Автор: Бихлер М.
Теги: машиностроение обработка металлов технологические процессы переводная литература литье по давлением издательство demag plastservice
ISBN: 3-7785-2844-0
Текст
Мартин Бихлер, род. в 1940 г., мастер-
инструментальщик и техник по маши-
ностроению. В 1962 г. поступил на
предприятие по производству машин
для литья под давлением "Анкерверк",
от которого произошла нынешняя
фирма "Демаг Эрготех ГмбХ" в Швай-
ге. После различных видов деятельно-
сти на предприятии с 1980 по 1985
год он руководил отделом по технике
применения оборудования и техноло-
гическим разработкам. С тех пор он
посвятил себя специально принципи-
альным вопросам литья под давлени-
ем. По проблемам обнаружения,
объяснения и устранения дефектов у
литых изделий он годы и годы оказы-
вал поддержку словом и делом мно-
гим практикам предприятий литья под
давлением.
Маннешанн Дема; I йасгсервис
ул. Ярцевская, 5а
121351 Москва
Тел.: +70-95-149-61-34
Факс +70-95-933-00-78
e-mail:info.plast$ervKe@d pg.com
Предисловие
Эта книга помогает практику при анализе и оптимизации процесса литья под давлением
Излагается важный при оптимизации процесса круг тем, таких как температуры, пласти-
кация, а также параметры процесса
К рассматриваемым отдельным параметрам относятся среди прочего температура ци-
линдра, температура фланца, температура массы, температура стенок пресс-формы, гео-
метрия шнека, ход шнека, время пребывания материала в цилиндре, время дозирова-
ния, противодавление (давлениеторможения), скорость вращения, вращающий момент,
процесс впрыска, переключение с давления впрыска на выдержку под давлением, внут-
реннее давление в пресс-форме, высота давления выдержки и длительность выдержки
под давлением, а также подушка остаточной массы и время охлаждения
На переднем плане стоит рассмотрение отдельных параметров машины и параметров
процесса, а также их взаимодействий Если требуются зависящие от материала настрой-
ки, они рекомендуются в соответствующих местах для наиболее часто употребляемых
пластмасс
Завершает книгу компактное обобщение важнейших основных правил и рекомендаций
Буду очень рад, если Вы сообщите мне о Вашем опыте, собранном на базе этой книги, и
желаю Вам больших успехов при оптимизации процессов
Мартин Бихлер
Швайг, август 2001 г
Параметры процесса литья под
давлением
Анализ и оптимизация
Автор: Мартин Бихлер
Demag piastservice
ISBN 3-7785-2844-0
Использование текста, в том числе частично, без разрешения издательства являет-
ся нарушением авторских прав и наказуемо В особенности это касается размноже-
ния, перевода или применения в электронных системах
Оглавление
1 Принципы переработки литьем под давлением............................7
1.1 Свойства пластмасс...............................................7
1.2 Поведениетермопластичных пластмасс в расплаве...................11
1.3 Поведениетермопластичных пластмасс при литье под давлением......14
1.4 Усадка и деформация...........................................18
1.5 Сушка пластмасс перед литьем..................................24
2 Температуры при литье под давлением.................................27
2.1 Температура цилиндра..........................................27
2.2 Температура фланца............................................39
2.3 Температура массы.............................................42
2.4 Температура стенок пресс-формы................................44
3 Шнек и пластикация..................................................47
3.1 Шнек пластикации..............................................47
3.2 Объем дозировки и время пребывания материала в цилиндре.......53
3.3 Время дозирования.............................................57
3.4 Время задержки дозирования....................................60
3.5 Противодавление шнека.........................................60
3.6 Скорость вращения шнека.......................................63
3.7 Вращающий момент на шнеке.....................................66
4 Параметры в процессе литья под давлением и их оптимизация...........69
4.1 Процесс впрыска.................................................69
4.2 Точка переключения с давления впрыска на выдержку под давлением.72
4.3 Выдержка под давлением..........................................82
4.4 Величина хода при выдержке под давлением........................97
4.5 Внутреннее давление в пресс-форме.............................99
4.6 Остаточная подушка массы.....................................106
4.7 Отклонения остаточной подушки массы и затвор обратного потока...108
4.8 Время охлаждения.............................................112
5 Требующееся усилие смыкания........................................119
6 Краткие выводы.....................................................128
Параметры процесса литья под давлением -------------------------- 7
1 Принципы переработки литьем
под давлением
1.1 Свойства пластмасс
Пластмассы - это макромолекулярные соединения, которые производятся синтетичес-
ким способом или преобразованием природных веществ. Макромолекулы состоят из
многих тысяч атомов, у пластмасс - это, как правило, - углерод, водород, азот и кисло-
род. Основные структурные элементы для макромолекул - низкомолекулярные соеди-
нения, которые путем многократных реакций, так называемых полиреакций, соединя-
ются в молекулярные цепочки или сетки. Низкомолекулярные исходные вещества обо-
значаются как мономеры, макромолекулярные конечные продукты - как полимеры. За
исключением силиконов, при упоминании о пластмассах речь идет как об органических
соединениях.
Макромолекулы, образующиеся в результате полиреакций, могут находиться или в виде
длинных молекулярных цепочек, или образовывать сетку Мономеры образуют сетчатую
структуру, если они обладают более чем двумя реактивными конечными группами. Сте-
пень образования сетки имеет сильное влияние на поведение полимеров, так что распо-
ложение цепочечных (линейных) молекул в пластмассе ведет к различиям в свойствах
полимеров.
Несетчатые пластмассы обозначаются как термопласты. Термопласты могут состоять из
линейных или разветвленных молекулярных цепочек. Так как термопласты не образуют
сетчатой структуры, они могут повторно расплавляться или растворяться Профиль свойств
термопластов простирается от мягких до твердо-вязких или твердо-хрупких.
У эластомеров макромолекулы связаны между собой слабой сетчатой структурой. На базе
большой подвижности их цепочек при температуре помещения они находятся в состоя-
нии эластичности каучука. Хотя эластомеры и могут набухать, однако они не расплавля-
ются и не растворяются.
Пластмассы с большой по объему сетчатой структурой молекулярных цепочек обознача-
ются как дуропласты, или реактопласты. При температуре помещения дуропласты про-
являют себя как твердые и хрупкие. Они тоже, как эластомеры, не растворяются и не рас-
плавляются, но, кроме того, и не набухают.
Важным отличительным признаком термопластов является их кристалличность. Тер-
мопласты могут быть как аморфными, так и частично кристаллическими материала-
ми. Частично кристаллическая структура создается у пластмасс, если они обладают упо-
рядоченной и линейной структурой цепочек и могут уложиться в наиболее плотной
упаковке. Вследствие относительно большой длины цепочечных молекул и образова-
ния петель в макромолекулах, которые всегда стабилизируются при полимеризации,
до полной кристаллизации дело не доходит. Поэтому частично кристаллические тер-
мопласты проявляют структуру, изображенную на Рис. 1.1 (справа). Неупорядоченно
построенные цепочечные молекулы не могут воспринимать наиболее плотную упаков-
ку, так что такие полимеры так же, как и стекло, затвердевают в аморфном состо-
8
Параметры процесса литья под давлением
янии Поэтому аморфные термопласты в неокрашенном состоянии, в принципе, про-
зрачны, как стекло
Аморфный Частично кристаллический
Рис. 1.1 Структура термопластичных пластмасс
Аморфные термопласты-это ПС (полистирол), ПММА (полиметилметакрилат), ПСУ (по-
лисульфон), ПВХ (поливинилхлорид), а также сополимеры стирола (напр, АБС, АСА и
САН) Частично кристаллические термопласты - это ПЭ (полиэтилен), ПП (полипропи-
лен), ПОМ (полиоксиметилен), ПА (полиамид), ПБТ (полибутилентерефталат), ПЭТ (по-
лиэтилентерефталат) и ПЭЭК (линейные полимеры на основе полиэфира) Таблица 1.1
дает полный обзор характерных признаков важнейших пластмасс
Обозначения материалов:
РЕ = ПЭ - полиэтилен
РР = ПП-полипропилен
PS = ПС - полистирол
SAN = САН - сополимер стирола и акрилонитрила
ABS = АБС - сополимер акрила - бутадиена - стирола
РОМ = ПОМ - полиоксиметилен
РММА = ПММА - полиметилметакрилат
РА= ПА - полиамид
PC = ПК -поликарбонат
СА = АЦ - ацетат целлюлозы
РРО = ПФО - полифениленоксид
РЕТ/РВТ - сополимер ПЭТ/ПБТ (полиэтилентерефталат/полибутилентерефталат)
PC/ABS - поликарбонат / акрил - бутадиен - стирол
PVC-h - ПВХ (поливинилхлорид) твердый
PVC-w- ПВХ мягкий
9
Параметры процесса литья под давлением
Материал Характерный признак ш £ сл Z (Л ABS РОМ РММА < о < о о РЕТ/РВТ PC/ABS PVC-h PVC-w
Оптический прозрачный / непрозрачный X X X X X X X X X X X X X
прозрачный, как стекло X X X X X X X
Излом стойкий к изю- му X X X X X
белый излом / вязкий X X X X X X X X
хрупкий излом X X X
Испытание на плавучесть плавает X X
тонет X X X X X X X X X X X X X
Испытание на горючесть легко воспламеняю- щийся X X X X X X X X
трудно воспламеняю- щийся X X X X X X X
самозатухаю- щий X X X X
продолжает гореть X X X X X X X X 0 X
коптящий X X X X X X X X X
не коптящий X X X X X
капает X X X X X X
не капает X X X
Пламя желтое светя- щееся X X X X X X X
светлое с голу- бой сердцеви- ной X X
голубоватое X X
желто-зеленое X X X
Запах при испытании на горючесть воск / парафин X X
жженый рог X
сладковатый X X X X X
дегтевый X X
едкий (фор- мальдегид) X
рыба X
бумага или уксус X
стирол X X X
фруктовый X X
соляная кислота X X
Испытание на твердость Царапаньем ногтем устойчив против царапин X X X X X X X X X X X X X
не устойчив против царапин X X
Табл. 1 1 Характерные признаки пластмасс
10
Параметры процесса литья под давлением
На свойства пластмасс наряду с их кристаллической структурой оказывает влияние также
структура молекул Термопласты могут, даже если они не сетчатые, проявлять наличие
боковых цепочек, те в статистическом распределении возникают разветвления.
Типичный пример этого - полиэтилен Три представителя полиэтиленов, PE-LD (ПЭ-НП -
полиэтилен низкий плотности), РЕ-HD (ПЭ-ВП - полиэтилен высокой плотности) и РЕ-
LLD (ЛПЭ-НП - линейный полиэтилен низкой плотности), обладают различными вида-
ми разветвлений и тем самым различными свойствами, так как боковые ветви предотв-
ращают плотную упаковку молекул и тем самым кристаллизацию. ЛПЭ-НП имеет только
очень короткие боковые цепочки в большом количестве Благодаря методу низкого дав-
ления создается ПЭ-ВП преимущественно с короткоцепочечными разветвлениями с дву-
мя - шестью атомами С. При методе высокого давления создается ПЭ-НП, который имеет
длинноцепочечные разветвления благодаря межмолекулярному переносу цепочек, яв-
ляющемуся следствием условий полимеризации
Следующим параметром влияния на качества пластмасс является размер молекул, т.е.
длина макромолекул Длина молекул указывается через относительную молярную массу
(М)2 * * (обозначается также как молекулярный вес) или через степень полимеризации (ко-
личество мономерных единиц в макромолекуле). У полистирола, например, полимер со
средней молярной массой М1
• М < 10 ООО: хрупкий при средней жесткости,
• М = 250 000. твердый, жесткий, стеклообразный,
• М > 10б: волокнистый.
Общее правило: чем выше молярная масса пластмассы, тем
• выше ее жесткость,
• выше ее вязкость,
• выше ее химическая устойчивость,
• хуже ее характер течения
В полимере не все молекулы могут иметь одинаковую длину. Полимер всегда содержит
доли короткоцепочечных и длинноцепочечных молекул, так что присутствует распреде-
ление молярной массы Композиция полимерного материала из цепочечных молекул
разной длины, те среднее значение и широта распределения, сильно влияют на опи-
санные свойства пластмассы. Благодаря целевому управлению процессом полимериза-
ции эта взаимосвязь сегодня используется изготовителями сырья, чтобы создавать также
пластмассы "по мерке".
У пластмасс есть также возможность включения посторонних молекул. При этом следует
различать два вида с одной стороны, сополимеры и, с другой, полимерные компози-
ции
Если различные мономеры встраиваются в равнозначную основную цепочку, то речь идет
о сополимере. В зависимости от наличия различных элементарных звеньев в цепочке
сополимеризаты подразделяются на.
• статистические сополимеры со случайной последовательностью мономерных
звеньев вдоль молекулярной цепочки,
2М (молярная масса) - это масса вещества, деленная на количество молей (грамм молекул) этого вещества, измеряется в
г/моль или кг/моль, термин введен Комиссией по номенклатуре Международного союза теоретической и прикладной
химии (МСТПХ - IUPAC) (прим переводчика)
Параметры процесса литья под давлением ------------------------------- 11
• переменные сополимеры со строго сменяющейся последовательностью молекулярных
звеньев вдоль молекулярной цепочки,
• блок-сополимеры, у которых компоненты большей частью предварительно полимери-
зованы раздельно и затем соединяются блоками, и
• привитые сополимеры, у которых побочные цепочки из другого мономера присоеди-
няются к молекулярной цепочке
Влияние сополимеризации на свойства пластмассы особенно заметно у сополимеров сти-
рола. Полистирол как гомополимеризат, те как полимеризат только из одного мономе-
ра, является прозрачным, как стекло, но очень хрупким
Путем сополимеризации с акрилонитрилом получают сополимеризат стирола и акрило-
нитрила (САН) САН прозрачен, как полистирол, но более вязкий и более термостойкий.
Путем сополимеризации стирола с каучуковым компонентом - бутадиеном - получают
сополимеризат стирола с бутадиеном (СБ), продукт с существенно более высокой удар-
ной вязкостью Каучук в полистирольной матрице распределяется в виде каплеобразных
частиц. Так как эти каучуковые частицы преломляют свет, ударопрочный полистирол боль-
ше уже непрозрачен
При сополимеризации трех мономеров - акрилонитрила, бутадиена и стирола возника-
ет сополимер акрилонитрил-бугадиен-стирол (АБС), который отличается высокой удар-
ной вязкостью, устойчивостью к царапинам, термостойкостью и твердостью
Если вместо каучукового компонента - бутадиена - к стиролу и акрилонитрилу добавля-
ется акриловый эфир, возникает сополимер АСА, который по сравнимым обычно с АБС
свойствам отличается высокой стойкостью против старения и атмосферных явлений
Дальнейшей возможностью для смешения различных компонентов является изготовле-
ние полимерных композиций или полимерных смесей В отличие от сополимеров, раз-
личные полимеры смешиваются друге другом, необразуя химического соединения Свой-
ства полимерных композиций сильно зависят от того, совместимы ли друг с другом сме-
шанные полимеры и в какой степени, т.е. смешиваются ли они полностью друг с другом
или они образуют раздельные фазы. Совместимость есть только у немногих полимеров.
Как композиции применяются ПК/АБС, ПК/ПБТ и некоторые другие.
1.2 Поведение термопластичных пластмасс в расплаве
Макромолекулы без сетчатой структуры при переходе в расплав благодаря растущей под-
вижности, связанной с высокой температурой, принимают статистически самое вероят-
ное оформление, т.е. форму клубка. Текучесть сильно зависит от подвижности сегментов
молекул, тем самым также и от их формы, от температуры, от их размера и от степени
того, как они переплетены друг с другом. Наиболее частый процесс течения - это так на-
зываемое сдвиговое течение, как его можно наблюдать при проходе через сопло и как
оно проявляется при большинстве формообразующих технологий (экструзия, литье под
давлением)
1 z ------------------------- Параметры процесса литья под давлением
Потребность в усилии при формообразовании решающим образом зависит от характера
сдвигового течения расплава Поэтому различные типы некоторых термопластов часто
классифицируют по их текучести Индекс расплава (показатель МFR, раньше обозначав-
шийся как показатель MFI) - это употребительный классификационный признак Индекс
расплава (в г/10 мин), замеренный по стандарту ДИН 53735 или ASTM 1268-621, - это
количество полимера в граммах, которое при определенной температуре расплава и точно
определенной весовой нагрузке продавливается в течение 10 минут через сопло норми-
рованного испытательного прибора.
Из этого определения вытекает, что значение MFR - это только „значение в одной точке",
которое не является убедительным для всего характера течения, потому что при более
высокой температуре или большей нагрузке через сопло выдавливается больше матери-
ала, чем при более низкой температуре или меньшем весе При сравнении двух различ-
ных материалов, у которых значение MFR было снято при одинаковых условиях испыта-
ния, более высокое значение MFR одного из материалов означает, что он течет легче, чем
полимер с более низким значением MFR. Пример у ПЭ-ВП (марка. Hostalen GC 7260,
изготовитель "Базелль") со значением MFR 190/2,16 = 8 г/10 мин при 190°С и весовой
нагрузке 2,16 кг, в течение 10 минут из сопла испытательного прибора выходит 8 грамм
пластмассы Для сравнения: МFR 190/5 означает, что при 190°С и 5 кг веса за 10 минут
выходит 23 грамма пластмассы
Текучесть материала можно также обозначать через вязкость, которая зависит от скорос-
ти сдвига. Факторы влияния на вязкость - это, прежде всего, температура и давление Но
на уровень вязкости влияют также молярная масса, распределение молярной массы, на-
полняющие и армирующие материалы, присадки, напр , пластификаторы Эти взаимо-
связи представлены на Рис 1 2
Рис / 2 Факторы влияния на характер течения расплавов полимеров
Параметры процесса литья под давлением ---------------------------------- 1 J
Прилитье под давлением максимальное давление сдвига возникает в сопле, скорость сдвига
находится там в диапазоне от 104 и 106 с1 В шнековом цилиндре скорости сдвига ниже,
чем в сопле, они находятся между 10 и 104 с1. Вязкость расплавов термопластов на практи-
ке достигает от 10 до 104 Нст/м2 Вязкости порядка < 10 Нст/м2 являются слишком жидко-
текучими для переработки машинами со шнеками. Вязкости > 10 Нст/м2, напротив, слиш-
ком вязкотекучие (густые) и тоже больше не годятся для переработки в машинах со шнека-
ми; они перегрелись бы.
Пластмассы проявляют различный характер при нагреве и охлаждении, это зависит от их
построения и их структуры. Так, температура оказывает влияние на объем пластмассы.
При этом возникают характерные различия между аморфными и частично кристалли-
ческими термопластами. Расплав аморфных и частично кристаллических термопластов,
который может рассматриваться как жидкость, по сравнению с твердыми телами имеет
большой свободный объем и поэтому проявляет высокую подвижность молекул.
Аморфные термопласты при охлаждении из расплава с понижением температуры сна-
чала проявляют линейное уменьшение удельного объема (Рис. 1.3). Свободный объем
снижается при снижающейся температуре В зоне температуры стеклования или затвер-
девания, т.е., когда прекращается возможность движения цепочек, кривая объема через
температуру делает излом. При дальнейшем снижении температуры объем, в конце кон-
цов, снижается только в незначительном размере.
Частично кристаллические термопласты проявляют другой характер через влияние тем-
пературы. У нихтоже удельный объем снижается при охлаждении из расплава (Рис 1.3).
Однако удельный объем у частично кристаллических термопластов в зоне так называе-
мой температуры кристаллизации изменяется скачкообразно, чтобы затем при снижаю-
щейся температуре снова снижаться линейно.
Рис 1.3: Диаграммы p-v-T аморфного и частично кристаллического термопластов.
14
Параметры процесса литья под давлением
Наряду с температурой удельный объем зависит также от давления окружающей среды
Более высокое давление снижает объем, так что указанные в Рис 13 кривые удельного
давления получаются через температуру для различных значений давления
Застывший свободный объем подвергается дополнительно еще и влиянию скорости ох-
лаждения Высокая скорость означает больший свободный объем Эти взаимозависи-
мости имеют большое практическое значение Застывший свободный объем способствует
именно тому, что и в твердом состоянии еще возможно движение молекул. Материал
из-за этого оказывается менее хрупким. Это обусловливает также более сильное проник-
новение и более высокую проницаемость смежных молекул посторонних материалов,
если свободный объем больше (диффузия газов и жидкостей) Во всяком случае, следу-
ет рассчитывать на изменение размеров.
Процесс охлаждения влияет также решающим образом на кристаллизацию у частично
кристаллических термопластов. Очень быстрое охлаждение позволяет значительно по-
давить кристаллизацию и вызвать почти аморфное отверждение. Однако принудитель-
ное аморфное отверждение через некоторое время приводит к повторной кристалли-
зации, что вызывает дополнительную трудно поддающуюся расчету усадку и деформа-
цию
На основе различного влияния температуры на удельный объем у аморфных и частично
кристаллических термопластов, частично кристаллические термопласты при литье под
давлением проявляют себя более неблагоприятно, чем аморфные Во-первых, при пе-
реработке частично кристаллических термопластов нужно отводить больше тепла, так
как в процессе кристаллизации выделяется тн. теплота кристаллизации. Как следствие,
при расплавлении частично кристаллических термопластов нужно затрачивать больше
энергии, чем при расплавлении аморфных термопластов Кроме того, из-за большего
изменения объема по температуре при охлаждении из расплава получается, что частич-
но кристаллические материалы дают усадку сильнее, чем аморфные Как правило, из
этого следует также более длительное время выдержки под давлением у частично крис-
таллических термопластов, чем у аморфных
1.3 Поведение термопластических материалов при литье
под давлением
В Табл 1 2 перечислены температуры и плотность различных полимеров. Только для ча-
стично кристаллических термопластов к температуре размягчения, те к температуре пе-
рехода в стеклообразное состояние Тд, дополнительно указана температура расплавле-
ния кристаллитов Тт. У аморфных термопластов, напротив, указана только температура
перехода в стеклообразное состояние В качестве технологической температуры указан
диапазон температур, в котором обычным образом должна находиться температура рас-
плава и массы
Параметры процесса литья под давлением
15
Пласт- масса Структу- ра Плот- ность при темпера- туре по- мещения г/см3 Темпера- тура раз- мягчения [Тд] °C Темпера- тура рас- плавле- ния кри- сталли- тов [Тт] °C Диапазон техноло- гических темпера- тур °C
"абс аморфный 1,06 80-120 220-250
АЦ аморфный 1,30 210-220
ПЭ-ВП част, кри- сталлин. 0,95 -120 130-140 220-280
ПЭ-НП част кри- сталлин. 0,93 -40 105-115 200-260
ПА6 част кри- сталлин. 1,14 40-60 217-221 240-260
ПА66 част, кри- сталлин. 1,14 50-70 257-267 270-290
ПБТ част кри- сталлин. 1,30 60 225 250-260
ПК аморфный 1,18 130-150 - 280-310
ПК/АБС аморфный 1,15 260-270
ПЭТ аморф./ част, кри- сталлин. 1,37 95-100 255-260 270-280
ПММА аморфный 1,19 100-110 - 220-250
ПОМ част, кри- сталлин 1,42 - 164-167 205-215
ПП част, кри- сталлин. 0,91 -10 160-168 220-280
ПФО аморфный 1,06 270-290
ПС аморфный 1,05 80-100 - 220-280
ПВХ-тв. аморфный 1,38 80 - 210-220
ПВХ-мяг. аморфный 1,25 80 - 200-220
САН аморфный 1,08 100-105 - 220-250
Табл. 1.2. Температура размягчения Тд, температура расплавления кристаллитов Тт,
диапазон технологических температур и плотность различных материалов
Внутренним свойством, одинаково важным при литье под давлением частично кристал-
лических, аморфных или смешанных термопластов, является молекулярная ориентация,
т.е. выравнивание молекул. Она вызывается действующими на пластмассу в состоянии
расплава деформациями сдвига и растяжения, которые ориентируют преимущественно
в направлении потока нитевидные (линейные) молекулы, расположенные вначале ста-
тистически неупорядоченно Это состояние возвращается во время процесса охлажде-
ния, однако при этом часть внесенной ориентации еще может проявлять релаксацию,
т.е. может сдерживаться На образование ориентаций оказывают влияние
1Ь --------------------------- Параметры процесса литья под давлением
• степень деформации расплава,
• скорость деформации расплава и
• температура расплава
Особо важное значение для понимания возникновения ориентаций является характер
релаксации расплава, т е характер возврата расплава в исходное состояние В диапазо-
не технологических температур расплав проявляет релаксацию очень быстро, т е моле-
кулы могут очень быстро реагировать на влияющие извне напряжения и снова прини-
мать свою клубкообразную структуру Со снижением температуры способность молекул
к передвижению все больше и больше ограничивается, релаксация, в том числе и струк-
тура ориентаций, длится дольше
Поэтому ориентации будут всегда высокими, если
• имеются скорости сдвига или растяжения, а охлаждение происходит быстро,
• возникают сдвиг и растяжение при низкой температуре массы, и затем происходит
охлаждение
На базе этих взаимосвязей на поверхности формуемого изделия следует рассчитывать
на очень высокие ориентации, так как там из-за высокой скорости сдвига на холодных
стенках пресс-формы ориентации затвердевают В противоположность этому ориента-
ции к центру сечения формуемого изделия уменьшаются, так как они из-за более высо-
кой температуры пластмассы во внутренней части формуемого изделия проявляют ре-
лаксацию, т е могут возвращаться к исходному состоянию
Хорошее понимание ориентации проясняет многие ошибки во время процесса литья под
давлением Если, например, во время процесса наполнения формы будет слишком рано
произведено переключение на низкое давление выдержки, то из-за низкой скорости
потока (вследствии низкого давления выдержки) напряженнее расплава в пресс-форме
снимается раньше, чем продолжится процесс наполнения Неупорядоченный процесс
наполнения ведет здесь к большим колебаниям ориентаций и тем самым часто к отмети-
нам на поверхности или к другим нежелательным эффектам
У литых изделий из частично кристаллических материалов, в сравнении, напр , с аморф-
ным ПС, возникают относительное большие ориентации в центре формуемого изделия.
