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

Далее необходимо построить график зависимости про-

дольной и поперечной усадки от давления формования, при-

мерный вид которого приведен на рисунке 3.

Рис. 3. Примерный вид графика зависимости усадки от давления формования

Вопросы для подготовки к лабораторной работе №2 и ее защите

1.Как зависит усадка материала от технологических параметров процесса литья?

2.На каких образцах производится измерение усадки?

3.Причины образования усадки?

4.Каковы причины анизотропии усадки?

5.Для чего необходимо определять усадку литьевых материалов?

Библиографический список к лабораторной работе №2

35

ВПД. Продолжается подача материала в форму и давление в ней увеличивается.

По мере охлаждения материала его вязкость растет, по-

этому увеличивается сопротивление втеканию новых порций материала. Одновременно с этим за счет охлаждения начинает-

ся усадка материала (уменьшается его объем). Когда приток материала уравновешивается возникающей усадкой, давление в форме достигает максимального значения (точка 4). Далее на-

чинается период спада давления. В определенный момент вре-

мени расплав во впускном литнике перемерзает (точка 5), что предотвращает отток материала из полости формы. Время ВПД может быть ограничено этой точкой. Дальнейшая усадка матери ала приводит к снижению давления в форме до атмосферного.

Эксперимент

Для проведения эксперимента необходимо использовать литьевую форму с установленным в полости датчиком давле-

ния. Применяется пьезометрический датчик давления Kistler 6157A. Регистрация изменения давления осуществляется с по-

мощью записывающего устройства Kistler 6827A, показанное на рисунке 3.

20

Рис. 3. Записывающее устройство Kistler 6827A

На панели управления прибора вводятся основные характеристики датчика: чувствительность и рабочий диапазон давлений. Сигнал, поступающий с датчика, преобразуется в величину давления и записывается на бумаге в виде графика, показанного на рисунке 2.

Первоначально устанавливают минимальное время ВПД. Запускают цикл литья с одновременной записью давления. Если при данном времени ВПД происходит резкое падение давления в форме, это свидетельствует о том, что литник еще не перемерз, и произошла обратная утечка материала из формы (рисунок. 4).

21

ление согласно выбранному ряду и отбираем по 5 отливок для каждого значения давления.

На каждом образце маркером указываем соответствующее давление формования.

После прохождения времени кондиционирования на универсальном приборе измеряем продольный и поперечный размеры каждого образца и вносим результаты в таблицу 2.

Таблица 2. Размеры образцов

6. Обработка результатов

На основании таблицы 2 по формуле (1) вычисляется продольная и поперечная усадка для каждого давления формования.

Размеры пресс-формы «пластина» 60 60 2 мм:

-продольный – 60,32 мм;

-поперечный – 60,35 мм.

34

Оформите в лабораторном журнале: название лабора-

торной работы, цель, наименование материала, технологиче-

ский режим литья; краткое описание оборудования (указать технические характеристики), на котором проводится исследо-

вание (принцип работы).

5. Проведение эксперимента

Включаем литьевую машину и устанавливаем параметры литья в соответствии с выбранным материалом. Типичные па-

раметры литья для композиций на основе ПП и ПА6 представ-

лены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры литья ПП и ПА6

Для определения зависимости усадки материала от дав-

ления формования необходимо определить последовательность значений давлений, например, 200, 400, 600 и 800 bar. Начина-

ем отливку образцов при установленном минимальном значе-

нии давления формования. Далее ступенчато увеличиваем дав-

33

Рис. 4 – Выбор оптимального времени ВПД

Таким образом, подбирают такое время ВПД, по оконча-

нии которого давление продолжает изменяться без резкого,

скачкообразного падения. В этом случае можно с уверенностью утверждать, что материал во впускном литнике застыл. Данное время ВПД будет являться оптимальным.

