книги из ГПНТБ / Лапшин В.В. Основы переработки термопластов литьем под давлением

кации величина давления в форме и ее изменение во времени за­ висят от массы полимера, загружаемого в отверстие материального цилиндра 5.

Если навеска полимера достаточна и гидросистема создает дав­ ление на входе в форму рі, то изменение давления в форме будет происходить по кривой 1 (рис. III.22). Если гидросистема создает меньшее давление на входе — рг, то изменение давления в форме при прочих равных условиях описывается кривой 2. Если при дав­ лении р1 уменьшить навеску, то изменение давления в форме бу­ дет происходить по линиям 3, 4, 5 и 6 в зависимости от величины этой навески. Таким образом, давление в форме при прочих рав­ ных условиях будет определяться величиной навески полимера. Если навеска мала, инжекционный поршень дойдет до своего край­ него положения и давление в форму передаваться не будет. Для обеспечения постоянного давления в форме на машинах без пред­ варительной пластикации целесообразно применять весовую дози­ ровку.

На характер кривой давление в форме — время большое влия­ ние оказывает время выдержки под давлением !. Из рис. III.23 видно, что никаких изменений от цикла к циклу в характере кри­ вой заполнения формы не наблюдается. Нарастание давления для всех циклов почти одинаково. Однако период уплотнения поли-

120

мера возрастает с увеличением времени выдержки под давлением. Если время выдержки недостаточно и уплотнение мало, то выте­ кание материала из формы приведет к снижению давления в ней (давления отключения) до такой величины, что усадка превысит допустимые нормы. Давление отключения, а также температура материала при этом давлении являются очень важными величи­ нами, поскольку они определяют величину усадки, появление «утяжин» и поведение изделия при выталкивании из формы.

1— 5 с; 2— 7; 5—9; 4— 13; 5— 17с.

Интересно отметить, что при времени выдержки, равном 5 с, давление в форме снижается до нуля через 7 с, а при времени выдержки, равном 13 с, — уже через 28 с. Наконец, при времени выдержки 17 с остаточное давление в форме уже не достигает ну­ левого значения, а приближается к 14 МПа.

Влияние времени выдержки под давлением на массу и усадку изделий видно из приведенных ниже данных (температура литья 240°С и давление на поршне 112 МПа):

Изделия, полученные при времени выдержки, равном 5 с,

имели «утяжин».

Таким образом, от времени выдержки под давлением при про­ чих равных условиях зависят давление и температура, при кото­ рых изделие начинает формоваться самостоятельно после затвер­ девания впуска литника.

Если время выдержки под давлением больше 17 с или сечение впуска литника в форме настолько велико, что материал во впуске

121

застывает после того, как затвердевает все изделие, то кривая дав­ ления соответствует пунктирной линии, показанной на рис. III. 23. Изделие при этом охлаждается в условиях постоянного поступле­ ния материала, если, конечно, величина навески достаточна. В этом случае материал из формы не вытекает, а впуск затвердевает в процессе поступления материала в полость формы. Остаточное давление в форме при этом может оказаться столь высоким, что раскрытие формы становится невозможным. Ниже приведены

данные, из которых видно, что усилие раскрытия формы действи­ тельно повышается с ростом остаточного давления в ней:

Если впуск литника застывает раньше, чем все изделие, то под­ питка полимером прекращается и падение давления в форме уско­ ряется. Естественно, чем меньше впуск литника, тем быстрее он затвердевает и тем быстрее должно спадать давление. Экспери­ менты по изучению изменения давления в форме при литье полипропилена через литники различного диаметра подтверждают это предположение29 (рис. III.24).

Если подпитку отключить, т. е. отвести поршень в исходное по­ ложение до затвердевания литника, то падение давления, особен­ но в начальный момент, будет происходить быстрее (см. рис. III. 23). Чем раньше отключается подпитка, т. е. чем меньше время вы­ держки под давлением, тем быстрее падает давление в форме.

Экспериментальная диаграмма давление— время, приведенная на рис. III. 23, справедлива для литья изделий с толстым литником, через который довольно долго может передаваться давление от

122

Температура формы также играет важную роль при формова­ нии изделия, как видно из рис. III.27. Минимальная температура формы составляла 30°С, а максимальная 55°С. При этих темпе­ ратурах формы время заполнения и максимальное давление в форме одинаковы, поскольку различие в температурах формы слишком мало, чтобы это могло сказаться на процессе заполнения формы. Однако .характер падения давления несколько меняется в зависимости от температуры формы. При температуре формы 30°С давление отключения равно 38 МПа, а при 55 °С понижается до 24 МПа.

При литье в более холодную форму увеличивается давление отключения, уменьшается усадка и утяжины. Однако для дости­ жения лучшей поверхности изделия может оказаться желательной более высокая температура формы. Тогда, если принять, что для уменьшения утяжин необходимо иметь давление отключения 38 МПа, цикл придется увеличить на 5—6 с для достижения опти­ мальных условий извлечения изделия из формы.

вий литья не зависит. Смещение, которое допускается пружинным буфером, незначительно по сравнению с участком хода поршня, в течение которого происходит впрыск полимера. Следовательно, объемная скорость течения постоянна, что характерно для условий «течения, контролируемого машиной».

124

Н. И. Басовым была получена формула для расчета давления в любой точке оформляющей полости формы для плоских изделий:

В результате экспериментов с этой же формой на гидравличе­ ской литьевой машине типа ЛМ-50 была получена серия кривых

ка, полученные зависимости практически совпадают. Очевидно, это имеет место только в том случае, если на гидравлической ма­ шине при всех режимах литья сохраняется постоянная объемная скорость впрыска, а давление при заполнении не достигает макси­ мального установленного давления литья.

