Восторгов, Кобыличенко, Маврин - Литье под давлением (МИТХТ,2009)

вставок на стадии проектирования изделия. Видимость спаев можно так же устранить декорированием поверхности изделия,

если спай не удалось устранить при проектировании изделия. В

месте возможного образования спая делают так называемую

«шагрень».

Механические свойства литьевых изделий с ЛСП во многом определяются природой полимера: аморфной или полу-

кристаллической. Для изделий из композиционных материалов,

являющихся многофазными и многокомпонентными система-

ми, дефектность в области ЛСП становится, в ряде случаев,

критическим фактором.

Влияние ЛСП на физико-механические свойства изделий обычно оценивают путем сравнительных испытаний образцов,

отлитых с ЛСП и без неё. Наиболее распространенным крите-

рием оценки является коэффициент сохранения свойств в ЛСП. Он представляет собой отношение величины параметра для образца с ЛСП к величине этого же параметра для образца без ЛСП, выраженное в процентах:

В качестве параметра выбирается какое-либо свойство,

характеризующее материал, например, ударная вязкость, проч-

ность при растяжении и т. д.

45

Грат, заусенцы и приливы образуются, если произведение давления в форме на площадь давления превосходит усилие смыкания формы, обеспечиваемое машиной. В результате фор-

ма раскрывается, и расплав вытекает по плоскости разъема литьевой формы.

Рис. 5. Диаграмма литьевого процесса

Качество изделий и производительность литья зависят от свойств термопласта, технического уровня литьевого оборудо-

вания и формы и технологических параметров литья.

Технологические параметры литья задают исходя из типа термопластов и его свойств (вязкостных и теплофизических) с

учетом размеров и сложности конфигурации изделия и конст-

рукции литниковой системы формы.

Технологическими параметрами литья являются:

температура материала или литья;

10

температура формы;

давление литья;

объемная или линейная скорость впрыска;

время выдержки под давлением;

давление формования или подпитки;

частота вращения шнека;

давление пластикации или противодавление;

объем впрыска или ход шнека;

время охлаждения.

Температура материала существенно зависит от свойств термопласта и задается исходя из условия получения качест-

венного изделия за минимальное время цикла. Для каждого по-

лимера имеется рабочий диапазон температуры литья, выше и ниже которого возникает различного рода брак.

Температура формы существенно зависит от температуры перехода полимера из твердого состояния в высокоэластичное.

Для того, чтобы изделие можно было извлечь из формы без де-

формации и поломки, температуру формы задают ниже темпе-

ратуры стеклования для аморфных или температуры макси-

мальной скорости кристаллизации для кристаллических поли-

меров.

Давление литья существенно зависит от вязкостных свойств полимера (текучести), конфигурации и размеров изде-

лия и литников. Давление литья подбирается таким образом, 11

кулярно потоку. Это вызвано, так называемым, «фонтанным» течением расплава в форме. Известны три области, характери-

зующие ЛСП: 1) V-образный дефект; 2) область слабого взаи-

модействия потоков; 3) область сильного взаимодействия пото-

ков.

V-образный дефект – это результат усадочных явлений,

захвата воздуха и различных загрязнений. Он может служить концентратором напряжений для многих материалов.

Прочность изделий в области ЛСП можно улучшить пу-

тем варьирования технологических параметров литья. Наиболее предпочтительны параметры, которые способствуют улучше-

нию взаимной диффузии встречных потоков в области ЛСП:

температура расплава, температура формы, давление литья и скорость впрыска. Однако для композиционных термопластич-

ных материалов влияние этих параметров не столь существен-

но, как для ненаполненных полимеров.

С точки зрения литьевого оборудования и формующего инструмента, для улучшения внешнего вида и прочности ЛСП,

известны технологии с каскадным литьем и литьем с двумя уз-

лами впрыска. Запатентована технология «Push Pull Process»,

основанная на попеременной пульсации потоков полимера при заполнении формы.

Важную роль в устранении спаев играет тщательная проработка расположения впускных литников и оформляющих

44

РАБОТА №4 ВЛИЯНИЕ СПАЯ ПОТОКОВ НА ФИЗИКО-

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИЗДЕЛИЙ

1. Цель работы

Изучение влияния спая потоков на физико-механические свойства изделий из композиционных термопластов.

