Виды брака при лпд

1. Недолив;

2. Облой;

3. Утяжины и раковины;

4. Коробление;

5. Изменение цвета;

6. Линии холодных спаев;

7. Дефектная зона (микротрещины в области впускного литника);

8. Пятнистость на просвет;

9. Вздутие;

10. Пятнистость на просвет.

Причины возникновения того или иного вида брака могут быть технологическими, материаловедческими и конструктивными, т.е. для устранения брака можно изменять технологические параметры, ввести изменения в состав материала или ввести изменения в конструкцию формы или изделия. Обязанность инженера в области производства изделий из полимерных материалов назначить мероприятия по устранения брака с наименьшими затратами. С этой точки зрения предпочтительнее назначить технологические мероприятия, затем материаловедческие и только после этого, если устранение брака не достигнуто – назначить конструктивные мероприятия. Для разработки этих мероприятий нужно физически проанализировать технологический процесс и определить причины возникновения того или иного вида брака.

Недолив

Наиболее часто встречается при наладке технического процесса. В общем случае, причинами любого вида брака могут быть технологические, материаловедческие и конструктивные.

Технологические причины недолива:

Низкая температура формы; низкая температура материального цилиндра; низкий объем впрыска; низкое давление литья. Существуют материалы теплостойкие и термостойкие с громоздкой структурой макромолекул и большой вязкостью расплава (см. учебное пособие «Теплостойкие линейные полимеры»). Переработка таких материалов методом ЛПД невозможна без предварительного нагрева формы. Наиболее известный из таких материалов – поликарбонат. Вначале форму нагревают до номинальной температуры (120-160 °С), затем запускают технологический процесс и включают охлаждение формы, поскольку она начинает нагреваться от расплава (250-260°С).

Материаловедческие причины недолива:

Связаны с повышенной вязкостью расплава, следовательно, с большими потерями давления. Это может быть следствием слишком низкого ПТР, который в свою очередь является следствием слишком высокой молекулярной массы. Низкое содержание в материале пластификаторов и эластификаторов, а также смазок и слишком большое содержание наполнителя.

Мероприятия: ввести функциональную добавку (пластификаторы и смазки).

Пластификатор снижает внутреннее трение между объёмами при течении; смазки – снижают внешнее трение расплава о стенки литниковых каналов и оформляющих полостей. Целесообразно снизить содержание наполнителя.

В технических условиях на реальных предприятиях критерием величины вязкости расплава является характеристика, называемая показатель текучести расплава (ПТР).

Вязкость корректно измеряется коэффициентом эффективной вязкости η. Это критерий сопротивления течению расплава в каналах и оформляющих полостях, т.е. сопротивление деформирования расплава под действием развиваемых давлений. В твёрдых телах таким критерием является модуль упругости , отношение действующего напряжения относительно деформации. Такой критерий к расплавам применять нельзя, потому что нельзя организовать испытания на разрывной машине, а образец из расплава не может самостоятельно сохранять форму. Поэтому измеряют коэффициент эффективной вязкости как отношение напряжения сдвига к скорости сдвига.

.

Имеется в виду напряжения, развиваемые при сдвиге 2-х неких микрообъёмов расплава, например в потоке и скорость относительного перемещения этих микрообъёмов. Формально это можно представить: одна плоскость перемещается, зная h, силу Р, скорость перемещения верхней плоскости.

Рис1 Пример сдвига микрообъемов расплава

Такие процессы происходят в каналах.

Рис. 2 Распределение скоростей по сечению канала

Распределение скоростей по сечению канала неравномерно. Если рассмотреть вязкость в области микрообъёмов 1 и 2, то её можно определить, зная разность линейных скоростей их перемещения, расстояние межу этими микрообъёмами и давление в канале. Но для таких экспериментов и расчётов необходимо прогрессивное испытательное оборудование, например фирм Instron или Brabender.

В заводских условиях об изменении вязкости под действием тех или иных параметров (Т ºC, P), состава материала и пр. судят по изменению показателя текучести расплава. Для этого определяем объём материала,, который протекает через капилляр цилиндрической формы определённого диаметра, определённой длины, определённое время и при определённом давлении за 10 минут.

Для различных материалов указанные параметры норматизированы и ПТР указывается в нормативной литературе как технологическое свойство того или иного материала. ПТР является одним из критериев технологичности. Чем выше ПТР, тем материал технологичнее при ЛПД. Экструзионные материалы (термопласты) не пригодны для ЛПД, т.к. из ПТР значительно выше.