Причина этого - гораздо больший по объему поток во время фазы
выдержки под давлением, так как у частично кристаллических пластмасс для компенса-
ции усадки нужно дополнительно подать на подпитку больше материала
На ориентацию в литых изделиях оказывают влияние различные факторы Здесь, преж-
де всего, нужно назвать геометрию изделия, температуру массы, температуру пресс-фор-
мы, давление выдержки и скорость впрыска С увеличивающейся толщиной стенки ох-
лаждение расплава протекает медленнее, так что снижается средняя степень ориента-
ции К концу хода течения снижается толщина граничного слоя и ориентация Повыше-
ние температуры массы ведет к заметно снижающимся ориентациям Повышение тем-
пературы пресс-формы ведет к незначительно снижающимся ориентациям. Высокое дав-
ление выдержки обуславливает более сильный поток расплава во время фазы выдерж-
ки под давлением Это ведет к росту ориентаций в направлении центра формуемого из-
делия, но большая часть из них, как правило, проявляет далее релаксацию, так что эф-
фект ограничивается участком, близким к литнику С повышением скорости впрыска воз-
растает скорость растяжения и сдвига
Параметры процесса литья под давлением --------------------------------- 1'
Там, где молекулы затвердевают ориентированными (на фронте течения и на
поверхности формуемого изделия), ориентация благодаря этому увеличивается. Одна-
ко к центру формуемого изделия ориентация с возрастанием скорости впрыска снижает-
ся, так что средняя ориентация (среднее значение через поперечное сечение) с повыше-
нием скорости впрыска уменьшается.
Под внутренними напряжениями понимают механические напряжения, господствующие
в формуемом изделии без внешних нагрузок. Деформации, вызываемые внутренними
напряжениями, - это деформации так называемой энерго-эластичной
(упругой) природы, т.е. как только устраняется препятствие для деформации, они спон-
танно снова становятся эластичными То есть, если на формуемое изделие больше не вли-
яют внешние силы, внутренние напряжения в их воздействии должны выравниваться.
Конечно, это может привести к деформациям формуемого изделия
Важнейшей причиной для внутренних напряжений является разная скорость охлаждения
различных слоев формуемого изделия Слой, быстро затвердевший на поверхности фор-
муемого изделия, например, плиты, не может следовать за усадкой медленно застываю-
щего внутреннего слоя. Внутренний слой в своей усадке задерживается, те. он при этом
испытывает потребность в растяжке. Затем внешний слой испытывает потребность в давле-
нии. Это способствует тому, что при неравномерном термостатировании пресс-формы бо-
лее высокие внутренние растягивающие напряжения на более горячей стороне деформи-
руют литое изделие после извлечения из формы в этом направлении. Как следствие, при
несимметричных соотношениях температуры или геометрии или при других неблагопри-
ятных обстоятельствах могут образоваться внутренние напряжения, которые ведут к разру-
шению литого изделия без внешнего влияния.
Другими причинами для внутренних напряжений являются
• повторная кристаллизация в различных местах и, тем самым, изменение объема,
а также
• возврат ориентаций, различный в разных местах.
Внутренние напряжения могут проявлять релаксацию, т.е. напряжения со временем гаснут.
Повышенные температуры ускоряют этот процесс. Поэтому термообработка литых изде-
лий при заневоливании в форме может быть целесообразной, чтобы предотвратить или
уменьшить деформацию. В любом случае, лучше заблаговременно предотвращать несим-
метричный или слишком высокий профиль внутренних напряжений
Снижение молекулярного веса и расщепление цепочек - это важный аспект, который нуж-
но учитывать при переработке пластмасс, так как полимер при сушке, при пластикации и
при впрыскивании в пресс-форму нагружается термически, механически, окислением
(из-за остаточного кислорода) и химически (напр., из-за влаги). Эта нагрузка на поли-
меры ведет к различным реакциям расщепления и, тем самым, - к различным свойствам
продукции. Помощь в виде стабилизаторов может в достаточной степени снизить моле-
кулярный вес. Если исходный материал достаточно стабилизирован, и выдерживаются
надлежащие технологические параметры (прежде всего, надлежащие температуры и
низкое содержание влаги), то, в принципе, снижение молекулярного веса не является
проблемой.
Расщепление может возникать при.
• термической и/или механической перегрузке,
• превышении времени пребывания массы в цилиндре из-за простоя машины, слиш-
18
Параметры процесса литья под давлением
ком долгого времени выдержки или слишком большой машины,
• превышении температуры из-за дополнительной диссипативной теплоты (те. нагрев
вследствие течения сдвига) или дефектов систем горячих каналов,
• особо чувствительных формовочных массах, напр., ПОМ, ПВХ, ПЭТ, ПА, ПК и т д., не-
эффективных стабилизаторах и слишком долгом хранении материалов,
• особых химических нагрузках, напр , из-за огнезащитных средств, других присадок
или влаги при недостаточном осушении.
Особо критическим является изготовление крупных тонкостенных изделий, так как они
требуют высоких температур и скоростей потока, что создает условия для расщепления.
1.4 Усадка и деформация
Деформация является большой проблемой при изготовлении термопластичных литых
изделий Поэтому важная задача на предприятиях, занятых литьем под давлением, -
свести к минимуму дефекты формы изделий, отлитых под давлением. Из-за большого
количества влияющих параметров и их сложных взаимодействий на деформацию и усад-
ку, очень сложно дать точное предсказание о нужных величинах коррекции для расчета
формообразующих полостей.
Если при охлаждении расплава полимера содержащиеся молекулярные цепочки могут па-
коваться в кристаллические структуры, усадка объема происходит больше, чем тогда, когда
образование кристаллических структур невозможно Поэтому, как правило, частично крис-
таллические материалы, такие как ПП, ПЭ, ПОМ, ПАит.д., имеют больший потенциал усадки,
чем аморфные пластмассы, такие как ПС, САН, АБС, ПММА, ПК и т.д. Частично кристалли-
ческие пластмассы изменяют свой объем примерно на 15-50%, если они при атмосфер-
ном давлении охлаждаются от технологической температуры до температуры помещения,
а аморфные пластмассы только на 10-15%.
По стандарту ДИН 16901 под технологической усадкой понимают разницу между холод-
ной пресс-формой (23°С ± 2°С) и литым изделием, если изменение размера (усадка) в
продольном направлении определяется непосредственно после 16-часового хранения в
нормальных климатических условиях (23°С ± 2°С, отн. влажность воздуха 50% ± 5%). У
частично кристаллических термопластов после извлечения изделий из формы нужно при-
нимать в расчет дальнейшие, зависящие от времени изменения размеров, так называемую
дополнительную усадку вследствие дополнительной кристаллизации Сумму, состоящую
из технологической усадки и дополнительной усадки, называют общей усадкой. У аморф-
ных пластмасс нужно ожидать только незначительную дополнительную усадку Дополни-
тельные методы обработки, такие как термическая обработка и кондиционирование, вы-
зывают дальнейшие изменения размеров и формы в литом изделии. Посредством терми-
ческой обработки процесс дополнительной усадки ускоряется равномерно и значительно
Вообще дополнительная усадка составляет только около 10% от технологической усадки С
повышающейся температурой пресс-формы и с повышающимся давлением выдержки до-
полнительная усадка также становится меньшей. Более высокая температура пресс-формы
у частично кристаллических материалов ведет к относительно высокой технологической
усадке и относительно малой дополнительной усадке При более высоких температурах
пресс-формы общая усадка происходит более равномерно, и она меньше, чем при отно-
сительно холодных пресс-формах. При литье под давлением техни-
Параметры процесса литья под давлением ---------------------------------- 19
ческих прецизионных деталей этот эффект должен быть использован путем применения
более высоких температур пресс-формы.
По стандарту VD13- 2006 отличают усадку при съеме, замеренную непосредственно после
извлечения изделия из формы, от технологической усадки, которая замеряется в течение
одного - семи дней после изготовления литого изделия. При этом имеются в виду длина
и ширина отливки, но никогда - ее толщина
Технологические усадки в продольных размерах составляют.
• у аморфных термопластов без наполнения 0,2 - 0,5%,
• у аморфных термопластов с наполнением около 0,5%,
• у частично кристаллических термопластов без наполнения 1,5-2,5% и
• у частично кристаллических термопластов с наполнением < 1 %
Более подробно об усадке отдельных пластмасс можно узнать из Табл. 1 3
Пластмасса Структура Усадка, %
АБС аморфный 0,4-0,7
“пц3 аморфный 0,4-0,7
пэ-нп6 част, кристаллич. 1,5-2,0
ПЭ-ВИ’ част, кристаллич 1,5-2,0
ПА6 част, кристаллич 0,5-2,0
ПА6-СВь30 част, кристаллич. 0,3-0,8
ПА6-СВ50 част, кристаллич. 0,1-0,3
ПА66 част, кристаллич. 0,6-2,0
ПА66-СВ30 част, кристаллич. 0,4-0,7
ПА66-СВ50 част, кристаллич. 0,3-0,4
ПБТ част, кристаллич. 1,4-2,0
ПБТ-СВЗО част, кристаллич. 0,4-0,6
ПК аморфный 0,6-0,8
ПК-СВ20 аморфный 0,2-0,5
ПК-СВ40 аморфный 0,1-0,3
ПК/АБС аморфный 0,5-0,7
ПМАБС-СВ30 аморфный 0,2-0,4
ПЭТ аморф / част, кристаллич. 1,2-2,0
пэт-свзо аморф./ част кристаллич. 0,2-0,6
ПММА аморфный 0,4-0,6
ПОМ част, кристаллич. 1,5-2,0
ПОМ-СВ20 част, кристаллич 0,8-1,8 —
ПОМ-СВ40 част, кристаллич 0,2-1,0 3 Общество немецких
пп част кристаллич. 1,3-2,4 инженеров
ПП-ТУ40 част, кристаллич 0,5-1,2 4 СР (лат) = ПЦ - по
ПФО аморфный 0,8-1,5 липропинат целлюло зы
_пс аморфный 0,3-0,6 3 ПЭ ВП ~ высокой
_ ПВХ-твердый аморфный 0,5-0,7 плотности, ПЭ НП - ПЭ
-ПВХ-мягкий аморфный 1,0-2,5 низкой плотности
САН аморфный 0,4-0,7 6 GF = СВ - стеклово
локно
йбл. 1.3. Ориентировочные значения для величин усадки
-------------------------- Параметры процесса литья под давлением
Скорость кристаллизации отдельных термопластов очень различна Напр , полиэтилен
на базе особенно упорядоченной структуры, связанной с высокой подвижностью моле-
кулярных цепочек, кристаллизируется очень быстро. Степень кристаллизации у ПЭ до-
пускает лишь малое влияние технологических и производственных параметров Другую
крайность представляет собой, например, ПЭТ, который в ходе литья под давлением мо-
жет перерабатываться как в полностью аморфные, так и в частично кристаллические ли-
тые изделия, так как он кристаллизуется очень медленно.
Быстрым охлаждением кристаллизацию можно более или менее сильно подавить. Быс-
трое охлаждение ведет к тонкой структуре с низкой степенью кристаллизации. Медлен-
ное охлаждение, напротив, ведет к грубой и хрупкой структуре с более высокой степенью
кристаллизации
При литье под давлением следует учитывать, что по сечению литого изделия возникают
очень различающиеся скорости охлаждения. Влияние зависимости степени кристалли-
зации от скорости охлаждения во взаимосвязи с профилем температуры по сечению ли-
того изделия ведет к четкому профилю структуры К этому добавляется еще то, что крис-
таллизация ориентированного расплава протекает быстрее и иначе, чем кристаллизация
неориентированного расплава. Поэтому также играют роль эффекты ориентирования и
потока при формировании структуры у отлитых под давлением изделий
Важнейшим технологическим параметром для предотвращения деформации из-за не-
стабилизированной усадки является термостатирование пресс-формы. Слишком боль-
шие различия в температуре вследствие недостаточного отвода тепла могут вызвать боль-
шую разницу в усадке. Принципиально действует правило1 литое изделие всегда дефор-
мируется в направлении стенок, застывающих в последнюю очередь, а это - стенка с
более высокой температурой при съеме изделия (Рис. 1 4) По этой причине у техничес-
ких деталей чрезвычайно важна температура стенок пресс-формы, т.е. оптимальный тем-
пературный режим, например, с несколькими контурами термостатирования. Темпера-
тура при съеме изделий должна быть примерно одинаковой на всем литом изделии
Параметры процесса литья под давлением
Рис. 1.4: Деформация литого изделия в направлении стенки, застывающей в после-
днюю очередь, это та стенка, у которой более высокая температура при съеме
изделия.
Оптимальное охлаждение налицо, когда устройства термостатирования пресс-формы
способны в течение времени охлаждения равномерно отводить тепло, возникающее на
любом месте стенки пресс-формы.
У изделий с неодинаковой толщиной стенок нужно учитывать следующее Стенки с боль-
шей толщиной содержат гораздо больше тепла, чем тонкие Поэтому температурный ре-
жим пресс-формы должен быть рассчитан так, чтобы в зоне большей толщины
22
Параметры процесса литья под давлением
стенок происходил больший отвод тепла, чем в зоне меньшей толщины стенок. Так с по-
мощью различных температур стенок пресс-формы можно предотвратить слишком боль-
шую деформацию.
Вообще, на усадку литого изделия в пресс-форме можно оказывать влияние только в
фазе выдержки под давлением через высоту давления и продолжительность выдержки
до тех пор, пока возможна подача расплава в пресс-форму После извлечения изделия
из формы влияние без больших дополнительных затрат больше невозможно.
Из технологических параметров наибольшее влияние на усадку оказывает высота давле-
ния выдержки (Рис. 1 5). Высокое давление выдержки снижает усадку, так как масса в
полости формы сильно уплотняется во время охлаждения. Влияние длительности вы-
держки под давлением на усадку значительно меньше, чем влияние высоты давления
выдержки (Рис. 1.6). Однако долго длящаяся выдержка под давлением тоже снижает
усадку
2,31 2,2-
2,1- 9 Л
,—ч
\Р О4 Z,U
ПЗ 1,9- 1,8-
а: S
1,7’ 1,6-
|,э 200 300 4( )0 500 6С )0 700 8С )0
Давление выдержки (бар)
Рис. 1.5' Влияние высоты давления выдержки на усадку у частично кристаллической
пластмассы
Параметры процесса литья под давлением
23
Рис. 1.6: Влияние длительности выдержки под давлением на усадку у частично
кристаллической пластмассы
Влияние температуры массы на усадку относительно мало (Рис. 1.7). Высокая темпера-
тура массы способствует более благоприятной и более длительной передаче давления в
пресс-форме и поэтому снижает усадку. Если сечение на впрыске слишком мало, и из-за
этого давление не может достаточно долго влиять на изделие, несмотря на достаточно
высокую температуру массы, возможна повышенная усадка.
э
Усадка (%) т '<т> kj оо id о Kj 1
i,d 205 210 215 220 225 230 23 Температура массы (°C) 5
Рис. 1.7, Влияние температуры массы на усадку у частично кристаллической пластмас-
сы
24
Параметры процесса литья под давлением
Влияние температуры стенок пресс-формы на усадку тоже невелико (Рис. 1 8) В прин-
ципе, высокая температура стенок пресс-формы повышает усадку из-за медленного от-
верждения расплава
Рис 1 8: Влияние температуры стенок пресс-формы на усадку
у частично криааллической пластмассы
У литых изделий, усиленных наполнением волокном, процессы течения в пресс-форме
вызывают ориентирование волокна Поэтому здесь есть разница в продольной и попе-
речной усадке (10-20%) и опасность деформации особенно велика, хотя усадка как та-
ковая меньше, чем у ненаполненных пластмасс.
1.5 Сушка пластмасс перед литьем
Поддержание определенной остаточной влажности материала является условием для по-
лучения высококачественной продукции. Следовательно, первым шагом к обеспечению
качества является правильная сушка пластмассы перед переработкой.
Чтобы осушить гранулят, точка росы сушильного воздуха должна находиться на очень
низком значении, что в природе не происходит. Поэтому воздух сначала пропускается
через влагопоглотитель, а затем подогревается до температуры сушки, определенной для
конкретного материала. Этот обезвоженный и горячий воздух может теперь извлечь из
пластмассового гранулята молекулы воды. Тем самым, гранулят имеет теперь требуемую
остаточную влажность и может перерабатываться без проблем.
Температура и длительность сушки должны выдерживаться относительно точно При
слишком коротком времени сушки содержание остаточной влаги еще слишком высокое
При слишком длительном времени и слишком высокой температуре сушки у некоторых
пластмасс может произойти термическое повреждение. Колеблющееся содержание ос-
Параметры процесса литья под давлением ------------------------------------
таточной влажности может привести к колебаниям во времени дозирования и тем са-
мым сказаться на качестве литого изделия.
Следует учитывать, что время пребывания осушенного материала в загрузочной воронке
не должно быть более одного часа, чтобы предотвратить новое поглощение влаги Луч-
ше всего будет, если осушенный гранулят будет подводиться непосредственно к напол-
нительному отверстию в цилиндре шнека
Потеря качества при высоком содержании влаги особенно проявляется у следующих ма-
териалов:
ПД: дефекты поверхности, термическая деструкция;
ПК: дефекты поверхности, термическая деструкция;
АБС: дефекты поверхности;
ПБТ: дефекты поверхности;
ПК/АБС: дефекты поверхности, термическая деструкция.
26
Параметры процесса литья под давлением
Материал Темпера- тура сушки °C Длитель- ность суш- ки часов Водопо- глощение % Допусти- мая оста- точная влага %
АБС 80 3 0,2-0,4 0,2
ПК/АБС 100 4 0,15-0,3 0,05
АСА7 80 3 0,1-0,3 0,1
АЦ 70 3 2-6 0,2
АЦБ8 70 3 1-3 0,2
ПА 80 4 1,3-3 0,1
ПБТ 120 4 0,1 0,04
ПК 120 3 0,1-0,2 0,02
ПК/ПБТ 110 3 0,1-0,2 0,02
ПЭТ 120 4 0,3 0,02
ПЭТ (преформа) 150 5 0,1-0,3 0,005
ПММА 80 3 0,2-0,4 0,08
ПОМ* 100 3 0,2-0,25 0,1
ПФО 110 2 0,1 0,03
ПФС9 140 3 0,1 0,03
ПЭ 80 1 0,01 0,01
пп 80 1 0,02 0,01
ПС* 80 1 0,05-0,1 0,05
ПСУ10 120 3 0,2-0,25 0,05
ПУ 90 3 0,7-0,9 0,02
ПВХ-твердый* 70 1 0,05-0,4 0,2
ПВХ-мягкий* 70 I 0,15-0,7 0,2
САН 80 3 0,1-0,3 0,2
ПС ударопрочный* 80 1 0,2-0,4 0,05
* нуждаются в предварительной сушке только после неблагоприятного хранения
Табл. 1.4. Рекомендованные параметры сушки различных плаамасс
Дополнительная литература
Менгес Г: Материаловедение по пластмассам. "Ханзер", Мюнхен. 1998
Михаели В.: Введение в переработку пластмасс "Ханзер", Мюнхен. 1990
ЗехтлингХ/ Карманная книга по пластмассам. "Ханзер", Мюнхен. 1998
7 ASA = АСА - сополимер акриловый эфир - стирол - акрилонитрил
8 САВ (лат) = АБЦ - ацетобутират целлюлозы
9 PPS = ПФС - полифениленсульфид (-сульфон)
10 PSU = ПСУ - полисульфон
Параметры процесса литья под давлением
27
2 Температуры при литье под давлением
2.1 Температура цилиндра
На температуру массы оказывают влияние скорость вращения шнека и противодавле-
ние, но в основном - температура цилиндра. Так как температура массы, с одной сторо-
ны, оказывает большое влияние на важные для качества параметры, такие как цвет, по-
верхность, прочность и выдерживание размеров, а, с другой стороны, существует боль-
шая взаимозависимость между температурой цилиндра и массы, то температура цилин-
дра является особо важным технологическим параметром
В зависимости от диаметра и длины шнека необходимо наличие определенного мини-
мального количества зон регулировки для достижения оптимального температурного
режима в шнековом цилиндре. Это в особенности необходимо при переработке конст-
рукционных пластмасс До диаметра шнека 35 мм наряду с регулируемой температурой
фланца и сопла требуются, как минимум, три последующие зоны регулировки, включая
сопло. До диаметра шнека 80 мм рекомендуются минимально четыре последующие зоны
регулировки, при диаметре шнека от 90 до 130 мм - минимально шесть зон регулиров-
ки.
В особенности при малом весе дозы впрыска и относительно длительном времени цик-
лов время пребывания расплава в шнековом цилиндре получается длительным, что тре-
бует оптимального температурного режима, чтобы держать термическую нагрузку рас-
плава на возможно низком уровне. Поэтому низкие температуры тоже должны регули-
роваться очень точно
При большом весе доз впрыска уже в зоне загрузки нужно работать с относительно высо-
кими температурами, чтобы можно было расплавлять материал по возможности рано и
достигать достаточно длительного времени пребывания расплава в шнековом цилинд-
ре.
Наряду с количеством зон регулировки важно оптимальное распределение зон нагрева
и расположение термоэлементов. По возможности максимально по два ленточных на-
гревателя должны образовывать контур регулировки. Для конструкционных пластмасс
уже в зоне загрузки требуется очень точный температурный режим, и поэтому для каж-
дого ленточного нагревателя нужен собственный контур регулировки
Машины литья под давлением должны иметь возможность контролировать длительность
времени включения отдельных контуров нагрева Длительность времени включения имен-
но во время производства дает заключение о балансе температуры на шнековом цилин-
дре. При изготовлении технических изделий длительность времени включения должна
находиться между 10 - 40%. В зоне загрузки и на головке она может составлять 30 -
40%, в зонах между ними около 10 - 20%
Параметры процесса литья под давлением
28 ----------------------------------------
Сокращения (прим переводчика)
DH сопло
МН - нагрев корпуса
EF - зона подачи сырья
Mat материал
Рис 2.1. Температуры цилиндра и длительность времени включения отдельных зон
регулировки на примере литья технических деталей из ПА6.
При производстве тонкостенных изделий с коротким временем цикла длительность вре-
мени включения значительно выше, так как расход материала высокий. В зоне заполне-
ния она может составлять 50 - 60%, в зоне 2 и 3 - от 20 до 40%, в зоне дозирования -10
- 20% и в зоне сопла - 20 - 30%.
Рис. 2 2: Температуры цилиндра и длительность времени включения отдельных зон
регулировки на примере литья тонкостенных деталей из ПП.
Правильная длительность включения контуров нагрева между 10% и 60% имеетто пре-
имущество, что точность регулирования температур выше, чем при слишком малой или
слишком большой длительности включения. Чтобы иметь возможность целенаправлен-
но влиять на термический баланс узла пластикации через повышение и понижение от-
дельных параметров, ни один из важных регулирующих параметров по возможности не
должен устанавливаться стандартно на "Нуль" или на максимальное значение.
29
Параметры процесса литья под давлением
Поофиль температуры на шнековом цилиндре, не считая двух важных исключений, дол-
жен медленно повышаться от зоны подачи сырья до головки. При переработке поли-
амида уже в зоне подачи сырья нужно работать с высокими температурами, чтобы дос-
тичь расплавления этого материала у стенки цилиндра При применении барьерных шне-
ков нужно в зоне подачи сырья установить более высокую температуру, чем в последую-
щих зонах, чтобы получить равномерную и высокую производительность по пластика-
ции.