2.Описание лабораторной работы

Линия спая потоков (ЛСП) – это наиболее распростра-

ненный дефект, возникающий в изделиях изготовленных лить-

ем под давлением. Его наличие способствует ослаблению изде-

лия. Образование ЛСП связано с соединением потоков полиме-

ра при наличии в форме двух и более впускных каналов, вста-

вок и разнотолщинности.

ЛСП можно разделить на два вида, исходя из механизма ее образования. Линия холодного спая (ЛХС) – образуется при столкновении потоков, направленных непосредственно на-

встречу друг другу. Линия горячего спая (ЛГС) – потоки поли-

мера соединяются по касательной, а затем продолжают дви-

гаться параллельно. Эти виды ЛСП характеризуются различ-

ными свойствами, так как ориентация и структура материала в области соединившихся потоков различна.

Ориентация макромолекул полимера и частиц наполни-

теля в области ЛСП, преимущественно направлена перпенди-

43

чтобы при заполнении объемная скорость впрыска оставалась постоянной.

Давление формования определяет подпитку расплавом материала в форме в течение выдержки под давлением для ком-

пенсации усадки и в результате – качество и вес готовых изде-

лий. Недостаточная величина давления формования приводит к образованию в изделии раковин, пустот и утяжин. Избыточная величина давления вызывает излишнее переуплотнение мате-

риала и, как следствие этого, образование больших внутренних напряжений, которые могут привести к растрескиванию и раз-

рушению изделия при эксплуатации.

Объемная скорость впрыска влияет на внешний вид изде-

лия и зависит от его конфигурации и размеров, а также конст-

рукции литниковой системы. При низких скоростях впрыска расплав быстро охлаждается на стенках формы и на поверхно-

сти детали могут возникать волнистость поверхности и линии спаев. Чрезмерная скорость впрыска может привести к дест-

рукции материала, образованию пригаров из-за местного резко-

го расплава и облоя (грата).

Частота вращения шнека и давление пластикации опреде-

ляют качество расплава. При низких значениях этих параметров возможна недостаточная гомогенность расплава, а при очень высоких – деструкция расплава и добавок, разрушение волок-

нистого наполнителя.

12

Объем впрыска зависит от размеров изделия и плотности материала. Обычно на машине устанавливают объем отливки

(или ход шнека) таким образом, чтобы к концу выдержки под давлением перед шнеком оставалось не менее 3 5% объема,

подготовленного к впрыску материала.

Время выдержки под давлением зависит от поперечного сечения литника, определяющего продолжительность его охла-

ждения, т.е. времени подпитки. При малом значении времени выдержки под давлением подпитка материалом формы недос-

таточна и как следствие этого малый вес изделия и образование в нем раковин и пустот. По мере увеличения времени выдержки вес изделия увеличивается, пока не достигнет постоянного зна-

чения. Поэтому время достижения стабильного веса и является необходимым временем выдержки под давлением.

Время охлаждения зависит от температуры материала и формы, толщины изделия и коэффициента температуропровод-

ности материала. Время охлаждения подбирается таким обра-

зом, чтобы к концу времени охлаждения температура изделия была достаточной для извлечения его из формы без поломки и деформирования.

Выбор большинства параметров литья для разных матери-

алов подробно описан в справочной и научной литературе и технических условиях на конкретный материал. Однако вы-

бран-ные параметры требуют экспериментальной проверки и

13

Аналогичным образом оценивается влияние давления впрыска на длину «спирали». Меняя давление впрыска получа-

ют различную длину спирали. Полученные результаты заносят в таблицу 3.

Таблица 3. Зависимость длины затекания от давления впрыска

На основании таблиц 2 и 3 необходимо построить гра-

фики зависимости длины «спирали» от скорости и давления

впрыска соответственно.

Вопросы для подготовки к лабораторной работе №3 и ее защите

1.Как зависит длина затекания от ПТР материала?

2.Какие еще технологические параметры, кроме ПТР материала, скорости и давления впрыска, влияют на длину затекания материала?

Библиографический список к лабораторной работе №3

1.Лапшин В.В. Основы переработки термопластов литьем под давлением – М.: Химия. 1974.

2.Калиничев Э.Л. Саковцева М.Б. Свойства и переработка термопластов: Справочное пособие – Л.: Химия. 1983

42

ряются и результаты вносятся в таблицу 1. Может быть «две марки материала»?

