/
Текст
СПРАВОЧНОЕ ПОСОБИЕ
ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО ЛИТЬЯ ПЛАСТМАСС ПОД ДАВЛЕНИЕМ:
ТЕХНОЛОГИЯ, МАТЕРИАЛЫ, ОСНАСТКА
г. Москва
2
СОДЕРЖАНИЕ стр.
Введение................................................................6
1. Марочный ассортимент полимеров: ассортимент марок, назначение, реко-
мендации по применению. Выбор литьевых марок............................9
1.1. Структура марочного ассортимента полимеров...................9
1.2. Базовые марки полимеров. Ассортимент, назначение, рекоменда -
ции по применению................................................10
1.3. Марки с улучшенными технологическими свойствами.............20
2. Организация входного контроля полимеров для переработки.............27
2.1. Показатели вязкости расплава................................27
2.2. Термостабильность расплава..................................46
2.3. Влажность.................................................. 54
3. Разработка технологической карты литья. Рекомендации по технологиче-
ским параметрам литья..................................................55
3.1. Температура материала.......................................56
3.2. Температура формы...........................................62
3.3. Давление литья..............................................64
3.4. Объемная скорость впрыска (время заполнения)................66
3.5. Давление формования.........................................69
3.6. Время выдержки под давлением................................69
3.7. Частота вращения шнека......................................71
Давление пластикации..........................................71
3.8. Объем впрыска (ход шнека)...................................74
3.9. Общая продолжительность цикла...............................78
4. Рекомендации по технологическим параметрам подготовки полимеров к
литью под давлением....................................................81
4.1. Рекомендации по допускаемой влажности.......................81
4.2. Рекомендации по сушке.......................................84
4.3. Увлажнение. Рекомендации по устранению увлажнения...........87
4.4. Контроль влажности..........................................88
5. Технология пластикации. Рекомендации по регулированию технологиче-
ских параметров пластикации. Рекомендации по организации процесса пла-
стикации................................................................90
5.1. Параметры шнека..............................................90
5.2. Технологические параметры пластикации..........................90
5.3. Показатели качества пластикации и их влияние на качество гото -
вых изделий.........................................................92
5.4. Рекомендации по организации процесса пластикации...............92
5.4.1. Размеры гранул.........................................92
5.4.2. Теплоизоляция нагревательного цилиндра.................93
5.4.3. Температура расплава...................................93
5.4.4. Равномерность температуры..............................94
5.4.5. Температура по зонам нагревательного цилиндра..........95
5.4.6. Определение средней температуры расплава...............97
5.4.7. Стабильность веса изделий..............................97
5.4.8. Размеры шнеков.........................................97
5.4.9. Частота вращения шнека................................100
5.4.10. Давление пластикации.................................100
5.5. Рекомендации по пластикации при окрашивании полимеров.........102
5.6. Рекомендации по пластикации наполненных полимеров.............104
5.6.1. Дисперсные наполнители................................104
5.6.2. Волокнистые наполнители (стекловолокно, углеродное во-
локно, борное волокно).......................................104
5.7. Рекомендации по пластикации кристаллических полимеров.........105
5.8. Производительность пластикации................................107
5.9. Таблица с рекомендациями по регулированию технологических па-
раметров пластикации и параметров шнека............................108
6. Технология формования литьем под давлением. Рекомендации по органи-
зации технологии формования. Рекомендации по регулированию технологи-
ческих параметров формования............................................110
6.1. Периоды формования............................................110
6.2. Изменение давления при формовании.............................112
6.3. Режимы заполнения формы.......................................114
6.4. Передвижение фронта потока расплава...........................118
6.5. Перепады давления.............................................122
6.6. Изменение размеров формы при формовании.......................127
6.7. Режимы со сбросом давления....................................131
6.8. Режимы с регулируемой скоростью впрыска.......................137
6.9. Ориентация и внутренние напряжения............................141
4
6.10. Рекомендации по регулированию механических свойств литьевых
изделий. Влияние технологии литья на механические свойства изделий.146
6.11. Усадка. Влияние технологических параметров литья на усадку .104
7. Специальные способы и режимы литья. Нестандартные литьевые техноло-
гии 161
7.1. Циклограмма работы современных литьевых машин................161
7.2. Стандартный режим............................................163
7.3. Режимы со сбросом давления...................................163
7.4. Режимы для упрочнения литьевых изделий.......................164
7.5. Режимы с предварительным сжатием расплава до впрыска.........167
7.6. Режимы интрузии..............................................167
7.7. Инжекционное прессование.....................................170
7.8. Технология изготовления двухцветных изделий..................171
7.9. Технология изготовления слоевых изделий......................173
7.10. Изготовление вспененных изделий.............................175
8. Рекомендации по технологии литья стеклонаполненных пластмасс........177
9. Рекомендации по технологии литья при окрашивании полимеров кон-
центратами красителей...................................................186
10. Рекомендации по переработке отходов литьем под давлением............191
11. Причины образования брака. Рекомендации по его устранению...........196
11.1. Спаи (холодные спаи, сварные швы, стыковые швы).............196
11.2. Волнистая поверхность.......................................198
11.3. Серебристые полосы..........................................198
11.4. Облой (подлив, грат)........................................200
11.5. Пригары.....................................................200
11.6. Увеличенная толщина изделий.................................201
11.7. Излишний вес изделий........................................201
11.8. Колебание веса изделий......................................202
11.9. Плохой съем изделий.........................................203
11.10. Недостаточный глянец.......................................203
11.11. Недоливы...................................................204
11.12. Коробление.................................................205
11.13. Утяжины....................................................206
11.14. Пустоты....................................................207
11.15. Дырки......................................................207
5
I 1.16. Пигментное рассеивание, цветовые разводы...................209
1 2. Технологические принципы создания рациональной оснастки..............21 I
12.1. Рекомендации по литниковой системе............................211
12.2. Рекомендации по обеспечению однонаправленного течения мате-
риала в форме......................................................217
12.3. Рекомендации по устранению струйного течения потока расплава..221
1 2.4. Рекомендации по обеспечению режима заполнения формы с по -
стоянной скоростью течения.........................................222
I 2.5. Рекомендации по снижению месного замедления течения........225
12.6. Рекомендации по уменьшению спаев............................226
12.7. Рекомендации по вентиляционным каналам......................228
1 2.8. Рекомендации по предельному напряжению сдвига при заполне -
нии................................................................229
12.9. Рекомендации по усилиям, возникающим в форме................230
12.10. Рекомендации по соотношению между размерами впусков и дав -
лением формования..................................................233
12.1 1 Рекомендации по обработке внутререннеи полости формы........234
13. Параметры литьевых машин. Технические характеристики................237
14. Примеры использования Справочного пособия для разработки техноло-
гии литья..............................................................239
6
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время увеличилась роль качества полимерной продукции бытового и
технического назначения. Это объясняется наличием аналогичных товаров различных
производителей. Наивысший покупательский интерес представляют изделия более вы-
сокого качества и более дешевые. Цена, которую покупатель готов заплатить за изде-
лие, так же зависит от качества продукции. Поэтому в настоящее время решающее зна-
чение приобретает конкурентоспособность продукции. Конкурентоспособностью про-
дукции назовем отношение качества продукции к ее цене. Качество - это соответствие
продукции ее назначению. В показатели качества входят внешний вид изделия, эстети-
ческие показатели, эксплуатационные свойства и другие.
