Литье под давлением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Литье под давлением

Литье под давлением - метод формования изделий из пластмасс и резиновых смесей в литьевых машинах, заключающийся в размягчении материала до вязкотекучего состояния и последующем перемещении его в литьевую форму, где материал затвердевает при изменении температуры, приобретая конфигурацию внутренней полости формы.

Литье под давлением позволяет получать разнообразные изделия сложной конфигурации, обладающие массой от нескольких граммов до нескольких килограммов с толщиной стенок до 10 мм (в редких случаях -до 20 мм). Получают как единичные изделия, так и крупные партии. Размер партий ограничен только сроком службы литьевых форм.

При литье термопластов расплав, заполнивший форму, затвердевает при охлаждении, после чего форму раскрывают (размыкают) и выталкивают изделие.

При формовании реактопластов полимерную композицию впрыскивают в форму, которую затем нагревают до температуры отверждения материала. После этого форму открывают и извлекают из нее готовое изделие.

Первоначально метод литья пластмасс с применением высокого давления был разработан для таких материалов, как ацетобутират целлюлозы, полиметилметакрилат и полистирол. Технические параметры литьевых машин, например максимальный объем отливки, и теперь принято задавать по полистиролу. В настоящее время полиолефины также входят в число полимеров, наиболее часто перерабатываемых литьем под давлением. Следует учитывать, что плотность полиолефинов (0,90-0,97 г/см 3) ниже, чем плотность полистирола (около 1,05 г/см 3),и их как правило, перерабатывают при более высоких температурах. В силу этого удельный объем полиолефинов при условиях переработки оказывается больше, чем у ПС. Максимальная масса изделий, которые удается отливать из полиолефинов, на практике может составлять всего около 50% предельной массы изделий из полистирола при литье под давлением на обычных поршневых машинах и примерно 70-80% при литье на машинах с червячной пластикацией материала.

Машиностроительная промышленность выпускает литьевые машины, на которых можно формовать изделия разных размеров -от мелких (с массой около 10 г) до очень крупных (с массой до 32 г). Фирма "Triulzi" (Италия) предлагает машины, способные осуществлять впрыск до 100 кг материала и развивать усилие смыкания форм до 0,8 МН. Литьем под давлением изготавливают самые разнообразные изделия - от предметов домашнего обихода и потребительской тары до крупногабаритных деталей машин, аппаратов, автомобилей.

Рис. 1 . Конструктивная схема литьевой машины:

1-форма; 2-изделие; 3-литниковый канал; 4-литниковая втулка; 5-червяк; 6-пластикационный цилиндр; 7-бункер; 8-привод; 9-редуктор; 10-гидравлический цилиндр; 11-обогреватель.

На рис.1 приведена конструктивная схема литьевой машины. Полимерные композиции в виде гранул или порошка из бункера 7 поступают при комнатной температуре в пластикационный (инжекционный) цилиндр 6 литьевой машины. В пластикационном цилиндре материал прогревается и перемещается вращающимся червяком 5. По мере пластикации червяк отходит назад.

По конструкции пластикатора литьевые машины можно разделить на две основные группы: машины с пластикаторами плунжерного и червячного типов.

Известны конструкции плунжерных литьевых машин с раздельным устройством пластикатора и литьевого цилиндра. В машинах такого типа пластикация очередной порции полимерной композиции совмещается по времени с охлаждением отформованного изделия. Расплав при этом поступает из пластикатора в литьевой цилиндр, постепенно отодвигая назад литьевой плунжер. Пластикаторы поршневого типа не могут обеспечить достаточно равномерного распределения температуры в различных точках расплава, так как нагрев осуществляется за счет теплопередачи от стенок пластикатора к расплаву. В этих условиях для создания соответствующего теплового потока необходим значительный перепад температур. К тому же однородность теплового поля в пластикаторах поршневого типа снижается с увеличением времени пребывания расплава в пластикаторе.

В червячных литьевых машинах (термопластавтоматах) плавление и пластикация полимерной композиции происходят в цилиндре с червяком. Наибольшее распространение получила конструкция червячного пластикатора, изображенная на рис.1. В таком пластикаторе червяк может не только вращаться, но и совершать возвратно-поступательное движение за счет изменения давления в гидравлическом цилиндре 10.