Таблица 1. Зависимость длины затекания от ПТР материала

На основании полученных данных делается вывод о влиянии ПТР на длину затекания расплава.

В следующем эксперименте будет исследовано влияние скорости впрыска на длину затекания расплава. Для этого вы-

бирается один материал и производится литье «спиралей» с

различными скоростями впрыска. На основании полученных данных составляется таблица 2.

Таблица 2. Зависимость длины затекания от скорости впрыска

41

корректировки применительно к конкретной машине, форме и

издлию. Только после этой работы составляется технологиче-

ская карта литья, в которой указываются все выше перечислен-

ные параметры литья и условия подготовки материала к пере-

работке.

Библиографический список к Введению

1.Основы технологии переработки пластмасс: Учебник для химико-технологических вузов. 2-е издание / под ред. В.Н. Кулезнева и В.К. Гусева. – М.: Химия. 2006. – 596 с.

2.Калиничев Э.Л. Саковцева М.Б. Свойства и переработка термопластов: Справочное пособие – Л.: Химия, 1983. – 272.с

3.Лапшин В.В. Основы переработки термопластов литьем под давлением – М.: Химия, 1974. – 230 с.

4.Калиничев Э.Л., Калиничева Е.И., Саковцева М.Б. Оборудование для литья под давлением – М.: Машиностроение, 1985. – 338 с.

5.Оссвальд Т., Тунг Л.-Ш., Грэманн П.Дж. Литье пластмасс под давлением – С-Пб.: Профессия, 2006. – 750.с.

6.Менгес Г., Микаэли В., Морен П. Как делать литьевые формы – С-Пб.: Профессия, 2007. – 720с.

14

РАБОТА №1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

ВЫДЕРЖКИ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

1. Цель работы

Изучение способов определения времени выдержки под давлением (ВПД): по весу изделия, по давлению в полости фор-

мы, по расчетной формуле. Сравнение значений ВПД, получен-

ных разными способами.

2. Материалы и оборудование

Термопластичный полимерный материал в виде гранул – ПП, ПА 6 или композиции на их основе.

Литьевая машина ARBURG 370 CMD, HAITIAN HTF90W.

Литьевая форма для изготовления стандартных образ-

цов.

Настольные лабораторные весы.

Прибор и датчик для определения давления в полости формы фирмы Kistler.

3.Порядок выполнения работы

Ознакомьтесь с устройством и принципом работы литье-

вой машины, на которой будет проводиться эксперимент. За-

15

Свойства полимера

Длина спирали зависит от ПТР полимера, чем выше ПТР, тем больше длина. Ввод добавок, наполнителей и особен-

но смазок также могу существенно изменить длину спирали.

3.Оборудование

Лабораторная работа проводится на термопластавтомате

Arburg 370 CMD.

Экспериментальная литьевая форма «спираль» пред-

ставляет собой пластину длиной 495 мм, шириной 25 мм и

толщиной 2 мм в виде спирали.

При литье образца «спираль» можно оценить:

- качество поверхности при литье крупногабаритных из-

делий;

- усадку на различных участках при литье крупногаба-

ритных изделий; - длину затекания расплава в форму.

4. Порядок выполнения работы

В данной лабораторной работе оценивается длина зате-

кания расплава материала. Для этого выбираются два однотип-

ных материала, имеющих разный ПТР. При одинаковых техно-

логических режимах отливаются несколько «спиралей» на од-

ном материале, а затем и на другом. Полученные отливки изме40

тановившемся и неизотермическом течении. Длина спирали, по существу, характеризует реологические свойства полимера в широком интервале напряжений сдвига и температур.

Может быть «реологическое поведение»?

2.2. Влияние технологических параметров литья на длину спирали

Температура расплава полимера

Изменение длины спирали в зависимости от температу-

ры цилиндра литьевой машины является важным показателем,

характеризующим возможный интервал переработки данного полимера литьем под давлением. С повышением температуры расплава уменьшается вязкость полимера, следовательно, мате-

риалу легче заполнить форму и длина спирали будет увеличи-

ваться пропорционально температуре расплава.

Температура формы

Изменение температуры формы мало влияет на течение аморфных полимеров. У кристаллических полимеров, напри-

мер, у ПЭ, ПП и ПА6 повышение температуры формы приводит к заметному увеличению длины спирали.