Конкурентоспособность литьевой продукции во многом зависит от проработки
изделия на стадии технологической подготовки производства. Например, цена изделия
зависит от стоимости выбранного материала, производительности литья, от расхода
сырья в каждом цикле, от процента брака.
Качество изделий (внешний вид, блеск, равномерность окраски, утяжины и др.
показатели) зависят от правильной организации подготовки материала к переработке
и технологии литья, которые изготовитель определяет на стадии разработки техноло-
гического процесса.
Настоящее “Справочное пособие для эффективного литья пластмасс под давлени-
ем: технология, материалы, оснастка'1 систематизирует основные технологические при-
емы, которыми пользуются специалисты при разработке и изготовлении конкуренто-
способной продукции. Объединяет основные научно-технические знания для обосно-
ванной разработки технологии литья и устранения брака. Основывается на большом
производственном опыте изготовления серийных изделий на промышленном оборудо-
вании, а так же на каталожных и литературных материалах.
Технологичность разных изделий различна. Известно, что одни литьевые изделия
технологичны (легки в изготовлении). Изготовление других изделий вызывает постоян-
ные трудности по различным причинам. Последнее связано с тем, что при разработке
изделия и технологии его получения не учитывали всё многообразие взаимосвязанных
факторов, которые объективно существуют при литье пластмассовых изделий. Опыт-
ные разработчики и технологи “интуитивно” осознают эти факторы и учитывают их
при разработке изделий и технологии литья. В настоящем Справочном пособии даются
принципы разработки технологичных изделий и рекомендации по эффективной техно-
логии их литья.
7
Перерабатываемость полимерного материала определяет его формуемость. Кон-
кретное изделие, его конфигурация и размеры определяют выбор полимерного мате-
риала по вязкости и особенности оснастки. В свою очередь материал и конфигурация
изделия определяют технологию литья и влияют на выбор технологического оборудо-
вания. Важное значение имеет также правильная организация входного контроля и
подготовка материала к переработке. Поэтому для обеспечения эффективной перера-
ботки в настоящем Справочном пособии рассматриваются все стадии разработки тех-
нологии изготовления изделий литьём под давлением и даются рекомендации по их ор-
ганизации.
В настоящее время перерабатывают большое число полимерных материалов. По
всем этим материалам разработчикам и технологам нужно иметь конкретные рекомен-
дации для работы. В настоящем Справочном пособии даются рекомендации практиче-
ски для всех термопластичных материалов:
для традиционных крупнотоннажных полимеров - полистирольных пластиков
(ударопрочных полистиролов, АБС - пластиков, полистирола блочного, МСН - плас-
тика), полиолефинов (полиэтиленов низкой и высокой плотности, полипропилена), по-
ливинилхлоридов;
для полимеров инженерно-технического назначения сравнительно малотоннажных
- полиамидов 6, 66, 610, 612, поликарбоната, полиформальдегида и сополимеров фор-
мальдегидов, полибутилентерефталата, полиэтилентерефталата, полисульфона и дру-
гих.
Важно, что рекомендации приводятся также для стеклонаполненных марок этих
полимеров и в специальных разделах рассматриваются особенности их переработки.
Для всех перечисленных материалов приводится банк данных по свойствам, кото-
рый необходим для разработки технологии литья и технологической карты.
Процесс литья и понимание его механизма обеспечивают качество изделий и эко-
номию сырья. В Справочном пособии в документальной форме излагаются основные
особенности и факторы процесса литья, даются параметры, определяющие все стадии
процесса литья, и на этой основе рассматривается связь параметров процесса со
свойствами и качеством изделий. На основе этих сведений технологам легко использо-
вать приведенные рекомендации по направленному регулированию технологических
параметров литья для управления свойствами изделий и получения требуемого качества
изделия.
Стоимость пластмассовых изделий определяется внешним видом и весом изделий.
Даны технологические рекомендации по улучшению внешнего вида изделий - повыше-
8
нию глянца, снятию утяжин, устранению коробления, растрескивания, раковин, устра-
нению “серебра” на поверхности изделий, волнистости, спаев, пригаров и других де-
фектов.
