2.7.1 Расчет технологических параметров для кожуха хк-250-00.000.02

Исходные данные:

• наименование изделия – «кожух ХК-250-00.000.02»;

• полимер – УПС 825;

• показатель текучести расплава ПТР=7,5 г/10мин. по ГОСТ 11645-73

• габариты изделия: средняя толщина стенки изделия δ = 2,5 мм

длина L=525 мм

ширина s =392 мм

масса изделия G_g=800 гр.

• масса литникового остатка G_ло=9,8 гр.

• гнездность формы N=1

2.7.1.1 Определение температуры расплава

Расчет температуры литья производится с использованием реологических характеристик полимера.

,

где Е_у- энегия активации при скорости сдвига γ_i, Е_у =42000;

T_i- температура определения показателя текучести расплава,

T_i=200º+273=473К;

τ_i – напряжение сдвига при определении показателя текучести расплава

τ_i =21000 Па;

τ_п - напряжение сдвига в области переработки при скорости сдвига равное γ_i

τ_п= 18000 Па

2.7.1.2 Расчет площади основного изделия – кожуха ХК-250-00.000.02 в плоскости разъема формы

, (3.1)

2.7.1.3 Расчет основных параметров литниковой системы

Центральный конический (стержневой) канал

Радиус минимальный = 4 мм;

Радиус максимальный = 7 мм;

Длина канала = 78 мм.

Определяем скорость сдвига на первом участке [2, с.202]:

, (3.4)

Показатель степени может быть найден из расчетной номограммы по средней линии для области, соответствующей методу переработки. Для этого, взяв 2 точки на средней линии этой области, по скорости сдвига и напряжению сдвига, соответствующих этим точкам, производят расчет по уравнению [2, с.201]:

, (3.5)

где координаты точки А – ,

координаты точки В – ,

Находим напряжение сдвига [5, с.170]:

(3.7)

где К=4,3 ∙10³ – усредненное значение коэффициента реологического уравнения

Потери давления будут равны [1, с.173]:

(3.8)

где m₁ = 0 – входной коэффициент (на данном участке имеется один канал, и расплав из канала мундштука в него входит без резкого изменения скорости);

–средний радиус канала

Суммарный перепад давления в литниковой системе:

(3.16)

2.7.1.4 Определение температуры расплава после впрыска и сжатия расплава полимера

Температуру расплава после впрыска и сжатия полимера можно найти по уравнению [1, с.282]:

(3.17)

где = 27,72 МПа– суммарные потери давления в мундштуке [7,с.169];

(3.18)

–суммарные потери давления в каналах литниковой системы, определенные исходя из количества расчетных участков и их длины; М=0,104 кг/моль; П=180 МПа – коэффициенты уравнения термодинамики [1, с.91];

0,41 ккал/г·град = 1717,9 Дж/кг·К – удельная теплоемкость, при температуре Т_л=207 °С [8, с.43];

= 954 кг/м³– плотность расплава полимера при температуре Т_л=207 °С [8,с.45];

= 99 МПа – давление в полости формы

(3.19)

где = 132 МПа – удельное давление литья;

= 0,75 – коэффициент, который при литье тонкостенных изделий [1,с.261].

2.7.1.5 Время выдержки под давлением

Время выдержки под давлением находят с учетом условий:

– находят время, когда температура расплав в середине центрального литника или на каком-либо другом участке понижается до температуры текучести Т_т;

–находят время, при котором температура изделия около впускного литника понижается до температуры текучести [1, с.285].

За время выдержки под давлением принимается минимальное значе­ние из всех найденных величин [1, с.286].

Центральный конический (стержневой) канал

Радиус минимальный = 4 мм;

Радиус максимальный = 7 мм;

Длина канала = 78 мм.

Средний радиус канала = 5,5 мм.

Время выдержки под давлением [1, с.285]:

(3.20)

где Т₀ = 64˚С – температура охлаждающей поверхности формы;

а = см²/с – коэффициент температуропроводности расплава;

Т₃ = 231,5 ˚С – температура расплава после впрыска и сжатия;

R_ср1 = 0,55 см – средний радиус конического литника.

Температура охлаждающей поверхности формы определяется по формуле [1, с.285]:

, (3.21)

где Т_ф – температура формы, 60 ˚С

Коэффициент температуропроводности:

см²/с, (3.22)

где кал/см·с·град – теплопроводность расплава полимера при температуре Т_л =207 °С [6, с.20];

= 0,954 г/см³ – плотность расплава полимера при температуре Т_л = 207 °С [6, с.28];

= 0,41 кал/г·град – теплоемкость расплава полимера при температуре Т_л = 207°С [6, с.19].