Температура сопла должна устанавливаться примерно равной температуре головки ци-
линдра. В нормальном случае температура массы в этой зоне больше не оказывает силь-
ного влияния. Разница между температурой на головке и температурой на сопле не дол-
жна быть больше 15°С Более высокая разница нужна только тогда, когда применяются
специальные сверхдлинные сопла собственного изготовления, у которых температурный
режим не оптимален. Часто такие специальные сопла являются также причиной недоста-
точного качества литых изделий из-за дефектов на поверхности близ литника.
У легко и быстро расплавляющихся материалов, таких как ПС, САН, ПММА и т д., важно,
чтобы процесс расплавления начинался только после примерно ЗД длины шнека Так
можно при малом давлении расплава дать находящемуся между гранулами воздуху вы-
ходить в направлении загрузочного отверстия, чтобы он не оставался в расплаве Воздух,
попавший в расплав и сжатый в зоне втягивания шнека, можно увидеть в литом изделии
в виде серых и черных полос (у прозрачных, как стекло, изделий). Именно поэтому для
большинства материалов предпочтительны низкие температуры в зоне загрузки
Рис. 2.3: Рекомендуемый температурный режим на шнековом цилиндре при мини-
мальном и максимальном ходе дозировки на примере литья изделия из ПП
Рис. 2.3 показывает, что температурный режим цилиндра в зависимости от требуемого
объема дозировки должен устанавливаться по цилиндру по-разному. При малом весе
впрыскиваемой дозы (объем дозировки) и возможно длительном времени циклов в
3°не загрузки и зоне компрессии должны устанавливаться низкие темпера-
30
Параметры процесса литья под давлением
туры При большом весе впрыскиваемой дозы и коротком времени циклов в указанных
зонах требуются, соответственно, более высокие температуры
Как уже было упомянуто, из-за измененной геометрии у барьерных шнеков температур-
ный режим на шнековом цилиндре должен устанавливаться иначе, чем у шнека стремя
зонами Заметно более высокие температуры в зоне загрузки, чем у трехзонного шнека,
помогают подплавлению и расплавлению перед барьерной зоной. Тем самым значительно
уменьшается перемещение остатков гранулята в направлении головки шнека и достига-
ется оптимальное качество расплава Температура цилиндра с барьерным шнеком в зоне
загрузки должна быть выше, чем у трехзонного шнека, а в зоне головки она должна быть
задана более низкой или одинаковой по сравнению с трехзонным шнеком, т е у барьер-
ного шнека рекомендуется профиль температуры, понижающийся к соплу
Колебания температуры цилиндра должны составлять максимально ± 3°С. При малых
диаметрах шнека и термически чувствительных материалах может потребоваться уста-
новление еще более узких допусков на температуру цилиндра. Большие колебания тем-
пературы или отклонения от установленных значений указывают на неправильную уста-
новку скорости вращения шнека, противодавления шнека, температуры цилиндра или
на неблагоприятную геометрию шнека
Материал ПЭ
Температура Температура цилиндра Температура
пресс-формы °C сушки
DH МН5 МН4 МНЗ МН2 МН1 EFZ
DH сопло
EFZ зона подачи
МН нагрев корпуса
300-320____________________________________
280-300
260-280
240-260
220-240
140-160
120-140
100-120
80-100
60-80
40-60
20-40
Рис. 2 4: Рекомендуемые профили температуры по длине шнекового цилиндра при
переработке ПЭ
Параметры процесса литья под давлением
Материал ПП
31
Температура
пресс-формы
Температура цилиндра Температура
сушки
DH МН5 МН4 МНЗ МН2 МН1 EFZ
300-320
280-300
260-280 НН
240-260
220-240
200-220
180-200
160-180
140-160
120-140
100-120
80-100
60-80
40-60
20-40
DH сопло
EFZ зона подачи
МН нагрев корпуса
Рис. 2.5: Рекомендуемые профили температуры подлине шнекового цилиндра при
переработке ПП
Материал ПС
Температура
пресс-формы °C
DH
Температура цилиндра
МН5 МН4 МНЗ МН2
Температура
сушки
МН1 EFZ
300-320
280-300
260-280
240-260
220-240
200-220
180-200
160-180
DH сопло
EFZ зона подачи
МН нагрев корпуса
140-160
120-140
100-120
80-100
Рис. 2.6. Рекомендуемые профили температуры подлине шнекового цилиндра при
переработке ПС
32
Параметры процесса литья под давлением
Материал ПВХ-твердый
Температура
пресс-формы °C
Температура цилиндра
МН5 МН4 МНЗ МН2
Температура
сушки
МН1 EFZ
300-320
280-300
260-280
DH сопло
EFZ зона подачи
МН нагрев корпуса
240-260
220-240
200-220
160-180
140-160
120-140
100-120
80-100
60-80
40-60
20-40
Рис. 2.7. Рекомендуемые профили температуры по длине шнекового цилиндра при
переработке твердого ПВХ
Материал ПММА
Температура
пресс-формы °C
DH
Температура цилиндра
МН5 МН4 МНЗ МН2
Температура
сушки
МН1 EFZ
300-320
280-300
260-280
240-260
220-240
DH сопло
EFZ зона подачи
МН нагрев корпуса
200-220
180-200
160-180
140-160
120-140
100-120
80-100
60-80
40-60
20-40
Рис. 2.8: Рекомендуемые профили температуры подлине шнекового цилиндра при
переработке ПММА
Пар31^еТРь1 пР°Цесса литья под давлением
33
Материал ПФО
Температура
пресс-формы
Температура цилиндра Температура
сушки
DH МН5 МН4 МНЗ МН2 МН1 EFZ
300-320
280-300
260-280
240-260
220-240
200-220
180-200
160-180
140-160
120-140
100-120
80-100
60-80
40-60
20-40
Рис. 2.9: Рекомендуемые профили температуры подлине шнекового цилиндра при
переработке ПФО
Материал ПОМ
Температура
пресс-формы °C
DH
Температура цилиндра
МН5 МН4 МНЗ МН2
МН1
Температура
сушки
EFZ
300-320
280-300
260-280
DH сопло
EFZ зона подачи
МН нагрев корпуса
240-260
220-240
200-220
180-200
160-180
140-160
120-140
100-120
80-100
60-80
40-60
20-40
Рис. 2.1Q- Рекомендуемые профили температуры по длине шнекового цилиндра при
переработке ПОМ
34
Параметры процесса литья под давлением
Материал ПА6.6
Температура
пресс-формы °C
Температура цилиндра Температура
сушки
DH МН5 МН4 МНЗ МН2 МН1 EFZ
300-320
280-300
260-280
240-260
220-240
200-220
180-200
160-180
140-160
120-140
____ 100-120
^1 80-100
I 60-80
40-60
20-40
DH сопло
EFZ зона подачи
МН нагрев корпуса
Рис 2 11 Рекомендуемые профили температуры по длине шнекового цилиндра при
переработке ПА66
Материал ПА6
Температура
пресс-формы °C
DH
Температура цилиндра
МН5 МН4 МНЗ МН2
МН1 EFZ
Температура
сушки
300-320
280-300
260-280
240-260
220-240
200-220
180-200
160-180
140-160
120-140
100-120
80-100
60-80
40-60
DH сопло
EFZ зона подачи
MH нагрев корпуса
20-40
Рис. 2.12: Рекомендуемые профили температуры подлине шнекового цилиндра при
переработке ПА6
Параметры процесса литья под давлением
35
Материал ПК
Температура
пресс-фоРмы
Температура цилиндра Температура
сушки
DH МН5 МН4 МНЗ МН2 МН1 EFZ
300-320
280-300
260-280
240-260
220-240
DH сопло
EFZ зона подачи
МН нагрев корпуса
200-220
180-200
160-180
140-160
120-140
__________ 100-120
80-100
60-80
40-60
20-40
Рис. 2.13: Рекомендуемые профили температуры по длине шнекового цилиндра при
переработке ПК
Материал АБС-ПК
Температура
пресс-формы °C
DH
Температура цилиндра
МН5 МН4 МНЗ МН2
Температура
сушки
МН1 EFZ
300-320
280-300
260-280
DH сопло
EFZ зона подачи
МН нагрев корпуса
240-260
220-240
200-220
180-200
160-180
140-160
120-140
100-120
80-100
60-80
40-60
20-40
2.14: Рекомендуемые профили температуры подлине шнекового цилиндра при
переработке ПК/АБС
36
Параметры процесса литья под давлением
Материал АБС
Температура
пресс-формы
’С
Температура цилиндра
DH
МН5 МН4 МНЗ МН2
МН1 EFZ
Температура
сушки
300-320
280-300
260-280
240-260
220-240
200-220
180-200
160-180
140-160
120-140
100-120
80-100
60-80
40-60
20-40
DH сопло
EFZ зона подачи
МН нагрев корпуса
Рис 2.15. Рекомендуемые профили температуры по длине шнекового цилиндра при
переработке АБС
Материал САН
Температура
пресс-формы
’С
Температура цилиндра
DH
МН5 МН4 МНЗ МН2
МН1 EFZ
Температура
сушки
300-320
280-300
260-280
DH сопло
EFZ зона подачи
МН нагрев корпуса
220-240
200-220
180-200
160-180
140-160
120-140
100-120
80-100
60-80
40-60
20-40
Рис 2 16. Рекомендуемые профили температуры по длине шнекового цилиндра при
переработке САН
Параметры процесса литья под давлением
37
Материал АЦ
--vna Температура цилиндра Температура
ТемПе£о6мы °с сушки
пресс'ф Н DH МН5 МН4 МНЗ МН2 МН1 EFZ
300-320
280-300
260-280
240-260
220-240
200-220
180-200 ВВИ
160-180 ВВИ
140-160
120-140
100-120
80-100
60-80
40-60
20-40
DH сопло
EFZ зона подачи
МН нагрев корпуса
Рис 2.17: Рекомендуемые профили температуры по длине шнекового цилиндра при
переработке АЦ
Материал ПЭТ
Температура
пресс-формы °C
Температура цилиндра
Температура
сушки
DH МН5 МН4 МНЗ МН2 МН1 EFZ
300-320
280-300
260-280
240-260
220-240
DH сопло
EFZ зона подачи
МН нагрев корпуса
200-220
180-200
160-180
___ 140-160
120-140
100-120
80-100
60-80
40-60
20-40
^с. 2.18 Рекомендуемые профили температуры подлине шнекового цилиндра при
переработке ПЭТ
38
Параметры процесса литья под давлением
Материал ПБТ
Температура Температура цилиндра Температура
пресс-формы °C сушки
DH МН5 МН4 МНЗ МН2 МН1 EFZ
300-320
280-300
260-280
240-260
220-240
200-220
180-200
160-180
140-160
120-140
100-120
80-100
^1 60-80
40-60
DH сопло
EFZ зона подачи
МН нагрев корпуса
20-40
Рис. 2 19: Рекомендуемые профили температуры по длине шнекового цилиндра при
переработке ПБТ
Материал ПВХ-мягкий
Температура Температура цилиндра Температура
пресс-формы °с сушки
DH МН5 МН4 МНЗ МН2 МН1 EFZ
300-320
280-300
260-280
DH сопло
EFZ зона подачи
МН нагрев корпуса
240-260
220-240
200-220
180-200
160-180
140-160
120-140
100-120
80-100
60-80
40-60
20-40
Рис. 2 2Q- Рекомендуемые профили температуры подлине шнекового цилиндра при
переработке ПВХ - мягкого
Параметры
процесса литья под давлением
39
На пис 2.4 - 2.20 даны рекомендации по установке температур цилиндра для различ-
ье материалов. Бросаются в глаза большие диапазоны для переработки у ПС, ПП И ПЭ
в отличие от чрезвычайно малых диапазонов для переработки у ПА, ПОМ, ПК/АБС и
ПЭТ Кроме того, можно заметить зависимость между температурами предварительной
сушки и температурами фланца.
Для ПС, ПЭ и ПП, которые не требуют предварительной сушки, рекомендуется темпера-
тура фланца около 40°С, она должна быть относительно низкой и быть лишь незначи-
тельно выше, чем температура загружаемого материала (см также раздел "Температура
фланца").
Для ПА, ПК, ПБТ, ПММА и ПК/ABC, требующих температуры предварительной сушки
около 80°С, должна быть установлена температура фланца 60 - 80°С. Нет смысла пред-
варительно сушить материал при 80°С, у фланца цилиндра охлаждать его до 40°С и в
зоне втягивания шнека снова нагревать до 240°С и выше.
Материалы, подвергающиеся предварительной сушке и нуждающиеся в несколько бо-
лее высокой температуре фланца, требуют в общем также более высокой температуры
стенок пресс-формы, чем материалы, которые не должны предварительно сушиться.
Влияние температуры цилиндра на свойства литого изделия и техноло-
гические параметры
Действия: Температура цилиндра ф
Находящиеся под влиянием параметры
Усадка ф
Вязкость ф
Ориентация ф
Кристалличность ф
Термическая нагрузка ф
Различимость холодных стыков ф
Достижимая длина течения ф
Давление впрыска ф
Время выдержки под давлением ф
2.2 Температура фланца
Температурам цилиндра, массы и пресс-формы уже многие годы уделяется гораздо боль-
ше внимания, чем температуре фланца. Однако правильная температура фланца на шне-
ковом цилиндре является решающей для характера загрузки и стабильности подачи ма-
теРиала. Так как коэффициенты трения между гранулами и стенкой цилиндра зависят от
температуры, то необходимо определить оптимальный температурный режим в этой зоне
Аля соответствующих условий производства.
40 -------------------------- Параметры процесса литья под давление^
Правильно выбранная и постоянная температура фланца имеет большое влияние на рав-
номерность и производительность процесса пластикации, а тем самым и на качество ли-
того изделия
Часто случается, что только тогда, когда процесс пластикации становится неравномер-
ным, устанавливается, что из-за известковых отложений термостатирующие каналы в зоне
загрузки цилиндра полностью забиты, и от этой зоны больше невозможен целенаправ-
ленный отвод тепла и ее термостатирование Тогда из-за большой теплоты трения в этой
зоне температура часто повышается выше 100°С При переработке ПММА, ПС, САН или
АБС из-за таких высоких температур отдельные гранулы могут склеиваться в начале зоны
загрузки, закупоривают эту зону и приводят к колебаниям времени дозирования Этого
следует избегать, так как колебания времени дозирования могут увеличивать время цик-
ла.
У ПЭ и ПП теплота трения в зоне загрузки не так велика, как у ПС и относительно высокие
температуры (свыше 100°С) не возникают. Несмотря на это, и для этих материалов тем-
пературы фланца не должны быть выше 50°С
В принципе, для материалов, которые нужно предварительно сушить и которые требуют
высокой температуры переработки, высокая температура фланца тоже предпочтитель-
на. Примером этого являются ПА, ПК, ПЭТ, ПБТ, ПФО и ПК/АБС, у которых температура
фланца должна минимально составлять 70 - 90°С.
Рис. 2.21 Характер температуры цилиндра в зависимости от температуры фланца
Большая разница температур между температурой фланца и первой зоной нагрева шне-
кового цилиндра предъявляет высокие требования к качеству регулирования С помо-
щью более высоких температур на фланце часто можно предотвратить превышение тем-
ператур цилиндра между первой и второй зонами регулирования. Превышение в этой
зоне часто означает слишком раннее расплавление гранулята в зоне загрузки до того,
как материал был сжат. Так можно получить включения воздуха в расплаве
Параметры процесса литья под давлением
41
Влияние температуры фланца на процесс пластикации у ПА и АБС показано на
Рис. 2.22.
Рис. 2.22: Влияние температуры фланца на время пластикации
При переработке ПА время пластикации на рис. 2.22 при температуре фланца 30°С со-
ставляет около 13 с С возрастанием температуры фланца время пластикации становится
короче, а процесс пластикации более равномерным. При температуре фланца между 65°С
и 90°С пластикация, время дозирования короче и более равномерно, при более высоких
температурах оно снова становится менее равномерным и более длительным. АБС при
переработке ведет себя так же, но на более низких температурах, и выражено это не так
ярко, как у ПА.
Важно, что допуск на температуру фланца контролируется При отклонениях температу-
ры машина автоматически дает указание о том, что этот важный технологический пара-
метр находится вне заданного допуска Разрешенный допуск при изготовлении техни-
ческих изделий не больше, чем 5 °C
42
Параметры процесса литья под давлением
Материал Температура фланца °C
АБС 40-60
ПС 30-50
Ударопрочный ПС 30-50
САН 30-50
АСА 40-60
ПЭ 30-50
ПП 30-50
ПК 70-90
ПК/АБС 50-70
ПА6 60-90
ПА66 60-90
ПА-СВ 60-90
ПММА 60-80
ПОМ 40-50
ПФО 60-80
ПЭТ 100-120
ПБТ 50-70
АЦ 40-60
Табл 2.1 • Рекомендуемые температуры фланца цилиндра для различных пластмасс
Таблица 2 1 демонстрирует рекомендуемые температуры фланца цилиндра для различ-
ных материалов
2.3 Температура массы
На температуру массы в первую очередь влияет температурный режим на шнековом
цилиндре. Другие влияющие параметры - это энергия трения при пластикации в зависи-
мости от хода шнека, скорость вращения шнека, противодавление шнека и время пре-
бывания массы в шнековом цилиндре.
Частично кристаллические материалы должны перерабатываться при температурах, ко-
торые находятся значительно выше температуры размягчения, так как температура плав-
ления кристаллита значительно выше температуры размягчения. По этой причине вяз-
кость только в очень малой степени зависит оттемпературы массы. Аморфные пластмас-
сы уже при малых изменениях температуры проявляют большие изменения вязкости В
соответствии с большими изменениями вязкости заметно изменяется также требующее-
ся давление впрыска. Например, у аморфных пластмасс при изменении температуры
массы только на 1 °C вязкость изменяется на 5 - 10%. у частично кристаллических пласт-
масс - максимально на 3% На основании этой взаимозависимости нужно следить за
тем, чтобы прежде всего при переработке аморфных пластмасс температурный режим в
шнековом цилиндре и в горячем канале был очень точным.
Параметры
процесса литья под давлением
Рис.: 2.23: Колебания в температуре расплава как функция хода дозирования
Рис. 2.23 четко показывает влияние скорости вращения шнека и хода шнека на равно-
мерность температуры массы Приемлемая разница температур в массе в
передней секции шнека в 6 - 8°С в данном примере достижима только до хода шнека
около ЗД. Кроме того, видно, что влияние скорости вращения шнека, особенно у чув-
ствительного к сдвигу ПОМ, очень большое. У относительно легкотекучего ПА теплота
трения даже при высокой скорости вращения шнека незначительна.
Причинами для большой разницы температур в шнековом цилиндре являются не-уста-
новившийся режим литья и уменьшающаяся длина находящейся в цилиндре части шне-
ка при дозировании, прежде всего, при больших ходах дозировки.
Независимо от диаметра шнека при переработке технических материалов соотношение
L:D (длина: диаметр шнека) должно быть минимально 20 - 22 При скоростном произ-
водстве изделий из ПЭ и ПП требуется даже соотношение L:D 25, включая режущий и
смесительный блоки
В принципе, действует правило, чем больше соотношение L:D у шнека, тем больше мож-
но использовать ход шнека при приемлемой разнице в температуре массы.
Как уже упоминалось, наряду со скоростью вращения шнека, степенью использования
хода, соотношением L D и геометрией шнека большое влияние на температуру массы
оказывает противодавление шнека Повышение противодавления ведет к выравнива-
нию температуры массы, но одновременно и к повышению уровня температуры массы.
При правильной установке температуры цилиндра, скорости вращения шнека и проти-
водавления температура массы должна быть сходна с температурой зоны головки ци-
линДра, т.е. на 5 - 10°С выше, чем температура цилиндра в головке
44
Параметры процесса литья под давлением
Современные машины литья под давлением замеряют температуру массы в пе-
редней секции шнека или в сопле машины В большинстве случаев результат замера -
это компромисс между температурой головки, температурой сопла и температурой мас-
сы, и, тем самым, это - не точная температура массы Если требуется, получают более
точную информацию о температуре массы, когда машина во время произ-водтсва оста-
навливается на короткое время С той же скоростью впрыска, как и в процессе, впрыски-
вают весовую дозу в термически изолированную емкость, и затем производится замер с
помощью вводимого или дистанционного термометра. Так как и этот метод все-таки мо-
жет быть сопряжен с ошибками, этот процесс во время производства нужно повторить
как минимум два раза.
Влияние температуры массы на свойства литого изделия и технологи-
ческие параметры
Действия: Температура массы ф
Находящиеся под влиянием параметры
Усадка ф
Вязкость Т
Ориентация Т
Кристалличность ф
Термическая нагрузка ф
Различимость шва текучести Т
Достижимая длина течения ф
Давление впрыска Т
Время выдержки под давлением ф
2.4 Температура стенок пресс-формы
Хотя значение температуры стенок пресс-формы известно, на практике часто ей уделяет-
ся слишком мало внимания. Температура стенок пресс-формы особенно важна у частич-
но кристаллических термопластов, таких как ПОМ, ПБТ, ПА и ПЭТ, так как на них оказы-
вают влияние не только время охлаждения и время цикла, но также и кристалличность
структуры, состояние поверхности, а также вес и выдерживание размеров у литого изде-
лия. Поэтому диапазон отклонений температуры у стенок пресс-формы при изготовле-
нии технических прецизионных деталей не должен превышать в маленьких пресс-фор-
мах 1 - 2°С, в больших пресс-формах 4 - 5°С. Таблица 2.2 дает ориентировочные дан-
ные для температуры стенок пресс-формы и температуры съема изделия для различных
пластмасс.
Параметры процесса литья под давлением 45
Материал Температура стенок пресс- формы °C Средняя температура съема изделий °C
АБС 40-60 70
ПС — 15-50 70
Ударопрочный ПС 20-50 70
САН 40-60 70
' АСА 40-60 70
~ПЭ 20-60 70
ПП 20-60 70
ПК 80-110 110
ПК/АБС 70-90 80
ПА6 60-90 100
ПА66 60-90 100
ПА-СВ 60-90 100
ПММА 50-70 80
ПОМ 60-110 105
ПФО 80-120 110
ПЭТ 120-140 110
ПБТ 60-80 90
АЦ 40-80 80
ПВХ-твердый 30-60 70
ПВХ-мягкий 30-50 70
Табл. 2.2: Рекомендуемые температуры для стенок пресс-формы и съема изделий
Уже при конструировании нужно следить за тем, чтобы отвод тепла в металл пресс-фор-
мы был равномерным, в противном случае возникают большие различия в усадке, кото-
рые ведут к тому, что узкие допуски у литых изделий не будут выдерживаться
У изделий с различной толщиной стенок и у пресс-форм с боковыми толкателями и стер-
жнями безусловно необходимы несколько контуров охлаждения То, что половинам
пресс-формы на стороне сопла и на стороне выталкивателя часто нужен разный уровень
температур, является сегодняшним уровнем техники Чтобы изолировать пресс-форму с
сложным температурным режимом от относительно холодных плит машины, нужны проч-
ные на сжатие теплоизоляционные плиты. В качестве термостатирующей среды должна
применяться вода, так как она обладает хорошими теплопередающими свойствами.
Для термостатирования пресс-форм есть два часто применяемых метода.
• внутреннее термостатирование с внутренним датчиком температуры и
• внутреннее термостатирование с внешним датчиком температуры
46 ------------------------- Параметры процесса литья под давление^
При регулировке с помощью внутреннего датчика, датчик температуры размещается во
входном патрубке термостата. Температура рабочего средства термостата регулируется
этим датчиком. Это - наиболее часто встречающаяся форма термостатирования Было
бы целесообразно установить датчик также и в выходном патрубке, чтобы можно было
определять разницу темремператур А Т Система термостатирования с достаточными
размерами и хорошая по качеству создает возможность для малой
АТ - максимально 4°С.
При регулировке с помощью внешнего датчика температуры термоэлементы встраива-
ются в пресс-форму, чтобы оттуда регулировать температуру рабочего средства и пресс-
формы. В обоих случаях регулятор термостата берет регулировку на себя Недостаток тер-
мостатирования с помощью внутреннего датчика температуры: заданная на регуляторе
температура не является той температурой, которая нужна в пресс-форме. Преимуще-
ство термостатирования с помощью внешнего датчика температуры заданная на регуля-
торе температура является той температурой, которая нужна на пресс-форме.
Однако при регулировке посредством внешнего датчика температуры важно, чтобы дат-
чик устанавливался надостаточном расстоянии от формообразующей поверхности пресс-
формы и от канала охлаждения.
Для технически высококачественных изделий следует предпочесть регулировку с помо-
щью внешнего датчика температуры. При применении термостатов, встроенных в ма-
шину, есть возможность заносить в память машины регулировочные значения и контро-
лировать основную температуру поверхности пресс-формы в качестве параметра, опре-
деляющего качество.