Особо важное значение для пластмассовых изделий имеет эффектная окраска.
Приведены технологические приемы для получения равномерно окрашенных изделий,
устранения разводов, пигментного расслоения.
Анализируются причины образования различного рода брака при литье пластмас-
совых изделий. Даются технологические рекомендации по его устранению.
Рассматриваются факторы снижения веса изделий.
Даны рекомендации по рациональному использованию и переработке технологи-
ческих отходов при литье под давлением.
Справочное пособие является исходным материалом для задания технологических
параметров литья и позволяет грамотно использовать программные продукты по рас-
чету процессов литья (типа Mold Flow) для решения различных технологических задач.
Главное назначение Справочного пособия - помочь специалистам обеспечить тех-
нологичность процесса литья пластмасс, достигнуть полного соответствия готовой
продукции её назначению, получить литьевые изделия с наименьшими затратами
сырья, энергии, времени и труда.
Справочное пособие - это помощник технологов, занимающихся литьем пластмасс
под давлением, специалистов по конструированию изделий и оснастки, пользователей
программных продуктов для расчета процессов литья, а так же аспирантов и студентов.
9
1. МАРОЧНЫЙ АССОРТИМЕНТ ПОЛИМЕРОВ:
АССОРТИМЕНТ МАРОК, НАЗНАЧЕНИЕ, РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРИМЕНЕНИЮ. ВЫБОР ЛИТЬЕВЫХ МАРОК
Начальный этап работы над новым изделием состоит в выборе полимера. Поли-,
мер подбирают по эксплуатационным свойствам, которые предъявляют к изделию.
В соответствии со свойствами выбранного полимера и конструктивными особен-
ностями изделия разрабатывают технологические параметры литья.
Для обеспечения оптимальной технологии переработки очень важно правильно
выбрать марку полимера по технологическим свойствам, которые определяют перера-
батываемость материала. В настоящее время все полимерные материалы выпускаются в
широком марочном ассортименте по технологическим свойствам. Марки по техноло-
гическим свойствам специализированы под различные условия переработки.
Для правильного и быстрого подбора марки для изделий нужно знать ассорти-
мент выпускаемых марок (типы марок), их назначение и рекомендации по рациональ-
ному применению. Эти вопросы рассматриваются в настоящем разделе.
1.1. Структура марочного ассортимента полимеров
Основой марочного ассортимента являются базовые марки полимера по вязкости,
определяющей текучесть материала (схема 1.1).
Базовые марки обеспечивают рациональную переработку полимера разными ме-
тодами (литье под давлением, экструзия и др.), а также получение изделий разнообраз-
ных по конфигурации и размерам.
На основе базовых марок делают композиционные марки (т.е. наполненные, мо-
дифицированные и прочие). Композиционные марки делают двух типов (схема 1.1).
Первый тип - марки с улучшенными технологическими свойствами. Эти марки об-
легчают и улучшают процессы переработки полимера, обеспечивают получение изде-
лий сложных по конфигурации, интенсифицируют процессы переработки.
Второй тип марок - марки с улучшенными эксплуатационными свойствами. Эти
марки имеют по сравнению с базовыми более высокие показатели эксплуатационных
свойств. Эти марки расширяют эксплуатационные возможности полимера. Их приме-
няют в более тяжелых и сложных условиях эксплуатации.
К марка с улучшенными эксплуатационными свойствами относятся стеклонапол-
ненные, минералонаполненные, наполненные углеродными и борными волокнами, уда-
ропрочные, теплостойкие, морозостойкие, антифрикционные, с улучшенными электри-
ческими свойствами, с улучшенной огнестойкостью и пониженным дымовыделением, с
10
улучшенными оптическими свойствами, пищевого назначения, с улучшенной атмосфе-
ростойкостью и другие.
Схема 1.1
СТРУКТУРА АССОРТИМЕНТА МАРОК ПОЛИМЕРА
Настоящее справочное пособие посвящено переработке пластмасс. Поэтому в нем
рассматриваются технологические марки - базовые марки и марки с улучшенными тех-
нологическими свойствами.
Информацию о марках с улучшенными эксплуатационными свойствами
(ассортимент, назначение, рекомендации по применению, справочные данные по экс-
плуатационным свойствам) можно найти в справочном пособии "Выбор пластмасс для
изготовления и эксплуатации изделий". Калинчев Э.Л., Саковцева М.Б., Л.: Химия.
1.2. Базовые марки полимеров. Ассортимент, назначение, рекомендации по приме-
нению
Каждый полимер перерабатывается разными методами: литье под давлением, экс-
трузия, прессование и др. (схема 1.2).
Каждым методом переработки получают разные характерные группы изделий,
существенно отличающиеся по конфигурации и размерам (схема 1.2).
Например, литьем под давлением получают очень широкий ассортимент изделий,
включая тонкостенные изделия очень сложной конфигурации, изделия средней толщи-
ны общего назначения, толстостенные.
Назначение базовых марок - обеспечить рациональную переработку полимера
разными методами в изделия разнообразные по конфигурации и размерам на стандарт-
ном оборудовании при оптимальных технологических режимах формования.
11
Схема 1.2.
МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ И ХАРАКТЕРНЫЕ ГРУППЫ ИЗДЕЛИЙ
Метод переработки Характерные группы изделий по конфигурации и размерам
/\ Тонкостенные изделия очень сложной конфигурации
| Литье Ji----------1 Тонкостенные изделия
под XX.
| давлением | \/х| Изделия средней толщины общего назначения
| Толстостенные изделия
/| Оболочка кабелей и проводов
/ /| Покрытие пластмасс, металла и бумаги____
I I / I Мононити
| Экструзия |е------1 Плоская пленка, получаемая из щелевой головки
|| \ Х| Лист, трубы, профили
| Пленка, получаемая раздувом
Формование волокон Волокна (текстильная пряжа)
Выдувное Полые изделия
формование
Ротационное формование | Крупногабаритные изделия
Каландро- вание — Листы, пленки, ленты
Прессование — Толстые листы и блоки; толстостенные изделия сложной формы; заготовки
Нанесение Покрытие
покрытия
12
Ассортимент базовых марок включает марки, предназначенные для переработки
разными методами: для формования волокон, для литья под давлением - литьевые, для
экструзии - экструзионные, для прессования - прессовые и др. (схема 1.3).
Схема 1.3
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ БАЗОВЫХМАРОК ПО МЕТОДАМ ПЕРЕРАБОТКИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВЯЗКОСТИ
Марки для прессования и
специальные марки
Марка
для ка-
ландро-
вания
Марка
для вы-
дувного
формо-
вания
Марки для экструзии - экструзионные
1 '1 1
Марки для литья под давлением - литьевые
Марки для формования волокон
Вязкость л
Молекулярная масса М
Самая низко- вязкая Очень низко- вязкая Низко- вязкая Средне- вязкая Высоко- вязкая Очень высоко- вязкая Показатель текучести расплава ПТР Самая высоковязкая
БАЗОВЫЕ МАРКИ
Марки, предназначенные для разных методов переработки, отличаются по вяз-
кости расплава полимера. Вязкость расплава полимера определяет вязкое течение и
гидродинамику процессов формования, т.е. давление, необходимое для течения. Гидро-
динамика процессов формования зависит от параметров перерабатывающего оборудо-
вания. конфигурации и размеров получаемых изделий. Гидродинамика процессов фор-
мования каждого метода переработки требует определенный уровень вязкости. Поэто-
му марки, предназначенные для разных методов переработки, имеют разные вязкости
(схема 1.3).
Группа марок, предназначенных для одного метода переработки, в свою очередь
включает марки, предназначенные для получения изделий разных характерных групп,
относящихся к этому методу.
Рекомендации по применению базовых марок в зависимости от конфигурацйи и
размеров изделий приведены в табл. 1.1.
Марки, предназначенные для получения изделий разных характерных групп, так-
же различаются по вязкости, т.к. гидродинамика процессов формования изделий, раз-
личающихся по конфигурации и размерам, требует разной вязкости.
Рассмотрим распределение базовых марок по характерным группам для литьевых
изделий.
В технологической практике в качестве показателя вязкости применяют простой
показатель - показатель текучести расплава ПТР. Этот показатель обратно пропорцио-
нален вязкости (рис. 1.1а). С увеличением вязкости Г] показатель текучести расплава
ПТР уменьшается.
С возрастанием вязкости расплава (уменьшением ПТР) сопротивление течению
материала в форме увеличивается. Поэтому давление, необходимое для заполнения
формы ДРф, и давление литья Рл также увеличиваются (рис. 1.1а).
В связи с этим при постоянном давлении литья Рл с увеличением вязкости литье-
вых марок длина затекания материала в форму уменьшается. Поэтому более высоко-
вязкие марки полимера можно применять только для получения изделий небольшой
длины (рис. 1.16).
Если рассматривать толщину изделий, то чем больше вязкость литьевой марки,
тем более толстостенное изделие Л можно из нее получать, т.к. литьевые формы для та-
ких изделий имеют меньшее гидравлическое сопротивление.
Поэтому для получения литьем под давлением тонкостенных изделий очень слож-
ной конфигурации нужна очень низковязкая марка полимера, для тонкостенных - низ-
ковязкая, для изделий средней толщины - средневязкая, для толстостенных изделий -
высоковязкая марка (табл. 1.1).
Повышение вязкости расплава при переходе от одной марки к другой - от низко-
вязкой к более высоковязкой - достигается, главным образом, повышением молекуляр-
ной массы полимера (схема 1.3).
Таблица 1.1
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ БАЗОВЫХ МАРОК В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗДЕЛИЯ
Б А 3 О В Ы Е М А Р К И
1 САМАЯ ННЗКОВЯЗКАЯ 2 ОЧЕНЬ НИЗКОВЯЗКАЯ 3 НИЗКОВЯЗКАЯ 4 СРЕДНЕВЯЗКАЯ 5 ВЫСОКОВЯЗКАЯ 6 ОЧЕНЬ ВЫСОКОВЯЗКАЯ 7 САМАЯ ВЫСОКОВЯЗКАЯ
л 11 Т Ь Е П о д д А В Л Е И И Е М
Тонкостенные из- делия очень слож- ной конфи! уранин и изделия с мини- мальными внутрен- ними напряжениями Тонкое генные п $делия Изделия толщины назначения средней общего Толе I ос 1 епные из- делия с высокой ударной проч- ное! 1,10 Толстостенные из- делия с особо высо- кой ударной проч- ностью
э К С Т Р У 3 И Я
Тонкостенная обо- лочка кабелей и проводов Покрыл не пласт- масс, металла и бумаш; монолит малого диаметра Плоская пленка, Получаемая m me- левой головки (ориентированная) Листы, грубы, про- фильные изделия; М0И0НИ1Ы общего назначения; обо- лочка кабелей и проводов средних размеров Пленка, получаемая раздувом; лис гы для термоформования; напорные трубы, профильные изде- лия повышенной прочности
ФОРМОВАНИЕ ВОЛОКОН
Волокна малого диаметра Волокна средних размеров
ВЫДУВНОЕ ФОРМОВАНИЕ Полые изделия
КАЛАНДРОВАНИЕ Листы, пленки, ленты
ПРЕССОВАНИЕ Толстые листы и блоки; толстостен- ные изделия слож- ной формы; заго- ювкн
ПОЛУЧЕНИЕ ПОКРЫТИЙ Покрытия
dS
Mi Л/4 «5 М6 М7
ft ft ft ft ft ft
Для изделий тонкостенных Для изделий толстостенных и не-
и большой длины большой длины '
Для изделий с минимальными
внутренними напряжениями Для изделий с улучшенными эксплуа-
тационными свойствами
Рис.1.1 Зависимости свойств полимера.параметров формования
и размеров изделий от вязкости £ и молекулярной
массы/з литьевнх марок (.пояснения в тексте).