ПТР зависит от молекулярной массы, структуры макромолекул, содержания функциональных добавок и наполнителя. Чем выше молекулярная масса, чем более громоздка разветвлённая структура, чем меньше пластификатора и смазки и больше степень наполнения, тем вязкость выше и соответственно ПТР ниже.

Если рассматривать гомогенный термопласт линейной структуры без учёта функциональных добавок, но глобальной характеристикой, определяющей изменение его вязкости является изменение его свободного объёма. Чем больше свободный объём у данного термопласта, тем вязкость меньше, т.к. расстояние между макромолекулами выше, число критических связей меньше и способность перемещения одной молекулы относительно другой выше, а свободный объём можно менять с помощью температуры, давления. Чем больше температура и ниже давление всестороннего сжатия, тем меньше вязкость. В практическом применении это иллюстрируется, например, регулированием давлением литья. При повышении давления литья, для сохранения вязкости на прежнем уровне целесообразно повысить температуру материального цилиндра.

Рабочим органом испытательного оборудования для определения вязкостных свойств (η и ПТР) является капиллярный вязкозимитр.

Рис. 1 Капиллярный вязкозимитр плунжер; гильза; нагрев гильзы; расплав; капилляр, неподвижно закреплён в форме; тара.

Указаны параметры: усилие Р со стороны испытательного оборудования, которое трансформируется в давление расплава, а так же температура, время испытания и конструктивные ограничения капилляра.

Отечественная испытательная техника позволяет действовать на плунжер с постоянным усилием или с постоянной скоростью перемещения плунжера и контролировать изменения усилия. Такие методики предназначены не только для определения ПТР, но и для построения кривых течения вида f (ﻵ).

ЛЕКЦИЯ 28

Виды кривых течения (законов течения сред в жидком агрегатном состоянии).

Рис. 1 Виды кривых течения пропорциональный прямолинейный закон течения; псевдопластический закон течения; дилатантный закон течения; тела Бенгама-Шведова.

Поскольку , тогда изменение угла α аналогично изменению вязкости , т.к. tgα изменяется таким же образом как и α, количественно об этом можно судить по величине tgα.

Прямолинейный закон характеризуется постоянным значением α при измененииσ_сдв. Такое поведение характерно для простых жидкостей – не полимерных с шарообразными молекулами. .

Псевдопластический закон характеризуется понижением коэффициента эффективной вязкости при повышении скорости сдвига, такой закон характерен для гомогенных термопластов в особенности линейной структуры, а также для термопластов композиционных, но с малой степенью наполнения, когда при течении расплава контакты частиц наполнителя происходят очень редко. Уменьшение вязкости в данном случае происходит за счёт ориентации макромолекул и снижение сопротивления .

Дилатантный (кривая 3) характеризуется повышением вязкости с повышением скорости сдвига . Такая кривая характерна для высоконаполненных термопластов, когда с повышением скорости сдвига развиваются стерические эффекты, когда частицы наполнителя динамически контактируют в потоке и эти контакты затрудняют движение среды (высоконаполненного ПКМ). Учитывая то обстоятельство, что линейные скорости микрообъёмов в реальном потоке не одинаковы, то контакты частиц весьма вероятны.

Тела Бенгама-Шведова железообразны, течение реализуется только после предварительно приложенного напряжения определённой величины σ₁. Процесс дальнейшего течения может происходить по одному из 3-х законов в зависимости от структуры материала.

Конструктивные причины недолива:

Малое сечение впускного литника; малое сечение литниковых каналов; малая толщина стенки изделия; слишком большая длина определяющего потока, а это связано с длиной литников и с площадью изделия.

Причинами являются:

1. значительные потери давления Р_теч + Р_вх;

2. значительные входовые потери за счёт большого количества местных сопротивлений, встречающихся на пути потока, например знака. Здесь нужно иметь в виду, что потери давления развиваются не только за счёт механического торможения самого расплава, но и за счет повышения его вязкости, т.к. увеличение времени течения и торможение расплава может вызвать его чрезмерное охлаждение;

3. слишком малая толщина стенки изделия, в связи с этим большие сопротивления течения, т.к. при впрыске мгновенно образуется затвердевшая оболочка в пристенных областях и пространство для течения очень малое. При толщине стенки менее 1,5 мм оно может отсутствовать. Причиной недолива может быть «захлопывание» воздушных полостей, блокированных расплавом, если у этой полости нет отвода воздуха в неплотности сопряжения деталей формы или специальные фрезерованные тонкие канал (душники).