Влияние температуры стенок пресс-формы на свойства литых изделий
и технологические параметры
Действия: температура стенок пресс-формы ।
Находящиеся под влиянием параметры
Усадка при переработке ф
Дополнительная усадка Ф
Размеры изделий Ф
Ориентация Ф
Кристалличность ф
Внутренние напряжения Ф
Достижимая длина течения ф
Различимость швов текучести Ф
Поверхностный глянец ф
Время затвердевания ф
Время охлаждения ф
47
Параметры
процесса литья под давлением
3 Шнек и пластификация
3 1 Шнек пластикации
На узлы пластикации машин литья под давлением возложена важнейшая часть процес-
а литья. В широком поле применения они должны гарантировать переработку, пункту-
ально правильную в отношении материала и производства. Механизм пластикации спо-
собствует тому, чтобы подведенный материал
• загружался,
• уплотнялся,
« подплавлялсяи
• расплавлялся.
Гомогенизация расплава и достижение температуры переработки
Количество тепла, необходимое для расплавления, вводится, с одной стороны, нагреты-
ми стенками цилиндра и, с другой стороны, внутренним и внешним трением (диссипа-
цией) при подаче материала.
Исходят из того, что на стенке цилиндра образуется пленка расплава. Она растет по своей
толщине, пока не будет соскоблена подающим гребнем шнека, его „активным" ребром.
Эта пленка собирается перед ребром в витке шнека, пока там не образуется завихрение
расплава. Завихрение расплава становится шире в направлении витков шнека, уменьшая
ширину зоны остающегося твердым материала до тех пор, пока в витках шнека в конечном
итоге не будет находиться только рапсплав.
Трехзонный шнек
Прилитье под давление термопластов преимущественно применяются стандартные, так
называемые трехзонные шнеки (Рис 3.1)
Шнек 60 мм Длина 1200 мм Соотношение L D 20 ' Символ Зона загрузки L Зона компрессии L Зона дозирования L
Длина зоны L 10D 6D 4D
высота профиля шнека h 8,4 мм 8,4 на 3,5 мм 3,5 мм
Компрессия К 2,4
Шаг витка _шнека t 2 I I I I 2
3.1: Геометрия стандартного трехзонного шнека
48
Параметры процесса литья под давлением
Отличительным признаком этого универсального шнека для термопластов является раз-
деление шнека на следующие три зоны.
Зона загрузки втягивает материал, находящийся в состоянии сыпучего твердого веще-
ства, из воронки для материала Вращением шнека он подается дальше. Подача твердо-
го материала обуславливается различными условиями трения гранулята на шнеке и ци-
линдре Уже после немногих витков шнека материал начинает подплавляться. В начале
зоны загрузки имеется чистая подача твердого материала, так что высота профиля шнека
должна быть выбрана соответственно большого размера, так как удельный объем грану-
лированного твердого материала больше, чем объем его расплава.
Зона компрессии сжимает материал, подведенный из зоны загрузки, и он продолжает
расплавляться Условием для этого является плавно уменьшающаяся высота профиля
шнека
Зона дозирования гомогенизирует расплав и нагревает материал до окончательной тем-
пературы выпуска расплава. Высота профиля в этой зоне остается постоянной.
Длина шнека при литье под давлением чаще всего лежит в диапазоне 18 Д - 22 Д. Для
скоростной работы применяются шнеки длиной 25 Д При стандартных применениях зона
загрузки занимает около половины длины шнека. Зона компрессии и зона дозирования
имеют почти одинаковую длину - по четверти длины шнека Длина витка трехзонного
шнека составляет около 1 Д, а отношение шага к глубине витка находится между 2 и 3,
при этом 2,3 является наиболее употребительной величиной.
Если рассматривают широкую гамму пластмасс - аморфные, частично кристалли-чес-
кие, высоковязкие, низковязкие, термически чувствительные или менее чувствительные,
с наполнением, без наполнения, - то универсальный шнек по своей природе представ-
ляет собою компромисс.
С помощью универсального шнека (зона загрузки около 50%, зона компрессии около
30% и зона дозирования около 20% длины шнека) может перерабатываться без про-
блем большинство материалов
Специальные геометрические формы шнека
Сегодня обычные шнеки длиной от 20 Д до 22 Д при переработке капризных пластмасс
делают компромисс более легким, чем употребительные несколько лет назад шнеки дли-
ной только 16 Д - 18 Д Несмотря на это шнек с особой геометрической формой требует-
ся тогда, когда требуются высокая мощность по пластикации, особо бережное приготов-
ление расплава или переработка термически чувствительных материалов.
Так, например, для переработки ПММА должен применяться шнек с меньшей ком-прес-
сией, с более длинной зоной загрузки и большей глубиной канала в зоне загрузки. Для
переработки ПА и ПБТ зона загрузки тоже должна быть длиннее, а компрессия больше,
длина витка меньше и глубина канала в зоне дозирования тоже меньше, чем у универ-
сального шнека ПК/АБС требует шнек с малой компрессией, особенно длинную зону
загрузки и особенно короткую, глубокую зону дозирования.
Параметры процесса литья под давлением
49
Во всех случаях переработки твердого ПВХ требуется шнек со специальной геометрией
Большое соотношение L D у шнека, которое дает преимущества для переработки почти
всех материалов, при переработке твердого ПВХ является недостатком, так как есть опас-
ность слишком длительного времени пребывания термически чувствительной массы в
шнековом цилиндре Поэтому длина шнека должна быть не больше
18 Д - макс 20 Д Компрессия должна быть рассчитана менее сильной, но более дли-
тельной, чем у всех других материалов Зона загрузки, напротив, может быть относи-
тельно короткой.
Подробно описанные специальные геометрические формы шнеков показывают, что для
оптимальной переработки каждой группы материалов требуется собственная геометрия
шнека, а универсальный шнек представляет собой „только" компромисс При изготовле-
нии технических деталей с высокими требованиями к качеству переработчику должна
быть известна геометрия шнека, чтобы установить в соответствии с геометрией темпера-
турный режим на шнековом цилиндре, противодавление шнека и скорость вращения
шнека
Если, например, должен перерабатываться ПК/АБС посредством универсального шнека
(при маленьком диаметре шнека это частично возможно), то нужно пластицировать с
медленной скоростью вращения шнека и низким противодавлением шнека Нужно сле-
дить за тем, чтобы трение было малым для того, чтобы держать на низком уровне терми-
ческую нагрузку. Возможна грубая оценка посредством контроля времени включения на-
гревателей контура. Большая длительность времени включения указывает на относительно
малое трение, малая длительность времени включения - на относительно высокое тре-
ние.
Если геометрия имеющегося шнека известна, то при применении малых диаметров
шнека возможно путем подгонки технологических параметров перерабатывать указан-
ные выше материалы за короткое время Чтобы достичь бесперебойного и оптимально-
го производства, целесообразно, однако, применить для названных выше материалов
шнек со специальной геометрией
Режущий и смесительный блоки
При литье под давлением иногда требуются такие большие объемы массы, что для тра-
диционных трехзонных шнеков приготовление такого количества расплава с достаточ-
ной термической и механической однородностью является невозможным Причины это-
го:
• от клина твердого материала бесконтрольно отрываются выделившиеся комочки (аг-
ломераты) твердого вещества, которые трудно дробятся и плавятся в зонах компрессии и
дозирования
• средние напряжения сдвига, возникающие в наполненных расплавом витках шнека,
так малы, что агломераты, как правило, не раздробляются.
Благодаря улучшенной зоне расплава могут пластицироваться более высокие потоки мас-
сы, для чего необходимы дополнительные элементы для смешивания и диспергирова-
ния. По этой причине шнеки часто оснащаются режущим и смесительным блоками (Рис
3.2). Режущий блок устанавливается в конце зоны дозирования в направлении потока
перед смесительным блоком
50
Параметры процесса литья под давлением
Зубчато-дисковый смесительный блок
Рис. 3.2: Распространенные режущие и смесительные блоки на пластицирующих
шнеках
Режущий блок
Режущие блоки принимают на себя задачу диспергировать материал и измельчать агло-
мераты любого вида. Для достижения равномерной степени диспергирования весь по-
ток разделяется на множество частичных потоков. Отдельные частичные потоки направ-
ляются через перепускную щель и подвергаются деформации резанием. Различные доли
потока из потока давления, тягового потока и потока циркуляции во впадине шнека вы-
зывают деформации сдвига. Происходит измельчение агломератов частиц твердого ве-
щества, находящихся в расплаве.
Недостаток при применении режущих блоков состоит в нарушении осевого профиля дав-
ления. Расход давления режущим блоком сильно зависит от его геометрии. У режущего
блока с неправильно рассчитанными размерами это может привести к последствиям в
расходе давления, которые проявляются через повышение температуры массы и сниже-
ние производительности по массе.
Смесительный блок
Смесительные блоки - это динамические смесители, так как они сами находятся в дви-
жении и вступают в контакт с движущейся массой. Они должны макроскопически нерав-
ные компоненты равномерно распределять в пространстве (гомогенизировать), в то же
время они путем интенсивного перемешивания размельчают окруженные массой ядра
твердого материала, образовавшиеся при расплавлении. Так смеситель
Параметры процесса литья под давлением
51
ный блок создает возможность фазового перехода этих частиц твердого вещества в рас-
плав. Это происходит благодаря постоянному распределению и совместному направле-
нию потока расплава в шнековом цилиндре и через слои частичных потоков Частым по-
вторением этого процесса достигается распределительное смешивание Наряду с хоро-
шим распределением расплава улучшается также термическая однородность
Зубчато-винтовой смесительный блок состоит из продольных пазов с полукруглыми вы-
ступами. Поперек направления потока протянут смесительный блок с тонкими продоль-
ными пазами. При осевых потоках фронт расплава попадает на прямоугольные пере-
мычки, на которых расплав размельчается. В полукруглых выступах расчлененный поток
расплава снова объединяется.
Двухзаходный трехзонный шнек
Применением многозаходного шнека можно повысить производительность по пласти-
кации. Уменьшение сечения витка из-за введения второго гребня в сравнении с одноза-
ходным шнеком, при отсутствии других изменений геометрии, дает незначительное сни-
жение производительности. Однако этот недостаток компенсируется увеличением шага
витка, удлиняющегося в сопоставлении со стандартным шнеком. Тем самым сокращает-
ся имеющаяся развернутая длина канала, а путем увеличения числа заходов - и длина
слоя твердого материала.
Характерным для многозаходных шнеков является малая толщина пленки расплава на
стенке цилиндра, что повышает передачу теплоты. Этот эффект основывается на росте
перехода теплоты при одновременном снижении толщины пленки. Дополнительно, бла-
годаря малой толщине, получаются более высокие скорости сдвига в пленке из распла-
ва, которые вызывают более высокую подведенную энергию диссипации и таким обра-
зом повышают производительность по расплавлению.
Рис. 3.3: Геометрия двухзаходного трехзонного шнека
Рис. 3.3 демонстрирует геометрическую структуру двухзаходного трехзонного шнека. До-
полнительное преимущество двухзаходного шнека в симметричном расположении пе-
ремычек шнека. При этой геометрии шнека выстраивается равномерный профиль дав-
ления по длине шнека, уровень которого из-за повышенного шага витка находит
52
Параметры процесса литья под давлением
ся ниже, чем у обычного однозаходного стандартного шнека Так как профиль давления
по длине шнека является определяющим критерием для ожидаемой скорости механи-
ческого износа тела шнека на наружном диаметре, низкий профиль давления снижает
нагрузку на шнек
Барьерный шнек
Барьерные шнеки (Рис. 3 4), в сравнении с применявшимися до сих пор конструкциями
шнека, могут обеспечивать бережную и, тем не менее, более высокую производитель-
ность по плавлению, а тем самым - лучшую производительность при улучшенной одно-
родности расплава.
Выход Барьерная зона Вход Зона загрузки
барьера барьера
Рис 3.4. Геометрия барьерного шнека
Функционирование всех барьерных шнеков принципиально одинаково1 вместо зоны ком-
прессии там, где материал начинает плавиться, вводится дополнительная перемычка,
так называемая барьерная перемычка Барьерная перемычка разделяет канал шнека на
канал для твердого материала и канал для расплава, так что различающиеся фазы дан-
ного полимера разъединяются Барьерная перемычка оформлена менее высокой, чем
основная перемычка, и поэтому обладает большей шириной щели по направлению к
стенке цилиндра Однако она рассчитана по размерам таким образом, чтобы, с одной
стороны, частицы твердого вещества не могли попасть в находящийся далее канал для
расплава и, с другой стороны, не возникали слишком высокие усилия сдвига при перехо-
де расплава через барьерную перемычку. В направлении головки шнека сечение канала
для твердого материала уменьшается, а сечение для расплава соответственно увеличи-
вается. У большинства конструкций барьеров канал для твердого материала к концу зак-
рывается, так что расплав течет над режущей перемычкой и таким образом должен рас-
плавиться весь материал.
Для того, чтобы создать объем расплава, требующийся для второго канала шнека, шаг
витка в барьерной зоне больше, чем в зоне загрузки Одновременно уменьшение объе-
ма витка для твердого материала на подходе к зоне барьера ведет к тому, что нерасп-
лавленный гранулят прижимается к стенке цилиндра и расплавляется Образовавшая-
ся на стенке цилиндра пленка расплава разрезается узкой щелью барьера между обо-
ими каналами и соскабливается расположенным позади активным гребнем при вра-
щении шнека. Благодаря относительно тонкому, прилипшему к стенке цилиндра слою
расплава улучшается перенос теплоты в направлении от цилиндра в твердый матери-
ал Вследствие этого на твердый материал действуют более высокие уси-
Параметры процесса литья под давлением --------------------------- 53
лия сдвига, которые имеют следствием более высокую диссипационную теплоту Канал
для расплава на конце барьерной зоны значительно глубже, чем канал для твердого ма-
териала, так что расплав в целом претерпевает существенно меньшую нагрузку сдвига
3.2 Объем дозировки и время пребывания материала в цилиндре
Важным критерием, определяющим качество, является установленный в узле впрыска
объем дозировки Нижний предел полезного объема дозировки определяется, с одной
стороны, точностью срабатывания и точностью запирания затвора обратного потока (это
определяет воспроизводимость качества литых изделий), с другой стороны, термичес-
кой стабильностью перерабатываемых пластмасс Колебания конечного положения до-
зирования и колебания позиции переключения также оказывают влияние на качество
литых изделий, особенно при малом весе дозы впрыска Неточности в позиционирова-
нии каждой из этих функций в размере всего лишь на 0,2 мм означают отклонение в весе
дозы впрыска примерно на 2% Эти неточности позиционирования вместе с указанными
выше колебаниями в работе затвора обратного потока могут привести к получению пере-
литых изделий
Для большинства материалов при технически возможном ходе шнека 4,5 - 5 Д значе-
ние около 0,5 Д, или 10% от максимального объема дозировки следует рассматривать
как минимальное значение для объема дозировки шнека В особенности у смесей поли-
меров и высокожаропрочных термопластов объем дозировки и вытекающее из него
время пребывания материала в цилиндре является существенным фактором, влияющим
на молекулярные преобразования материала.
Рекомендуемый объем дозировки Стандартный шнек L:D 20:1
Приемлемый объем дозировки
Проблематичный объем дозировки
Рис. 3 5 Рекомендуемые минимальный и максимальный объемы дозировки для
различных материалов
54
Параметры процесса литья под давлением
Верхний предел полезного объема хода находится, в зависимости от материала, в пре-
делах ЗД - 4 Д, или 65 - 90% максимального объема дозировки, базируясь на макси-
мальном ходе шнека 4,5 Д - 5 Д при длине шнека 20 Д. В зависимости от времени цик-
ла, т.е от времени пребывания расплава в шнековом цилиндре, изменяется рекоменду-
емая величина хода дозировки При скоростном производстве упаковочных изделий ход
шнека должен составлять 0,5 Д - 1,5 Д При производстве изделий с коротким временем
цикла ход шнека в зависимости от материала должен составлять 0,5 Д - 2 Д, у изделий с
относительно длительным временем цикла в зависимости от материала - 1,5 Д - 4 Д
Материал Объем дозировки* Детали скоростного изго- товления Объем дозировки ** короткое время цикла Объем дозировки ** длинное время цикла
мин. Д макс Д мин. % макс % мин. Д макс Д мин. % макс % мин. Д макс Д мин. % макс %
0,5 1,5 11 33 0,50 2,5 11 55 1,5 4,0 33 90
АБС, САН 0,5 1,5 11 33 0,50 2,5 11 55 1,5 4,0 33 90
ПА, ПА-СВ 0,5 1,5 11 33 0,75 2,0 17 45 2,0 3,0 45 65
ПК 0,5 1,5 11 33 0,75 2,0 17 45 2,0 3,5 45 80
ПОМ 0,75 2,0 17 45 2,0 3,5 45 80
ПММА 0,75 2,0 17 45 2,0 3,5 45 80
ПЭТ, ПБТ 0,5 1,5 11 33 0,75 2,0 17 45 2,0 3,0 45 65
ПФО 0,50 2,0 11 45 2,0 3,5 45 80
ПК/АБС 0,75 2,0 17 45 2,0 3,0 45 65
ПВХ-тв. 1,00 2,0 22 45 2,0 3,5 45 80
ПВХ-мяг. 0,75 2,0 17 45 2,0 4,0 45 90
* длина шнека 25 Д
** длина шнека 20 Д
Табл. 3.1 Рекомендуемый объем дозировки для различных материалов в зависимос-
ти от времени цикла
У большинства машин для литья под давлением максимальный ход шнека составляет
4,5 Д - 5 Д. Так как с точки зрения конструкции относительно просто и благоприятно по
расходам увеличить ход шнека до 6 Д и, тем самым, якобы достичь большого веса дозы
впрыска, некоторые машиностроители идутэтим путем
Работа на верхнем пределе хода дозирования действует отрицательно на качество литых
изделий Длинный ход дозирования, те уменьшенная эффективная (находящаяся в ци-
линдре) длина шнека при пластикации, снижает долю энергии конвекции, и теплоотда-
чи, и энергии диссипации в подведенной энергии на расплавление. В этом заложена
опасность того, что сформируется неравномерный профиль температуры по длине шне-
ка, и это нарушит стабильность процесса
Параметры процесса литья под давлением -------------------------- 55
Пример. Если ход дозирования при шнеке длиной 20 Д составляет 4 Д, то фактическая
эффективная длина шнека остается только 16 Д. Так как длина зоны загрузки нормаль-
ным образом составляет 50% от общей длины шнека, те 10 Д, то длина зоны загрузки
уменьшается на 4 Д и составит только 6 Д, и есть опасность, что процесс пластификации
будет неравномерным, и возникнут неоднородности в расплаве
Рис. 3.6. Положение шнека при ходе дозирования 4 Д
Рекомендация для верхнего предела хода дозировки основывается на длине шнека 20Д.
При длине шнека только 18 Д при больших ходах шнека эффективная длина шнека и
эффективная длина зоны загрузки становится еще меньше, а опасность плохого качества
расплава еще больше.
Кроме того, при больших ходах дозирования и впрыска есть опасность, что комочки твер-
дого материала, находящиеся в задней секции шнека, и наполненные воздухом пустоты
при впрыске проникают слишком далеко вперед Несмотря на возможное высокое про-
тиводавление шнека воздух больше не может уходить в направлении отверстия подачи
сырья. Он уплотняется в зоне компрессии и приводит к серым или черным полосам в
литом изделии.
Время пребывания расплава в цилиндре
Под временем пребывания в цилиндре понимают время, которое нужно гранулам для
прохода от отверстия подачи сырья в цилиндр до выхода в полость формы уже в виде
расплава. Эмпирической формулой для времени пребывания материала в цилиндре tv
является.
макс, вес дозы впрыска шнека х фактор 1 х фактор 2
tv х t ЦИКЛА
вес дозы впрыска
Максимальный вес дозы впрыска в шнеке указывается в описании машины для полисти-
рола (ПС). В вышеуказанной формуле для различных пластмасс применены корректиру-
ющие факторы, перечисленные в таблицах 3 2 и 3.3. Рекомендованное время пребыва-
ния материала в цилиндре для различных материалов указано на Рис. 3 7 У ПС, ПЭ, ПП,
АБС, САН и ПММА при низких температурах цилиндра рекомендованное в Рис.3.7 вре-
мя пребывания материала в цилиндре может быть превышено на несколько минут, без
риска термического повреждения массы. Но у ПА, ПЭТ, ПБТ, ПК/АБС и ПВХ-тв. рекомен-
дованное время пребывания в цилиндре не должно превышаться Превышение реко-
мендованного времени пребывания в цилиндре в целях подготовки однородного рас-
плава не рекомендуется.
56
Параметры процесса литья под давлением
Диаметр шнека Максимальный ход шнека Фактор L:D = 20 Фактор L:D = 25
мм д
22 5,0 1,50 1,85
25 5,0 1,50 1,85
30 5,0 1,50 1,85
35 5,0 1,50 1,85
40 4,5 1,50 1,85
45 4,5 1,45 1,80
50 4,5 1,45 1,80
60 4,5 1,45 1,80
70 4,5 1,40 1,75
80 4,5 1,40 1,75
95 4,5 1,30 1,65
110 4,5 1,20 1,55
130 4,5 1,10 1,40
145 4,5 1,10 1,40
Табл. 3 2 Ориентировочные значения корректирующего фактора 1 для расчета веса
пластмассы в шнеке в соотношении к максимальному весу дозы впрыска в шнековом
цилиндре
Группа материала Структура Фактор
АБС аморфная 1,00
АЦ аморфная 1,14
нп-пэ частично кристаллическая 0,82
вп-пэ частично кристаллическая 0,80
ПА6 частично кристаллическая 1,03
ПА66 частично кристаллическая 1,03
ПА6-СВ30 частично кристаллическая 1,25
ПБТ частично кристаллическая 1,19
ПК аморфная 1,07
ПК/АБС аморфная 1,04
ПЭТ аморфная/частично кристаллическая 1,19
ПММА аморфная 1,11
ПОМ частично кристаллическая 1,25
ПП частично кристаллическая 0,80
ПФО аморфная 1,01
ПС аморфная 1,00
ПВХ-тв аморфная 1,30
ПВХ- мяг. аморфная 1,18
САН аморфная 1,02
Табл 3 3 Корректирующий фактор 2 для плотности различных пластмасс при
технологической температуре на базе полиаирола
Параметры процесса литья под давлением
57
Рекомендованный диапазон времени пребывания в цилиндре
Граничное время пребывания в цилиндре
| Проблематичный диапазон времени пребывания в цилиндре
Рис. 3.7: Рекомендованное время пребывания массы в цилиндре шнека для различ-
ных материалов (Диаметр шнека 70 мм, длина шнека 20 Д)
При больших ходах шнека и коротком времени цикла есть опасность слишком короткого
времени пребывания расплава в шнековом цилиндре и тем самым получения недоста-
точно однородного расплава При малых ходах шнека и относительно длинном времени
циклов при определенных обстоятельствах получается слишком длительное время пре-
бывания расплава в цилиндре, которое может привести к расщеплению материала, ухуд-
шающему качество литого изделия, а также стабильность процесса
Представленные значения выведены на основании данных изготовителей материалов и
многочисленных результатов серийного производства и экспериментальных процессов
Так как большинство данных происходят из экспериментов с диаметрами шнеков 50 - 80
мм, на Рис 3 7 указаны значения для диаметра шнека 70 мм Требующееся время пре-
бывания расплава в цилиндре для маленьких диаметров шнека короче, для больших
диаметров шнека - длиннее, чем представлено на Рис. 3.7.