16
Это имеет существенное значение, т.к, с увеличением молекулярной массы М
улучшаются одновременно многие важные эксплуатационные свойства полимера. Зна-
чительно возрастает ударная прочность (характеризуется ударной вязкостью а), повы-
шается механическая прочность (характеризуется пределом текучести при растяжении
аТр или разрушающим напряжением при растяжении оу), увеличивается эластичность
(характеризуется относительным удлинением при разрыве г>), возрастает стойкость к
растрескиванию (характеризуется продолжительностью до растрескивания /Д повы-
шается морозостойкость (характеризуется температурой хрупкости Т,л.) (рис. 1.1 в).
Поэтому более высоковязкие марки имеют лучшие показатели отдельных эксплуа-
тационных свойств и их можно применять для изготовления литьевых изделий с повы-
шенной ударной и механической прочностью, повышенной морозостойкостью и стой-
костью к растрескиванию. Литьвые изделия из высоковязких марок могут работать в
более тяжелых условиях эксплуатации.
Для многих полимеров (полиэтиленов, полиамидов, поликарбоната, полибутилен-
терефталата) повышение молекулярной массы особенно большое влияние оказывает на
увеличение ударной прочности. Поэтому из низковязких и средневязкой марок полиме-
ра получают литьевые изделия с обычной (средней) ударной прочностью, а из высоко-
вязкой марки можно получать литьевые изделия с высокой ударной прочностью, а из
очень высоковязкой марки - изделия с особо высокой ударной прочностью. Эти реко-
мендации по применению базовых марок (высоковязкой и очень высоковязкой) отме-
чены в табл. 1.1.
Для получения литьевых изделий с минимальными внутренними напряжениями
нужно применять базовую марку с очень низкой вязкостью (табл. 1.1).
Это объясняется следующим. Течение полимера в литьевой форме при заполнении
сопровождается развитием и накоплением высокоэластичной деформации уэл и воз-
никновением ориентационных напряжений а. По окончании заполнения формы в пери-
од охлаждения высокоэластическая деформация и ориентационные напряжения релак-
сируют и происходит их уменьшение. Часть ориентационных напряжений не успевает
отрелаксировать в период охлаждения, т.к. , во-первых, этот период ограничен по вре-
мени и, во-вторых, с понижением температуры материала в этот период времена релак-
сации вР возрастают и релаксационные процессы протекают медленнее. В материале
сохраняются внутренние ориентационные напряжения аост.
Чем меньше молекулярная масса полимера, тем меньшей склонностью он обладает
к накоплению высокоэластической деформации уэл (рис.1. 1г). При этом полимер имеет
Таблица 1.2
СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ПО ВЯЗКОСТНЫМ СВОЙСТВАМ БАЗОВЫХ МАРОК ПОЛИМЕРОВ
ПОЛИМЕР МАРКИ Показатель вязкости и условия его определе- ния*’
очень низ- ковязкая низко- вязкая средне- вязкая высоко- вязкая очень вы- соковязкая
Аморфные
Полистирол блочный (общего назначения) ПС > 15 15-7 7- 4 4- 2 < 2,0 ПТР, Т=200»С, Р=5кг
Полистирол ударопрочный УПМ, УПС > 15 15-7 7 - 4 4- 2 < 2,0 ПТР, Т=200»С, Р=5кг
АБС - плас!ики > 30 30-12 12-5 5- 2 < 2,0 ПТР, Т=220»С, Р=Ю кг
МСН - пластик > 12 12-6 6-3 3- 1 < 1,0 ПТР, Т=200°С, Р=5 кг
Поликарбонат ПК > 25 25-12 12-6 6-2,5 < 2,5 ПТР, Т=300»С, Р=1,2кг
Полисульфон ПСФ 7-4 4-2 < 2,0 ПТР, Т=300»С, Р=2,16кг
Полифеиилеиоксид (норил) ПФО 30-15 15-7,5 7,5- 3 ПТР, Т=300»С, Р= 1,2 кг
Кристаллические
Полиэтилен низкой плотности ПЭНП > 18 18 - 7 7-3 3- 1 < 1 ПТР, Т=190»С, Р=2,16 кг
Полиэтилен высокой плотности ПЭВП > 52 52-34 34- 18 18-3 < 3 ПТР, Т= 190»С, Р=5 кг
Полипропилен ПП > 15 15-7 7-3 3-1,5 < 1,5 ПТР, Т=230°С, Р=2,16 кг
Полиамид- 12 ПА-12 < 130 130- 150 150- 170 170-215 > 215 ЧВ(р-р метакризола)
Полиамид-610 ПА-610 < 130 130- 155 155- 180 180-210 > 210 ЧВ(р-р метакризола)
Полиамид-6 ПА-6 < 2,5 2,5-3,1 3,1 -3,8 3,8-4,7 > 4,7 rj0TH в серной кислоте
Полиамид - 66 ПА - 66 < 2,3 2,3- 3,0 3,0- 3,8 3,8-4,5 > 4,5 rj0TH в серной кислоте
Сополимеры формальдегида СФД, СТД > 22 22- 10 10-5 5- 2,6 < 2,6 ПТР,Т=190°С, Р=2,16 кг
Полиформальдегид ПФ > 30 30-20 20- 10 10-3 < 3 ПТР, Т=190°С, Р=2,16 кг
П олибутилентерефталат П БТФ 0,4-0,55 0,55-0,7 0,7-0,85 (р-р метакрезола)
*’ Т - температуря и Р - нагрузка определения ПТР
18
меньшие времена релаксации вР. Все это приводит к тому, что в материале остается
меньше внутренних напряжений.