При переработке термопластов цилиндр разогревают до 180-320 о С. При переработке реактопластов эта температура ниже и лежит в пределах 80-200оС. Полимерная композиция в вязкотекучем состоянии в результате поступательного движения червяка или поршня нагнетается в литьевую форму. Режим охлаждения материала зависит прежде всего от природы полимера (или полимеров),составляющего основу перерабатываемой композиции. Так, если базовым полимером служит ПС или ПЭ, то форму охлаждают до 20-60 оС, если полиформальдегид или поликарбонат, -то до 80-120 оС. Реактопласты обычно нагревают в форме до 160-200 оС .Различие в температурах, до которых охлаждают форму, обусловлено различием температур.

Изменение давления в процессе формования

Рассмотрим распределение давления в инжекционном цилиндре. На рис.2 изображена схема литьевой машины, на которой приведены графики изменения давления на соответствующих участках машины. Кривые 1-3 относятся к разным стадиям процесса. В процессе формования усилие гидравлического цилиндра передается в форму с потерями, которые складывают из потерь в гидросистеме ?Fгс гидроцилиндре ?Fгц, передающем механизме ?Fпм (участок Lгц +Lпм), инжекционном цилиндре?Fц (участок Lц) а также давления в сопле е из потерь ?рс (участок Lс), литниковой втулке, ?рвт и в форме, ?рф. В процессе пластикация за время t1 (линия 1), t2 (линия 2) и t3 (линия 3) усилие, создаваемое гидроцилиндром, повышается по мере возрастания сопротивления в форме. Потери давления на различных участках системы в период заполнения формы (линия 2) и в период выдержки материала под давлением (линия 3) неодинаковы.

Рис.2. Схема литьевой машины и графики изменения давления на разных стадиях процесса (1-пластикации, 2-заполнения формы, 3- выдержки под давлением) на разных участках машины. Индекс "2" соответствует периоду заполнения формы, а индекс N-периоду нарастания давления; ?рс, ?рвт и, ?рвт -потери давления соответственно в сопле, литниковой втулке и форме; LГЦ, LПМ, LЦ, LС, LВТ и Lф -длины участков графиков, соответствующие гидроцилиндру, передающему механизму, инжекционному цилиндру, соплу, литниковой втулке, форме.

Рис.3. Взаимосвязь между потерями давления в инжекционном цилиндре литьевой машины ?рц и временем цикла при различных температурах расплава: 1-200 оС; 2-225 оС ; 3-250 оС.

Потери усилия ?Fгс или давления ?ргс в гидросистеме машины приводят к снижению действительности уровня усилия (давления) впрыска Fд относительно расчетной величины Fр:

Fд = Fр- Fгс

Для литьевых машин с червячной пластикацией с объемом впрыска до 5000 см 3 потери давления ?ргс практически постоянны и составляют до 3% от максимального давления(усилия) впрыска. Усилие Fп создаваемое на поршне гидроцилиндра впрыска, передается на материал с потерями ?Fц. Последние складываются из потерь усилий в гидроцилиндре впрыска ?Fгц и в инжекционном цилиндре ?Fц. Усилие Fм, воздействующее на материал, составляет формование давление литьевой

Fм = Fп -(?Fгц + ?Fц)

Потери усилия впрыска в гидроцилиндре составляют 0,25-0,5% от общего прикладываемого усилия. Исследования показывают, что потери давления, передающегося в форму, в значительной степени определяются конструкцией инжекционного цилиндра, а изменение развивающегося в форме давления зависит от параметров и конструкции привода инжекционного поршня.

В машинах с инжекционным цилиндром плунжерного типа потери давления достигают 40-60% давления гидропривода (в зависимости от конструкции и размеров цилиндра, гранулометрического состава сырья, температуры материала, продолжительности цикла). Повышение температуры материала приводит к снижению сопротивления в цилиндре, увеличение времени цикла снижает потери давления в инжекционном цилиндре (рис.3.) Преобладающее влияние на потери давления в цилиндре оказывает зона отпрессованных гранул. При возрастании объема цилиндра увеличивается область, в которой находится нерасплавленный материал, в результате чего повышается сопротивление перемещению поршня.

