3. Расчет давления, действующего на материал

Давление, действующее на материал в форме, вследствие непрерывных потерь на отдельных стадиях процесса (в цилиндре, сопле, литниковых каналах), ниже давления, создаваемого первоначально шнеком.

Давление в форме обеспечивается давлением в гидросистеме машины Р_г с учетом потерь давления в цилиндре и сопле. Давление литья Р_л (МПа) вычисляют по формуле:

Р_л = Р_гD_ц²/d²_ш, (28)

где Р_г  давление рабочей жидкости в гидроцилиндре по манометру, МПа; D_ц – диаметр гидроцилиндра, м; d_ш  диаметр шнека, м.

Учитывая потери давления:

Р_л = Р_м + ∆Р_м, (29)

где Р_м – давление впрыска, МПа.

Потери давления в пластикационном цилиндре могут быть с достаточной точностью подсчитаны по формуле:

Р_ц = аР_л + b(v/ v_макс – 0,32) + с, (30)

где Р_ц – потери давления в пластикационном цилиндре, МПа; Р_л  давление на материал в цилиндре, МПа; v – объем отливаемого изделия, м³; v_макс – максимально возможный объем отливки на данной машине, м³; a, b, c – коэффициенты, зависящие от перерабатываемого материала, значения которых приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2. Значения коэффициентов в уравнении (30)

Материал	a	b, МПа	с, МПа
ПЭНД	0,143	11,5	10,0
Полипропилен	0,33	4,2	6,5
Ударопрочный полистирол	0,187	3,6	10,0
Этрол	0,42	10,0	5,5

Давление литья необходимо для заполнения литниковой системы и формы, оно влияет на качество изделий. Р_л устанавливают в гидроприводе литьевой машины. На современных литьевых машинах Р_л = 60 ÷ 200 МПа.

2. Расчет времени цикла литья под давлением

Расчет продолжительности цикла (τ_ц) литья под давлением изделий и пластикационной способности (q_пл) литьевой машины проводят следующим образом:

τ_ц = τ_м + τ_т + τ_п, (31)

τ_т = τ_выд + τ_охл.б/д , (32)

где τ_м – машинное время, с; τ_т  технологическое время, с; τ_п  продолжительность паузы, c; τ_выд  продолжительность выдержки полимера в форме под внешним давлением, с; τ_охл.б/д  продолжительность охлаждения изделия в форме без внешнего давления, с.

Технологическое время (τ_т) показывает продолжительность охлаждения до заданной температуры в центре изделия (Т_и), при которой возможно извлечение готового изделия. Расчет технологического времени зависит от соотношения ширины изделия (В) к толщине стенки изделия (h):

В/ h = f.

При f > 2,5 для плоского изделия:

τ_т = ln [ 1,27 ( Т_м – Т_ф ) / ( Т_и – Т_ф) ] h / π^{2 .} a); (33)

при f 2,5 для плоского изделия:

τ_т = ln [ 1,27 ( Т_м – Т_ф ) / ( Т_и – Т_ф) ] h²f²/[ π^{2 .} a (1 + f²) ] (34)

для цилиндрического изделия:

τ_т = ln [1,6 (Т_м – Т_ф ) / ( Т_и – Т_ф ) ] r²/ (5,76 a ). (35)

Здесь В – ширина изделия, мм; h – толщина стенки изделия, мм; r – толщина стенки цилиндрического изделия, мм; Т_м – температура впрыскиваемого в формующую полость материала, ^оС; Т_ф – температура формы, ^оС; Т_и Т_ф + (10 ÷ 30 ) – для тонкостенных изделий ( h 3 мм ), Т_и = Т_ф + 50 – для толстостенных изделий ( h 5 мм ); a  коэффициент температуропроводности полимерного материала при температуре переработки, м²/с.

Машинное время:

τ_м = τ_см + τ_впр + τ_разм, (36)

где τ_см, τ_разм, τ_впр  время смыкания, время размыкания формы и время впрыска. Тогда

τ_ц = τ_см + τ_впр + τ_выд + τ_охл.б/д + τ_разм + τ_п. (37)

Продолжительность пластикации полимера:

τ_{пл =} τ_{охл. б/д} + τ_см + τ_разм. (38)

Обозначив C₁ = τ_выд/ τ_т и C₂ = (τ_см + τ_разм) / τ_т, и учитывая, что τ_{охл. б/д} = τ_т - τ_выд , получим:

τ_пл = τ_т - τ_выд + τ_см + τ_разм = τ_т – С₁ τ_т+С₂ τ_т = τ_т(1–С₁ + С₂), (39)

τ_{охл. б/д} = τ_т(1– С₁).

Пластикационная способность литьевой машины q_пл (в кг/час):

q_п = 3600m/[τ_т(1 – С₁ + С₂)] = 3600vρ/[τ_т(1 – С₁ + С₂)], (40)

где m – масса отливки, кг; v – объем отливки, м³; ρ – плотность полимера, кг/м³.

Пластикационной производительностью литьевой машины называют то количество материала (в кг), которое шнек способен непрерывно пластицировать в течение 1 ч:

q_пл = 3600 v_и ρnК΄/ (К τ_пл ), (41)

где v_и – объем изделия, м³; ρ – плотность материала, кг/м³, n – число оформляющих гнезд; К΄ - 1,1÷1,3 – коэффициент, учитывающий литниковую систему; К – коэффициент, учитывающий вязкость перерабатываемого материала (для полистирола К = 0,8, для более вязких материалов К = 0,7, для менее вязких К = 0,9).

Производительность литьевых машин Q (в кг/ч ) можно рассчитать по формуле:

Q = 3,6 m n/τ_ц , (42)

где m масса изделия, г; τ_ц  время цикла, с; n – число гнезд.

Для роторных литьевых машин время цикла:

τ_ц = τ_впр + τ_выд + τ_пов. + τ_п , (43)

где τ_выд – время выдержки материала в форме под внешним давлением, с; τ_пов. – время перемещения формы в следующую позицию, с;

τ_т = τ_выд + τ_{охл. б/д}; τ_пов = 1 /nk, (44)

τ_пов = τ_{охл. б/д} / (k – 1) – (τ_впр + τ_выд + τ_п) (k – 2) / (k – 1), (45)

где τ_{охл. б/д} – время охлаждения материала в форме без давления, с; k – число позиций; τ_п – время пауз между операциями; n – частота вращения ротора.