рис.50).
После того, как пузырьки влаги достигли фронт потока, они начинают двигаться вместе с фронтом перпендикулярно основному потоку течения и доходят до стенок формы. На стенке формы пузырьки влаги расплющиваются и растягиваются по направлению течения материала. На поверхности изделия образуются характерные блески от влаги (рис.50) – серебристые полосы.
Рис. 50. Образование серебристых полос на поверхности изделий
Уменьшению «серебра» на поверхности изделий способствуют понижение температуры материала Тл и снижение скорости заполнения формы.
Причины образования облоя могут быть разные.
Одна из причин заключается в том, что в процессе формования (в период заполнения или нарастания давления) в форме возникают высокие давления. Это особенно характерно для тонкостенных изделий и изделий с длинными путями течения. Усилие Fф, возникающее в форме, может превысить усилие запирания формы Fз.
В этом случае половинки формы приоткрываются и в образовавшийся зазор затекает материал. На изделии образуется облой. Его также называют подливом или гратом.
Такой вид брака приводит к дополнительной обработке изделий (зачистке) и перерасходу материала.
Эффективным способом устранения облоя является организация режима формования со сбросом давления. Такой режим предотвращает развитие в форме чрезмерно высоких давлений.
Если это не удается реализовать, нужно подобрать машину с большим усилием запирания формы F3, уменьшить давление литья Рл и время выдержки под давлением tвпд.
Причиной образования облоя может быть чрезмерно низкая вязкость полимера. В результате этого под действием давления литья полимер проникает в зазоры половинок формы. Это особенно характерно для таких низковязких материалов как полиэтилентерефталат, полиамиды (особенно полиамид 66).
Для устранения облоя в этом случае нужно уменьшить текучесть материала в форме. Для этого можно понизить температуру материала Т и температуру формы Тф. Устранению облоя способствует понижение давления литья Рл и снижение объемной скорости впрыска Q.
Пригары
Пригары – вид брака, при котором в крайних от литника областях изделия образуются обугленные точки или участки. Этот вид брака связан с тем, что при впрыске в конце формы образуются замкнутые воздушные полости, в которых материал, затекающий в форму, запирает воздух.
При быстром затекании (большая скорость впрыска) сжатие воздуха происходит мгновенно. В результате этого воздух разогревается до 400-600оС. Этот раскаленный воздух сжигает фронтальные слои материала. На изделиях появляются черные обугленные участки.
Для устранения этого дефекта при проектировании формы требуется предусмотреть каналы для выхода воздуха.
В случае возникновения этого дефекта на уже изготовленных формах следует уменьшить объемную скорость впрыска Q. Уменьшению пригаров способствует также снижение давления литья Рл.
Увеличенная толщина изделий
Причин увеличения толщины изделий по сравнению с заданной может быть несколько: образование облоя. Если образовался облой (подлив), половинки формы опираются на заусеницы и полость формы оказывается толще. Толщина изделия становится больше. Вес изделия увеличен.
Причиной увеличения толщины изделий может быть ошибка в расчетах глубины формы при ее проектировании, а также значительное увеличение размеров формы (глубины) при формовании. Это происходит и в результате недостаточной жесткости машины, высокой жесткости формы и высокого давления, развиваемого в форме при формировании.
Для устранения этого дефекта при проектировании формы необходимо правильно задать жесткость формы.
Для уменьшения эффекта изменения размеров изделий при литье целесообразно применять режимы формования со сбросом давления.
Если это не удается реализовать, снижают давление литья Рл.
В случае, если изделие имеет все удовлетворительные показатели (внешний вид, механические свойства и пр.), но есть стремление уменьшить вес изделий для экономии сырья, это можно достигнуть регулированием технологических параметров литья, которые влияют на подпитку материалом формы во время выдержки под давлением.
Для уменьшения веса изделий следует сократить давление формования Рф, если применяют режим формования со сбросом давления.
Если на машине нет режима со сбросом давления, уменьшают давление литья Рл. Сокращают время выдержки под давлением tвпд, уменьшают ход шнека Н и увеличивают на 5-7оС температуру материала Тл.
Необходимо учитывать, что каждый из перечисленных параметров независимо от других приводит к уменьшению веса изделий. Поэтому одновременное изменение всех параметров для понижения веса может привести к недоливам.
