Basov N.I. i dr. Raschet i konstruirovanie formiruyushchego instrumenta dlya izgotovleniya izdelij (1991

Точечные и туннельные впускные каналы. Точечные впускные каналы получили распространение благодаря возможностям изготов­ ления с их помощью тонкостенных изделий (до 3 мм) без утяжки в месте подвода литника; отделению литника в момент размыкания формы и, таким образом, полной автоматизации ее работы; практичес­ ки полной ликвидации литниковых отходов; широкой номенклатуре перерабатываемых термопластов. В результате быстрого затвердева­ ния полимера в точечном впуске снижается остаточное давление в форме, что уменьшает уровень внутренних напряжений в изделии и улучшает условия извлечения отливки из формы.

В зависимости от типа конструкции (рис. 3.15) точечные впускные каналы разделяют следующим образом: с отрывным литником, без­ литниковые, с предкамерой.

Рис. 3.15. Основные типы точечных впускных каналов:

в— с отрывным пищиком; б — безлитниковые; в — с предкамерой для детали типастакана(спра­ ва—с углублением против литника); г — с подпружиненной предкамерой (I — мундштук, 2, 5 — предкамеры, 3 — пружина, 4 — матрица)

160

Вварианте с отрывным литником расплав к впускному каналу подводится через основной или разводящий литниковый канал. В варианте безлитниковом расплав к впускному каналу подается непосредственно из сопла литьевой машины. Здесь часто применяют самозапирающиеся краны (мундштуки) для предотвращения вытяги­ вания нити расплава после впрыска.

Вварианте с предкамерой (через специальную камеру, постоянно заполненную расплавом) исключаются потери материала на литник, так как материал в предкамере остается постоянно вязкотекучим. Наиболее целесообразно применять предкамеру при литье тонкостен­ ных деталей, требующих непродолжительных циклов изготовления (3-4 отливки в минуту), из материалов с большим температурным

'интервалом и низкой температурой размягчения.

Объем предкамеры должен быть достаточно велик для того, чтобы материал, заполняющий ее, оставался вязкотекучим до следующего впрыска. Сохранение пластичности материала в предкамере может быть достигнуто также конструктивным оформлением сопла машины.

Предкамерный узел впрыска (рис. 3.15, г) отличается простотой в изготовлении и надежностью в эксплуатации при переработке кри­ сталлизующихся полимеров. Основными элементами узла являются мундштук 1 и предкамера 2 или 5. Предкамера 2 (вариант I) закрепля­ ется в конусном отверстии дна матрицы 4 и в промежутках между впрысками при отходе мундштука под действием пружины 3 имеет возможность приподниматься на 3 - 4 мм. Это необходимо для сохра­ нения относительно высокой температуры предкамеры по отношению к охлаждаемой матрице, а также для получения качественной по­ верхности дна изделия.

Если к дну не предъявляются особые требования, возможно жест­ кое закрепление предкамеры 5 в матрице (вариант 10. Мундштук в этом случае не отводится в промежутках между впрысками. Для уменьшения отдачи тепла от предкамеры на наружных стенках ее выполнены проточки, которые образуют воздушный зазор между предкамерой и матрицей. Мундштук изготавливается из бронзы, предкамера - стальная каленая.

Материал, заполнив при первом цикле предкамеру, остается в ней постоянно (вариант 10 либо отводится вместе с мундштуком (ва­ риант 0. Благодаря короткому циклу материал в середине предкамеры не успевает застывать, и очередной впрыск проходит через нее бес­ препятственно. При такой конструкции отпадает необходимость в подгонке мундштука, исключаются случаи продавливания дна каме­ ры. Следовательно, с предкамерным узлом впрыска можно получать тонкостенные изделия с толщиной стенки до 2 мм (при условии эф­ фективного охлаждения формы).

Литьевые формы с предкамерами надежны при переработке поли­ этилена, полипропилена, ПВХ. При переработке полистирола и подоб­ ных ему материалов в зоне предкамеры должен монтироваться допол­ нительный (хотя конструктивно это часто затруднительно) обогрев с

161

терморегулятором. Мощность обогрева 300400 Вт. Это - переход к горячеканальным формам.