Конструктивные различия цилиндров с предварительной пластикацией полимера и без нее обусловливают различия не только в размерах потерь давления, но и в характере передачи давления по участкам (зонам).

Непосредственное формование материала при литье под давлением начинается с момента его поступления в форму, имеющую температуру ниже, чем температура расплава. Продвижение материала по форме сопровождается увеличением давления в ней; после окончательного заполнения формы давление также продолжает увеличиваться. Охлаждение материала и связанная с этим усадка, а также приток новых порций материала из инжекционного цилиндра при подпитке определяют изменение давления в форме в период формования. Охлаждение материала в литнике изолирует форму от цилиндра. Дальнейшее охлаждение материала в форме продолжается без притока новых порций материала. Если сопло отводится от формы до того, как литник полностью течения материала из формы.

Рис.4. Диаграмма давление (р)-время (t) для различных участков формы.

Изменение давления в процессе формования материала наиболее наглядно можно описать с помощью диаграммы давление-время, описанной для различных участков формы (рис.4).

Такая диаграмма показывает взаимосвязь процессов, происходящих в форме, и помогает выявить основные факторы, влияющие на эти процессы. Давление на входе в форму (кривая 1) превосходит давление в других зонах, расположенных по длине формы (кривая 2-4) . Каждая кривая имеет несколько характерных участков. Можно выделить участок, соответствующий заполнению формы (a1b1 ; a2b2 ; a3b3 и a4b4), нарастанию в ней давления (b1c1; b2c2 ; b3c3 и b4c4) и снижению давления (c1l1 ; c2l2 ; c3l3 и c4l4). Скорости нарастания и спада давления в каждой точке по длине формы неодинаковы. Период спада давления, в свою очередь, может быть подразделен на два интервала: соответствующей выдержке материала под внешним давлением (c1 d1 ; c2d2 ; c3d3 и c4d4) и снятию внешнего давления (d1l1 ; d2l2 ; d3l3 и d4l4). Скорость изменения давления для этих двух участков различна (см. кривые 1-4) .Изменение скорости снижения давления для кривой 4 на первом и втором участках отличаются в значительно меньшей степени, чем для кривой 1 . Кривая 1 характеризует изменение давления на входе в форму и тем самым указывает на особенности передачи давления от гидропривода, на характер и величину потерь давлений в сопле и литнике. Кривые 2,3,4 показывают изменение давления на различных участках формы и, следовательно, позволяют оценить влияние конструкции формы, свойства материала и режима переработки на распределение давления.

Таким образом, с помощью диаграмм удается характеризовать изменение и взаимосвязь процессов в различных литьевых формах, а также изучать особенности формования термопластов с различными свойствами при заданных технологических режимах литья на машинах разной конструкции.

Цикл формования

Диаграмма, представленная на рис. 5, иллюстрирует цикл формования при постоянном усилии на входе в цилиндрическую форму. Сечение диаграммы плоскостями, параллельными плоскости pOt, дает кривые, показывающие изменение давления в различные периоды формования на каждом участке формы, т.е своеобразные эпюры, аналогичные приведенным на рис.4. Сечение диаграммы плоскостью, параллельной плоскости pOL, дает кривые, характеризующие развитие давления по длине формы в различные моменты времени.

Во время выдержки под давлением из-за охлаждения материала в литнике приток новых порций расплава из инжекционного цилиндра замедляется. Давление в форме уменьшается. Обычно спад давления начинается в наиболее удаленных от литника участках формы. После отключения литника (окончание времени выдержки под давлением) происходит дальнейшее охлаждение материала в форме без притока свежих порций. Спад давления в форме протекает интенсивнее. Характер изменения давления в процессе формования зависит в основном от конфигурации и размеров внутренней полости формы, прикладываемого давления, температурного режима литья и природы перерабатываемого материала. Давление в различных частях формы изменяется неодинаково; это изменение зависит от характера развития давления на входе в форму и удаленности рассматриваемого участка от впускного отверстия, а также от взаимного влияния указанных факторов.