Облой

Технологические причины облоя:

Слишком высокий объем впрыска; слишком низкое усилие запирания; слишком высокое давление литья; слишком высокая температура материального цилиндра и температура формы.

Материаловедческие причины облоя:

Причины, приводящие к снижению вязкости, т.е. переизбыток пластификатора, низкая молекулярная масса, большое содержание смазки (функциональных добавок), низкое содержание наполнителя а ПКМ.

Конструктивные причины облоя:

Перекос полуформы при смыкании; некачественное выполнение плит, образующих плоскость смыкания; деформативность плит формы, например, в связи с их малой толщиной, недостаточной термообработкой, вследствие этого, под действием давления литья, плиты могут иметь прогиб в центральной части и в области центрального литника.

Коробление

Происходит в связи с развитием внутренних напряжений, а причиной возникновения внутренних напряжений является неравномерное во времени охлаждение изделия в оформляющей полости.

Рассмотрим коробление на примере ЛПД изделия типа диск в одногнездной форме:

Рис. 1 Виды брака, коробление

Здесь реализуется плоское течение.

После окончания впрыска периферийной области 1 оказываются затвердевшими, а центральные области 2 находятся в ВТС (кроме тонкой оболочки, непосредственно прилегающей к формообразующим поверхностям).

После затвердевания литника усадка центральных областей происходит автономно без подпитки. В результате уменьшения объема центральных областей и фиксированного состояния периферийных, в изделии развивается поле внутренних напряжений.

Представим это изделие в виде обода, ступицы и спиц.

Рис. 2 Изделие в виде обода, ступицы и спиц Обод; Ступица; Спица. Обод; Ступица;

Ступица и спицы внутренние области изделия, обод - внешний.

При усадке спицы стремятся уменьшить свою длину, поэтому в них развиваются напряжения растяжения.

Под действием этих напряжений обод стремится уменьшить свою длину и в нем развиваются напряжения сжатия. В окружном направлении вызывает коробление.

В первую очередь затвердевают периферийные области, т.к. движение расплава в этих областях прекращается. Раз нет движения, значит нет трения и нет разогрева. Материал здесь интенсивно охлаждается от стенок формы. В центре же материал продолжает усадку в процессе выдержки без давления. В результате уменьшения объёма центральных областей и сопротивления этому уменьшению со стороны периферийных в изделии развиваются и стабилизируются внутренние напряжения.

После затвердевания материал в периферийных областях обод не изменяется в объёме, а ступица и спица продолжают уменьшаться согласно схемы: спицы укорачиваются и в них развивается напряжение растяжения. Воздействуя на обод, спицы генерируют в ободе напряжения сжатия. В связи с тем, что материал изделия характеризуется определённым модулем упругости, поле напряжений вызывает развитие деформаций. Чем меньше модуль, тем при тех же напряжениях деформации будут больше.

Деформация вызовет искажение формы изделия.

Технологические причины:

—Чем больше усадка, тем больше коробление

—Слишком высокая Т_мц

—Слишком низкое давление литья

—Слишком низкое время нахождения под давлением τ_впд

—Слишком высокая скорость впрыска.

Материаловедческие причины:

—Снижение усадки путём замены материала

—Введение или повышение содержания наполнителя, т.к. чем больше содержание связующего, тем больше усадка. Применение материалов с высоким модулем упругости, но в этом случае напряжение не релаксирует, т.е. не «выражается» в виде деформаций, а «замораживается» внутри материала. Но в этой ситуации прочность изделия снижается и в случае внешнего силового воздействия изделие может разрушиться, т.к. внешнее напряжение складывается с внутренними и сумма этих напряжений может превысить предел прочности материала, поэтому с повышением модуля упругости параллельно повышают прочность материала, например вводя в него армирующий наполнитель (например волокнистый).

Конструктивные причины:

Улучшить качество в системах охлаждения в первом приближении; добиться равномерного охлаждения отливки в плоскости смыкания т.о., чтобы условия охлаждения всех гнёзд были одинаковыми. В предельном случае организовать зонное охлаждение, когда периферийные области при более высокой температуре, в области впускного литника – при более низкой. Это обеспечит равномерность охлаждения в пределах одного гнезда. Снизить разогрев материала за счёт трения в форме.

Повысить чистоту поверхности каналов. Ввести смазки, но главное увеличить диаметр впускного литника. Ликвидировать вероятность захлопывания расплава, организовав неплотности для выхода воздуха. В плоскости смыкания обычно фрезеруют канавки с очень малой глубиной. С относительно высокой вязкостью расплав не заходит в эти канавки.