Материал при продавливании через точечный впускной канал формы из-за трения, возникающего как между материалом и стенками точечного впускного канала, так и внутреннего трения, сильно разо­ гревается, размягчается, а его вязкость значительно уменьшается, что требует относительно меньшего усилия для продавливания материала. При переходе к точечным литникам усилие, необходимое для продав­ ливания материала по литниковым каналам, либо значительно уменьшается (при отрывном варианте), либо совсем не расходуется (при безлитниковом), из-за чего общее усилие, необходимое для оформления изделий в форме с точечным впускным каналом, значи­ тельно меньше усилия в формах с обычными литниками.

При значительном уменьшении величины поперечного сечения точечного врускного канала по сравнению с поперечным сечением, например, пальцевого впускного литника даже при несколько повы­ шенном удельном давлении в полости перед точечным впускным каналом требуется значительно меньшее суммарное усилие для продавливания расплава в оформляющую по'лость, что также позволя­ ет увеличить скорость поступательного перемещения поршня или червяка машины.

Точечные литники позволяют установить для выдержки под давле­ нием минимальное значение, так как литник весьма малого сечения быстро застывает.

Затвердевание точечного литника наступает сразу после окончания выдержки под давлением, т.е. к моменту, когда изделие в оформляю­ щей полости уже затвердело, и операция выдержки при охлаждении в зависимости от материала или совсем отпадает, или значительно сокращается. Особенно это заметно при изготовлении тонкостенных изделий.

Время для размыкания и смыкания формы при точечной литнико­ вой системе сокращается, так как уменьшается путь перемещения подвижной части формы, необходимый для свободного извлечения изделий. Не менее значительны преимущества точечных впусков для повышения качества изделий. Наиболее важное из них заключается в том, что в зоне литника нет утолщений, охлаждение детали происхо­ дит равномерно, без образования внутренних напряжений и трещин, усадочных раковин и коробления. Отрыв и удаление точечных литни­ ков производят специальной плитой или сжатым воздухом, обработка поверхностей изделий при этом не требуется"'

Размеры точечных впускных каналов (диаметр и длина) зависят от массы и толщины стенки изделия, площади проекции его на плоскость разъема, материала. Общие соображения для выбора размеров кана­ лов приведены выше.

Применение точечных впускных каналов позволяет более полно использовать мощность и производительность оборудования (так как уменьшаются потери давления при течении расплава по разветвленной литниковой системе).

162

5+20'

Рис. 3.16. Конструкции туннельных впускных каналов:

а — схема расположения литниковой системы; б — соотношения размеров исполне­ ний I к II; в — варианты впусков внутрь изделия; г — расположение туннельного канала в неподвижной полуформе; д — расположение туннельного канала в подвиж­ ной полуформе

Рис. 3.17. Криволинейный туннель­ ный литник:

xlD > 2,5/1 (min 15 мм); D « 4 + 6 мм;

di=£>;R« (2,5+ 3)d1 ;d1 -d2 = 3 . . . 5°; пояс­ 0,8-2,5'Л

нения в тексте

163

Туннельные впускные каналы - это разновидность точечных каналов. Они всегда - часть разветвленной литниковой системы. Туннельные каналы проходят к оформляющей полости (чаще - снару­ жи, но при необходимости - и изнутри) через стенку матрицы, сбоку. Они выполняются коническими. Туннельный канал располагают под углом 2050° к плоскости разъема формы. Между изделием и тунне­ лем образуется острая кромка, отрезающая литниковую систему при удалении отливки из формы.

Туннельные каналы можно использовать при переработке почти всех видов термопластов, кроме особенно хрупких, но целесообразнее применять их при переработке эластичных упругих материалов.

Размеры изготавливаемых изделий практически не ограничивают применение туннельных литников. Применение туннельных литников позволяет автоматизировать процесс изготовления изделий из пласт­ масс, исключить необходимость их дальнейшей механической дора­ ботки, улучшить качество.