Общий цикл формования материала в литьевой форме можно разделить на три стадии:

· заполнение формы

· нарастание давления

· спад давления

На первой стадии происходит последовательное заполнение формы материалом, находящемся в вязкотекучем состоянии. Стадия нарастания давления начинается после заполнения формы, сопровождается повышением давления на всех ее участках и уменьшением потерь давления в форме. Стадия спада давления характеризуется уменьшением давления по длине формы. При этом определяющую роль играет процесс охлаждения материала. Каждая из стадий формования оказывает самостоятельное влияние на свойства получаемого изделия, однако процессы, протекающие на этих стадиях, взаимосвязаны и определяют различные требования к условиям литья, к конструкции машины и оснастки. Процессы протекающие на стадии заполнения формы, определяют требования, предъявляемые к конструкции и мощности привода инжекционного поршня (или червяка) .

Рис.5. Диаграмма давление (р)-время (t)-длина формы (L)

Протекание стадии заполнения формы материалом влияет на формирование его надмолекулярных структур, что отражается на комплексе свойств конечного продукта. Режим нарастания давления сказывается на фиксации ориентации полимера, достигнутой при заполнении формы, и, следовательно, на прочностных показателях изделия. Кроме того, эта стадия определяет усилие, необходимое для запирания формы, и конструкцию так называемой прессовой части литьевой машины. Стадия спада давления - наиболее продолжительная в процессе формования. Процессы, проходящие на этой стадии, влияют на фиксацию и выравниванию внутренних напряжений в изделиях, а также на производительность машины в целом. В конечном счете, свойства отливок зависят от совокупного влияния процессов, протекающих на всех стадиях переработки.

Анализ процессов литья, проведенных с помощью диаграмм типа скорость-длина формы, давление - время-длина формы, температура-время, дает возможность объективно установить результирующее влияние на качество детали свойств материала, температуры, давления и скорости литья, а также конструктивных параметров машины и формы. Эти диаграммы позволяют получать наглядное представление об особенностях развития давления в форме при различных режимах приложения усилий и изучить динамику процесса литья на отдельных его стадиях.

Влияние параметров процесса на качество изделий

Обычно под термином "скорость литья " подразумевают время впрыска или объемную скорость впрыска (см 3 /с) . Время впрыска -один из основных технологических параметров, определяющих качество литьевых изделий. Процесс формования в литьевой форме характеризуется деформированием расплавленного материала (течением), сопровождающимся его охлаждением. При течении происходит ориентация материала. Степень охлаждения материала зависит от скорости заполнения формы. Чем выше скорость течения материала (меньше время впрыска), тем в меньшей степени при течении материал охлаждается в объеме, а следовательно, в нем меньше фиксируется достигнутая ориентация расплава. Так как ориентация материала сопровождается усилением анизотропии механических свойств, в частности прочностных показателей, то скорость литья существенно влияет на свойства изделий в целом.

Регулированием скорости впрыска в течение процесса заполнения формы удается влиять на качество отливки. При этом достигают двух основных результатов. Во-первых, получают так называемые "безоблойные" детали, без излишков материала. Снижение скорости впрыска на последней стадии заполнения формы приводит к падению давления в форме. Это, в свою очередь, уменьшает распорное усиление в форме, поэтому форма не раскрывается (полуформы не отжимаются друг от друга) и облой не образуется. Во-вторых, направленное регулирование скорости заполнения обусловливает различные степени ориентации материала на разных участках формы.

Температура материала при литье под давлением изменяется от температуры окружающей среды до температуры формования. Температура переработки -термин условный, указывающий, как правило, какую температуру имеет материал в инжекционном цилиндре. Последняя зависит от режима пластикации и конструктивных особенностей инжекционного узла. При впрыске в форму его температура на выходе из цилиндра (в сопле) изменяется, что связано с непостоянством давления литья при пластикации, диссипативными потерями в материале, находящемся в сопле, и сжатием материала. Процесс изменения температуры материала в сопле можно разделить на несколько временных периодов.

Рис.6. Изменение температуры Т материала в сопле во времени t цикла формования.