Поправочный коэффициент К_л1, учитывающий течение расплава через литник в момент подпитки формы расплавом [8, с.58]:

, (3.23)

где – объем расплава, нагнетаемый в форму во время выдержки под давлением;

–объем литника на расчетном участке.

Объем подпитки равен [7, с.60]:

(3.24)

где = 231,5 °С – температура расплава после впрыска;

Т_т=160 °С – температура текучести;

М=0,104 кг/моль,

П =180 МПа – коэффициенты уравнения состояния;

G_изд =800 г – масса изделия;

N_f=1 – гнездность формы;

= 99 МПа– давление в полости формы;

С₁=1 – количество параллельных каналов на расчетном участке.

Объем центрального конического литника:

(3.25)

Время выдержки также может быть обусловлено временем охлаждения расплава в формующей полости. В этом случае время выдержки под давлением для изделия в виде пластины или втулки определяют по формуле [1, с.28]:

(3.30)

где = 2,5 мм = 0,25 см – толщина изделия;

а = см²/с – коэффициент температуропроводности при средней температуре

За время выдержки под давлением принимаем = 8,73 с

2.7.1.6 Определение времени выдержки при охлаждении

При литье изделий, имеющих внутреннюю полость, время охлаждения рассчитывается так же, как для пластины, поскольку время охлаждения зависит от размеров изделия, через которое происходит теплопередача [6, с.62]:

(3.31)

где = 0,25 см– толщина изделия,

Т_д – средняя температура изделия по толщине стенки после извлечения его из формы;

а – коэффициент температуропроводности, находится при средней температуре ;

. (3.32)

Для кристаллических полимеров средняя температура изделия по толщине стенки после извлечения его из формы [2, с.287]:

, (3.33)

Средняя температура:

Коэффициент температуропроводности при :

см²/с,

где кал/см·с·град – теплопроводность полимера при Т_ср =173,25 °С [8, с.45];

=0,985 г/см³ – плотность расплава полимера при температуре Т_ср = 173,25 °С [8, с.45];

= 0,41 кал/г·град – теплоемкость расплава при температуре Т_ср = 173,25 °С [8, с.43].

2.7.2.1 Расчет технологических параметров для корпуса воздуховода подачи NF 1.1.1.1.0.0.1

Исходные данные:

• наименование изделия – «корпус воздуховода подачи NF 1.1.1.1.0.0.1»;

• полимер ПЭ2НТ22-12;

показатель текучести расплава ПТР =7 г/10мин. по ГОСТ 11645-73

• габариты изделия: средняя толщина стенки изделия δ =2 мм.;

• длина изделия L=L1+L2+L3=265+178+61=504 мм.;

• ширина изделия S=85 мм;

• масса изделия G_g=245 гр;

• масса литникового остатка G_ло=22,8 гр;

• гнездность формы N=2

2.7.2.2 Расчет площади основного изделия « корпус воздуховода подачи

NF 1.1.1.1.0.0.1» в плоскости разъема формы

Расчет площади литниковой системы в плоскости разъема формы:

2.7.2.3 Расчет основных параметров литниковой системы

Расчетный участок 1

Центральный конический (стержневой) канал

Радиус минимальный ;

Радиус максимальный ;

Длина канала .

Определяем скорость сдвига на первом участке [1, с.202]:

,

Показатель степени n может быть найден из расчетной номограммы по средней линии для области, соответствующей методу переработки. Для этого, взяв 2 точки на средней линии этой области, по скорости сдвига и напряжению сдвига, соответствующих этим точкам, производят расчет по уравнению [1,с.41]:

, (3.5)

где координаты точки А – ,

координаты точки В – ,

В отличие от сбалансированной системы объемная скорость течения на отдельных участках непостоянная, поэтому объемный расход в каждой расчетной ветви равен [7, с.179]:

,

где – объемная скорость машины;

–количество формующих полостей, питаемых данным участком литниковой системы;

N_ф =2– гнездность формы.

Находим напряжение сдвига [7, с.168]:

,

где К=4,3∙10³ – усредненное значение коэффициента реологического уравнения для 5 области переработки [2, с.196].

Потери давления будут равны [7, с.173]:

,

где m₁ =0 – входной коэффициент (на данном участке имеется один канал, и расплав из канала мундштука в него входит без резкого изменения скорости);

–средний радиус канала.

Расчетный участок 2

Разводящий прямоугольный канал

Глубина прямоугольной части канала h₂= 7 мм;

Ширина канала b₂=13 мм;

Длина канала .