4.3. Расчетное определение времени ВПД

Так как время ВПД фактически ограничено моментом пе-

ремерзания литника, для расчета можно использовать формулы определения времени охлаждения щелевого и цилиндрического литника.

Для щелевого литника:

22

где: h – половина толщины литника, м;

– коэффициент температуропроводности полимера, м2/с; Тр – температура расплава материала, С; Тф – температура поверхности формы, С;

Ти – температура в центре изделия, при которой возможно его извлечение из формы, С.

Для цилиндрического литника:

где: D – диаметр литника, м;

– коэффициент температуропроводности полимера, м2/с; Тр – температура расплава материала, С; Тф – температура поверхности формы, С;

Ти – температура в центре изделия, при которой возможно его извлечение из формы, С.

5. Обработка результатов

По результатам эксперимента и расчета составляется таб-

лица, в которой для каждого материала указываются времена

ВПД, полученные разными методами.

23

Рис. 2. Прибор для измерения усадки лабораторных образцов

4.Порядок выполнения работы

Ознакомьтесь с устройством и принципом работы литье-

вой машины, на которой будет проводиться эксперимент. За-

фиксируйте марку, модель и основные технические характери-

стики машины.

Выберите полимерный материал и тип литьевого образ-

ца (формы) для проведения эксперимента. Подберите техноло-

гические параметры литья, исходя из типа материала. 32

Рис. 1. Образец «пластина» 60 60 2 мм

На рисунке 2 показан общий вид универсального прибо-

ра для измерения усадки различных образцов.

31

Вопросы для подготовки к лабораторной работе №1 и ее защите

1.Что такое выдержка под давлением?

2.Перечислите факторы, определяющие продолжительность (время) выдержки под давлением?

3.Каковы последствия неправильного выбора продолжительности выдержки под давлением?

Библиографический список к лабораторной работе №1

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

3.Калиничев Э.Л., Саковцева М.Б. Свойства и переработка термопластов: Справочное пособие – Л.: Химия, 1983. – 338 с.

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

24

РАБОТА №2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛИТЬЕВОЙ УСАДКИ

1. Цель работы

Изучение методики определения усадки изделий термо-

пластичных полимерных материалов при литье под давлением.

Определение влияния давления формования на усадку.

2.Материалы и оборудование

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

Литьевая машина ARBURG 370 CMD.

Литьевая форма для изготовления стандартных образ-

цов.

Универсальное приспособление для измерения усадки.

3.Описание лабораторной работы

Литьевая усадка – важнейшее технологическое свойство полимерных материалов, от которого зависит размерная точ-

ность готовых изделий. Знание основных факторов, влияющих на усадку, позволяет грамотно регулировать усадку на стадии литья под давлением, а также правильно учитывать ее величину при проектировании литьевой оснастки.

Сущность метода состоит в определении:

25

Увеличение давления формования снижает усадку. Такое же воздействие оказывает рост времени выдержки под давлением до момента перемерзания литника. Для измерения усадки мож-

но использовать следующие лабораторные образцы, регламен-

тированные ГОСТ 18616-80 и ISO 294-4:

-диск 50 мм, толщиной 2 мм;

-пластина 60 60 мм, толщиной 2 мм;

-брусок 80 10 мм, толщиной 4 мм.

В данной лабораторной работе измерение усадки будет проводиться на образце «пластина» 60 60 2 мм, который ис-

пользуется в ГОСТе и ISO, общий вид которой вместе с литни-

ковой системой показан на рисунке 1.

30

Толщина стенок отливки является одним из конструк-

тивных факторов, влияющих на усадку. Это связанно с измене-

нием скорости охлаждения изделия при изменении толщины стенки. При увеличении толщины стенки образца усадка воз-

растает. Наибольшее увеличение усадки наблюдается для нена-

полненных материалов, таких как ПП и ПА6. Материалы, ар-

мированные стекловолокном, практически нечувствительны к изменению толщины стенки.