На рис.6 показано изменение температуры в сопле при установившемся режиме работы машины. В течение времени впрыска t1 и нарастания давления t1' -t1 температура увеличивается от начального значения ТО на величину ?Т 1 + ?Т 1' . В течение времени выдержки под давлением t2 - t1' температура материала несколько снижается. После снятия давления температура уменьшается на величину ?Т 2 . В течение паузы t0 - t2 между впрысками температура вновь растет до ТО . Скорость изменения температуры за цикл в литьевой форме и в литнике зависит от геометрических параметров формы, свойств материала и режимов охлаждения.

Перемены в продолжительности отдельных операций приводят к изменению начальной температуры ТО материала, поступающего в форму. На отклонение температуры до среднего значения оказывает влияние также периодичность и инерционность работы обогреваемых элементов. Среднестатистическое отклонение температуры от среднего значения в большинстве случаев составляет около 5 0 С .

Параметры литья под давлением определяются природой, физико-механическими и химическими свойствами материала, типом литьевой машины, конструкцией литьевых форм, видом и параметрами изделия. Заполнение сравнительно холодной формы сильно нагретой вязкой жидкостью - сложный процесс, связанный с рядом физико-химических явлений, которые в значительной степени определяют свойства и внешний вид получаемых отливок.

Основные технологические параметры процесса литья полиолефинов на машинах с червячной пластикацией

Приведенные значения носят усредненный характер; оптимальные режимы переработки выбирают в указанных пределах при технологической наладке процесса. В любом случае для получения стабильных по размерам отливок условия литья после технологической наладки должны быть постоянными, а питание материального цилиндра машины необходимо строго контролировать. Температуру пластикатора по возможности плавно увеличивают от зоны загрузки к инжекционному соплу. При переработке первичного полимерного гранулята в смеси со вторичным сырьем -регенератом[ последний допустимо добавлять в количестве не более 10 % масс.) для предотвращения резкого ухудшения качества изделий ] температуру переработки, как правило, повышают на 10-25 0 С.

Как и при экструзии, температура расплава определяется не только режимом работы внешних источников тепла (нагревателей цилиндра),но и тепловыделениями от внутреннего трения, возникающего за счет сдвиговых деформаций материала. Поэтому температурные режимы в существенных пределах можно регулировать, изменяя температуру обогревателей и частоту вращения червяка пластикатора. При изготовлении тонкостенных изделий из полиолефинов (н-р, ПЭНП) регулирование температурного режима целесообразно вести только за счет изменения скорости и величины хода червяка, допуская при этом некоторый продольный градиент температур. Для толстостенных изделий варьирование температуры материала рекомендуется проводить, наоборот путем соответствующего изменения частоты вращения червяка. Однако такой способ регулирования температуры материала требует осторожности и навыка, так как с увеличением частоты вращения червяка возрастает неравномерность распределения температуры, что может стать причиной негомогенности впрыскиваемого материала и как следствие - низкого качества изделий.

При выборе технологических параметров в процессе наладки по критерию минимизации времени цикла следует в первую очередь учитывать два фактора: параметр, оказывающий наибольшее влияние на время цикла, и условия, которые необходимо соблюдать для поддержания требуемого качества изделий.

Время стадии охлаждения отливки, продолжающегося в течение всего периода от окончания заполнения формы до начала ее раскрытия, не может быть существенно снижено за счет изменения температуры расплава в цилиндре литьевой машины. Так, уменьшение температуры расплава ПЭ даже на 50 ⁰ С позволяет сократить время охлаждения отливки на 2-3 сек.

Важно учитывать, что, с одной стороны, извлечение изделия нельзя начинать до тех пор, пока материал не достигнет достаточной формоустойчивости, т. е. температура материала не станет достаточно низкой, а с другой - температура формы не должна быть ниже определенного значения Тф мин. Только соблюдение указанных условий гарантирует высокое качество готовой продукции. Следует также принимать во внимание, что при сокращении цикла температура формы повышается ввиду увеличения подвода к ней тепла в единицу времени. Поэтому при росте частоты цикла приходится резко увеличивать интенсивность охлаждения литьевой формы, приближая ее температуру к значению Тф мин.