В отношении времени пребывания расплава в цилиндре следует учитывать еще один
важный аспект чем больше диаметр шнека, тем больше также и требующееся время пре-
бывания расплава в цилиндре, чтобы достичь сравнимой однородности Причиной для
этого является, среди прочего, высота профилей гребня у больших шнеков, что влечет
Другое соотношение наполнительного объема в витках шнека к теплопроводящей по-
верхности цилиндра
3.3 Время дозирования
Время дозирования - это время, в течение которого головка шнека проходит ход дозиро-
вания против направления впрыска, и в освобождающемся пространстве скапливается
пластицируемый вращением шнека материал
58
Параметры процесса литья под давлением
Фаза пластикации - это одна из важнейших фаз в процессе литья под давлением, так как
в этой фазе можно оказать существенное влияние на качество массы В зависимости от
перерабатываемого материала и диаметра цилиндра получаются различия во времени
дозирования У ПЭ, ПП, ПС, АБС, САН, ПВХ, ПОМ, ПК и ПФО в нормальном случае име-
ют место малые колебания времени дозирования, напр , 0,2%, которые не являются нео-
бычными У ПММА, ПА, ПК/АБС, ПБТ и АЦ в зависимости от материала следует ожидать
существенно больших отклонений времени дозирования - около 0,4% Отклонения вре-
мени дозирования могут быть больше, чем указано, если примешивается регенерат или
производится окрашивание маточной смесью или жидкой краской. Дальнейшими при-
чинами для больших отклонений времени дозирования могут быть недостаточная пред-
варительная сушка материала, а также не функционирующий затвор от обратного пото-
ка Износ тела шнека тоже имеет следствием снижающуюся производительность по пла-
стикации, а колебания во времени дозирования возрастают. Как упомянуто выше, фаза
пластикации является очень важной фазой процесса Поэтому время дозирования дол-
жно применяться как параметр, влияющий на качество
Рис 3 8 Поток плааикации в зависимоаи от окружной скорости вращения шнека
Рис 3 8 показывает поток пластикации в зависимости от окружной скорости шнека От-
четливо видно, что поток пластикации с увеличением окружной скорости возрастает по-
чти линейно
Параметры процесса литья под давлением
59
Рис. 3.9: Поток пластикации в зависимости от величины хода дозирования
Рис. 3.9 показывает изменение потока пластикации в зависимости от величины хода до-
зирования. При коротких ходах шнека из-за влияния пусковых режимов двигателя при-
вода шнека поток пластикации меньше, чем у ходов шнека 1,5 - 2,5 Д, так как при этих
ходах шнека режим запуска двигателя не оказывает почти никакого влияния, и эффек-
тивная длина шнека идеальна У больших ходов шнека поток пластикации в соотноше-
нии с длиной хода дозирования снова меньше, так как эффективная длина шнека, преж-
де всего эффективная длина зоны загрузки, всегда становится короче
Рис. 3.10‘ Влияние противодавления шнека на поток пластикации на примере
полиамида
60 ------------------------- Параметры процесса литья под давлением
Рис 3 10 показывает влияние противодавления шнека на поток пластикации при пере-
работке полиамида В нормальном случае у распространенных пластмасс производи-
тельность по пластикации при повышении противодавления шнека с 50 бар до 100 бар
снижается на 5 - 10% Значительно более высокая разница указывает на износ на пере-
мычках шнека
3.4 Время задержки дозирования
Время задержки дозирования задается, если время охлаждения в соотношении с време-
нем дозирования слишком длинное В принципе, пластикация должна выполняться для
всех материалов с медленной скоростью вращения шнека Если время дозирования, не-
смотря на медленную скорость вращения шнека, существенно короче, чем время охлаж-
дения, то есть опасность, что расплав, находящийся в переднем секторе шнека, охлаж-
дается неоднородно Эта неоднородность расплава может привести к литым изделиям с
плохими механическими свойствами В таких случаях задержка нужна для того, чтобы
свежеприготовленный однородный расплав впрыскивался в пресс-форму непосредствен-
но после конца дозирования
Время задержки дозирования должно быть выбрано так, чтобы процесс дозирования
при медленной скорости вращения шнека заканчивался непосредственно перед истече-
нием времени охлаждения
3.5 Противодавление шнека
Противодавление (давление торможения) шнека является давлением расплава перед голов-
кой шнека, против которого шнек работает во время фазы пластикации, подавая расплав в
передний сектор шнека Регулировкой противодавления шнека меняется давление массы в
шнековом цилиндре (Рис. 3 11), благодаря чему втянутый с гранулятом воздух, находящий-
ся в участке зоны загрузки, можно вытеснить в направлении загрузочного отверстия (Рис 3 12)
Если этот воздух попадет в расплав и останется в нем, то он приведет к образованию в литом
изделии серых или черных полос
Рис 3 11 Давление массы в цилиндре плааификации во время дозирования
Параметры процесса литья под давлением
61
Рис. 3.12- Протекание пластикации в цилиндре
Качество перемешивания расплава можно улучшить с помощью более высокого проти-
водавления Однако выбор слишком высокого противодавления ведет к более низкой
производительности по пластикации В принципе, нет материала, который должен пере-
рабатываться без противодавления Легкотекучие и легко плавящиеся материалы нуж-
даются в более низком противодавлении, чем труднотекучие
Противодавление не только помогает гомогенизировать материал, но при пластикации
оно противопоставляет шнеку равномерное сопротивление, чтобы дозировать постоян-
ное количество материала При большом ходе дозирования в ЗД или больше после при-
мерно 75% хода дозирования нужно пластицировать с увеличением противодавления
примерно на 50%, чтобы выдержать равномерный осевой профиль температуры мас-
сы.
Распространенное мнение о том, что многие пластмассы хорошо пластицируются и без
противодавления, основано на опыте с более старыми машинами литья под давлением.
У этих машин механическое и гидравлическое сопротивление в узле впрыска было та-
ким высоким, что даже при установке противодавления на "0" возникало фактическое
противодавление в размере до 50 бар (уд )
У современных машин литья под давлением механическое и гидравлическое сопротив-
ление в узле впрыска такое низкое, что минимальное противодавление равно примерно
10 бар, которое, однако, для большинства материалов слишком мало
Рекомендуется для всех материалов устанавливать противодавление осознанно Правиль-
ная высота противодавления для различных материалов указана в Табл. 3.4
62
Параметры процесса литья под давлением
Материал Рекомендуемое противодавление шнека (бар)
Трехзонный шнек Барьерный шнек
АБС 50-150 30-50
ПК/АБС 50-100 30-50
АЦ 50-100 30-50
ПА6 20-80 20-40
ПА66 20-80 20-40
ПБТ 50-100 30-50
ПК 100-150 40-60
ПЭ-ВП 50-200 30-50
пэ-нп 50-200 30-50
ПЭТ 50-100 30-50
ПММА 100-300 40-80
ПОМ 50-100 30-50
ПП 50-200 30-50
ПФО 30-100 30-50
ПС 50-100 30-50
ПВХ-тв 50-200 30-50
ПВХ- мяг 50-100 30-50
САН 50-100 30-50
Табл 3 4 Рекомендуемые величины противодавления шнека для различных материа-
лов
Большой диапазон в рекомендуемых противодавлениях (Табл 3 4, напр , для ПЭ-НП
от 50 до 200 бар) возникает из того, что в машинах литья под давлением разных произ-
водителей применяются очень различающиеся геометрические формы шнеков В нор-
мальном случае применяется трехзонный шнек с коэффициентом сжатия 2,2 - 2,4 Рас-
пределение зон загрузки, компрессии и дозирования, высота и шаг витка, а также коэф-
фиициент сжатия оказывают влияние на качество отдозированной шнеком массы Про-
ще говоря, уже сам шнек создает более или менее высокое противодавление. В соответ-
ствии с „уже заложенным противодавлением" нужно, например, при более низком ко-
эффициенте сжатия устанавливать более высокое противодавление, чем при большем
коэффициенте сжатия
В качестве рекомендации для противодавления в целом действует следующее в начале
настройки должны быть установлены нижние пределы указанного в Табл 3 4 диапазона
Если время пластикации немного колеблется, то давление повышают примерно на 50%
Если при незначительном возрастании времени пластикации (на 5-10%), и отсутствии
перегрева массы колебания времени дозирования еще уменьшились, то противодавле-
ние установлено правильно
Правильно установленное противодавление создает однородную массу, что улучшает и
воспроизводимость работы затвора обратного потока головки шнека
При переработке усиленных стекловолокном материалов нужно устанавливать противо-
давление только в 20 - 50 бар, чтобы предотвратить механическое повреждение
Параметры процесса литья под давлением ------------------------- 63
стекловолокна Разрыв стекловолокна ведет к более короткой длине волокон и более
низкой механической прочности
Влияние противодавления на свойства литого
изделия и технологические параметры
Действия: противодавление шнека
Находящиеся под влиянием параметры
Температура массы
Колебания в температуре массы
Объем дозировки
Колебание в объеме дозировки
Вес изделия
Время пластикации
Колебания во времени пластикации
Колебания в весе
Однородность массы
3.6 Скорость вращения шнека
В принципе, скорость вращения шнека независимо от материала должна устанавливать-
ся настолько медленной, чтобы процесс пластикации закончился незадолго до конца вре-
мени охлаждения
Рекомендуемая максимальная скорость вращения (Табл. 3 5) для соответствующего ма-
териала не должна превышаться, чтобы предотвратить неоднородность в пластициро-
ванной массе и слишком высокую теплоту трения в массе Указание по рекомендуемой
максимальной скорости вращения шнека приведено для шнека со стандартной геомет-
рией (трехзонный шнек) Так как большей частью примененная геометрия шнека точно
неизвестна, то максимальные значения рекомендованной скорости вращения шнека не
должны использоваться полностью Присадки, напр , красящие пигменты или огнеза-
щитные средства чаще всего нечувствительны к сдвигу и термостабильны
Процесс дозирования должен быть закончен только незадолго до конца времени охлаж-
дения. Гомогенность массы при медленной скорости вращения шнека непосредственно
после окончания дозирования наилучшая, и поэтому процесс впрыска должен начинаться
непосредственно по окончании дозирования.
64
Параметры процесса литья под давлением
Материал Гидромотор макс, окруж- ная ско- рость мм/с Диаметр шнека
25 мм 35 мм 45 мм 60 мм 80 мм 110 мм
максимальная скорость вращения шнека
Двиг. 1 Двиг. 2 об/ мин об/ мин об/ мин об/ мин об/ мин об/ мин
ПС X 1200 916 655 509 382 286 208
ПЭ X 1200 916 655 509 382 286 208
ПП X 1200 916 655 509 382 286 208
АБС X 600 458 327 255 191 143 104
САН X 600 458 327 255 191 143 104
ПА6/ ПА66 X 800 608 436 340 254 190 138
ПА-СВ X 600 458 327 255 191 143 104
ПК X 500 381 273 212 159 119 87
ПК/АБС X 400 304 218 170 127 95 69
ПОМ X 700 535 382 297 223 167 122
ПММА X 500 381 273 212 159 119 87
ПФО X 600 458 327 255 191 143 104
ПЭТ X 500 381 273 212 159 119 87
ПБТ X 600 458 327 255 191 143 104
АЦ X 500 458 327 255 191 143 104
ПВХ-тв X 200 152 109 85 64 48 35
ПВХ- мяг X 500 381 273 212 159 119 87
Табл 3 5 Рекомендуемые скорости вращения шнека и соответствующие им окружные
скорости для различных пластмасс (Двигатель 1 высокое число оборотов, низкий
вращающий момент, Двигатель 2 низкое число оборотов, высокий вращающий
момент)
Поэтому при толстостенных литых изделиях с длительным временем охлаждения нужно
пластицировать с задержкой по времени и медленно, чтобы закончить процесс пласти-
кации только непосредственно перед окончанием времени охлаждения. При большом
насыпном весе опасность подготовки неоднородной массы при коротком времени цик-
лов слишком велика. В особенности при большой длине ходов дозирования во время
процесса дозирования заметно сокращается эффективная длина шнека При общей длине
шнека 20Д эффективная длина шнека при полном ходе дозирования сокращается до
15Д. Понятно, что масса, пластицированная в конце процесса дозирования, будет иметь
другое качество, чем масса, подготовленная в начале процесса дозирования При этом в
отливку может попасть неоднородный расплав, что повлияет на ее качество.
Рис 3 13. Колебания температуры расплава как функция хода дозирования
Рис. 3 13 показывает влияние скорости вращения шнека и величины дозировки на рав-
номерность температуры массы в передней секции шнека для двух материалов При хо-
дах шнека до 60% разница в температурах массы незначительна и почти не зависит от
скорости вращения шнека При ходах шнека свыше 60% и высокой скорости вращения
эти отклонения перед головкой шнека равны 16°С, что может частично термически по-
вредить чувствительный к сдвигу ПОМ. По вышеназванным причинам при большом ходе
шнека, если это позволяет имеющееся время охлаждения, в последней трети хода дози-
рования скорость вращения шнека заметно снижается, а противодавление повышается,
чтобы получить термически однородно подготовленную массу
Если требуются высокие скорости вращения шнека, чтобы получить высокую производи-
тельность по пластикации, т.е. нужно короткое время пластикации, то возникает опас-
ность, что конечное положение шнека к концу процесса дозирования не будет постоян-
ным. При малых ходах дозирования (напр., 20 мм) колебание в этом положении на 0,3
мм означает колебание в дозированном количестве материала в размере около 1,5%,
что от одной дозы впрыска к другой может иметь следствием колебания в весе литого
изделия Снижение скорости вращения шнека непосредственно перед концом дозиро-
вания заметно снижает колебание в конечном положении дозирования и, тем самым,
также колебания в весе литого изделия.
66
Параметры процесса литья под давлением
Влияние скорости вращения шнека на свойства
литого изделия и технологические параметры
Действия: скорость вращения шнека т
Находящиеся под влиянием параметры
Время пластикации
Однородность массы
Теплота трения
Температура массы
Производительность по пластикации
Длина стеклянных волокон i
3.7 Вращающий момент на шнеке
В зависимости от материала, диаметра, скорости вращения шнека, температуры цилин-
дра и противодавления для равномерного процесса пластикации требуется определен-
ный вращающий момент на шнеке.
Требующиеся вращающие моменты для различных материалов
Рис. 3.14: Требуемый вращающий момент при пластикации различных пластмасс
Наибольшее влияние на величину требуемого вращающего момента имеет материал
Рис. 3.14 показывает требующиеся вращающие моменты для различных материалов при
соответствующем диаметре шнека. Четко видно, что ПА, ПЭТ, ПБТ, ПЭ, ПП и ПС требуют
малого вращающего момента, САН, ПММА и ПОМ - среднего, а АБС, ПК и ПВХ-тв. -
высокого вращающего момента. На основании этих сведений машина литья
Параметры процесса литья под давлением
67
под давлением с гидравлическим или электрическим двигателем должна развивать дос-
таточный вращающий момент Материалы, которые требуют высокого вращающего мо-
мента, допускают в принципе только низкую окружную скорость шнека, чтобы держать
малой теплоту трения, подведенную к материалу И наоборот, материалы, которые до-
пускают высокую окружную скорость, требуют низкого вращающего момента Из этого
следует, что для продукции из ПА, ПЭ, ПС и ПП может применяться не такой приводной
двигатель, как для переработки труднотекучих материалов, таких как ПММА, АБС и ПК.
Второе по размерам влияние на требующийся вращающий момент имеет температур-
ный режим на шнековом цилиндре При низких температурах цилиндра (прежде всего,
на фланце цилиндра и в зоне загрузки) и при большом ходе шнека требуется высокий
вращающий момент Обосновывается это тем, что относительно холодная масса из зоны
загрузки попадает в зону сжатия и дозирования и вызывает резкий рост давления Нуж-
но следить за тем, чтобы, в особенности при больших ходах шнека в ЗД и больше, темпе-
ратура фланца и температура в зоне загрузки не была слишком низкой (см раздел "Тем-
пература цилиндра")
Третье по величине влияние на вращающий момент имеет скорость вращения шнека По
этой причине нужно бы тоже повторить рекомендацию о том, что скорость вращения
шнека должна устанавливаться насколько возможно медленной, а именно такой, чтобы
процесс пластикации был закончен лишь незадолго до окончания времени охлаждения
Наименьшее влияние на вращающий момент оказывает противодавление шнека Соб-
ственно, при высоком противодавлении требующийся вращающий момент только не-
много выше, чем при более низком противодавлении
Чтобы достичь равномерности процесса пластикации, важно, чтобы имеющийся враща-
ющий момент использовался, как максимум, только на 80%, чтобы можно было встре-
тить возможные возникающие колебания в процессе с большим вращающим момен-
том. В особенности при переработке ПА и ПММА достаточно уже малых колебаний в
температуре цилиндра, чтобы заставить требующийся вращающий момент резко под-
няться и достичь предела вращающего момента
Если требующийся вращающий момент поднимается до 100% от номинального враща-
ющего момента, то снижается скорость вращения шнека и соответственно производи-
тельность по пластикации Качество пластицированной массы становится менее одно-
родным, а время пластикации удлиняется
Итак, одной из возможных причин для колебаний во времени дозирования может быть
ограничение вращающего момента Вышеназванные параметры, такие как скорость
вращения шнека, температура цилиндра и противодавление, даже при большом ходе
дозирования установлены правильно, если в пределах одного процесса дозирования
вращающий момент отклоняется не больше чем на 15% При малом ходе дозирова-
ния (примерно до 2Д хода шнека) отклонение вращающего момента не должно быть
больше, чем 10% Высокие вращающие моменты указывают на большую возникаю-
щую теплоту трения в процессе дозирования, и возникает опасность механического и
термического повреждения массы Слишком малые вращающие моменты указывают
на возможные слишком высоко установленные температуры цилиндра, те
68 ------------------------- Параметры процесса литья под давлением
здесь тоже температура массы, вероятно, слишком высока, и возникает опасность тер-
мического повреждения массы. Кроме того, высокие температуры массы требуют дли-
тельного времени выдержки под давлением и охлаждения, что, в свою очередь, имеет
следствием увеличивающееся время циклов
Современные машины литья под давлением показывают вращающий момент в Н-м (нью-
тон-метр), так что это значение может применяться в статистике в качестве параметра,
определяющего качество, что особенно выгодно при производстве технических изделий
Параметры процесса литья под давлением -------------
4 Параметры процесса впрыска
и их оптимизация
4.1 Процесс впрыска
фаза впрыска - это тот отрезок времени, в течение которого расплав протекает от сопла
машины до конца литого изделия и целиком заполняет полость формы.
фаза впрыска - это важнейший процесс, так как она имеет большое влияние на форми-
рование свойств литого изделия. В течение фазы впрыска могут подвергаться влиянию
такие признаки качества, как поверхность, внешний вид, деформация, ориентации в
поверхностном слое и кристалличность. В фазе впрыска можно влиять, например, на
положение соединительных швов, их различимость, направление потоков, разницу в
глянце на поверхности литых изделий Путем изменения параметров машины, таких как
температура цилиндра, температура стенок пресс-формы или скорость впрыска, можно
влиять на ориентации, прочность, ударную вязкость, свойства поверхности, различимость
соединительных швов, в меньшей мере - также на размеры и вес литого изделия.
Фаза заполнения
Фаза
уплотнения
фаза выдержки под давлением
Поверхность (шерохо-формирование
ватость, глянец, цвет)
деформация, кристал-
личность, ориентации
контура, образо
ванне облоя,
вес, отклонения
в верхнем слое
Скорость впрыска,
температура цилиндра,
температура пресс-
формы
в размерах_______
Точка переключе
ния, температуре
цилиндра, темпе-
ратура пресс-
формы
Вес, отклонения в размерах,
усадка, деформация,
раковины, впадины,
ориентации во внутренней части
Высота давления выдержки, время
выдержки под давлением,
температура цилиндра,
температура пресс-формы
s
Z
ф
е:
Время
$
Рис 4 1. Влияние параметров машины на основные признаки качества литого
изделия
70
Параметры процесса литья под давлением
Технологические требования к фазе впрыска
Скорость впрыска влияет на скорость растекания расплава в пресс-форме.
• Чтобы по возможности наполнять все гнездо формы расплавом одинаковой темпера-
туры, нужно, в принципе, с учетом геометрии литого изделия производить впрыск на-
сколько возможно быстро
• Иногда требуется в начальной фазе наполнения впрыскивать медленно, чтобы предот-
вратить дефекты на поверхности близ литника
• У отлитых под давлением изделий с различной толщиной стенок нужно снизить ско-
рость впрыска, прежде чем фронт течения достигнет зоны разницы в толщине стенок
Затем ее можно снова повысить
• Исходная скорость шнека должна быть так распределена по ступеням, чтобы устанав-
ливалась по возможности постоянная скорость фронта течения.
• У литых изделий с малой толщиной стенок посредством высокой скорости впрыска
должно создаваться столько теплоты диссипации, чтобы отвод тепла выравнивался на
стенке пресс-формы.
• Температура расплава, если это позволяет материал, должна быть по возможности
высокой, чтобы предотвратить слишком высокую потребность в давлении при впрыски-
вании
Слишком высокая скорость впрыска может иметь следствием следующее
• образование облоя,
• дефекты поверхности в зоне литника,
• дизельный эффект в конце хода течения и
• высокую потребность в усилии замыкания
Слишком низкая скорость впрыска может вызывать
• эффект грампластинки,
• недостаточное наполнение формы,
• деформацию и
• различимость швов течения.
Заданная величина ограничения давления впрыска должна быть, как минимум, на 10%
больше, чем фактически развивающееся при впрыске удельное давление, чтобы ско-
рость движения шнека во время впрыскивания не изменялась из-за ограничения давле-
ния впрыска
Параметры процесса литья под давлением
71
Распределение давления
при слишком сильно ограниченном давлении впрыска
Распределение давления при неограниченном давлении впрыска । । । । । 3 N О) W 0 о о О О нека (мм)
IOUU Давле ние впрь ска + 10 %
Р уд Р внутри пресс-формы
loUU
1400 -
। о с о с CXI С (deg) ь шн ека
CD iUUU S ' /
ф 800 CD '/ / __ _ 1 _ - 80 s о X
600 / \ 1 D NJ 4^ С О О С Длина
400 \ 1 ч 1
ZUU 1 . 1111 I 1111 । । । । 1 1 1 1 _। । । 1
0 0. Г 1 1 Г 1 ,0 1, 0 2 iiii ,0 3 Е 1111 ,0 4 $ремя (с) । । । I lit ,0 5,0 6,0 7 и ,0
Рис. 4.2: Давление внутри пресс-формы и длина хода шнека при ограниченном
и неограниченном давлении впрыска
72 ------------------------- Параметры процесса литья под давлением
4.2 Точка переключения с давления впрыска на выдержку
под давлением
При изготовлении технических литых изделий правильно выбранная и точно воспроиз-
водимая точка переключения с фазы впрыска на фазу выдержки под давлением играет
важную роль В течение фазы впрыска, регулируемой по скорости, расплав пластмассы
вводится в полость формы, пока она не будет заполнена по всему объему В последую-
щей фазе выдержки под давлением, регулируемой подавлению, компенсируется усад-
ка объема, происшедшая из-за термического сжатия
В идеальном случае переключение производится точно к моменту объемного наполне-
ния полости Переключение может быть организовано в зависимости от хода, времени,
гидравлического давления и давления расплава внутри пресс-формы
Переключение в зависимости от хода шнека
При зависящем от хода переключении выдержка под давлением включается в зависи-
мости от положения шнека. Важным условием для гарантирования постоянного качества
литого изделия при этом типе переключения является конечное положение шнека после
дозировки, выдерживаемое строго постоянным, и работа затвора обратного потока с
хорошей воспроизводимостью.
Переключение с зависимостью от времени
Переключение производится по истечении установленного для длительности впрыска
времени В большинстве случаев это время можно определить при задании переключе-
ния на выдержку по ходу шнека, машина при этом сама измерит длительность фазы
впрыска. Затем включается режим переключения на выдержку в зависимости от време-
ни. Переключение с зависимостью от времени впрыска сегодня является более точным,
чем это было всего несколько лет назад, так как регулирование скоростей на современ-
ных машинах литья под давлением стало намного точнее.
Переключение в зависимости от гидравлического давления
Переключение в зависимости от давления в гидравлике производится с помощью датчи-
ка давления в гидравлическом цилиндре впрыска При достижении заданного значения
давления происходит переключение на выдержку под давлением
Переключение с зависимостью от давления внутри пресс-формы
С помощью датчика давления или усилия, установленного в пресс-форме, можно про-
изводить переключение с зависимостью от давления точно в момент заполнения всего
объема полости формы. При переключении, зависящем от внутреннего давления в пресс-
форме, переключение производится принудительно всегда при одинаковой величине
заполнения объема При этом сильно снижается влияние на качество изделий других
факторов, таких как работа затвора обратного потока или конечное положение шнека
после дозировки
Параметры процесса литья под давлением
73
Рис 4.3 Распределение давления при переключении, зависимом от величины хода
или внутреннего давления в пресс-форме, на выдержку под давлением
74
Параметры процесса литья под давлением
Наиболее точный вид переключения - это переключение, зависимое от давления
внутри пресс-формы. Рис. 4 3 показывает разницу в режиме внутреннего давления в
пресс-форме между переключениями, зависимыми от величины хода шнека и от внут-
реннего давления в пресс-форме И хотя переключение в зависимости от внутреннего
давления в пресс-форме требует повышенных затрат на техническое оборудование ма-
шины и пресс-формы, есть и целый ряд технологических преимуществ
• Переключение происходит всегда очень точно при заданном наполнении полости
формы.
• Так как это переключение очень точное и, тем самым, имеется очень малое рассеяние,
можно переключаться также и очень поздно, например, в конце фазы компрессии.
• Переработчик с помощью датчика давления в пресс-форме получает очень ценные
сведения обо всех изменениях давления во время фазы впрыска и фазы выдержки под
давлением.
