2.3. Литьевые технологии

Широко распространен метод литья под давлением в литьевых машинах путем размягчения материала до вязкотекучего состояния и перемещения в литьевую форму, где он затвердевает, приобретая конфигурацию внутренней полости формы. Термопласт прогревают в пластикационном цилиндре нагревателями (200-350^оС) и теплом трения, выделяемого при пластикации вращающимся шнеком (кривые II и III), который при этом отходит назад (рис.2.18). При поступательном движении невращающегося шнека расплав с высокой скоростью нагнетается через сопло в литьевую форму, и его объем, выдавливаемый при наибольшем ходе шнека, определяет объем изделий (метод инжекции). Методом интрузии удается изготовить изделия в 2-3 раза большего объема за счет сопла с широким каналом в инжекционном цилиндре, по которому расплав при вращающемся шнеке до начала его поступательного движения заполняет 70-80% формы. Скорость впрыска материала в форму ниже, чем при обычном режиме литья, но общая длительность цикла не растет благодаря частичному совмещению во времени отдельных операций. Далее форму с термопластом охлаждают до 20-40^оС (полистирол, полиэтилен) или 80-120^оС (поликарбонаты), а форму с реактопластом или резиновой смесью нагревают до 100-200^оС. Изделие начинает затвердевать с поверхности и после охлаждения ниже температуры стеклования может быть извлечено из формы.

Рис. 2.18. Схема шнековой литьевой машины с диаграммами распределения

давления (I) и температуры (II-для термопластов, III-для реактопластов)

по длине машины, а также по времени (после впрыска материала в форму):

1-литьевая форма, 2-литниковая втулка, 3-сопло, 4-головка пластикационного цилиндра, 5-шнек,

6-пластикационный цилиндр, 7-бункер, 8-привод, 9-гидравлический цилиндр,

10-передаточный мезанизм, 11-электрические нагреватели.

Эффективное давление на материал снижается из-за потерь в узлах машины (кривая I, рис.2.18), а в зависимости от свойств полимера, режима литья и конфигурации изделия изменяется во времени и снижается от входа в форму в направлении ее задней стенки (рис.2.19). По мере заполнения формы давление в каждой точке от а₁ до а_n возрастает. Уплотнение материала за счет притока новых порций из пластикационного цилиндра приводит к увеличению давления на каждом участке от b₁c₁ до b_nc_n. В результате затвердевания и усадки материала давление в форме несколько снижается (участки от c₁d₁ до c_nd_n), а при дальнейшем охлаждении без притока новых порций его снижение усиливается (участки от d₁e₁ до d_ne_n).

Рис. 2.19. Диаграмма давление-время-длина литьевой формы (а) и кривая давление-время для одной точки литьевой формы (б): 1-2 – заполнение формы, 2-3 – нарастание давления,

3-4 – уплотнение материала, 4-5 – вытекание материала из формы, 5-6 – затвердевание литника, 6-7 – падение остаточного давления в изделии.

Регулирование давления в цикле литья позволяет направленно изменять свойства изделий. По одному из режимов литья давление в гидравлической системе после заполнения формы дополнительно поднимают и держат постоянным. По другому варианту давление в гидравлической системе и сопле пластикационного цилиндра после заполнения формы в течение нескольких секунд сохраняют на прежнем уровне, а затем сбрасывают до значения, равного давлению в конце формы в данный момент. Равномерное распределение давления вдоль всей формы позволяет эффективнее использовать усилие запирания литьевой формы, исключает опасность ее раскрытия и образования на изделии облоя. Для предотвращения растрескивания толстостенные изделия льют методом инжекционного прессования в специальных формах, давление в которых создают с двух сторон – шнеком и механизмом закрывания формы через шток и пуансон.

Режимы переработки термопластов даны в табл.3.7. В отличие от полистирола и полиэтилена, полипропилен лучше перерабатывать в тонкостенные изделия, так как склонен к образованию усадочных раковин в толще материала, а поликарбонат в производстве сложных изделий со строгими размерными допусками льют при пониженной температуре расплава и повышенной температуре формы. Переработку ПВХ и полиакрилатов усложняет близость температуры их разложения. Полиамиды подсушивают в термошкафу при 70-80^оС в течение 4-5 ч и льют при ограниченном времени пребывания в материальном цилиндре из-за склонности к окислению.

Таблица 2.7.