В таблице 1.1 отмечена рекомендация, что для получения литьевых изделий с ми-
нимальными внутренними напряжениями нужно применять очень низковязкую марку
полимера. Изделия с минимальными внутренними напряжениями имеют минимальное
коробление и растрескивание.
Нижний предел интервала, в котором создают базовые марки ограничен молеку-
лярной массой Mh начиная с которой материал проявляет свойства высокомолекуляр-
ных соединений - имеет хорошие эксплуатационные свойства (рис. I. I в).
Обычно фирмы выпускают полимер с 5 - 7 базовыми марками по вязкости.
Для рационального подбора базовых марок нужно иметь справочные данные по
вязкостным свойствам этих марок. Эти справочные данные для разных полимеров при-
ведены в таблице 1.2.
В таблице 1.2 в качестве показателя вязкости приведен показатель текучести рас-
плава ПТР, который используют в технологической практике для оценки вязкостных
свойств полимера. Для некоторых полимеров в качестве такого показателя используют
число вязкости ЧВ, относительную вязкость г/отн. или удельную вязкость г/уд.
Последовательность подбора базовых марок по вязкости для изготовления изде-
лий литьем под давлением следующая.
Оцениваем к какой группе по толщине относится изготавливаемое изделие: 1
группа - тонкостенные изделия, 2 группа - изделия средней толщины общего назначе-
ния, 3 группа - изделия толстостенные. Для этого используем таблицу 3.1.
Далее определяем отношение длины изделия (7.) к толщине (А), т.е. L/h. За длину
изделия L принимаем максимальный путь течения материала в форме от впуска.
Сравниваем полученное отношение L/h со средними значениями L/h:
ОБЪЕМ ОТЛИВКИ, СМ3 СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ L/h
Для тонкостенных изделий (табл.3.1) Для изделий средней толщины (табл.3.1) Для толстостенных изделий (табл.3.1)
10- 16 125-80 80-51 < 51
17 - 32 150-92 92-55 < 55
33 - 63 170-102 102-60 < 60
64 - 125 190- 117 117-71 < 71
126 - 250 210 - 130 130-78 <78
251 - 500 250 - 155 155-93 < 93
500- 1000 275 - 170 170- 102 < 102
19
Если отношение L/h нашего изделия попадает в интервал средних значений L/h
(см. выше), то для:
1 - ой группы изделий (тонкостенных) применяют низковязкую марку полимера
(табл. 1.1);
2-ой группы изделий (средней толщины) применяют средневязкую марку полиме-
ра (табл. 1.1);
3 - ей группы изделий (толстостенных) применяют высоковязкую марку полимера
(табл. 1.1).
Если отношение Л/Л нашего изделия больше средних значений L/h (см. выше), то
переходим на более низковязкую марку полимера, т.е. для:
1 - ой группы изделий (тонкостенных) применяют очень низковязкую марку поли-
мера (табл. 1.1);
2-ой группы изделий (средней толщины) применяют низковязкую марку полиме-
ра (табл. 1.1);
3 - ей группы изделий (толстостенных) применяют средневязкую марку полимера
(табл. 1.1).
По таблице 1.2 определяем показатель текучести расплава ПТР (число вязкости
ЧВ, относительную вязкость т/отн. или удельную вязкость нужной нам базовой
марки полимера.
Подобранную базовую марку полимера по вязкости используют для изготовления
изделий.
Имеющаяся марка полимера по вязкости может не соответствовать рекомендуе-
мой. Например, рекомендуется низковязкая марка, а имеется средневязкая марка. В
этом случае для улучшения заполнения формы применяют верхние значения рабочего
(рекомендуемого) диапазона по температуре литья Тл, давлению литья Рл, температуре
формы Тф (см. раздел "Разработка технологической карты литья. Рекомендации по тех-
нологическим параметрам литья") или применяют модифицирующий концентрат для
повышения текучести полимера.
Эффективность правильного выбора базовых марок. При правильном выборе базо-
вой марки в зависимости от метода переработки, конфигурации и размеров изделия,
обеспечивается:
- Легкость формования полимера, т.к. вязкостные свойства полимера соответ-
ствуют параметры применяемого перерабатывающего оборудования, конфигурации и
размерам изделия.
20
- Возможность применения оптимальных технологических режимов формования
для получения изделий, при которых изделия получаются качественными по прочност-
ным и деформационным свойствам, показателям точности, внешнему виду и другим
эксплуатационным свойствам. При этом исключаются экстремальные режимы формо-
вания, например, завышенная температура полимера для повышения его текучести с
целью улучшения заполнения литьевой формы (завышенная температура может при-
вести к деструкции полимера и получению бракованных изделий).
- Экономия полимеров, т.к. возможность применения оптимальных режимов фор-
мования исключает режимы, при которых происходит переуплотнение полимера в про-
цессе формования, например, режимы с повышенным давлением литья, которые приме-
няют для обеспечения заполнения полимером формы в случае, если вязкость полимера
не соответствует размерам получаемого изделия.
1.3. Марки с улучшенными технологическими свойствами
Марки пластмасс с улучшенными технологическими свойствами выпускают для
улучшения переработки, облегчения съема изделий из литьевой формы, для повышения
текучести и получения сложных по конфигурации изделий, для интенсификации техно-
логических процессов переработки и повышения качества изделий.