Переключение в зависимости от величины хода - наиболее распространенный вид
переключения Как упомянуто выше, нужно следить за тем, чтобы конечное положение
шнека перед впрыскиванием выдерживалось в узких допусках Кроме того,
затвор обратного потока должен надежно и точно запираться, чтобы во время фазы
впрыска обратно в витки шнека утекало всегда приблизительно одно и то же количество
расплава. Далее, функция переключения в зависимости от величины хода должна вы-
полняться машиной очень стабильно. Современные машины литья под давлением пока-
зывают, в какой точке по ходу шнека было фактически выполнено переключение с впрыска
на давление выдержки. Неточность этой функции от одного впрыска к другому может
стать очень большой, особенно при высоких скоростях впрыска. Колебания положения
точки переключения будут меньше, если непосредственно перед переключением ско-
рость впрыска будет заметно снижена (Рис 4.4) Колебание положения точки переклю-
чения не должно быть больше чем ±0,1 мм Если вышеуказанные условия выполнены,
переключение в зависимости от величины хода шнека вполне достаточно для многих
целей применения
Параметры процесса литья под давлением
75
Время (с)
Рис. 4 4' Распределение давления при высокой скорости впрыска, ступенчатой и не
ступенчатой
1 ° ------------------------- Параметры процесса литья под давлением
Переключение на выдержку под давлением в зависимости от времени применяется
относительно редко Производители машин предлагают эту функцию, так как она требу-
ет относительно малых технических затрат Переключение в зависимости от времени мож-
но применять только тогда, когда при переключении в зависимости от хода шнека зара-
нее было определено требуемое время впрыска
При переключении в зависимости от времени точное конечное положение шнека не так
важно, как при переключении в зависимости от хода Однако, должно гарантироваться
точное функционирование затвора обратного потока
Недостаток при переключении в зависимости от времени - время впрыска должно уста-
навливаться заново, если была изменена скорость впрыска.
Переключение в зависимости от гидравлического давления тоже применяется очень
редко Машины более старой конструкции не располагали этой возможностью переклю-
чения Давление переключения должно быть заранее определено при оптимизирован-
ном переключении в зависимости от величины хода Постоянство конечного положения
шнека, а также функционирование затвора обратного потока во время процесса впрыс-
ка не так важно, как при переключении в зависимости от времени или хода
Однако независимо от вида переключения получение качественной продукции возмож-
но только с правильно функционирующим затвором обратного потока
В принципе, нужно как можно позже переключаться с регулируемого по скорости впрыс-
ка на регулируемую подавлению выдержку
Цель - независимо от геометрии литого изделия впрыскивать массу в форму с совер-
шенно определенной скоростью Эту скорость у большинства машин литья под давлени-
ем можно устанавливать только до точки переключения Во время фазы выдержки под
давлением, регулируемой по давлению, в нормальном случае регулирование скорости
невозможно Чем позже производится переключение, тем быстрее и с оптимальной ско-
ростью можно заполнить изделие Чем точнее процесс переключения, т.е. чем меньше
колебание в переключении, тем позже можно производить переключение Так, напри-
мер, у симметрично наполняемого изделия можно переключаться только при 98% на-
полнения
Если в зависимости от вида переключения или состояния машины, неточность в пере-
ключении составляет 5%, то в этом случае желательно переключаться не позже чем при
94% наполнения формы, чтобы в неблагоприятном случае предотвратить перелив изде-
лия. При неточности переключения в 5% нужно было бы наполнять 94 - 99% объема
литого изделия во время фазы впрыска, а оставшиеся 1 - 6% объема литого изделия -
только во время фазы выдержки под давлением посредством действия давления. Изде-
лия, изготовленные при таких условиях, будут получаться по качеству очень разными
Итак, цель - переключаться на выдержку под давлением как можно позже и, по возмож-
ности, одинаково Поэтому нужно, исследуя процесс заполнения формы, проверять, на-
сколько одинаково заполнены все гнезда формы к моменту переключения
Параметры процесса литья под давлением -------------------------------- • •
разница в заполнении гнезд формы при изготовлении технических прецизионных изде-
лий не должна превышать ± 2%, при простых технических изделиях она возможна до
£ 4% Если разница получается больше, то нужно произвести изменения в пресс-форме
При многогнездных пресс-формах путем исследования процесса заполнения формы
можно установить, не являются ли сечения литников или толщина стенок изделия причи-
ной неодинакового заполнения Рекомендуется исследовать заполнение формы при 10%,
30%, 50%, 70% и 90% впрыскиваемого объема массы Именно при изготовлении тех-
нически высокоценных изделий важно, чтобы переключение происходило всегда при
приблизительно одинаковых условиях в литом изделии.
Современные машины литья под давлением вообще работают так точно, что изделия
имеют колебания в весе всего в 0,05 - 0,1 % Можно легко оценить влияние машины и
ее настройки на процесс заполнения пресс-формы, если в течение около 20 циклов из-
готавливать изделия без выдержки под давлением, и после этого замерить колебания
их веса Таким методом можно оценить точность переключения, функционирование зат-
вора обратного потока, а также колебания в положении шнека Разница в весе при таком
методе должна быть не больше, чем 0,2 - 0,3% Указанные колебания в весе выше
0,05 - 0,1% (при нормальной работе) и 0,2 - 0,3% (прилитье без выдержки под дав-
лением) основываются на изготовлении технических литых изделий.
Итак, процесс переключения - очень важная функция Поэтому само переключение и
влияющие на него параметры должны фиксироваться литьевой машиной Абсолютно
необходимы данные о положении шнека и гидравлическом давлении в момент пере-
ключения. Идеально, если было бы можно регистрировать и давление внутри пресс-
формы
78
Параметры процесса литья под давлением
Рис 4.5' Режим давления при слишком раннем и слишком позднем переключении на
выдержку под давлением
Рис 4 5 (вверху) показывает график гидравлического давления, внутреннего давления в
пресс-форме и положения шнека при слишком раннем переключении на вы-
Параметры процесса литья под давлением ------------------------------ 79
держку под давлением В начале фазы сжатия действие давления прерывается, что пре-
рывает движение шнека вперед и может иметь следствием кратковременную остановку
фронта течения расплава
У более старых машин даже при правильном по времени переключении мог проявляться
перерыв в действии давления, который вызывал торможение шнека или фронта тече-
ния Это падение давления во время фазы сжатия отрицательно сказывается на качестве
литого изделия.
Рис. 4 5 (внизу) показывает график давления и положения шнека при слишком
позднем переключении на выдержку под давлением. При слишком позднем переключе-
нии может возникать пик давления, более чем на 300 бар превышающий развивающе-
еся при правильном переключении давление. При этом возникает опасность проникно-
вения расплава в плоскость разъема формы и образование облоя или опасность полу-
чения больших напряжений в литом изделии Из графика положения шнека видно, что
шнек к моменту переключения на выдержку под давлением даже при правильно уста-
новленной высоте давления выдержки может отскочить назад. Это значит, что литое из-
делие уже во время фазы впрыска было перезаполнено и может иметь слишком боль-
шие внутренние напряжения
Рис. 4.6: Режим давления при правильном переключении на выдержку под давлени-
ем
Рис. 4.6 показывает график давления и положения шнека при правильном переключе-
нии с давления впрыска на выдержку под давлением. Переключение производится при
объемном наполнении изделия Максимум внутреннего давления в пресс-форме дости-
гается во время фазы выдержки под давлением, а не во время фазы впрыска После пе-
реключения шнек продолжает перемещаться вперед, чтобы наполнить изделие полнос-
тью и подпрессовать массу для компенсации усадки
Рис 4 7 Режим внутреннего давления в пресс-форме и относящиеся к нему величи-
ны процесса
Параметры процесса литья под давлением
81
Позиция Что происходит в процессе
1 Начало впрыска
1-2 Впрыск расплава в полость формы
2 Расплав доходит до датчика Начало индикации внутренн го давления в пресс-форме
2-3 Наполнение полости Подъем давления в соотв с сопротивлением течения
3 Объемное заполнение Оптимальное положение переключения v- р
3-4 Сжатие расплава Компенсация объемной усадки
4 Макс внутреннее давление в пресс-форме Во время фазы выдержки под давлением
4-6 Спад давления
5 Точка затвердевания Расплав в литниковой системе застывает
6 Атмосферное давление, нача- ло последующей усадки Важный критерий качества
Образ действий для определения оптимальной точки переключения
Определение точки переключения должно производиться лишь тогда, когда оптимизи-
рованы прочие технологические параметры, такие как температура стенок пресс-фор-
мы, температура цилиндра, скорость впрыска, противодавление шнека. При переключе-
нии, зависимом от длины хода, нужно выбирать точку переключения так, чтобы изделие
было наполнено примерно на 80% без выдержки под давлением. Затем точка переклю-
чения должна смещаться так, чтобы изделие было наполнено на 85%, затем на 90% и,
наконец, на 95% Оптимальная точка переключения достигнута тогда, когда все зоны
полости наполнены одинаково, те , изделие наполнено по объему, и при этом не воз-
никло облоя
82
Параметры процесса литья под давлением
Теперь нужно с точкой переключения, определенной в качестве оптимальной, изгото-
вить 20 изделий без выдержки под давлением и определить колебания в весе литого
изделия Разница в весе при изготовлении технических изделий должна составлять не
более чем 0,2 - 0,3%, и ни одно из изделий не должно быть с излишком впрыска Если
при этом будут изделия с излишним впрыском, то нужно передвинуть точку переключе-
ния в обратном направлении
Значения времени впрыска, гидравлического давления или давления внутри пресс-фор-
мы, получившиеся при оптимизированной в зависимости от хода точке переключения,
могуттакже применяться как соответствующие значения для переключения.
Слишком раннее переключение на выдержку под давлением может иметь следствием
• отметину от переключения из-за остановки фронта потока или слишком медленного
наполнения изделия во время фазы выдержки под давлением,
• недостаточное наполнение формы,
• более легкие изделия,
• впадины,
• отметины от соединительных швов,
• более высокую усадку и
• колебания в весе.
Слишком позднее переключение на выдержку под давлением вызывает.
• высокие пики давления,
• образование облоя,
• повышенную потребность в усилии замыкания,
• повышенные напряжения в литом изделии,
• ориентации поблизости от литника,
• слишком большие размеры и
• слишком большой вес изделия
4.3 Выдержка под давлением
К фазе впрыска, наполняющей целиком полость по объему, примыкает фаза
выдержки под давлением. Она компенсирует объемную усадку охлаждаемого материа-
ла путем подачи расплава в полость формы Выдержка под давлением должна действо-
вать до тех пор, пока не будет достигнута точка затвердевания, начиная с которой рас-
плав больше не входит в форму и не выходит из нее.
Пока пластмасса не затвердела в системе литника и прилегающей к ней зоне, на давле-
ние внутри пресс-формы еще можно повлиять изменением гидравлического давления.
После достижения точки затвердевания (Рис. 4.7, пункт 5) распределение давления в
пресс-форме определяется только режимом охлаждения пресс-формы.
Уже на Рис. 4.1 было видно, что фаза выдержки под давлением имеет максимальное
влияние на признаки качества, такие как вес, размеры, усадка, деформация, раковины,
впадины и ориентации.
Параметры процесса литья под давлением
83
Установка правильной высоты давления выдержки
Оценки давления внутри пресс-формы по исследованиям впрыска в производственных
условиях показали, что у тонкостенных литых изделий максимальное давление внутри
пресс-формы всегда возникает в конце фазы впрыска (Рис 4.8)
Время (с)
Рис 4.8 Режим давления при толстостенных и тонкостенных литых изделиях
84
Параметры процесса литья под давлением
При литье технических изделий с временем впрыска больше чем 1,0 с макс давление
внутри пресс-формы возникает всегда во время фазы выдержки под давлением (Рис
4 8), поэтому эта фаза процесса, как упомянуто выше, является фазой, определяющей
качество Чтобы правильно установить высоту давления выдержки для технических из-
делий, должно быть заранее известно, каким должно быть минимальное давление внут-
ри пресс-формы, определяющее качество
Группа изделий Требования к качеству Изделие Матери- ал Дав- ление впрыс -ка бар Дав- ление выдер жки бар Давление внутри п/формы бар
Универсальные изделия Складской ящик ПС 1000 450 280-320
Отклонения по размеру Транспортная тара ПП 1250 550 350-400
и форме малые Корпус пылесоса АБС 980 550 350-400
Структурная Корпус машины ПА 1000 550 350-400
составляющая малая Корпус кофеварки ПП 1100 550 350-400
Качество поверхюсти среднее Корпус телевизора ПС 1200 600 350-400
Корпус компьютера АБС 1300 600 350-400
Одноразовые/ многоразовые Дискета 3,5" Коробка для CD Видеокассета АБС 1700 600 380-420
функциональные изделия ПС 1550 650 400-450
Отклонения по размеру и форме высокие ПС ПС 1300 1600 500 600 280-320 400-450
Структурная Рамка для слайдов Ручка бритвы Аудиокассета ПС 1450 600 400-450
составляющая средняя Качество поверхюсти высокое ПС 1300 600 350-400
Технические функциональные изделия Шторка CD-плейера АБС 800 650 450-500
Отклонения по размеру Корпус „мобильника" ПК/АБС 1600 850 650-700
и форме сре дние Корпус камксрдера ПК 1400 850 550-600
Структурная составляющая средняя Монтажная плита видеомагнитофона ПС 1100 650 400-450
Колпак колеса ПА6-СВ 1000 650 400-450
Качество поверхюсти высокое
Технические функциональные Штекерная рейка ПБТ 1200 600 750-800
изделия Шестерня ПОМ 880 1000 750-800
Отклонения по размеру Корпус камеры ПК-СВ 1300 700 500-550
и форме высокие Тормозной цилиндр ПОМ 900 900 700-750
Структурная Штекер ПОМ 750 900 700-750
составляющая высокая Программный валик ПА66СВ 800 700 500-550
Качество поверхюсти среднее Сепаратор шарико- подшипника ПА66 950 600 450-500
Крупные автомобильные детали Отклонения по размеру Выступающая часть пола между перед- ними сиденьями ПП 1300 550 350-400
Бампер ПП 1200 500 350-400
и форме малые Структурная Щиток приборов Обшивка двери ПП ПП 1200 1150 550 500 350-400 350-400
составляющая средн яя Качество поверхюсти среднее Обшивка колеса ПП 1450 550 350-400
Параметры процесса литья под давлением ------------------ 85
Группа изделий Изделие Мате- Дав- Дав- Давление
риал ление ление внутри
виры вы- пресс-
ска держ- формы
ки
Требования по качеству бар бар бар
Одноразовые/многоразовые Навинчивающаяся
функциональные изделия крышка ПП 1200 500 330-380
Отклонения по размеру Навинчивающийся
и форме средние затвор ПЭ 950 500 350-400
Структурная Навинчивающийся
составляющая средняя колпачок ПЭ 1500 800 550-600
Качество поверхности среднее Откидной затвор Насадка для дол- ПЭ 1200 500 350-400
ровки жидкостей ПЭ 1300 500 350-400
Многоразовые функциона/ъ- Смесительная миска ПП 900 500 300-350
ные изделия Сито ПП 1050 550 300-350
Отклонения Лоток для бумаги
по размеру и форме малые формата А4 ПС 1100 550 300-350
Структурная Канцелярский
составляющая малая настольный комплект САН 1000 600 350-400
Качество поверхности среднее Кофейный фильтр САН 950 600 350-400
Одноразовые функциональные изделия Цилиндр ПП 1300 600 350-400
Отклонения по размеру Поршень ПП 850 500 400-450
и форме высокие Пипетка ПП 1400 600 400-450
Структурная составляющая Химическая пробир-
средняя ка ПС 1200 550 400-450
Качество поверхности Чашка Петри ПС 1200 550 400-450
среднее
Одноразовая/ многоразовая упаковка Отклонения по размеру Стакан для напитков ПС 1300 650 550-600
Стакан для йогурта ПП 1500 700 550-600
и форме средние Структурная Цветочный горшок Стаканчик для ПП 1600 700 600-700
мороженого Ведро ПП ПП 1600 1800 800 800 550-600 450-500
составляющая средняя
Качество поверхности среднее
Оптические изделия
Задний фонарь ПММА 1300 850 600-650
Отклонения по размеру Оптическая линза ПММА 800 800 600-650
и форме высокие Структурная Призма ПММА 850 800 600-650
Рассеиватель ПК 1500 850 600-650
составляющая средняя Качество поверхности высокое Стекло для очков ПММА 950 800 600-650
Табл 4.1 Требующиеся давление впрыска, давление выдержки, внутреннее давление
в пресс-форме для разных изделий
Примеры в Табл. 4.1 показывают изделия различных групп продукции и требующиеся
давления внутри пресс-формы Кроме того, указано также гидравлическое давление
выдержки, при котором достигается требующееся давление внутри пресс-формы.
86
Параметры процесса литья под давлением
Рис 4 9 Перенос давления выдержки на давление внутри пресс-формы
Рис 4.9 показывает перенос давления между шнековым цилиндром и литым изделием
во время фазы выдержки под давлением для различных материалов Диаграмма пока-
зывает, какое давление выдержки нужно установить, чтобы достичь определенного, дей-
ствующего в гнезде формы внутреннего давления пресс-формы Если, например, для
технического литого изделия из ПА требуется давление внутри пресс-формы в 500 бар,
то нужно установить давление выдержки в 640 бар Указанные в диаграмме значения
являются экспериментальными данными из многочисленных опытов На базе отноше-
ния пути течения к толщине стенки могут возникнуть отклонения в передаче давления в
размере! 10%
Нужно, чтобы давление выдержки в названном допуске ± 10% можно было бы устано-
вить без переливов изделия. Если, однако, изделия сделаны с излишком впрыска, то,
вероятно, искать причину нужно в слишком низком усилии замыкания машины или в
пресс-форме Если требуются отклонения в давлении выдержки более, чем 10%, то дав-
ление внутри пресс-формы тоже ниже, что может иметь следствием снижение качества
Рекомендуемые давления выдержки с допуском ± 10% должны использоваться при
определении времени выдержки под давлением
Время выдержки под давлением
Требующееся время выдержки под давлением зависит, в первую очередь, от характера
усадки и, тем самым, от материала, другими влияющими факторами являются толщина
стенки изделия, температура массы, температура стенок пресс-формы и, не в последнюю
очередь, требования к литому изделию
Параметры процесса литья под давлением
87
В обычных случаях есть зависимость между остаточным временем охлаждения и време-
нем выдержки под давлением Требующееся время выдержки под давлением для раз-
личных материалов в зависимости от толщины стенки указано в диаграмме охлаждения
(см раздел "Время охлаждения").
В зависимости от материала требующееся время выдержки под давлением составляет от
20% до 30% времени охлаждения (Табл 4 2)
Материал Время выдержки под давлением, % Остаточное время охлаждения, %
АБС 20 80
ПЭ 30 70
ПА6, ПА66 20 80
ПБТ, ПЭТ 20 80
ПК 25 75
ПК/АБС 25 75
ПММА 25 75
ПОМ 30 70
ПП 30 70
ПФО 25 75
ПС 20 80
ПВХ-тв. 25 75
ПВХ-мяг. 25 75
САН 20 80
Табл 4 2 Доля времени выдержки под давлением во времени охлаждения
Определение оптимального времени выдержки под давлением
Альтернатива 1: Определение времени выдержки под давлением
через вес литого изделия
Настройка машины, вплоть до установки времени выдержки под давлением, должна быть
завершена. Затем для изделий с низким весом дозы впрыска - от 5 до 100 г нужно иметь
весы с точностью взвешивания 0,01 г, для прецизионных изделий - с точностью взвеши-
вания 0,001 г Для более крупных изделий достаточно весов с точностью взвешивания
0,01 -ОД г
В качестве рекомендации для времени выдержки под давлением действуют параметры
времени выдержки под давлением из раздела "Время охлаждения" Вначале нужно ус-
тановить время выдержки под давлением короче примерно на 30%. С этим временем
нужно изготовить пять изделий и взвесить их. Затем с временем выдержки под давлени-
ем дольше на 0,5 сек снова изготовить и взвесить пять изделий Этот процесс с пошаго-
вым увеличением времени выдержки под давлением каждый раз на 0,5 с повторить при-
мерно пять раз. Значения вносятся в диаграмму, подобную Рис. 4.10
88
Параметры процесса литья под давлением
Рис 4 10 Определение времени выдержки под давлением через вес литого изделия
(Пример, оконный уголок, толщина стенки: 3,5-4 мм, материал1 ПФО, высота
давления выдержки1 550 бар; время выдержки под давлением 7 с)
Вес изделия с увеличивающимся временем выдержки под давлением становится боль-
ше, при достаточно длинном установленном времени выдержки под давлением он дос-
тигает максимума и затем больше не увеличивается. Время выдержки под давлением,
при котором вес больше не увеличивается, является оптимальным временем для выдер-
жки под давлением.
В примере на Рис 4 10 начинали с времени выдержки под давлением 2,0 сек, колеба-
ние в весе от 29,24 г до 29,38 г было очень большим При времени в 6,5 сек был достиг-
нут максимальный вес изделия, и колебание по весу составляло всего лишь от 29,73 г до
29,77 г. Тем самым было установлено оптимальное время для выдержки под давлением,
чтобы и в серийном производстве изготавливать изделия с малым колебанием по весу
Альтернатива 2: Определение времени выдержки под давлением
через кривую давления внутри пресс-формы
Для наилучшей информативности датчик давления в пресс-форме при определении вре-
мени выдержки под давлением, должен быть расположен близ литника, те максималь-
но на 30 - 50% общего пути течения. Настройка машины должна быть завершена, вплоть
до установки времени выдержки под давлением
Как рекомендуемые для времени выдержки под давлением действуют величины време-
ни выдержки под давлением, указанные в разделе "Время охлаждения".
Предположительно «о» высший, «т» средний, «II» низший (прим переводчика)
Параметры процесса литья под давлением
89
График давления внутри пресс-формы у аморфных материалов должен быть подобен
указаному на Рис 4 7 Здесь давление плавно падает до точки затвердевания (5) изатем,
возможно, давление спадает еще быстрее Кроме того, по характеру изменения позиции
шнека можно узнать, что во время выдержки под давлением до истечения времени вы-
держки шнек перемещается вперед
Слищком короткое время выдержки под давлением
Рис. 4 11 Определение времени выдержки под давлением с помощью датчика
давления внутри пресс-формы
90 ------------------------ Параметры процесса литья под давлением
На Рис 4 11 (вверху) видно плавное снижение внутреннего давления в пресс-форме с
начала выдержки под давлением до начала времени охлаждения На Рис 4 11 (внизу)
виден заметный спад давления в конце времени выдержки под давлением при значе-
нии времени выдержки, которое только на 1 секунду короче, те время было слишком
коротким Правильно выбрана длительность времени выдержки под давлением, если
спад давления плавный в течение всего времени выдержки, как показано на Рис 4 11
(вверху)
Рис 4 12 Давление внутри пресс-формы для аморфных и частично кристаллических
пластмасс
У частично кристаллических материалов изменение внутреннего давления в пресс-фор-
ме протекает иначе, чем у аморфных материалов (Рис 4 12) Время выдержки под дав-
лением у частично кристаллических материалов должно быть установлено настолько
длительным, чтобы в конце времени выдержки давление спадало достаточно интенсив-
но. Выдержка под давлением, как упомянуто, имеет наибольшее влияние на качество
изделий, однако, влияют при этом и другие факторы, такие как температура пресс-фор-
мы и массы, а также особенности изменения давления выдержки
Параметры процесса литья под давлением
91
Рис 4 13 Неблагоприятный выбор давления выдержки в сравнении сдавлением
впрыска
92
Параметры процесса литья под давлением
В принципе, высота давления выдержки должна составлять 40-50% давления впрыска
Рис 4 13 (вверху) показывает этот нормальный случай Можно понять, что если потре-
буется высокое давление впрыска для наполнения литого изделия, то требуется также и
высокое давление выдержки для нормального формирования изделия
Рис 4 13 (внизу) показывает давление внутри пресс-формы при относительно высоком
давлении впрыска и низком давлении выдержки Отчетливо видно, что процесс впрыска
прерывается во время фазы сжатия, и слишком низкое давление выдержки не может
оформлять литое изделие полностью Следствием этого являются изделия с впадинами,
раковинами и большими колебаниями по весу и размерам
При переработке ПОМ давление выдержки должно быть существенно больше, чем упо-
мянутые 50% от давления впрыска. ПОМ перерабатывается преимущественно в техни-
ческие изделия и требует внутреннего давления в пресс-форме в
700 - 800 бар, чтобы получить качественные изделия в узких допусках Кроме ПОМ, нет
другого материала, у которого минимальное давление внутри пресс-формы (700-800
бар) является условием для качественно хороших литых изделий На основании хоро-
шей текучести у ПОМ давление впрыска в размере 1000-1200 бар только несуществен-
но больше, чем требующееся давление внутри пресс-формы Эта малая разница между
давлением впрыска и давлением выдержки имеет то преимущество, что и при неопти-
мально выбранной точке переключения на выдержку под давлением не могут возникать
пики давления в изделии, и могут быть предотвращены большие напряжения в изделии
Распределение внутреннего давления в пресс-форме
при возрастающем и падающем давлении выдержки
При высоком и долго продолжающемся давлении выдержки (Рис. 4.14) есть опасность,
что в литом изделии возникнут большие напряжения
Параметры процесса литья под давлением
93
Рис 4 14: Режим давления внутри пресс-формы при постоянном и спадающем
ступенями давлении выдержки
94
Параметры процесса литья под давлением
Давление в пресс-форме близ литника выше и длится дольше, чем в удаленных от лит-
ника местах. Поэтому спадающее давление выдержки (Рис 4 14 внизу) снижает напря-
жения в зоне близ литника и, несмотря на это, позволяет длительно действовать и высо-
кому давлению выдержки.