Приведенные параметры перечислены в последовательности уменьшения их влияния на изменение веса изделий. Для достижения желаемого результата следует последовательно изменять каждый технологический параметр в отдельности и при этом внимательно контролировать соответствие показателей качества изделия предъявляемым требованиям.
Колебание веса изделий – разница веса отливок, получаемых от цикла к циклу на одной и той же форме.
Причинами колебания веса могут быть следующие факторы: выбор машины сделан неверно, машина неправильно отрегулирована, неисправности в рабочих узлах машины.
Машина может быть выбрана неправильно по объему отливки. Если объем Vотл составляет менее 30% от номинального объема впрыска Vн, погрешность на точность хода шнека, которая есть на машине, может влиять на отклонения веса изделий.
Машина может быть выбрана неправильно по усилию запирания формы F3. Если усилие запирания F3 недостаточно, то в различных циклах форма может по-разному увеличивать свой объем. Это является причиной колебания веса изделий.
Такой же эффект возникает, если усилие запирания F3 отрегулировано неправильно – на меньшую величину по сравнению с паспортной характеристикой.
Колебание веса изделий может происходить в результате неисправностей клапана давления в гидросистеме литьевой машины. Если масло засорено или в масле есть вода, то может происходить ржавление и заедание клапана. Давление литья Рл от цикла к циклу может колебаться и в соответствии с этим будет колебаться вес изделия.
Плохой съем изделий
Плохой съем изделий из формы связан с повышенным прилипанием материала к внутренним стенкам полости формы.
Плохой съем приводит к деформированию, образованию сколов, растрескиванию изделий при их съеме из формы, а также возникновению коробления изделий.
Причинами плохого съема могут быть следующие факторы: литьевая форма неправильно сконструирована, наличие неровностей на форме, разница в температурах половинок формы.
Для устранения прилипания исправляют форму.
Облегчению съема изделий из формы способствует изменение технологических параметров литья. Технологические параметры литья корректируют таким образом, чтобы уменьшить прилипание материала к металлу формы и снизить затекание материала в различного рода неровности и шероховатости, которые имеются на поверхности формы.
Для этого понижают температуру материала Тл и температуру формы Тф, снижают давление литья Рл и время выдержки под давлением tвпд. Уменьшают продолжительность охлаждения tохл.
Недостаточный глянец
Глянец (блеск) – важный показатель внешнего вида изделий.
Глянец поверхности изделия зависит от природы (свойств) материала, качества обработки формы, а также от технологии литья.
К полимерным материалам, которые по своей природе имеют высокий показатель глянца, относятся следующие: полиметилметакрилат ПММА, полистирол блочный общего назначения ПС, поликарбонат ПК, полисульфон ПСФ, АБС – пластики (особенно специальные марки с высоким показателем глянца), сополимеры формальдегида СФ, полиамид-6, полиамид-66, полиамид-610, полиэтилентерефталат ПЭТФ, полибутилентерефталат ПБТФ, полиамид-12.
Глянец поверхности изделий определяется углом отражения. Чем больше угол отражения совпадает с углом падения, тем выше показатель глянца.
Угол отражения зависит от качества обработки поверхности формы. Для получения блестящей внешней (видовой) поверхности изделия нужно обеспечить хорошую обработку поверхности формы, оформляющую эту видовую поверхность, рис. 51.
Угол отражения (глянец) зависит от режима течения материала в форме при заполнении. Для получения хорошей глянцевой поверхности нужно обеспечить, чтобы заполнение формы проходило на первом режиме – режиме постоянной объемной скорости течения.
Если это не обеспечить, форма заполняется на втором режиме – режиме убывающей скорости течения. При таком режиме поверхность изделия становится волнистой и глянец исчезает.
Для перехода от второго режима течения к первому и получения глянца нужно повысить температуру материала Тл и температуру формы Тф, а также увеличить давление литья Рл и объемную скорость впрыска Q.
Поверхность изделия становится более глянцевой, если она в большей мере копирует поверхность формы (при условии высокого качества обработки поверхности формы). Для обеспечения этого время выдержки под давлением tdgl следует увеличивать. Поэтому увеличение времени выдержки под давлением tвпд способствует получению глянцевой поверхности.