Для определения среднего давления в форме, по которому мож­ но найти усилие, действующее в направлении размыкания формы, предложена следующая формула:

что с повышением температуры материала уменьшается падение давления по длине изделия. Падение давления уменьшается также с увеличением толщины изделия. Эти данные показывают, что при литье под давлением отдельные части изделия формуются при раз­ личных давлениях.

125

Обычный метод литья на поршневых машинах имеет ряд нёдостатков, один из которых заключаете^ в малой объемной ско­ рости впрыска; этот недостаток особенно заметен при литье тонко­ стенных изделий. Он можетбыть устранен при применении пред­ варительного сжатия расплава. Материал сжимают до давления литья в нагревательном цилиндре перед впрыском в форму. При смыкании формы открывается запорный клапан в сопловой части

нагревательного цилиндра, и материал, расширяясь, с большой скоростью заполняет форму.

При литье с предварительным сжатием, как видно из рис. III. 30, скорость впрыска в начале заполнения в 10—12 раз выше, чем в конце, и уменьшается по мере заполнения формы, приближаясь к постоянной скорости впрыска при обычном литье32. Такое из­ менение скорости впрыска, связанное с расширением полимера во время заполнения формы и падением начального давления в ци­ линдре, обусловливает качественно иной характер заполнения формы.

Сравнительный график распределения давления по длине фор­ мы для одинаковых условий литья (рис. III. 31) показывает, что давление, передаваемое в форму, при литье с предварительным сжатием примерно на 17% больше, чем при обычном, а распреде­ ление давления более эффективно, так как обеспечивает гораздо меньшие потери давления по длине и дает возможность заполнить более длинные формы, что особенно важно при литье тонкостен­ ных изделий,

126

Потери давления в форме

Распределение потерь давления в форме показано на рис. III. 32. При больших скоростях течения, когда охлаждение расплава не­ значительно, распределение давления по длине имеет линейный характер; при уменьшении скорости заполнения график распреде­ ления давления изгибается.

Общие потери давления состоят из двух частей3. При течении расплава полимера имеют место динамические потери давления

ние, возникающее в форме, рав­ но статическому давлению в сопле инжекционного цилиндра за вычетом всех потерь в форме.

Потери давления обычно велики при высокой вязкости расплава термопласта или при литье изделий с очень тонкими стенками. Если потери давления превышают давление в сопле, то форма не заполняется целиком.

Динамические потери давления почти не зависят от темпера­ туры формы, но зависят от температуры расплава, давления на поршне, размеров литника и впуска 3.

Ниже приведены данные о потерях давления (в МПа) полисти­ рола при температуре расплава 232 °С и температуре формы 16 °С:

*Поперечное сечение литника равно 0,8-1 мм2.

**Поперечное сечение литника равно 6,45 мм2.

Из приведенных данных видно, что чем больше размеры впуска, тем меньше динамические и статические потери давления3.

127

При уменьшении толщины полости формы динамические по­ тери давления повышаются, статические потери давления в литнике и впуске остаются постоянными, а в полости формы заметно уве­ личиваются. Ниже приведены данные о потерях давления (в МПа) полистирола при температуре расплава 232°С и температуре фор­

*Толщина полости формы равна 3,3 мм.

**Толщина полости формы равна 1,8 мм.

***Толщина полости формы равна 1,1 мм.

При наименьшей толщине полости формы различие между ди­ намическими и статическими потерями давления минимально.

Статические потери давления зависят от температуры расплава, температуры формы и давления в сопле.

Если известны потери давления для полистирола, то для дру­ гих типов термопластов (при той же форме) потери приближенно выражаются следующей формулой33:

где Ар'ф — потери давления в форме для данного типа термопласта; Арф — по­ тери давления в форме для полистирола; К — коэффициент.

Ниже приведены значения коэффициента k для разных термо­ пластов:

Из этих данных видно, что потери давления в форме для рас­ плавов поликарбоната, сополимера на основе формальдегида и полиолефенов примерно в 2—3 раза больше, чем для полистирола.

Регулирование максимального давления в форме

Максимальное давление в форме является одним из важных технологических параметров процесса литья под давлением. Обыч­ но при литье регулируют величину максимального давления и время его действия.

128

Одним из методов регулирования давления в форме является сброс давления в гидроприводе после заполнения формы, в кото­ рой возникли максимальные усилия и установился определенный перепад давления. Сброс давления в гидроприводе в этот момент приводит к уменьшению давления на участках формы вблизи лит­ ника и мало отражается на давлении на участках, удаленных от литника. Распределение давления в форме в этом случае зависит

Перепад давления в случае сброса давления в момент запол­ нения формы (кривая 3) зависит от давления в конце формы. За счет уменьшения вторичного давления до рз можно получить рав­ номерное распределение давления в форме р з р к з .

Если сброс давления осуществляется до заполнения формы, то нужное распределение давления не достигается сразу. В момент сброса перепад давления характеризуется линией 4, а после за­ полнения формы образующийся перепад давления (кривая 5) мо­ жет быть уменьшен только при вторичном сбросе давления34 до ps.

Применение сброса давления после заполнения формы целе­ сообразно для изделий со сравнительно толстыми стенками, а сброса давления в момент заполнения — при литье изделий с боль­ шой площадью литья, когда усилие замыкания формы или ее жесткость недостаточны.

Следует учитывать, что при значительной длине формы давле­ ние в конце, полости формы мало зависит от вторичного давления,