Практически все литьевые изделия в той или иной степени ориентированы. Ориентационные эффекты наряду с процессом кристаллизации полимера в литьевой форме оказывают большое влияние на комплекс физико-механических свойств продукта. Процесс ориентации развивается прежде всего в зонах больших сдвиговых деформаций расплава, т.е. литниковых каналах и у стенок литьевых форм.

Различают два типа ориентации при заполнении литьевых форм: ориентацию в пристенном слое и ориентацию при расширении потока в полости формы. Резкое охлаждение материала приводит к фиксации ориентации пристенных слоев в продольном (по отношению к направлению течения) направлении и к образованию в полимере тонких фибрилл, которые становятся центрами кристаллизации. Направление ориентации при расширении потока в форме перпендикулярно направлению течения. Напряжения и ориентация, возникающие в материале, распределяются неравномерно, уменьшаясь от поверхности к центру отливки. Если сечение канала непостоянно по длине, например, расширяется к выходу, развивается биаксиальная ориентация. Показано, что максимальная степень ориентации достигается в районе инжекции материала в форму, а у противоположной стенки формы она имеет минимальное значение.

Таким образом, как и при многих других методах переработки, при литье под давлением затвердевание расплава происходит в поле действия напряжений сдвига переменной величины, что оказывает существенное влияние не только на режим кристаллизации, но и на структуру литьевых изделий.

Кристаллизация полиолефинов в отливке происходит в ориентированном расплаве. Рентгенографические исследования позволили установить, что степень ориентации в отлитых образцах, переменна по сечению. Ориентация образца в направлении литья максимальна вблизи поверхности и значительно (в 1,5-2 раза) меньше в центре пластины. Своеобразие условий кристаллизации приводит к получению изделий, имеющих сложную морфологическую структуру, во многом определяющую показатели механических свойств продукта. При микроскопическом исследовании образцов (брусков) из ПП с показателем текучести расплава (ПТР), равным 5,3 г/10 мин и 2,2 г/10 мин, а также из сополимеров этилена и пропилена с низким содержанием этилена (ПТР = 3,5 г/10 мин) было установлено, что независимо от режимов литья под давлением в изделиях возникают чаще всего три области, различающиеся по структуру: поверхностные слои, средняя часть "блока" и промежуточные слои.

Поверхностный слой высококристаллический, но имеет так называемую бессферолитную структуру, которая, судя по данным рентгенографических исследований, приближается к фибриллярной структуре, характерной для волокон. Макромолекулы в поверхностном слое, сильно ориентированы в направлении течения расплава при заполнении литьевой формы. Центральная часть изделия состоит из сферолитов, содержащих кристаллиты моноклинного типа (стабильная кристаллическая форма ПП). Для этой части изделия характерна слабая ориентация кристаллитов в направлении течения. Промежуточный слой также содержит сферолиты, однако другого типа по сравнению с имеющимися в центральной части изделия. Из-за специфики кристаллизации полимера в этом слое формируются сферолиты дискового типа, подобные тем, которые возникают при получении экструзионных пленок. Эти сферолиты образуют стержнеподобные агломераты и, в свою очередь, состоят из кристаллитов нестабильного гексагонального типа.

Таким образом, литьевое изделие с точки зрения его структуры следует рассматривать как композит, имеющий слоистое строение. Соответственно его механические свойства во многом определяются соотношением между сечениями составляющих слоев в плоскости, перпендикулярной действию нагрузки, и могут регулироваться при изменении условий литья. Исследования структуры образцов в зависимости от температуры и давления при литье показали, что доли сечения слоев по-разному зависят от режимов литья.

Основные параметры режима литья для некоторых конструкционных пластических масс (СФД и СТД - сополимеры стирола с формальдегидом)

Как и при других способах переработки пластмасс, при литье под давлением может возникать брак в изделиях. Аналогично недопрессовке при компрессионном прессовании возможно неполное оформление изделия, или так называемый "недолив", основная причина которого состоит в недостаточном поступлении материала в инжекционный цилиндр и в литьевую форму. Последнее может быть обусловлено понижением температуры расплава, засорением литникового или разводящих каналов.