Угол отражения (глянец) зависит от структуры поверхностного слоя изделия, сформировавшегося в процессе формования. Глянцевую поверхность дает аморфизированная структура.
Поэтому для повышения глянца кристаллических материалов требуется получить при формовании аморфизированную структуру поверхностного слоя изделия. Это достигается понижением температуры материала Тл и температуры формы Тф, а также увеличением скорости впрыска Q и давления литья Рл.
Недоливами называют неполное заполнение формы.
Первая причина образования недоливов может заключаться в том, что неправильно подобрана марка полимера по вязкости. Для формования изделия требуется более низковязкая марка полимера с более высокой текучестью. В этом случае, если есть возможность, нужно перейти на более низковязкую марку полимера.
Вторая причина – высокое гидравлическое сопротивление затеканию материала в форму. Для улучшения формуемости материала в форме используют регулирование технологических параметров литья. Повышают температуру материала Тл, так как вязкость материала уменьшается и текучесть повышается. Улучшению формуемости материала способствует повышение температуры формы Тф, но в меньшей мере, чем повышение температуры материала Тл. Недоливы устраняют увеличением скорости впрыска Q, повышением давления литья Рл, увеличением хода шнека.
Третья причина образования недоливов – неисправности в литьевой машине, приводящие к недостаточной порции материала для полного оформления изделия. Например, недоливы могут быть при износе клапана наконечника шнека. В этом случае материал при перемещении шнека вперед при впрыске не только поступает в форму, но и течет по виткам шнека в обратном направлении.
Для устранения этого нужно заменить клапан наконечника шнека. Эффективным средством улучшения формуемости материала и устранения недоливов является применение модифицирующих концентратов.
Коробление представляет собой отклонение поверхности изделия от базовой плоскости.
Коробление возникает по нескольким причинам.
Во-первых, коробление возникает в результате релаксации ориентации, возникаюшей при заполнении формы. Неравномерное охлаждение отдельных участков формы еще более увеличивает коробление изделий, так как степень снижения ориентации в этих участках различна.
Причиной коробления может быть разная скорость кристаллизации на различных участках изделия. Разная скорость кристаллизации при охлаждении возникает из-за разницы в скоростях охлаждения разных участков изделия.
Причиной коробления также может быть разница в термическом изменении размеров отдельных участков изделия при охлаждении из-за разной скорости охлаждения этих участков.
Для уменьшения коробления изделия следует стремиться обеспечить температурную однородность охлаждения. Для этого должно быть обеспечено равенство температур обеих половинок формы и однородность температурного поля по всей поверхности половинок формы.
Коробление зависит от следующих технологических параметров: температуры литья Тл, температуры формы Тф, давления литья Рл, продолжительности операций цикла (время выдержки под давлением tвпд, общая продолжительность цикла tц). Коробление зависит от расположения впуска.
Снижению коробления способствует увеличение времени выдержки материала в форме под давлением tвпд и времени охлаждения tохл (общей продолжительности цикла tw), так как в форме (где конфигурация изделия зафиксирована) полнее протекает кристаллизация и в большей степени снижается ориентация.
Коробление уменьшается при понижении температуры материала Тл и температуры формы Тф, уменьшении давления литья Рл и увеличении объемной скорости впрыска Q, т.к. уменьшается ориентация, возникающая при заполнении формы.
Снижению коробления способствует применение режимов формования со сбросом давления.
Утяжины
Утяжины представляют собой местные углубления на поверхности изделия, связанные с неравномерным охлаждением отдельных участков изделия. Утяжины образуются за счет местных утолщений на обратной стороне изделия (ребра жесткости, бабышки, изменение толщины стенок), рис.52.
Основной способ устранения утяжки – это правильное проектирование форм. Не рекомендуется размещать утолщения (ребра жесткости, бабышки и пр.) на обратной стороне видовых наружных поверхностей изделия.
Чистота обработки формы подчеркивает утяжины. Чем выше чистота обработки формы, тем яснее проявляются все световые эффекты и все мельчайшие неровности (углубления) поверхностей. Поэтому, если расположения утолщений избежать невозможно, то их отрицательное влияние может быть сглажено созданием матовой поверхности, или так называемой «шагреневой кожи». Для этого делают специальные рифления на поверхности формы, которые при формовании отпечатываются на поверхности изделия.