Определяем скорость сдвига на втором участке [7, с.173]:

,

–объемный расход в расчетной ветви;

–объемная скорость машины;

–количество формующих полостей, питаемых данным участком литниковой системы;

N_ф =2– гнездность формы [7, с.179].

Находим напряжение сдвига [7, с.168]:

,

где К=4.3∙10³ – усредненное значение коэффициента реологического уравнения для 5 области переработки [2, с.196].

Потери давления будут равны [11, с.173]:

где – входной коэффициент [2, с.202] (на данном участке имеется поворот от предыдущего канала)

Расчетный участок 3

Прямоугольный канал канал

Глубина прямоугольной части канала h₂= 7 мм;

Ширина канала b₂=6 мм;

Длина канала .

Определяем скорость сдвига на втором участке [7, с.173]:

,

–объемный расход в расчетной ветви;

–объемная скорость машины;

–количество формующих полостей, питаемых данным участком литниковой системы;

N_ф = 2 – гнездность формы

Находим напряжение сдвига [2, с.196]:

,

где К=4.3∙10³ – усредненное значение коэффициента реологического уравнения для 5 области переработки [2, с.196].

Потери давления будут равны [2, с.202]:

,

Суммарный перепад давления в литниковой системе:

2.7.2.5 Определение температуры расплава

Расчет температуры литья производится с использованием реологических характеристик полимера.

,

где Е_у - энегия активации при скорости сдвига γ_i, Е_у =17000;

T_i- температура определения показателя текучести расплава,

T_i=190+273=463К; τ_i – напряжение сдвига при определении показателя текучести расплава τ_i =9000 Па; τ_п - напряжение сдвига в области переработки при скорости сдвига равное γ_i τ_п= 18000 Па

2.7.2.4 Определение температуры расплава после впрыска и сжатия расплава полимера

Температуру расплава после впрыска и сжатия полимера можно найти по уравнению [2, с.282]:

где – суммарные потери давления в мундштуке [2, с.181];

–суммарные потери давления в каналах литниковой системы, определенные исходя из количества расчетных участков и их длины;

М=0,0281 кг/моль, П =295 МПа – коэффициенты уравнения термодинамики [1, с.91];

–удельная теплоемкость, при температуре Т_л=206 °С [8, с.19];

–плотность расплава полимера при температуре Т_л=206 °С [8,с.25];

–давление в полости формы

где – удельное давление литья;

–коэффициент, который при литье тонкостенных изделий примерно равен 0,75 [1, с.261].

2.7.2.5 Определение времени выдержки под давлением

Время выдержки под давлением находят с учетом условий:

• находят время, когда температура расплав в середине центрального литника или на каком-либо другом участке понижается до температуры текучести Т_т;

• находят время, при котором температура изделия около впускного литника понижается до температуры текучести. [1, с.285].

За время выдержки под давлением принимается минимальное значение из всех найденных величин. [1, с.286]. Учитывая то, что применяются каналы довольно большого сечения относительно толщины стенки изделия, понятно, что их время выдержки под давлением намного больше, поэтому рассчитаем только самый узкий участок - туннельный конический впускной канал.

Расчетный участок 3

Разводящий прямоугольный канал

Глубина прямоугольной части канала h₂= 7 мм;

Ширина канала b₂=6 мм;

Длина канала .

Время выдержки под давлением [1, с .285]:

Поправочный коэффициент К_л2, учитывающий течение расплава через литник в момент подпитки формы расплавом [4, с.19]:

Объем подпитки равен [4, с.19]:

где С₂=1 – количество параллельных каналов на расчетном участке.

Объем литника:

Для кристаллических полимеров средняя температура изделия по толщине стенки после извлечения его из формы [2, с.287]:

, (3.33)

Средняя температура:

Коэффициент температуропроводности при :

см²/с,

где кал/см·с·град – теплопроводность полимера при[8, с.16];

=0,87 г/см³ – плотность расплава полимера при температуре [8, с.16];

= 0,7 кал/г·град – теплоемкость расплава при температуре [8, с.15].

Время выдержки также может быть обусловлено временем охлаждения расплава в формующей полости. В этом случае время выдержки под давлением для изделия в виде пластины или втулки определяют по формуле [1, с.285]:

где – толщина стенки изделия возле впускного литника (см. чертеж изделия).

За время выдержки под давлением принимаем .

2.7.2.6 Определение времени выдержки при охлаждении

При литье изделий, имеющих внутреннюю полость, время охлаждения рассчитывается так же, как для пластины, поскольку время охлаждения зависит от размеров изделия, через которое происходит теплопередача [1, с.286]:

где – максимальная толщина изделия;