Пониженная температура расплава или формы, вообще охлаждение потоков до их слияния, так же как и недостаточное давление инжекции, могут обусловить возникновение стыковых швов на изделии, резко снижающих его механическую прочность. При повышенном содержании летучих в исходном сырье или перегреве расплава на поверхности изделия возникают вздутия и пузырьки. Извлечение отливок из формы до достижения необходимой степени их остывания приводит к другому виду брака - короблению. Коробление наблюдается также вследствие недопустимо большой разности температур в отдельных частях формы. Наличие значительных остаточных напряжений в отливках может привести к возникновению трещин. Последние образуются также при сильной адгезии материала к стенкам формы. В этом случае целесообразно применение силиконовых антиадгезионных смазок для формующих полостей. При повышенном содержании влаги в сырье или ее попадании в литьевую форму может происходить расслоение материала, причем на поверхности изделия часто появляется дефект в виде рисунка типа "мороз" .

При плохо обработанной или поврежденной оформляющей поверхности формы на изделии могут наблюдаться царапины, и даже поверхностные сколы. Разложение красителя в процессе литья или его плохое перемешивание с другими ингредиентами композиции является причиной неоднородности поверхностной окраски изделия. Отклонение от номинальных размеров изделия, как правило, - следствие чрезмерной усадки материала или неудачной конструкции литьевой формы.

Меры предупреждения брака во всех случаях заключаются в строгом контроле за исправностью оборудования, соблюдением технологического регламента производства и соответствия сырья требованиям нормативной документации (стандартов).

Требования к пластмассам при литье под давлением

"Литьевые " марки кристаллических полиолефинов обладают относительно небольшой молекулярной массой, пониженной вязкостью по сравнению с вязкостью экструзионных марок полимеров и относительно высоким показателем текучести расплава (ПТР).

Самая многочисленная (по объему потребления) группа литьевых пластмасс включает полиэтилены с значением ПТР в пределах 0,7-7,0 г/10 мин. Марки ПЭ, входящие в эту группу, используют для изготовления изделий общего назначения. ПЭ с ПТР в интервале 0,3-7,0 г/10 мин применяют в основном для фасонного литья, н-р элементов трубных соединений (фитингов) и арматуры (корпусов вентилей, задвижек и т.п.),которые предназначены для эксплуатации в тяжелых условиях. ПЭ с относительно низкой молекулярной массой и ПТР в интервале 2,0-20 г/10 мин, т.е с очень высокой текучестью в условиях переработки, более пригодны для получения тонкодисперсных или глубоких изделий для получения тонкодисперсных или глубоких изделий с улучшенным внешним видом (повышенным поверхностным глянцем).

Аналогичные рекомендации могут даны в отношении полипропилена. Изделия повышенной прочности (детали лабораторного оборудования, шприцы, упаковку) отливают из ПП с ПТР =0,7-2,0 г/10 мин. Для других изделий использует ПП с более высокими значениями ПТР, перерабатывать которые проще.

Выбор марок полимеров и композиций на их основе для литья под давлением во многом определяется вязкостью: чрезмерно высокая вязкость не только приводит к плохому заполнению форм, но и может быть причиной "подгорания " материала. Литье изделий из термопластов проводят при сравнительно больших давлениях и, как правило, при высоких температурах. Поэтому знание ПТР часто недостаточно для оценки пригодности материала к переработке. Полезной оказывается оценка текучести материала на литьевых машинах, которую обычно проводят с помощью форм, имеющих калиброванные спиральные каналы. При этом определяют длину " пути течения ", т.е. длину спиральной отливки lc,которую можно обеспечить при инжекции (впрыске) различных материалов или одного и того же материала на различных литьевых машинах при сопоставимых условиях. Ниже в качестве примера приведены данные, позволяющие сопоставить значения ПТР и длины пути течения lc определенные в форме со спиралью толщиной 2 мм, имеющей трапецеидальное сечение, при давлении впрыска 75 МПа и температуре в цилиндре пластикатора 250 0С для пяти образцов ПЭВП различных марок:

Из приведенных видно, что значение lc материалов при литье под давлением различаются менее резко, чем значения ПТР тех же образцов. Для полимеров со сравнительно низким ПТР (приблизительно до 4-5 г/10 мин при загрузке 50 Н или 1,0 г/10 мин при загрузке 21,6 Н) по значениям ПТР практически невозможно судить о различиях полимеров по текучести в литьевых формах. Из систематических исследований текучести в литьевых формах можно сделать вид о том, что "путь течений ", или "длина затекания " полиолефинов в спиральные каналы, оказывается линейной функцией температуры полимера и давления инжекции и логарифмической функцией скорости (и, следовательно, продолжительности) впрыска. Зависимость lc от температуры формы выражена слабо, гораздо сильнее на значение lc влияют геометрические размеры каналов формы. Поэтому на практике при оценке способности материала заполнять литьевые формы часто ориентируются, по отношению длины течения lc к толщине стенки изделия д . Для большинства литьевых марок значение литьевых марок полиолефинов значение ?= lc / д достигает 30-350. При высоких температурах массы и давлениях впрыска коэффициент ? может достигать 500.

Переработка реактопластов литьем под давлением

Переработка реактопластов литьем под давлением включает следующие операции: исходный материал при нагреве переводится в вязкотекучее состояние (пластицируется), затем перемещается в литьевую форму, где завершается процесс образования сшитого полимера. Материал при этом приобретает конфигурацию внутренней полости формы. Способом литья под давлением можно формовать изделия из реактопластов массой до 2-3 кг.

Первые литьевые машины для переработки термореактивных материалов были плунжерного типа; пластикация и впрыск реактопласта при этом осуществлялись с помощью поршня. Впоследствии реактопласты начали перерабатывать литьем под давлением на машинах с червячной пластикацией.

Существуют различные разновидности способа литья под давлением на литьевых машинах с червячной пластикацией. Первая заключается в том, что термореактивный материал пластицируют червяком, постепенно перемещающимся в цилиндре во время пластикации по направлению к загрузочному устройству. По окончании пластикации червяк с помощью гидропривода перемещается вперед и выталкивает массу через сопло в обогреваемую форму.

Литье под давлением реактопластов обладает рядом преимуществ перед другими видами переработки этих материалов, в частности более коротким циклом изготовления изделий, возможностью полностью автоматизировать процесс, высоким качеством изготовляемых изделий. Литье под давлением реактопластов более экономично, чем, например, прессование. Литьевая машина в 4 раза дороже пресса прямого прессования, но за счет того, что цикл изготовления изделия на ней примерно в 6 раз короче, чем при прессовании, достигается существенная экономия, особенно ощутимая при массовом производстве изделий.

Литье под давлением пластмасс ведут на литьевых машинах. Для реактопластов применяют червячные машины -горизонтальные, угловые, и роторные.

Литьевые машины, применяемые для литья реактопластов под давлением, могут быть также охарактеризованы по степени универсальности: специализированные (только для термореактивных материалов), универсальные (для термопластов и реактопластов) и модифицированные (принявшиеся ранее для литья термопластов, но в результате конструктивных изменений приспособленные для литья реактопластов). Независимо от степени универсальности литьевые машины для реактопластов должны обеспечивать повышенные крутящий момент на червяке и давление литья из-за большой вязкости расплава, широкий диапазон регулирования окружной скорости вращения червяка, высокую скорость впрыска. Для предотвращения опасности перегрева термореактивной массы цилиндр (а зачастую и червяк) должен иметь масляный или водяной обогрев.

Пластикационный цилиндр может иметь до четырех зон обогрева. Обогрев можно включать по двум схемам: с попарным присоединением двух смежных зон к отдельным термостатам или с подключением одной зоны к одному, а остальных трех зон к другому термостату. Термостатирование червяка устраняет локальные перегревы материала, поддерживает термическое равновесие процесса, улучшает транспортировки и сокращает время пластикации полимера.

Гидравлические системы и управление литьевыми машинами для переработки реактопластов намного сложнее, чем для термопластавтоматов. Червяк движется вращательно и возвратно-поступательно.

Размещено на Allbest.ru