Давление и скорость впрыска

Увеличение давления и скорости впрыска значительно удлиняют спираль.

39

пишите марку, модель и основные технические характеристи-

ки машины.

Выберите полимерный материал и тип литьевого образ-

ца (формы) для проведения эксперимента. Подберите техноло-

гические параметры литья, исходя из типа материала. Компози-

ции на основе ПА предварительно высушиваются под вакуу-

мом до влажности 0,1-0,2 % при температуре 80 С. Продолжи-

тельность сушки зависит от исходной влажности материала.

Оформите в лабораторном журнале: название лабора-

торной работы, цель, наименование материала, технологиче-

ский режим литья; краткое описание (принцип работы) обору-

дования (указать технические характеристики), на котором проводится исследование.

4. Проведение эксперимента 4.1. Определение времени ВПД по весу изделия

Время ВПД главным образом зависит от размеров попе-

речного сечения впускного литника (диаметр, толщина). Дан-

ные размеры определяют продолжительность охлаждения ма-

териала в литнике. Важной задачей является определение наи-

большего времени, в течение которого возможна передача дав-

ления и переток материала из инжекционного цилиндра в по-

лость формы.

16

РАБОТА №3 ВЛИЯНИЕ ПТР МАТЕРИАЛА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ ЛИТЬЯ НА ДЛИНУ ЗАТЕКАНИЯ ПОЛИМЕРА

1. Цель работы

Исследование влияния ПТР и технологических режимов литья на длину затекания полимера на образце «спираль».

2. Описание лабораторной работы

2.1. Оценка формуемости (способности к переработке)

является основной проблемой в области технологии переработ-

ки пластмасс. Обычные методы измерения текучести расплав-

ленных полимеров не дают надежных сведений об их формуе-

мости, так как при литье под давлением формуемость полиме-

ров определяется комплексом их свойств. Кроме того, на фор-

муемость полимеров оказывает влияние конструкция литьевой машины, размеры и форма изделия, а также конструкция литье-

вой формы.

Формуемость можно оценивать, пользуясь различными показателями. При литье под давлением формуемость полиме-

ров предложено определять скоростью и легкостью, с которой полимер может быть переработан при заданных требованиях.

Эти требования зависят как от типа полимера, так и от назначе-

ния изделия. Слово «легкость» означает малое регулирование

37

раметры литья для композиций на основе ПП и ПА-6 представ-

лены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры литья ПП и ПА6

Исходя из постановки задачи, считаем, что время ВПД неизвестно. Начинаем отливку образцов при установленном минимальном времени ВПД. Далее ступенчато увеличиваем время ВПД и отбираем по три отливки (включая литниковую систему) для каждого времени. Рекомендованные ряды времен:

ПП – 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 сек.

ПА6 – 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 сек.

На каждом образце маркером указываем соответствую-

щее время ВПД.

Взвешиваем образцы. Усредненные значения веса (по трем отливкам) для каждого времени вносим в таблицу. На ос-

новании полученных данных строим зависимость (как показано на рис. 1) веса отливки ( г.) от времени ВПД ( сек.).

18

Определяем время, после которого вес отливки практически не

меняется – оптимальное время ВПД.

4.2. Определение времени ВПД по давлению в полости формы

Давление в формующей полости является одним из важных параметров. Профиль давления в полости считается величиной, определяющей качество отливки. Типичный профиль изменения давления в полости формы приведен на рисунке 2.

Рис. 2. Типичный профиль изменения давления в полости

В точке 1 начинается впрыск расплава в форму. По мере достижения расплавом позиции датчика (точка 2), давление начинает расти. Когда полость формы заполнена (точка 3) система управления литьевой машины переключается на стадию

19

1.Лапшин В.В. Основы переработки термопластов литьем под давлением – М.: Химия. 1974.

2.Оссвальд Т., Тунг Л.-Ш., Грэманн П.Дж. Литье пластмасс под давлением – С-Пб.: Профессия. 2006.

3.ГОСТ 18616-80. Пластмассы. Метод определения усадки.

4.ISO 294-4. Plastics – Injection moulding of test specimens

of thermoplastic materials – Part 4: Determination of moulding shrinkage.

5. Восторгов Б.Е., Кобыличенко Д.В., Маврин А.А. От чего зависит усадка полимеров. //Пластикс, 2007, №4. – С. …- ….

36