Размер поперечного сечения впускного литника влияет на передачу давления в полость формы и фактическую продол-

жительность стадии подпитки. Чем больше размеры впускного литника, тем меньше величина усадки. При увеличении толщи-

ны литника увеличивается величина давления в форме и факти-

ческая продолжительность подпитки, что уменьшает усадку.

Величина усадки зависит от параметров процесса литья:

температуры расплава полимера, температуры формы, скорости впрыска, величины давления формования и времени выдержки под давлением. Увеличение температуры расплава приводит к уменьшению усадки, а возрастание температуры формы – к ее росту. Увеличение скорости впрыска приводит к уменьшению усадки, особенно это проявляется на стеклонаполненных тер-

мопластах. Наибольшее влияние на усадку оказывают величина давления на стадии уплотнения (давление формования) и про-

должительность подпитки (время выдержки под давлением).

29

-усадки – разности размеров холодной пресс-формы и отформованных и охлажденных в ней образцов, выраженной в процентах от размеров пресс-формы;

-дополнительной усадки - разности размеров отформо-

ванных и охлажденных образцов до и после термообработки,

выраженной в процентах от первоначальных размеров образ-

цов;

- анизотропии усадки термопластов – отношения вели-

чины усадки (или дополнительной усадки) перпендикулярно направлению литья к величине усадки (или дополнительной усадки) вдоль направления литья.

Усадку (MS) в процентах вычисляют по формуле:

L1

где: L0 – размер прессформы, мм;

L1 – размер образца, мм.

Дополнительную усадку (PS) в процентах вычисляют по формуле:

где: L1 – размер образца перед термообработкой, мм; L2 – размер образца после термообработки, мм.

Анизотропию усадки (a)и дополнительной усадки (a ) вычисляют по формулам:

26

где: MSl , PSl – величина усадки или дополнительной усадки вдоль направления литья, %;

MSb , PSb – величина усадки или дополнительной усадки перпендикулярно направлению литья, %.

Образцы из термопластов измеряют после их кондицио-

нирования с момента изготовления не менее 16 часов и не более

24 часа при 23 С на воздухе.

Величина усадки зависит от следующих основных фак-

торов:

тип полимерного материала, вид и концентрации наполнителя в нем;

форма изделия и его геометрические размеры;

расположение, размеры и конфигурация литнико-

вой системы;

технологические параметры литья;

техническое состояние литьевой машины.

В первую очередь усадка зависит от типа полимерного материала и определяется термическим расширением, сжимае-

мостью, а также структурными изменениями, происходящими в результате кристаллизации материала и релаксации ориентаци-

онных напряжений в изделии. Для композиционных полимер-

27

ных материалов усадка также зависит от типа и концентрации наполнителя.

При введении наполнителя усадка уменьшается. Вели-

чина усадки так же уменьшается по мере увеличения степени наполнения. При этом дисперсные наполнители, такие как тальк, оказывают меньшее влияние на снижение усадки, чем волокнистые наполнители (стекловолокно).

Форма и геометрические размеры изделия (толщина стенки, длина и т. д.) являются не менее важными факторами при формировании усадки, так как оказывают влияние на про-

цесс течения расплава в оформляющей полости, способствуют в разной степени ориентации полимера и наполнителя, опреде-

ляют передачу давления по длине изделия.

Для изделий, заполняющихся расширяющимся/сужаю-

щимся потоком, например, диск, отношение усадки в попереч-

ном направлении к усадке в продольном направлении практи-

чески равно 1, то есть отсутствует анизотропия усадки. На из-

делиях, которые заполняются регулярным потоком, например,

пластина или брусок, усадка в направлении течения у напол-

ненных полимеров меньше, чем в поперечном направлении.

Особенно это наблюдается у композитов с волокнистым напол-

нителем. В этом случае волокнистый наполнитель ориентиру-

ется вдоль потока и препятствует уменьшению размеров изде-

лия (образца) при охлаждении и кристаллизации.

28