Рис. 52. Образование утяжин. Способы устранения утяжки в зависимости
от расположения утолщений по отношению к впуску
Регулирование технологических параметров также способствует уменьшению утяжки. Для уменьшения утяжки повышают температуру материала Тл и температуру формы Тф. Уменьшению утяжки способствует повышение давления литья Рл и времени выдержки под давлением tвпд, так как увеличивается подпитка материалом формы и компенсируется усадка материала в результате охлаждения. С целью уменьшения утяжки повышают объемную скорость впрыска Q.
При выбора наиболее эффективного параметра (Тл или Рл) для уменьшения утяжки необходимо оценить расположение утяжин по отношению к впуску.
Утолщение может быть близко расположено к впуску (т.А на рис.52). В этом случае целесообразно установить утяжину снижением температуры материала Тл, так как давление, возникающее в этой точке в период подпитки, достаточно велико, чтобы сформировать качественную поверхность изделия.
Если утолщение расположено достаточно далеко от впуска (т.Б на рис. 52), то давления в точке Б может не хватить, чтобы компенсировать температурную усадку материала. Давление в т.Б меньше, чем давление А, в результате возникающего перепада давления по длине формы. В этом случае целесообразно увеличить давление литья Рл.
Увеличение размеров впуска способствует уменьшению утяжин, т.к. в большей мере компенсируется усадка материала при охлаждении.
Пустоты
Пустоты представляют собой каверны и пузыри внутри изделия.
При образовании пустот необходимо проверить объем впрыска Vвпр (ход шнека Н). Если Vdgh (Y) окажется недостаточным, его следует увеличить.
Нужно также проверить работу клапана наконечника шнека. При впрыске материала в форму не должно быть утечек в обратном направлении.
На образование пустот оказывают влияние технологические параметры литья. Для уменьшения пустот нужно увеличить подпитку материалов формы при охлаждении для компенсации усадки. Для этого повышают давление литья Рл или давление формования Рф, если применяют режим формования со сбросом давления, увеличивают время выдержки под давлением tвпд и повышают температуру формы Тф.
Уменьшению пустот способствует снижение теплового сжатия материала при охлаждении в форме. Для этого уменьшают температуру материала Тл.
Увеличение размеров впуска улучшает подпитку материалом формы при охлаждении и уменьшает пустоты.
Дырки
Причиной образования дырки в одной из стенок изделия может быть нарушение соосности деталей формы.
Рассмотрим это на примере простейшего изделия – стакан с центральным литником (рис. 53).
Если соосность деталей формы не нарушена, то заполнение формы происходит равномерно по уровням, равноудаленным от литника. Образование брака типы «дырки» в этом случае исключено.
Если соосность деталей формы нарушена (рис. 53), то заполнение такой простейшей формы происходит сложно. По той стенке формы (А), толщина которой меньше (в результате несоосности), затекание будет замедленным. Все другие стенки будут оформляться раньше, чем стенка А. Поэтому заполнение стенки А пойдет с боковых сторон (рис.53).
Рис. 53. Образование дырки
11.Как влияют параметры процесса литья на структуру и свойства изделий из аморфных и кристаллизующихся термопластов?
12.Как возникает анизотропия в литьевых изделиях и каким способом можно ее уменьшить?
13.Сформулируйте причины возникновения усадки при литье.
14.Как определяется производительность литьевой машины?
15.Каковы основные пути совершенствования процесса переработки материалов литьем под давлением?
где R1 = R/M, =1/; =1/V; R1 – коэффициент, характеризующий молекулярную структуру полимера; Т- средняя температуре, К; Р – среднее давление в форме, МПа; W - коэффициент, характеризующий величину пространства, занимаемого молекулой, м3/кг; R - универсальная газовая постоянная; M – молекулярная масса структурной единицы полимера, кг/моль; - плотность, кг/м3.
Далее рассчитывается Vобъем при комнатной температуре и атмосферном давлении, затем плотность изделия при 20оС; Vизд = mизд/.
хол=7 с; впр=1 с; пауз=3 с.
ц=хол+впр+пауз+тех
0=3,6 mn/ц, кг/ч.
3. Рассчитать давление, создаваемое шнеком при впрыске расплава, если Дц=0,16 м; d=0,036 м, Рr=5 МПа.