Постоянное давление выдержки
1400 п 4 ОНП 1 1 L 1 (HUAI) е»энг ООО cxi о с г- г- г- О 1 1 1 1
p X/ Д
н у — — On
(бар) о о г D О С DOC l l Г DFiyipKI 1 1 Ol s шнека
CD S CD РПП - ** 1 ии Z3 П5 с[ - лп о
E=- OUU CO 4ПП - 1 % z' / i — — " OU х ЛЭ - ЛП s
4-uu ОПП - \ 1 \ 1 * I 44 4U j- S с; CD -20 “ г0 ,0
ZUU o - 0, Л i i i г "i" i "i" Г " " Г "i " Г "• “ 1" Г 1 г -г i -i-1 -
। । । ।'
Fl I I 1 o 1, Illi .0 2 Illi ,0 3, iiii ,0 4 Illi ,0 5 i i i i i i ,0 6, i i i i i ,0 7
Время (с)
Рис 4 15 Режим давления внутри пресс-формы при постоянном и поднимающемся
ступенями давлении выдержки
Параметры процесса литья под давлением -------------------------- 95
В нормальном случае давление внутри пресс-формы в течение времени выдержки под
давлением плавно снижается Чтобы держать в течение длительного периода давление
внутри пресс-формы, если требуется на высоком уровне есть возможность поднимать
давление выдержки ступенями или, у современных машин литья под давлением, плав-
но (Рис 4.15 внизу) и благодаря этому получать литые изделия с большими размерами
Таким образом, благодаря этой мере, размеры литого изделия становятся больше. При
этом также уменьшаются или устраняются впадины и раковины. Недостаток при таком
режиме давления выдержки состоит в том, что напряжения в литом изделии становятся
больше, чем при меньшем давлении выдержки
96
Параметры процесса литья под давлением
Время (с)
Рис 4 16 Давление внутри пресс-формы, зависимое от температуры пресс-формы и
массы (Материал: ПОМ)
12 ТМ температура массы
13Тп/ф температура пресс формы (прим переводчика)
Параметры процесса литья под давлением ---------------------------- 97
Вообще, изменение температуры массы на 10°С во время фазы впрыска оказывает лишь
несущественное влияние на давление внутри пресс-формы (Рис 4 16 вверху), более четко
- во время фазы выдержки под давлением, прежде всего, у ПОМ С повышением темпе-
ратуры массы эффективное время выдержки под давлением в пресс-форме возрастает
Влияние температуры стенок пресс-формы на высоту давления внутри пресс-формы и
на эффективное время выдержки под давлением гораздо более заметно, как правило,
оно больше в три раза. С повышением температуры стенок пресс-формы (напр , с 95°С
до 10 5°С) эффективное время выдержки под давлением поднимается еще заметнее (Рис
4 16 внизу) Давление внутри пресс-формы остается существенно дольше на высоком
уровне, и благодаря этому изделия становятся больше и тяжелее, при этом на качество и
точность размеров изделий влиять можно дольше
Влияние высоты давления выдержки и времени выдержки под давле-
нием на свойства литых изделий и технологические параметры
Действия:
высота время
давления выдержки ф выдержки под давлением ф
Находящиеся под
влиянием параметры
Давление внутри пресс-формы Усадка Вес изделия Соблюдение размеров Впадины Образование раковин Прочность соединительных швов Усилие замыкания Прогиб в пресс-форме т т т т ? т ? т т т т
4.4 Величина хода при выдержке под давлением
Величина хода при выдержке под давлением - это путь, который проходит головка шне-
ка в течение времени выдержки под давлением. При правильной установке точки пере-
ключения и высоты давления выдержки поршень шнека во время фазы выдержки под
давлением заметно продвигается вперед (Рис 4 17 вверху).
98
Параметры процесса литья под давлением
Правильное переключение на выдержку под давлением
Рис 4 17 Режим давления при правильном и слишком позднем переключении на
выдержку под давлением
Масштаб правой вертикальной оси задается в зависимости от величины хода дозирова-
ния В зависимости от положения точки переключения (см раздел "Точка переключения
на выдержку под давлением"), во время фазы выдержки под давлением
Параметры процесса литья под давлением
99
добавляется 2% -10% от общего объема массы При ходе дозирования в 100 мм это 2-
10 мм, при ходе дозирования в 200 мм - соответственно 4-20 мм Если шнек после до-
стижения заданной точки переключения отходит назад, то переключение происходит
слишком поздно или давление выдержки установлено слишком низким
(Рис 4 17 внизу) Если при правильно установленной высоте давления выдержки не до-
стигнута точка переключения, то литое изделие во время фазы впрыска переливается, и
есть опасность слишком больших напряжений и образования облоя на изделии
4.5 Внутреннее давление в пресс-форме
Условие для изготовления качественных изделий - точное знание процессов, происхо-
дящих при литье внутри изделия Важнейшие технологические операции, такие фазы,
как впрыск, сжатие и выдержка под давлением, могут быть точно выдержаны только че-
рез давление внутри пресс-формы Поэтому давление внутри пресс-формы является
единственным параметром, который однозначно описывает процесс литья под давлени-
ем Другими важными технологическими параметрами в процессе литья являются:
• температура стенок пресс-формы,
• температура расплава,
• скорость впрыска,
• высота давления выдержки,
• время выдержки под давлением,
• время пластикации и
• процесс переключения с давления впрыска на давление выдержки
Если в процессе изменяется только один из этих важных параметров, то это можно четко
распознать по изменениям давления внутри пресс-формы, так как кривая внутреннего
давления в пресс-форме отражает ход формирования литого изделия во время всего
процесса
Изменения кривой внутреннего давления пресс-формы указывают на изменения в весе,
размерах формуемого изделия, в качестве его поверхности, прочности, раковинах, впа-
динах, деформации и усадке Как уже описывалось, есть еще одно преимущество, кото-
рое оправдывает применение датчика внутреннего давления пресс-формы - можно оп-
ределить оптимальную точку переключения с фазы сжатия на фазу выдержки под давле-
нием и получить меньший разброс этого важного параметра, чем при переключении с
зависимостью от давления в гидравлике, хода шнека или времени. Малый разброс в
моменте переключения означает, что можно переключаться несколько позже, что помо-
гает повысить качество изделия
Обеспечение качества при литье под давлением становится все важнее для предприя-
тий, занятых литьем под давлением Поэтому рентабельное по затратам обеспечение
качества по вышеуказанным причинам можно реализовать только путем измерения дав-
ления внутри пресс-формы и расширенного охвата измеряемых самой машиной пара-
метров
Есть несколько общепризнанных основных правил для расположения в форме дат-
чика давления, чтобы использовать внутреннее давление пресс-формы для обеспече-
ния качества
100
Параметры процесса литья под давлением
1 Датчик давления нужно расположить как можно ближе к литнику (примерно на 20 -
30% от общего пути течения), так как там возникают относительно высокие давления и
относительно длительно могут быть получены сведения о процессе
2 Чтобы иметь возможность получать хорошую информацию о качестве отдельных ли-
тых изделий, нужно располагать датчик давления на изделии в зоне, по возможности
близкой к месту или непосредственно в месте, определяющем его качество, даже тогда,
когда расположение датчика удалено от литника на 30 - 40% от общего пути течения
3 При литье крупных изделий с путями течения разной длины или с несколькими места-
ми, определяющими качество, нужно встроить дополнительные датчики давления, что-
бы использовать характер давления в различных местах как показатель качества
4 Если на основании геометрии изделия в пресс-формах с несколькими полостями нет
возможности установить датчик давления непосредственно в полость изделия, то реко-
мендуется встроить датчик в дополнительную измерительную полость Эта полость дол-
жна соответствовать соотношению пути течения к толщине стенок рабочих полостей и
иметь также прочие сходные условия Чтобы иметь возможность использовать режим
давления в измерительной полости в качестве базовой характеристики для давления внут-
ри пресс-формы, наполнение формы во всех полостях должно быть одинаковым При
исследовании наполнения формы, которое проводится при степени заполнения около
80%, разница в весе внутри всех формующих гнезд не должна быть больше 5% Путь
течения и сечения канала литника, а также сечение литника для измерительной полости
должны точно соответствовать тем же параметрам прочих полостей
5 . Пресс-формы с несколькими полостями с количеством формующих гнезд до 32, у ко-
торых датчик давления можно встроить в полость, могут контролироваться с зависимос-
тью от внутреннего давления пресс-формы. Есть приборы для контроля нескольких по-
лостей, которые охватывают измеряемые значения отдельных полостей и при превыше-
нии или недостижении заданных пределов допусков подают сигнал о браке для всего
впрыска или для определенного литого изделия.
Основные правила для использования давления
внутри пресс-формы
При литье технических изделий, т.е при скорости впрыска от медленной до средней,
максимальное давление внутри пресс-формы всегда возникает во время фазы выдерж-
ки под давлением, определяющей качество (Рис 4 18) При этом подъем давления вплоть
до заполнения объема должен протекать полого, начиная от момента заполнения объе-
ма - более круто верх, но не под прямым углом При переходе от фазы впрыска к фазе
выдержки под давлением должен быть заметный радиус, т.е. не должно быть пика дав-
ления
Параметры процесса литья под давлением
101
Время (с)
Рис. 4 18 Режим давления при литье толстостенных и тонкостенных изделий
При литье тонкостенных упаковочных изделий и высокой скорости впрыска максималь-
ное давление внутри пресс-формы как пиковое давление может возникнуть уже в конце
фазы впрыска (Рис 4 18 внизу). Нарастание давления в отдельных зонах, соответствен-
но, более крутое, чем у технических изделий
102
Параметры процесса литья под давлением
Время (с)
Рис 4 19 Определение правильного времени выдержки под давлением
Параметры процесса литья под давлением
103
Внезапный спад давления на кривой давления внутри пресс-формы у аморфных мате-
риалов означает, что время выдержки под давлением установлено слишком коротким
(Рис 4 19 внизу) Если кривая давления и за пределами времени выдержки под давле-
нием падает плавно, значит, время выдержки под давлением установлено правильно
(Рис 4 1 вверху)
Для частично кристаллических материалов заметный спад давления во время фазы вы-
держки под давлением, обусловленный материалом, является нормальным
(Рис 4 20 вверху) Плавный спаддавления при правильном времени выдержки под дав-
лением рассматривается для аморфного материала (Рис. 4.20 внизу)
Время (с)
Рис 4 20 Внутреннее давление пресс-формы у аморфного и частично кристалличес-
кого материалов
Рис 4.21 показывает характер внутреннего давления в пресс-форме для аморфного ма-
териала и объясняет отдельные фазы процесса
104
Параметры процесса литья под давлением
Рис 4.21 Внутреннее давление в пресс-форме, относящиеся к нему фазы процесса, а
также влияющие параметры и последствия
Параметры процесса литья под давлением
105
Пози- ция Что происходит в процессе Режим давления Влияния и последствия
1 Начало впрыскивания
1 -2 Впрыскива- ние расплава в полость
2 Расплав достигает датчика Начало подъема давления внутри пресс- формы
2-3 Наполнение полости Подъем дав- ления в соот- ветствии с сопротивле- нием течению Пологий подъем Медленное наполнение Большая толщина стенки Малое сопротивление
Крутой подъем Быстрое наполнение Малая толщина стенки Большое сопротивление
3 Заполнение объема Оптимальное положение переключе- ния v - р Нет переливов из-за слишком позднего пере- клочения
3-4 Сжатие рас- плава Компенсация колебаний объема Пологий подъем Нет пика джления Мягкое протекание давления Мало внутренних напряжений
Крутой подъем Пики давления Излишний впрыск Высокое внутреннее напряжение и деформация
4 Макс, давле- ние внутри пресс-формы В фазе вы- держки под давлением
4-6 Спад давле- ния Плавный Оптимизированный процесс
5 Точка отверждения Расплав в литнике за- стывает Теперь спад сильнее
6 Атмосферное давление, начало по- следующей усадки Важный кри- терий качест- ва Колебание означает колебание в размерах изделия
106-------------------------- Параметры процесса литья под давлением
4.6 Остаточная подушка массы
Остаточная подушка массы - это количество материала, которое к концу времени выдер-
жки под давлением остается перед острием шнека
В принципе остаточная подушка массы не должна быть маленькой Задача остаточной
подушки массы - гарантировать передачу давления до конца времени выдержки под
давлением Так как конечное положение шнека после дозирования, точка переключения
на выдержку под давлением и характер запирания затвора обратного потока не всегда
воспроизводятся одинаково, возникают колебания в переднем конечном положении
шнека Поэтому величина пути дозирования должна устанавливаться настолько большой,
чтобы и при неблагоприятных условиях всегда имелась остаточная подушка массы
Размеры колебаний вышеуказанных параметров зависят от перерабатываемого матери-
ала и диаметра шнека В соответствии с этим колебание остаточной подушки массы так-
же зависит от названных параметров
Диаметр шнека мм Остаточная подушка массы
мм см3
термически чувствит. материалы универ- сальные материалы термически чувствит. материалы универ- сальные материалы
18 0,5-1 1-2 0,12-0,25 0,25-0,5
22 0,5-1 1-2 0,2-0,4 0,4-0,8
25 1-1,5 2-3 0,5-0,75 1-1,5
30 1,25-2 2,5-4 0,75-1,5 1,5-3
35 1,25-2 2,5-4 1,25-2 3,5-4
40 1,5-2,5 3-5 1,75-2,5 3,5-4
45 1,5-2,5 3-5 2,25-3,5 4,5-7
50 1,75-3 3,5-6 3,5-6 7-12
60 2-3,5 4-7 5-7,5 10-15
70 2-3,5 4-7 10-17,5 20-35
80 2,5-5 5-10 12,5-25 25-50
95 2,5-5 5-10 17,5-35 35-70
110 3,5-6 7-12 35-60 70-120
130 4-7 7-14 50-90 100-180
Табл 4 3 Рекомендуемая остаточная подушка массы в зависимости от диаметра
шнека и материала
У термически чувствительных материалов, таких как ПВХ-тв., ПК/АБС и ПОМ, остаточ-
ная подушка массы должна выдерживаться меньшей, чем для термически нечувстви-
тельных материалов, таких как ПЭ, ПП, ПС и тд (Табл 4.3) На основании этих взаимо-
зависимостей для термически нечувствительных материалов при малом диаметре шне-
ка (напр , 25 мм) остаточная подушка массы должна составлять 2-3 мм и
Параметры процесса литья под давлением
107
при большом диаметре шнека (напр , 130 мм) - 7-14 мм Для термически чувствитель-
ных материалов при малом диаметре шнека (напр , 25 мм) остаточная подушка массы
должна составлять 1 -1,5 мм и при большом диаметре шнека (напр , 130 мм) - 7-14 мм
Большие колебания остаточной подушки массы указывают на неоптимальную настройку
машины, дефектный затвор обратного потока или нестабильное функционирование
машины Колебания подушки массы из-за затвора обратного потока объяснены в раз-
деле "Затвор обратного потока"
Колебание остаточной подушки массы является хорошим параметром для обеспечения
качества Желательно, чтобы колебания не были больше, чем представлено в Табл 4 4
Диа- метр шнека мм Материал Колебания подушки массы (мм)
Ход шнека 0,5-2,0 Д Ход шнека 2,0-4,5 Д
18 ПК, ПС, АБС, ПММА, ПОМ, ПК/АБС 0,2-0,3 0,3-0,4
ПЭ, ПП, ПА, ПБТ 0,3-0,4 0,4-0,6
25 ПК, ПС, АБС, ПММА, ПОМ, ПК/АБС 0,2-0,3 0,3-0,4
ПЭ, ПП, ПА, ПБТ 0,3-0,4 0,4-0,6
35 ПК, ПС, АБС, ПММА, ПОМ, ПК/АБС 0,2-0,3 0,3-0,4
ПЭ, ПП, ПА, ПБТ 0,3-0,4 0,4-0,6
45 ПК, ПС, АБС, ПММА, ПОМ, ПК/АБС 0,3-0,4 0,4-0,7
ПЭ, ПП, ПА, ПБТ 0,4-0,5 0,5-0,8
АЛ ПК, ПС, АБС, ПММА, ПОМ, ПК/АБС 0,4-0,5 0,5-0,8
OU ПЭ, ПП, ПА, ПБТ 0,5-0,6 0,6-0,9
80 ПК, ПС, АБС, ПММА, ПОМ, ПК/АБС 0,5-0,6 0,7-0,9
ПЭ, ПП, ПА, ПБТ 0,6-0,8 0,8-1,2
95 ПК, ПС, АБС, ПММА, ПОМ, ПК/АБС 0,6-0,7 0,8-1,0
ПЭ, ПП, ПА, ПБТ 0,7-0,9 0,9-1,4
110 ПК, ПС, АБС, ПММА, ПОМ, ПК/АБС 0,8-0,9 1,0-1,2
ПЭ, ПП, ПА, ПБТ 0,9-1,2 1,2-1,6
130 ПК, ПС, АБС, ПММА, ПОМ, ПК/АБС 1,0-1,2 1,4-1,6
ПЭ, ПП, ПА, ПБТ 1,2-1,6 1,6-2,0
Табл 4 4 Допустимые колебания остаточной подушки массы в зависимости от
диаметра и хода шнека
Нужно всегда предусматривать достаточную подушку массы Исключением является из-
готовление тонкостенных упаковочных изделий, у которых при необходимости работают
только с 0,5 мм или в очень редких случаях вовсе без остаточной подушки массы
108
Параметры процесса литья под давлением
4.7 Отклонения остаточной подушки массы
и затвор обратного потока
Задача затвора обратного потока - предотвращать в процессе впрыска обратное течение
пластицированного расплава При конструировании затвора обратного потока нужно идти
на вынужденный компромисс между износом и функционированием Благодаря осо-
бой геометрии и узким допускам между размерами запорного кольца и цилиндра мож-
но получить затвор обратного потока с высокой функциональной работоспособностью
Однако тогда из-за слишком высокого износа срок службы затвора относительно коро-
ток С другой стороны, больший зазор между кольцом и цилиндром, а также более ши-
рокие допуски не могут гарантировать абсолютно точное запирание затвора, но повы-
шают срок его службы вдвое - втрое
Рис 4 22 Принцип действия затвора обратного потока
Выбором оптимального материала для острия шнека, опорного и запорного колец (из-
носостойкий материал) износ можно сделать гораздо меньшим, так что можно приме-
нить близкую к оптимальной геометрию (Рис 4.22) Независимо от геометрии затвора
обратного потока, производственно-технические параметры (противодавление шнека,
скорость его вращения) и машинотехнические функции (отвод шнека) имеют очень боль-
шое влияние на функционирование затвора обратного потока.
Параметры процесса литья под давлением
109
Рис. 4.23: Колебания подушки массы при переработке разных пластмасс
Рис. 4.23 показывает, что сама перерабатываемая пластмасса тоже имеет большое вли-
яние на функционирование затвора обратного потока и на колебания остаточной подуш-
ки массы.
Следует ожидать с легкотекучими частично кристаллическими материалами ПП, ПЭ и ПА
больших колебаний подушки массы, с несколько более труднотекучими
аморфными материалами АБС, ПК и ПММА - вообще малые колебания подушки мас-
сы. С труднотекучим частично кристаллическим материалом ПОМ тоже следует ожидать
малых колебаний остаточной подушки массы. Отчетливо обнаруживается, что текучесть
и структура материала влияют на достижимую величину колебаний остаточной подушки
массы.
Следующий параметр, влияющий на достижимое колебание подушки массы, это диа-
метр цилиндра. Табл. 4.4 четко показывает, что достижимое колебание подушки массы
при диаметре цилиндра в 25 мм составляет около 0,2 - 0,6 мм, а при диаметре цилинд-
ра в 130 мм - около 1 - 2 мм.
Производственно-техническими параметрами, влияющими на функционирование зат-
вора обратного потока, являются:
• материал и его текучесть,
• однородность массы,
• скорость впрыска,
• давление впрыска (скорость роста давления) и
• отвод шнека (декомпрессия).
110
Параметры процесса литья под давлением
Значимость влияющих параметров
Повышением ф или снижением Ф значений отдельных параметров можно улучшить фун-
кционирование затвора обратного потока
1 Материал (см приложение)
2 Текучесть
- индекс расплава Ф
3 Однородность массы
- температура цилиндра ф
- скорость вращения шнека Ф
- противодавление шнека ф
4 Скорость впрыска ф
5 Давление впрыска (рост давления) ф
6 Ход отвода шнека ф
К П. 1. Колебания остаточной подушки массы при переработке легкотекучих материа-
лов, таких как ПЭ, ПП и ПА, заметно больше, чем у труднотекучих материалов ПММА, ПК
и ПОМ Можно легко представить себе, что при впрыскивании легкотекучих материа-
лов, несмотря на узкие допуски между затвором обратного потока и цилиндром течет
обратно большее (и от цикла к циклу варьируемое) количество расплава, чем у трудно-
текучих материалов
Кп. 2. По вышеуказанным причинам при переработке аморфных и частично кристал-
лических материалов труднотекучих типов функционирование затвора обратного пото-
ка стабильнее
К П. 3. Неоднородность массы может быть иногда такой большой, что в расплаве даже
находятся не полностью расплавившиеся гранулы Если они к моменту впрыска попада-
ют между опорным и запорным кольцами затвора обратного потока, то возможно об-
ратное течение неодинакового от цикла к циклу количества массы; последствия этого -
колебания остаточной подушки массы Путем улучшения однородности массы оптими-
зацией температуры цилиндра, скорости вращения шнека и противодавления можно
снизить колебания остаточной подушки массы
К П. 4. При малой скорости впрыска шнек движется вперед медленно Путь, кото-
рый запорное кольцо должно пройти до прилегания к опорному кольцу, зависит от
диаметра шнека При малых диаметрах шнека этот путь составляет около 2 мм, при
больших диаметрах шнека - до 6 мм Во время этого медленного движения шнека
вперед запорное кольцо тоже движется вперед, хотя и еще медленнее, чем шнек
Только когда запорное кольцо будет прилегать к прижимному кольцу, обратный по-
ток массы прекращается, и затвор обратного потока становится герметичным Так как
этот процесс при малой скорости впрыска продолжается значительно дольше, чем
при высокой, то обратный поток массы больше и неравномернее Если это позволяет
процесс, то для первых миллиметров хода шнека нужно делать впрыск с
Параметры процесса литья под давлением
111
более высокой скоростью При этом фаза высокой скорости впрыска может быть настолько
короткой, что в формующую полость материал еще не попадает, и изделие наполняется с
нормальной скоростью впрыска.
К П. 5. При медленном и небольшом подъеме давления в процессе впрыска запорное
кольцо затвора обратного потока ведет себя так же, как при малой скорости впрыска, т е
продолжается это относительно долго, пока запорное кольцо не прижмется к опорному
и затвор не станет герметичным До этого момента обратно течет разное от цикла к циклу
количество массы, следствием является различная подушка массы. Чтобы и здесь дос-
тичь более быстрого и более высокого подъема давления, сначала нужно, как описано в
пункте 4, короткое время впрыскивать с высокой скоростью В характеристике гидравли-
ческого давления в начале кривой давления должен возникнуть небольшой пик давле-
ния, как видно на Рис 4 24
Рис 4 24 Гидравлическое давление при нормальной и повышенной вначале
скорости впрыска
К П. б. Правильная регулировка отвода шнека (декомпрессии)
Перед процессом впрыска запорное кольцо, опираясь на прижимное кольцо, всегда дол-
жно быть в одном и том же положении. Без отвода шнека положение запорного кольца
по окончании дозирования неодинаково Это тоже одна из причин, почему затвор об-
ратного потока закрывается неодинаково и обратно течет различное количество распла-
ва, которое сильно влияет на стабильность процесса Чтобы обеспечить одинаковое по-
ложение запорного кольца перед впрыскиванием, нужно ход отвода шнека установить
следующим образом.