При проектировании многогнездных форм с туннельными каналами особое внимание следует обращать на размеры и форму разводящих литниковых каналов, так как при извлечении туннельного литника разводящий литник изгибается. При литье хрупких материалов его следует изготавливать переменного сечения с уменьшением толщины в месте наибольшего изгиба. Диаметр разводящих каналов для тун­ нельных впусков должен быть примерно на 1,5 мм больше наибольшей толщины отливки. На рис. 3.16 приведены примеры конструкций туннельных каналов. Располагать туннельные впускные каналы возможно и в неподвижной, и в подвижной полуформе.

При расположении впуска в неподвижной части срез литника с изделия и его извлечение из туннельного канала происходит в момент раскрытия пресс-формы. При расположении впуска в подвижной части срез литника с изделия и его извлечение из туннельного канала происходит при раскрытой пресс-форме в процессе выталкивания изделия из литниковой системы.

Расположение туннельного впуска в неподвижной части пресс-фор­ мы обеспечивает более надежный срез литника и позволяет легче автоматизировать работу формы.

Криволинейная форма туннельного впускного канала позволяет подводить расплав с внутренней стороны отливки (рис. 3.17, а). Для отрыва изделия от литника последний должен иметь достаточные конусность и свободу изгиба (рис. 3.17, б, в).

Вентиляционные каналы. Недостаточная вентиляция может снизить скорость истечения воздуха или даже вызвать закупоривание его в оформляющей полости. Однако поскольку вентиляционные отверстия являются точками потенциального подтекания расплава из полости, их следует делать минимального размера; целесообразно использовать царапины, наносимые алмазом, а не широкие канавки.

164

3.5.3. Горячеканальные литниковые системы

Классификация и принципиальные схемы. По названию этих литнико­ вых систем (в которых расплав полимерного материала не затвердева­ ет, т.е. не затвердевают и не извлекаются с отливкой литники, кроме впускных) и формы для литья под давлением получили название горячеканальных. Такие формы особенно перспективны по сравнению с холодноканальными (т.е. с затвердевающими литниками в холодноканальных литниковых системах) по следующим причинам: практи­ чески нет отходов на литники, экономится дорогостоящий материал; повышается качество изделий за счет лучшего однородного качества расплава; сокращается технологический цикл литья под давлением (за счет уменьшения времени впрыска, времени смыкания - размыкания формы), повышается производительность процесса; себестоимость и трудоемкость изготовления изделий снижается также благодаря ликвидации операций обработки и переработки литников.

Перечисленные положительные эффекты существенно компенсиру­ ют несколько большие, чем для холодноканальных форм, затраты энергии. Распространение горячеканальных форм сдерживают конст­ рукторские и технологические трудности. Первые потому, что сложно обеспечить равномерное температурное поле в горячем канале, или коллекторе, а также надежную теплоизоляцию между горячеканальным блоком, в котором размещается литниковая система, и охлажда­ емыми формующими полостями. Вторые - из-за повышенной сложнос­ ти и трудоемкости изготовления, требующей обеспечения высокой надежности в работе формы и одновременно - простоты в ее установ­ ке, обслуживании, управлении.

В развитых промышленных странах в горячеканальных формах литьем под давлением перерабатывают около 25% всех литьевых термопластов (полиэтиленов, полипропилена, полистирола, поли­ амидов - в том числе и стеклонаполненных). Основное, что отличает эти формы от других - специальной горячеканальный блок (плита, коллектор, узел) с литниковой системой. Перспективным является конструирование и выпуск взаимозаменяемых нормализованных горячеканальных блоков; это подтверждает опыт ведущих мировых фирм (например, „HASKO" в Германии).

Горячеканальные литниковые системы, размещаемые в блоках, разделяют: по конструктивному признаку на три группы - с нагрева­ емыми каналами, с изолирующими каналами и бесканальные; по характеру нагрева на две группы - с косвенным и непосредственным (реализуемым в разнообразных вариантах) нагревом.