ЛИТЕРАТУРА
17.Туркова М.Н. Влияние магнитных полей на свойства реактопластов / М.Н.Туркова, Т.В.Лавская // Электротехническая промышленность: науч. техн. реф. сб. М., 1982. Вып. 4. С. 1-2.
18.Гольдаде В.А. Влияние магнитного поля на физико-механические характеристики ферронаполненных полимерных композитов / В.А.Гольдаде, В.В.Снежко // Полимерные композиты: сб.трудов. Л.: ЛДНТП, 1990. С. 7-8.
19. Физико-химические основы альтернативной технологии магнитопластов (обзор) / С.Е.Артеменко, С.Г.Кононенко, А.А.Артеменко, Л.Л.Семенов // Химические волокна. 1998. №3. С. 31-35.
20.Куликова Ю.Б. Эпоксидные композиционные материалы со специфическими свойствами / Ю.Б.Куликова, Л.Г.Панова, С.Е.Артеменко // Химические волокна. 1997. №5. С.48-50.
21.Ван-Кревелен Д. Свойства и химическое строение полимеров / Д.Ван-Кревелен. М.: Химия, 1976. 414 с.
22.Калинчев Э.Л. Свойства и переработка термопластов / Э.Л.Калинчев, М.Б.Соковцева. Л.: Химия. 1983. 288 с.
23.Лапшин В.В. Основы переработки термопластов литьем под давлением / В.В.Лапшин. М.: Химия, 1974. 271 с.
24.Леонов А.И. Основы переработки реактопластов методом литья под давлением / А.И.Леонов, Н.И.Басов, Ю.В.Казанков. М.: Химия, 1977. 216 с.
25.Интенсификация литья под давлением реактопластов и резиновых смесей / Н.И.Басов, А.Р.Галле, Ю.В.Казанков и др. Л.: Химия, 1980. 26 с.
Введение |
3 |
Раздел 1 «Способы, технология и оборудование переработки полимеров методом прессования» |
|
1. Прямое прессование реактопластов |
6 |
2. Литьевое прессование реактопластов |
19 |
3. Прессование термопластов |
31 |
4. Прессование резиновых смесей |
34 |
5. Технологическая оснастка для изготовления изделий методом прессования |
35
|
6. Литьевые пресс-формы |
37 |
7. Оборудование для прессования изделий |
39 |
8. Направления совершенствования прямого прессования |
53 |
Раздел 2 «Теоретические основы, технология и оборудование получения изделий из полимеров методом литья под давлением» |
|
10. Литье под давлением |
57 |
11. Причины образования брака, рекомендации по его устранению |
102
|
Литература |
116 |
Учебное издание
КОНОНЕНКО Светлана Галактионовна
УСТИНОВА Татьяна Петровна
СПОСОБЫ, ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ПЕРЕРАБОТКИ
ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
МЕТОДАМИ ПРЕССОВАНИЯ И ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Учебное пособие
Редактор О.А.Панина
Лицензия ИД № 06268 от 14.11.01
Бум. тип. Усл. печ. л. Уч.-изд.л.
Тираж 100 экз. Заказ С
Саратовский государственный технический университет
410054 г.Саратов, ул.Политехническая, 77
Отпечатано в РИЦ СГТУ
«Химия и технология полимерных композиционных материалов» для студентов специальности 240500 и направления 240100
17 12 2014
7 стр.
Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины
15 09 2014
1 стр.
«Технология переработки лекарственного растительного сырья» для студентов очной и очно-заочной форм обучения
25 09 2014
5 стр.
Но каким образом можно придать полимеру требуемую форму и вид? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим иной аспект технологии полимеров, а именно их переработку, что и является п
11 10 2014
1 стр.
Учебное пособие предназначено для студентов очной и очно-заочной форм обучения специальности 240706, изучающих дисциплину «Машины и агрегаты для переработки и изготовления смесей»
09 09 2014
4 стр.
Т*. Впервые показано наличие перехода изотропная фаза – изотропная фаза в нехиральном полимере. Исследована динамика электрооптического эффекта после выключения поля
14 12 2014
1 стр.
Учебное пособие предназначено для студентов специальностей 271300 «Пищевая инженерия», 170600 «Машины и аппараты пищевых производств», 271000 «Технология рыбных продуктов» инаправл
09 10 2014
12 стр.
12 09 2014
1 стр.