• Дозирование без отвода шнека, конец дозирования, например = 120 мм В зависимо-
сти от скорости вращения шнека и противодавления шнека получается конечное
112
Параметры процесса литья под давлением
положение шнека, к примеру = 123 мм
• Чтобы достичь действительного отвода шнека, в этом примере величина хода шнека
при отводе должна быть установлена так, чтобы в результате получалось положение шнека
130 мм , т е абсолютный отвод шнека - 7 мм
Величина хода при отводе шнека в зависимости от противодавления шнека и хода шнека
должна составлять около 5 - 10% от хода дозирования, при высоком противодавлении
шнека - больше, при низком противодавлении - меньше Следствие этого - если величи-
на отвода установлена правильно, но позднее противодавление шнека изменяется, от-
вод шнека нужно настраивать заново При малых ходах дозирования требуется в про-
центном отношении большая величина отвода, чем при больших ходах шнека
• Чем больше величина отвода шнека, тем больше надежность функционирования зат-
вора обратного потока
• Так как при слишком больших ходах отвода шнека создается опасность затягивания
воздуха, которое можно увидеть на литом изделии в форме черных или серебристых
потеков близ литника, нужно устанавливать величину отвода шнека очень точно
• Величина отвода шнека установлена правильно, если при ходе отвода, меньшем всего
на 1 мм, подушка остаточной массы становится уже заметно меньше, а колебание оста-
точной подушки массы больше
• Опасность черных или серебристых потеков при слишком большом отводе шнека воз-
никает в особенности при переработке легкотекучих материалов при высоких темпера-
турах переработки
• Скорость отвода шнека при переработке легкотекучих материалов и при высоких тем-
пературах переработки должна быть установлена насколько возможно медленной
(2-3 мм/сек), в нормальном случае она должна быть примерно равна скорости переме-
щения шнека назад при дозировании
4.8 Время охлаждения
Время охлаждения - это время, в течение которого изделие охлаждается в полости фор-
мы, до тех пор, пока не будет достигнута достаточная механическая стабильность изде-
лия для его выемки из формы Критериями для достаточной стабильности изделия явля-
ются размеры и деформация литого изделия Физически время охлаждения начинается
с окончанием объемного наполнения формы и кончается с размыканием пресс-формы
Расчет времени охлаждения основывается на толщине стенок литого изделия, теплопро-
водности и удельной теплоемкости расплава, а также на температуре стенок пресс-фор-
мы Наибольшее влияние на требующееся время охлаждения оказывают температура
стенок пресс-формы и температура съема изделия При изменении температуры стенок
пресс-формы на 10°С время охлаждения изменяется примерно на 15 - 20% Температу-
ра массы оказывает относительно небольшое влияние на время
охлаждения При ее изменении на 10°С время охлаждения изменяется приблизительно
только на 3%, что можно не принимать во внимание
Время охлаждения, которое устанавливается в машине, является физическим временем
охлаждения, уменьшенным на время выдержки под давлением. Оно начинается с окон-
чанием времени выдержки под давлением и кончается с размыканием пресс-формы
Параметры процесса литья под давлением -----------------------113
Тепло, содержащееся в расплаве пластмассы, который впрыснут в формообразующее
гнездо, должно быть отведено в течение времени охлаждения настолько, чтобы литое
изделие можно было надежно извлекать из формы Важно, чтобы температура была при-
мерно одинакова по всей поверхности изделия, чтобы при коротком времени охлажде-
ния достичь малой деформации
Температура стенки пресс-формы 60 °C, Температура извлечения из пресс-формыг 90 °C,
Температура массы 240 °C
Рис 4 25 Время выдержки под давлением и время охлаждения при переработке
ПК/АБС
Температура стенки пресс-формы 60 °C, Температура извлечения из пресс-формы 90 °C,
Температура массы 240 °C
Рис 4 26 Время выдержки под давлением и время охлаждения при переработке
ПММА
114
Параметры процесса литья под давлением
Температура стенки пресс-формы 60 °C, Температура извлечения из пресс-формы 90 °C,
Рис 4 27 Время выдержки под давлением и е время охлаждения при переработке
ПК
Температура стенки пресс-формы 90 °C, Температура извлечения из пресс-формы 105°С,
Рис. 4 28' Время выдержки под давлением и время охлаждения при переработке
ПОМ
Параметры процесса литья под давлением
115
Температура стенки пресс-формы 40 °C, Температура извлечения из пресс-формы 70 °C,
Рис 4 29 Время выдержки под давлением и время охлаждения при переработке ПП,
ПЭ-НП и ПЭ-ВП
Температура стенки пресс-формы 40 °C, Температура извлечения из пресс-формы 70 °C,
Рис 4 30. Время выдержки под давлением и время охлаждения при переработке ПС
116
Параметры процесса литья под давлением
Температура стенки пресс-формы 50°С, Температура извлечения из пресс-формы 70°С,
Рис 4 31 Время выдержки под давлением и время охлаждения при переработке
АБС, САН
Температура стенки пресс-формы 70 °C, Температура извлечения из пресс-формы 100 °C,
Рис 4 32 Время выдержки под давлением и время охлаждения при переработке
ПА6, ПАббиПБТ
Параметры процесса литья под давлением —————————। -| у
Рис 4.25 - 4 32 показывают требующееся время охлаждения для различных пластмасс
в зависимости от толщины стенки Указанные параметры являются результатами практи-
ческих исследований и расчетных значений времени охлаждения Значения действитель-
ны для нижеуказанных условий на основе температуры стенок пресс-формы, температу-
ры извлечения из формы и температуры массы
Слишком долгое время охлаждения увеличивает время цикла
Слишком короткое время охлаждения часто дает о себе знать путем
• деформации литых изделий,
• повышенной последующей усадки и
деформации при извлечении изделий из формы
Параметры процесса литья под давлением
119
5 Требующееся усилие смыкания
Усилие смыкания - это сумма усилий, которыми колонны нагружаются на растяжение при
зажиме формы перед началом впрыска Усилие удержания - это сумма усилий, которыми
нагружаются колонны на растяжение при впрыске формовочной массы в пресс-форму Раз-
жимающая сила получается в результате воздействия максимального давления внутри пресс-
формы на площадь проекции отливки Остаточное усилие смыкания - это разница между
усилием удержания и разжимающей силой
Под "дыханием" пресс-формы понимают разгружение пресс-формы от усилия смыкания в
плоскости разъема под действием внутреннего давления в форме, при этом объем формо-
образующих гнезд в направлении смыкания увеличивается "Дыхание" и другие эластич-
ные преобразования зависят от жесткости узла смыкания и пресс-формы, а также от усилия
смыкания, усилия удержания и размыкающей силы.
Литое изделие Мате- риал Типо- размер маши- ны Усилие замы- кания (кН) «Дыхание» пресс-формы (мм)
Фаза впрыска Фаза вы- держки под давле- нием
Корпус камеры ПК 600 0,01 0,01
Штекерная рейка ПБТ 800 0,01 0,01
Штекер ПА6-СВ 1000 0,01 0.01
Шестерня ПОМ 1000 0,01 0,01
Рамка для слайдов ПС 1200 0,02 0,02
Корпус «мобильника» ПК 1000 0,02 0,02
Программный валик ПОМ 1000 0,02 0,02
Цветочный горшок ПП 1200 0,02 0,02
Стаканчик дляйогурта ПП 1500 0,02 0,02
Аудиокассета ПС 1500 0,02 0,02
Навинчивающийся колпачок ПП 1000 0,02 0,02
Навинчивающаяся пробка ПП 1500 0,02 0,02
Навинчивающаяся крышка ПП 2000 0,02 0,02
Одноразовый шприц (поршень) ПП 1500 0,01 0,01
Одноразовый шприц (цилиндр) ПП 1500 0,02 0,02
Дискета 3,5й АБС 2000 0,02 0,02
Кофейный фильтр САН 2000 0,03 0,03
Ведро 5,8 л ПП 2500 0,04 0,03
Коробка для CD ПС 3000 0,02 0,02
Лоток для бумаг формата А4 ПС 3300 0,03 0,04
Корпус пылесоса АБС 3000 0,04 0,04
Линза ПММА 3300 0,05 0,05
Колпак колеса ПА6 4000 0,04 0,05
Складской ящик ПС 5000 0,04 0,04
Корпус телевизора ПС 5000 0,06 0,06
Задний фонарь ПММА 6500 0,04 0,05
Табл 5.1: Допустимое "дыхание" пресс-формы в зависимости от класса формуемого
изделия и типоразмера машины
120
Параметры процесса литья под давлением
Как видно из Табл 5 1, допустимое "дыхание" зависит от требований к качеству литого
изделия, от материала и от типоразмера машины При небольших технических прецизи-
онных изделиях, изготовленных на малых машинах литья под давлением, допустимо
"дыхание" пресс-формы максимально 0,01 мм. Для крупных технических изделий, из-
готовленных на средних машинах литья под давлением с усилием замыкания 1500 -
2000 кН, допустимо "дыхание" около 0,02 мм При изготовлении крупных изделий, та-
ких как оконные рамы, допустимо увеличение "дыхания" до 0,06 мм Как показано в
Табл 5 1, "дыхание" во время фазы впрыска и во время фазы выдержки под давлением
должно быть примерно одинаковым Если "дыхание" во время фазы впрыска заметно
выше, чем во время фазы выдержки под давлением, значит, на давление выдержки пе-
реключаются слишком поздно, и есть опасность образования облоя на литом изделии
При переработке легкотекучих материалов допустимо меньшее "дыхание", чем при пе-
реработке труднотекучих материалов, так как легкотекучие расплавы легче проникают в
плоскость разъема пресс-формы, чем труднотекучие
Определение требующегося усилия удержания путем пробных впрыс-
ков
Условиями являются машина, не слишком большая для данного литого изделия, опти-
мизированная на изделие настройка машины, а также индикатор часового типа (точность
1 /100 мм) и весы (точность 0,01 г)
Настройка машины должна быть оптимизирована в отношении переключения с давле-
ния впрыска на давление выдержки, в отношении времени впрыска и правильной высо-
ты давления выдержки
Для конкретной проверки индикатор нужно настроить на примененное усилие смыка-
ния Для этого есть два возможных места размещения (Рис 5 1)
1 Между крепежными плитами пресс-формы, сбоку на пресс-форме, посредине между
колоннами Так могут быть замерены осадка пресс-формы как функция усилия замыка-
ния и "дыхание" пресс-формы как функция разжимающей силы.
2 . Между плитами формы непосредственно на пресс-форме Так определяется только
"дыхание" пресс-формы как функция разжимающей силы
Параметры процесса литья под давлением
121
Машина ЕТ 330 - 1450 NC4 System
Пресс-форма Складской ящик
Материал ПС
Усилие замыкания кН «Дыхание» пресс-формы (1/100 мм) Вес изделия
Впрыскива- ние Давление выдержки Остающее- ся г
3000 0 0 - 435,50
2800 0 1 - 435,75
2600 0 1 - 435,75
2400 0 2 - 436,0
2200 0 3 - 436,50
2000 0 5 - 437,25
1800 0 9 - 439,00
Вес изделия (г) "Дыхание" пресс-формы (1/100 мм)
Рис 5 / Определение требующегося усилия смыкания
Начиная с максимально возможного, усилие смыкания машины снижается ступенями
Возникающее "дыхание" пресс-формы считывается, соответственно, во время фазы
впрыска и фазы выдержки под давлением, каждое литое изделие взвешивается Оба зна-
чения представляются как функция в диаграмме х/у (бланк на Рис 5 2)
122
Параметры процесса литья под давлением
Машина
Пресс-форма
Материал
Усилие замыкания кН «Дыхание» пресс-формы (1/100 мм) Вес изделия
Впрыскива- ние Давление выдержки Остающее- ся г
Вес изделия (г)
"Дыхание” пресс-формы (1 /100 мм)
Усилие замыкания (kN)
Рис 5 2 Бланк для определения требующегося усилия замыкания
Если вес литого изделия увеличивается, хотя не обнаружено наличие "дыхания” пресс-
формы, речь идет о "мягкой” пресс-форме, которая деформируется только в зонах фор-
мообразующих гнезд Усилие удержания было действительно
достаточным, однако оно не может быть определено более точно.
Параметры процесса литья под давлением ----------------------------123
Напротив, увеличение "дыхания" пресс-формы при одновременном увеличении веса
литого изделия позволяет сделать вывод, что это - "жесткая" пресс-форма, которая до-
пускает надежное определение требующегося усилия удержания
"Остаточное дыхание" по завершении фазы выдержки под давлением указывает на из-
лишний впрыск и образование облоя в плоскости разъема Этот случай не нужно прини-
мать во внимание, так как при этом на уплотнительных поверхностях получается очень
высокое удельное давление на поверхность металла, которое способствует ускоренному
износу пресс-формы
Начало образования облоя одновременно определяет нижний предел для усилия удер-
жания Характер кривой "дыхания" пресс-формы и веса изделия уже до наступления
образования облоя указывает на поворотный пункт, который отмечает минимально тре-
бующееся усилие удержания Если машина при производстве может создавать только
минимально требующееся усилие смыкания, то колебания в весе у формуемых изделий
предположительно будут большими, а качество плохим Поэтому для минимально тре-
бующегося усилия смыкания нужно добавить гарантийный резерв в размере 10%
Расчет усилия удержания
Чтобы определить требующееся усилие удержания, среднее давление, развивающееся
внутри пресс-формы, ожидаемое для литого изделия, можно взять из примеров, при-
веденных в Табл 5 2
Табл 5 2 Требующиеся давления впрыска, выдержки и внутреннего давления в
пресс-форме для различных изделий
Группы изделий Изделие Матери- ал Время впрыска сек Время вы- держки ПО£ давлением сек Давление . впрыска бар Давле- ние вы- держка бар Давление внутри пресс- формы бар
Универсальные изделия Отклонения по размеру и форме малые Структурная состав- ляющая малая Качество поверхности с реднее Складской ящик Транспортная тара Корпус пылесоса Корпус машины Корпус кофевфки Корпус телевизора Корпус компьютера ПС ПП АБС ПА ПП ПС АБС 3,0 2,5 2,5 2,5 2,0 3,5 3,5 6,0 5,5 7,0 7,0 6,0 6,0 6,0 1000 1250 980 1000 1100 1200 1300 450 550 550 550 550 600 600 280-320 350-400 350-400 350-400 350-400 350-400 350-400
Одноразовые/ много- разовые функцио- нальные изделия Отклонения по размеру и форме высокие Структурная состав- ляющая средняя Качество поверхности высокое Дискета 3,5" Коробка для CD Видеокассета Рамка для слайдов Ручка бритвы Аудиокассета АБС ПС ПС ПС ПС ПС 0,22 0,4 0,9 0,25 0,5 0,45 0,9 1,0 3,5 0,7 1,5 2,2 1770 1550 1300 1600 1450 1300 600 650 500 600 600 600 380-420 400-450 280-320 400-450 400-450 350-400
Технические функцио- нальные изделия Отклонения по размеру и форме средние Структурная составляо- щая средняя <ачество поверхности высокое Шторка CD-плейера Корпус „мобильника" Корпус ком кер дера Монтажная плита видеомагнитофона Колпак колеса АБС ПК/АБС ПК ПС ПА6-СВ 1,5 0,2 1,2 2,3 2,0 5,0 1,5 2,5 5,0 5,0 800 1600 1400 1100 1000 650 850 850 650 650 450-500 650-700 550-600 400-450 400-450
124------------------- Параметры процесса литья под давлением
Табл 5 2 (Продолжение)
Группы изделий Изделие Материал Время впры- ска сек Время вы- держки ПО£ давлением сек Давление , впрыска бар Давле- ние вы- держка бар Давление внутри пресс- 1 формы бар
Технические функцио- нальные изделия Отклонения по размеру и форме высокие Структурная состав- ляющая высокая Качество поверхности среднее Штекерная режа Шестерня Корпус камеры Тормозной цилиндр Программный валик Штекер Сепаратор шарико- подшипника ПБТ ПОМ ПК-СВ ПОМ ПОМ ПА 66-СВ ПА 66 0,5 2,0 0,7 1,8 2,2 1,5 0,8 1,5 8,0 6,0 10,0 7,0 5,0 3,5 1200 880 1300 900 750 800 950 600 1000 700 900 900 700 600 750-800 750-800 500-550 700-750 700-750 500-550 450-500
Крупные автомобиль- ные детали Отклонения по размеру и форме малые Структурная состав- ляющая средняя Качество поверхности среднее Выступающая часть пола между перед- ними сиденьями Бампер Щиток приборов Обшивка двери Обшивка колеса ПП ПП ПП ПП ПП 3,0 4,0 3,0 2,5 2,5 6,0 6,0 6,0 5,0 4,5 1300 1200 1200 1150 1450 550 500 550 500 550 350-400 350.400 350-400 350-400 350-400
Одноразовые и мно- горазовые универ- сальные изделия Отклонения по размеру и форме средние Структурная состав- ляющая средняя Качество поверхюсти среднее Навинчивающаяся крышка Навинчивающаяся пробка Навинчивающийся колпачок Откидная пробка Насадка для вылива- ния жидкости ПП ПЭ ПЭ ПЭ ПЭ 0,8 1,3 1,2 0,7 0,8 2,5 3,5 2,5 1,5 1,6 1200 950 1500 1200 1300 500 500 800 500 500 330-380 350-400 550-600 350-400 350-400
Параметры процесса литья под давлением ---------------125
Табл 5 2 (Окончание)
Группы изделий Изделие Матери- ал Время впрыска сек Время вы- держки под давлением сек Давление , впрыска бар давле- ние вы- держка бар Давление внутри пресс- формы бар
Многоразовые функ- циональные изделия Отклонения по размеру и форме малые Структурная состав- ляющая малая Качество поверхности среднее Смесительная миска Сито Лоток для бумаг фер- мата А4 Настольный комплекс Кофейный фильтр ПП ПП ПС САН САН 1,5 1,3 1,8 1,9 1,4 3,0 3,0 2,2 2,2 3,5 900 1050 1100 100 950 500 550 550 600 600 300-350 300-350 300-350 350-400 350-400
Одноразовые функ- циональные изделия Отклонения по размеру и форме высокие Структурная состав- ляющая средняя Качество поверхности среднее Цилиндр шприца Поршень шприца Пипетка Пробирка Чашка Петри ПП ПП ПП ПС ПС 0,5 1,1 0,6 0,6 0,3 1,8 4,0 0,8 1,0 1,3 1300 850 1400 1200 1200 600 500 600 550 550 350-400 400-450 400-450 400-450 400-450
Одноразовые и мно- горазовые универ- сальные изделия Отклонения по размеру и форме средние Структурная состж- ляющая средняя Качество поверхности среднее Стакан для напитков Стаканчик для йогурта Цветочный горшок Стаканчик для мороженого Ведро ПС ПП ПП ПП ПП 0,2 0,15 0,11 0,2 0,46 0,7 0,4 0,4 0,5 0,6 1300 1500 1600 1600 1800 650 700 700 800 800 550-600 550-600 600-700 550-600 450-500
Оптические изделия Отклонения по размеру и форме высокие Структурная состав- ляющая средняя Качество поверхности высокое Задний фонарь Оптическая линза Призма Рассеиватель Стекло для енков ПММА ПММА ПММА ПК ПММА 1,4 18,0 15.0 4,0 4,0 9,0 55,0 50,0 9,0 12,0 1300 800 850 1500 950 850 800 800 850 800 600-650 600-650 600-650 600-650 600-650 /
126------------------- Параметры процесса литья под давлением
Параметры процесса литья под давлением
127
Кроме того, нужно определить площадь проекции отливки, те площадь литого изделия
в направлении разжимающей силы Затем требующееся усилие удержания рассчитыва-
ется по следующей формуле1
Fz = Р wi • A proj/100
где.
Fz = усилие удержания (кН),
Р wi = среднее давление внутри пресс-формы (бар),
A proj = площадь проекции отливки (см2)
Пример: Крышка колеса из ПА 6-СВ
среднее давление внутри пресс-формы (Табл 5 2) 425 бар
площадь проекции отливки 1300 см2
425 бар х 1300 см2
Fz =--------------------= 5525 кН
100
Для изготовления крышки колеса требуется усилие удержания 5525 кН Значения в при-
мере в Табл 5 2 определены на базе пробных впрысков Чтобы рассчитать требуемое
усилие удержания для изделия, его надо отнести к одной из групп изделий таблицы 5 2 и
определить из нее среднее значение давления в пресс-форме.
В прошлом часто сопротивление течению при впрыскивании привлекалось как размер
для требующегося давления внутри пресс-формы Этотвид рассмотрения действует только
для тонкостенных упаковочных изделий. Для всех других изделий максимальное давле-
ние внутри пресс-формы (при правильном переключении на давление выдержки) про-
является именно во время фазы выдержки под давлением, определяющей качество (см.
раздел "Выдержка под давлением") Поэтому для расчета требующегося усилия удержа-
ния будет правильно использовать среднее давление внутри пресс-формы
128
Параметры процесса литья под давлением
6 Краткие выводы
В отдельных главах и разделах этой книги были даны подробные разъяснения по опти-
мизации процесса литья под давлением В качестве кратких выводов действуют ниже-
следующие основные правила В конкретном случае нужно внимательно прочесть все
детали, описанные в подробных разъяснениях
Скорость впрыска
По возможности нужно производить впрыск быстро, те так быстро, как это позволяют
геометрия литого изделия и материал Это же правило действует для впрыска ступенями
(медленно - быстро - медленно).
Ограничение давления впрыска
Ограничение давления при впрыске должно быть осознанно установлено на 10 - 15%
выше, чем получающееся по расчетам давление впрыска
Высота давления выдержки
Давление выдержки должно составлять 40 - 60% от получающегося по расчетам давле-
ния впрыска
Длительность выдержки под давлением
Требующееся время выдержки под давлением должно определяться из веса формуемо-
го изделия и режима давления внутри пресс-формы
Время охлаждения
Время охлаждения должно быть установлено настолько длительным, чтобы литое изде-
лие остыло до температуры беспроблемного извлечения из формы. Расчет времени ох-
лаждения учитывает толщину стенок изделия, теплопроводность и удельную теплоем-
кость расплава, а также температуру стенок пресс-формы.
Скорость вращения шнека
В принципе, скорость вращения шнека должна быть установлена настолько медленной,
чтобы дозирование укладывалось во время охлаждения Обычно время пластикации
должно быть на 10% короче, чем время охлаждения
Противодавление шнека
В принципе, противодавление должно быть задано всегда Для легкотекучих материа-
лов рекомендуется более низкое противодавление, чем для труднотекучих. Если вводит-
ся суперконцентрат красителя или пигментная паста (те концентрат красителя), должно
быть задано более высокое противодавление.
Параметры процесса литья под давлением --------------------------— 129
Величина хода дозирования
Оптимальная величина хода дозирования находится в пределах 1,5- 2,5 диаметров (Д)
шнека В зависимости от материала и времени цикла этот диапазон может также состав-
лять 0,5 -4Д
Декомпрессия шнека
Ход декомпрессии шнека должен задаваться в зависимости от материала, скорости вра-
щения шнека, противодавления и хода дозирования и, как правило, составлять 5 - 10%
отхода дозирования. Скорость декомпрессии нужно выбирать настолько малой, насколь-
ко позволяет время между концом дозирования и концом времени
охлаждения
Остаточная подушка массы
В принципе, нужно практически всегда работать с остаточной подушкой массы
• для термически чувствительных материалов с меньшей подушкой, чем для нечувстви-
тельных,
• при больших диаметрах шнека с большей подушкой, чем при меньших диаметрах
шнеков.
Точка переключения на выдержку под давлением
Нужно переключаться на выдержку под давлением как можно позже, оптимально - при
объемном наполнении формы При неодинаково наполняемых многогнездных пресс-
формах и асимметричном наполнении нужно переключаться несколько раньше (при-
мерно при 90 - 95% от объемного наполнения)
Вид переключения
Наиболее употребительным является переключение, зависящее от хода шнека, а наибо-
лее точным - переключение, зависящее от давления внутри пресс-формы
Температура фланца (зоны подачи материала)
Температура фланца должна соответствовать рекомендованной температуре сушки ма-
териала
Температура стенок пресс-формы
Чем выше выбирается температура стенок пресс-формы, тем лучше становятся внутрен-
ние свойства литого изделия и тем лучше качество поверхности. Чем ниже температура
стенок пресс-формы, тем быстрее охлаждение и тем короче возможное время цикла.
Итак, нужно искать компромисс между требования качества изделия и рентабельностью
производства
1 d0------------------------ Параметры процесса литья под давлением
Усилие смыкания
Усилие смыкания должно задаваться минимально на 10% выше, чем требующееся уси-
лие удержания. Усилие смыкания желательно определять через "дыхание" пресс-фор-
мы
Температура цилиндра
У большинства материалов температура цилиндра от фланца до головки должна уста-
навливаться возрастающей
Первое исключение - полиамид, у которого уже в зоне загрузки нужно выбирать такой
же уровень температуры, как в головке
Второе исключение, независимо от материала, - применение барьерного шнека, у кото-
рого в зоне загрузки следует выбрать более высокие температуры, чем в головке