При литье пластмасс под давлением протекают разнообразные физические и фи-
зико-химические процессы. Процессы, протекающие при литье под давлением, приве-
дены в таблице 1.3.
Эти процессы определяются технологическими свойствами полимера. Технологи-
ческие свойства, которые определяют основные процессы, протекающие при литье,
приведены в таблице 1.3.
Для того, чтобы облегчить протекание того или иного процесса, или устранить
нежелательные эффекты, которые сопровождают процесс и приводят к возникновению
брака, или интенсировать процесс, целенаправленно улучшают технологические
свойства полимера. Для этого выпускают марки с улучшенными технологическим
свойствами (табл. 1.3).
Например, при формовании изделие прилипает к форме в результате адгезии по-
лимера к металлу формы. При съеме литьевого изделия из формы выталкиватель пре-
одолевает адгезию полимера к металлу формы. При формировании крупногабаритных
изделий сложной конфигурации сила адгезии велика и поэтому выталкивание изделия
из формы затруднено или невозможно. При затрудненном съеме возникает различного
рода брак: коробление, деформирование, сколы на изделии.
21
Таблица 1.3
ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРИ ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ,
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЭТИ ПРОЦЕССЫ,
МАРКИ С УЛУЧШЕННЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ
ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ. ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРИ ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. (ШРЕДЕЛЯЮЩИЕ (К'НОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ МАРКИ С УЛАЩЕННЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ
Вязкое течение Вязкость, определяющая текучесть С повышенной текучестью С пониженной текучестью
Развитие высокоэласти- ческой деформации (ориен- тации) и ее релаксация Высокоэластические и релаксационные свойства С пониженной склонностью к накоплению высокоэлас- тической деформации (ори- ентации) для изделий с ми- нимальными внутренними напряжениями
Кристаллизация Параметры кристаллизации и плавления С ускоренной кристаллизацией
Деструкция Стойкость к термоокисли- тельной, гидролитической и механической деструкции в процессе переработки Термостабилизированная для переработки
Структурирование Параметры структурирования С частичным структурированием
Преодоление адгезии поли- мера к металлу формы при съеме изделий из формы Сила адгезии полимера к металлу формы Для облегченного съема изделий из формы
Преодоление трения гранул о стенки узлов машины при их перемещении в этих уз- лах Коэффициент трения поли- мера о металл Для облегчения перемеще- ния гранул в узлах машины
22
Для устранения этого недостатка уменьшают адгезию полимера к металлу формы.
Для этого в полимер вводят внешнюю смазку, которая выходит на поверхность поли-
мера и уменьшает адгезию полимера к металлу формы. Съем изделия значительно об-
легчается. Для этого выпускают марку с внешней смазкой для облегчения съема изде-
лий из формы.
Для получения марок с улучшенными технологическими свойствами в полимер
добавляют, как правило, малые модифицирующие добавки, вводят наполнители, сме-
шивают с другими полимерами.
Большое значение для улучшения переработки полимеров имеют марки со смаз-
ками.
По механизму действия на полимер смазки можно классифицировать на внутрен-
ние, внешние и внутренне-внешние.
Внутренне смазки (термодинамически совместимые) хорошо совмещаются с поли-
мером, снижают его вязкость (текучесть улучшается). Внутренние смазки обычно
имеют пониженную молекулярную массу и содержат полярные функциональные груп-
пы.
Внутренние смазки вводят, главным образом, для улучшения текучести полиме-
ров. На их основе выпускают марку с повышенной текучестью (табл. 1.4).
Внешние смазки (термодинамически несовместимые) плохо совмещаются с поли-
мером и мигрируют на его поверхность. При этом уменьшается адгезия полимера к ме-
таллу формы и рабочим органам перерабатывающего оборудования. Они практически
не изменяют вязкость и механические свойства полимера. Эти смазки имеют большую
молекулярную массу и относятся к классу неполярных соединений.
Внешние смазки вводят, главным образом, для облегчения съема изделий из фор-
мы. На их основе выпускают марку с облегченным съемом изделий из формы (табл. 1.4).
Большинство смазок - внешне-внутренние, т.е. совмещают свойства как внешних,
так и внутренних смазок.
Справочные данные о типах марок с улучшенными технологическими свойствами
и о вводимых в них добавках, информация о назначении этих марок и рекомендации по
их применению, сведения о полимерах, для которых выпускают эти марки, приведены в
таблице 1.4.
Часто выпускают марки, в которых улучшают не одно технологическое свойство,
а одновременно два свойства. Для этого в полимер вводят несколько модифицирующих
добавок.