Принципиальные схемы горячеканальных разных конструкций приведены на рис. 3.18. На рис. 3.18, а показан вариант непосредствен­ ного наружного нагрева (точнее - поддержания температуры расплава такой же, как в сопле материального цилиндра перед впрыском); известны также варианты прямого нагрева изнутри, когда в литнико­ вый канал вставляется обогреваемая трубка или стержень и т.д. На рис. 3.18, б показан канал с подготовительной камерой, выполненной в

165

123 4

Рис. 3.18. Принципиальные схемы горячеканальных блоков:

а — с нагреваемыми каналами (J — нагревательный конический или цилиндрический патрон, 2 — корпус блока, 3 — датчик температуры, 4 — канал с расплавом, 5 — сопло, 6 — задняя распределитель­ ная втулка, 1 — передняя распределительная втулка); б — с самоизолирующими каналами (1 — плита горячеканального блока, 2 — литниковая втулка, 3 — самоизолирующий канал, 4 — матрица, 5 — воздушные зазоры); в — бесканальные (I — плита горячеканального блока, 2 — литниковая втулка — слева коническая, справа цилиндрическая, 3 — расплав, 4 — сопло машины-автомата, 5 — воздушный зазор)

литниковой втулке. Разводящий литник (после перегиба потока) имеет большой диаметр - до 30 мм. Самоизоляция канала обеспечива­ ется за счет пристенных, более холодных слоев материала, создающих изолирующий экран. Такого типа каналы часто сочетают с разводящи­ ми затвердевающими литниками (так называемые „пассивные" лит­ никовые системы), выполненными в литниковых втулках. Формы с изолированными каналами перед началом работы должны нагреваться

166

до 150 "С. Их можно применять для изготовления изделий из материа­ лов с низкой температурой плавления и широким температурным диапазоном переработки. Бесканальные системы (рис. 3.18, в) напря­ мую и практически без температурных потерь питаются расплавом из сопла машины-автомата.

Особенности конструкций основных функциональных узлов и деталей. Корпус горячеканального блока или коллекторную (распре­ делительную) плиту выполняют в зависимости от характера нагрева блока, конструкции изделия, общего числа гнезд и расположения впусков в оформляющую полость формы. На рис. 3.19 приведены схемы различных вариантов корпусов (плит) блоков.

Особое внимание следует обратить на обеспечение при работе формы необходимого натяга Ям, зависящего от размеров плиты (кол­ лектора) и установочных втулок, относительного изменения суммар-

167

ной длины. Кроме того, следует определять напряжение смятия поверхности плиты матрицы в зоне задней установочной втулки.

Сопла горячеканальных литниковых систем выполняют в разных вариантах в зависимости от характера нагрева блока, общего числа гнезд в расположении впусков, габаритов изделия, программы выпуска изделий и прогнозируемой надежности конструкции.

Рассмотрим несколько типовых распространенных конструкций сопел.

Непосредственно обогреваемое сопло (рис. 3.20). Торпеда 4, изго­ товленная из высокотеплопроводного сплава на основе меди, кобаль­ та и бериллия Си СоBe, опирается на корпус сопла 5, а сверху она закреплена в крышке 1. На торпеду 4 надета втулка 3, на которую предварительно намотана спираль обогревателя 7, закрытая предохра­ нительным кожухом 6. Термопара 2 контролирует температуру мате­ риала в сопле. Воздушный зазор между деталями 5 и 6 значительно уменьшает потери тепла. Такая конструкция универсальна, компакт­ на, обеспечивает малое потребление энергии и качественную регули­ ровку температуры, но имеет ограничения по длине сопла. Фирма „HASKO" выпускает большой нормализованный ряд горячеканальных блоков с описанной конструкцией сопел.

Непосредственно обогреваемое сопло с внутренним сердечником

(рис. 3.21). В коллекторную плиту / с заглушкой вставлен и закреплен сердечник 2, внутрь которого помещен нагреватель (ТЭН) 3. Внутрен­ ний сердечник имеет заостренный хвостовик (торпеду) 5. Хвостовик

Рис. 3 . 21 . Непосредственно обогреваемое сопло с внутренним сердечником-патроном:

1— коллекторная плита; 2 — сердечник; 3 — нагреватель; 4 — плита; 5 — торпеда; 6 — литниковая втулка; 7 — заглушка

Рис. 3.22. Непосредственно обогреваемое сопло (с внутренним ленточным нагревате­ лем):

1 — плита; 2,3 — прокладки; 4 — корпус сопла; 5 — переходная втулка; 6 — литниковая втулка; 7 — крышка; 8 — нагреватель; 9 — торпеда

168