5.14. Пути совершенствования технологических процессов литья под давлением

Совершенствование процессов литья под давлением направлено на модернизацию литьевых машин, а это достигается оптимизацией параметров литья и внедрением на машинах современных средств управления литьем. Определенная роль принадлежит использованию манипуляторов в технологических процессах. При этом робототехника выполняет разные операции: съем изделий, транспортировка и укладка, проверка извлеченных изделий и извлечение литников их формы, смазывание формы и др. Робототехника может осуществить одну операцию или несколько. Иногда одна система может обслуживать несколько машин. Она может быть выполнена с системой логического управления, на которой предварительно задают требуемые операции и система обеспечивает их выполнение в необходимой последовательности на каждой машине.

На практике нашли применение автоматические системы управления. На ряде заводов используются системы автоматического регулирования, и они применяются для обеспечения поддержания на заданном уровне или изменения по заданной программе регулируемых параметров объекта с помощью различных технических средств.

Для регулирования технологических параметров, для стабилизации регулируемых параметров на заданном уровне разработано числовое программное управление литьевыми машинами. Все параметры набираются дистанционно.

В машинах с ЧПУ применяется специализированная система адаптации и стабилизации по уровню заданных параметров. Сейчас используются системы управления на основе ЭВМ.

5.13. Многоцветное литье термопластов

Методом литья под давлением можно изготавливать изделия из термопластов различных цветов. Для этого применяют специальные литьевые машины, которые располагают как минимум двумя мя инжекционными цилиндрами. В форму последовательно осуществляется впрыск материалов различных цветов.

По второму способу литье ведется обычном методом с тем отличием, что в собранном виде изделие отливается со вставленным в форму ранее отлитым изделием другого цвета. По месту контакта свежего расплава с поверхностью ранее отлитой части происходит хорошая сварка без нарушения четкой границы места сопряжения поверхности разных частей изделия.

5.15. Получение высокопрочных изделий методом литья под давлением

Одним из путей повышения экономической эффективности технологических процессов в области переработки пластмасс является использование характерной склонности линейных полимеров к ориентации в процессе переработки, в результате чего значительно увеличиваются прочностные характеристики изделия.

Повышение механической прочности полимеров в процессе переработки объясняется созданием в них соответствующей надмолекулярной структуры, которая присуща высокоориентированным системам. Создаваемая надмолекулярная структура в процессе ориентационной кристаллизации образуется за счет воздействия на расплав полимера в процессе переработки силовых полей механической природы, под действием которых происходит распрямление и ориентация молекулярных цепей с последующей их кристаллизацией. Это позволяет зафиксировать созданную при деформации структуру и в конечном итоге получить повышенные характеристики изделия.

Этот процесс позволяет получать высокопрочные изделия на стандартном технологическом оборудовании при обычном давлении литья, но требуется внести только некоторые изменения в формующую оснастку (рис. 5.18).

Рис. 5.18. Схема получения высокопрочных изделий:

1 – центральный литник; 2 – литниковый канал для обеспечения ориентации;

3 – основное изделие; 4 – дополнительное изделие

Опыт показывает, что, внеся изменения в конструкцию оснастки, можно увеличить прочность отливок в 6-8 раз. Это зависит от формы изделия и марки термопласта. Значительное увеличение прочности наблюдается в случае ПЭВП (в обычных условиях прочность составляет 22-24 МПа, при изменении конструкции формы – 150-180 МПа).

Сущность процесса заключается в том, что с целью увеличения прочности изделия расплав полимера после заполнения оформляющей полости поддавливается через выпускной литник при температуре, большей температуры плавления или текучести термопласта, но не более чем на 40-50 ºС. При этом процесс выдавливания не прекращают до тех пор, пока полимер не перейдет из вязкотекучего в твердое состояние. В соответствии с этим для реализации процесса отверждения в сдвиговом поле текущего расплава, как правило, необходимо формование дополнительного неупрочненного изделия или «технологической прибыли». Технологическая прибыль возвращается в процесс как вторичное сырье.

Для литьевых упрочненных изделий характерна четырехслоевая структура, которая на поперечных срезах изделия представляет концентрические образования (рис. 5.19).

Рис. 5.19. Структура упрочненных изделий:

1 – поверхностный слой (оболочка); 2 – приповерхностный слой;

3 – средний слой; 4 – центральный слой

Оболочка образуется при заполнении формы расплавом за счет растяжения фронта потока. Формование второго слоя происходит в условиях сдвиговой деформации при заполнении формы и далее при продавливании слоя. На границе слоев происходит смена деформации растяжения в первом слое на деформацию сдвига во втором. Именно это определяет возможность проявления расслоения расплава при высоком напряжении сдвига. Третий и четвертый слои образуются на завершающем этапе, то есть при выдержке под давлением и подпитке. Разделение этих слоев происходит при охлаждении изделия.

Исследование прочностных характеристик слоев по толщине показывает, что второй слой обладает максимальным значением прочности (рис. 5.20).

Полученное строение весьма стабильно и в процессе литья образуется преимущественно фибриллярная структура (вытянутая). Как показывает опыт, что также подтверждается достигаемой максимальной прочностью, лучше всего использовать полимер с ПТР < 1 г/10 мин.

Отмечено, что упрочненные отливки лучше всего получать в виде стержней, изделий пластинчатого и иногда коробчатого типа.

Формы для литья могут выполняться горячеканальными и холодноканальными. Чем дольше функционирует впускной и выпускной литник, тем больший эффект упрочнения достигается.

Рис. 5.20. Распределение прочности по слоям изделия

Различные материалы по-разному улучшают свои характеристики. Некоторые из них приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1. Различия в прочности изделий

Материал	, МПа
	Традиц.	Упрочн.
ПЭ	24	180
ПП	26	60
ПА-12	38	58
ПП+ПЭВП	30	150
ПЭВП наполненный (35 % кальцита)	23	80
УПМ	25	45

Отливка изделия может осуществляться по двум вариантам:

1. технологическая прибыль может оформляться формующим элементом;

2. технологическая прибыль может быть неограниченной, то есть материал выпрыскивается в воздух.

Площадь сечения выпускного литника должна быть 2-3 мм². Если начальная скорость литья незначительная, то нельзя добиться высокого эффекта упрочнения и литые изделия получатся с невысокими прочностными характеристиками.

Увеличение скорости продавливания по сравнению с некой оптимальной скоростью приводит к снижению прочностных показателей изделия относительно наилучших значений. Это обусловлено преобладанием механизмов разрушения формирующихся структур на стадии отверждения расплава.