I
Таблица 1.4
МАРКИ С УЛУЧШЕННЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМИ, ВВОДИМЫЕ ДОБАВКИ,
НАЗНАЧЕНИЕ МАРОК, ПОЛИМЕРЫ. ДЛЯ КОТОРЫХ ВЫПУСКАЮТ МАРКИ
МАРКИ ДО Б А В КА МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ДОБАВКИ НАЗНАЧЕНИЕ МАРКИ ПОЛИМЕРЫ’1
Со смазкой для облегченного сьема изделий hi форм 1.1 Внешняя н (или) внутренне- внешняя смазка Снижает адгеипо полиме- ра к металлу формы Позволяет формовать крупногабаритные изделия слож- ной конфш уранин, глубокие, с поднутрениями, с резкими переходами по юлщнне, с арматурой и мелкие шделня в mhoi'oi иещпых формах oei выталкнва юлей (при эт ом форму не нужно смазывать внешней смазкой). Все полимеры
Со смазкой для повышения те- ку чести поли- мера Внутренняя смазка (пласти- фикатор) и (или) внутренне- внешняя смазка Снижает вжкоегь распла- ва полимера Позволяет пояхчан» тонкостенные изделия сложной кон- фигу ранни, перерабатывай, гру.тнотекучне полимеры (например, ПВХ). ПС, УПМ, АБС- пластики, МСН - пластики, ПММА, ПК, ПСФ, ПФО, ПФС, ПВХ, ПЭНП, ПЭВП, ПП, ПА, СФД, СТД, ПФ
С пониженной текучестью Загу ститель Снижает текучесть поли- мер а Для устранения облоя при .пиве высокотекхчпх полиме- р он. ПА. ПБТФ, ПЭТФ
Термостабилп- зированная для переработки Термостабилиза- торы У мены пае । .деструкцию полимера в процессе пере- работки под действием температуры, влаги и ме- ханических воздействий Обеспечивает стабильность процесса переработки, каче- ство и стабильность свойств получаемых изделий. Интен- сификация режимов формования. А БС - пластики, МСН - пластики, ПММА, ПК, ПСФ, ПФО, ПФС, ПВХ, ПП, ПА, СФД, СТД, ПФ, ПБТФ, ПЭТФ
С ускоренной кристаллизаци- ей Структурообра- зователь Ускоряет кристаллизацию кристаллических полиме- ров в процессе охлаждения при формовании. Обеспечивает ускоренную переработку кристаллических полимеров (короткий цикл переработки), получение изде- лий с однородной мслкокрнсшллнческой структурой Кристаллические полиме- ры: ПП, ПА, СФД, СТД, ПФ, ПБТФ, ПЭТФ
С частичным структурирова- нием Сшивающий агент Вызывает структурирова- ние (сшивку) полимера Для получения крупногабаритных изделий с повышенной жесткостью (формоустойчивостыо). ПК, ПФО, ПП, ПА, ПБТФ,ПЭТФ
Для облегчения перемещения гранул в узлах машины Смазка Снижает трение гранул о стенки пластикациопного (нагревательного) цилинд- ра Для переработки композиций с анизотропным наполни- телем (например, углеродное волокно) па литьевых ма- шинах поршневого типа (на машинах этого типа напол- нитель меньше размалывается). Для уменьшения мощ- ности привода при пластикации на литьевых машинах со шнековой плас!икацией. ПП, ПА, ПБТФ, ПЭТФ
’’ Примечание: обозначения полимеров см. Табл. 1.2
24
Например, для полиамидов распространены марки со смазкой для облегченного
съема изделий из формы и со структурообразователем для ускоренной кристаллизации.
На основе поликарбоната выпускают марки для облегченного извлечения изделий из
формы и с повышенной текучестью. Для этого в поликарбонат вводят комбинацию
внешних и внутренних смазок.
В таблице 1.5 дан перечень характерных групп литьевых изделий, изготовление
которых вызывает определенные трудности. Для того, чтобы улучшить изготовление
этих изделий, обеспечить легкий съем изделий из формы, получить качественные изде-
лия с хорошим внешним видом и без брака (растрескивания, деформирования, сколов,
коробления, утяжин и пр.), а также интенсифицировать процессы и сократить цикл
литья, целесообразно применять марки с улучшенными технологическими свойствами.
В таблице 1.5 приведены рекомендации по применению марок с улучшенными
технологическим свойствами для изготовления изделий различных характерных групп.
Применение марок пластмасс с улучшенными технологическим свойствами для
литья под давлением очень эффективно. Расширяются области применения полимера
(появляется возможность получать новые и более сложные изделия), увеличивается
производительность литья за счет интенсификации технологических процессов и их
автоматизации, обеспечивается получение качественной продукции со стабильными
свойствами, достигается экономия полимеров за счет устранения брака и облегчения
изделий.
Информация об эффективности применения марок пластмасс с улучшенными тех-
нологическими свойствами систематизирована в таблице 1.6.
Таблица 1.5
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ МАРОК ПЛАСТМАСС С УЛУЧШЕННЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ
ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЙ ИЗДЕЛИЙ РАЗЛИЧНЫХ ХАРАКТЕРНЫХ ГРУПП
ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗДЕЛИЯ М АРК А
ДЛЯ ОБЛЕГЧЕННОГО СЪЕМА 1 11Г1 ИЗ ФОРМЫ С ПОВЫШЕННОЙ ТЕКУЧЕСТЬЮ ТЕРМОСТАБПЛИ- ЗПРОВАННАЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ С УСКОРЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИ- ЕЙ С ЧАСТИЧНЫМ СТРУКТУРИРОВАН НЕМ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ С МИНИМАЛЬНЫМИ ВНУТРЕННИМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ
Топкое генные изделия сложной конфигурации + + + +
Тонкостенные изделия с точечным литником + +
Тонкостенные изделия с уюлщением + + + +
Изделия с поднутрениями, резкими переходами по толщине, глубокие, с арматурой, мелкие изделия в многогнездных формах без выталкивателей +
Крупногабаритные изделия + +
Крупногабаритные изделия с повышенной фор м оусто й ч ив остыо +
Толстостенные изделия +
Изделия с повышенными грсбованиями по стабильности размеров и свойств + + +
Малогабаритные изделия, получаемые на лшьевых машинах с большим впрыском за цикл (объемом отливки) + +
Таблица 1.6
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАРОК ПЛАСТМАСС С УЛУЧШЕННЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ
|] о К а з \ 'Г Е Л И ') Ф Ф I-. К Т И В II О ( 'Г II II Р II М Е 1 Г: Н И Я
М Р К II PACDllll’EI 11IE (>БЛА( Т 1'111 ПРИМЕНЕНИЯ ПО.Ч1 IMI-.POB ПНТЕ1ИЛ 1ФИК\ЦИЯ ТЕХНОЛОГИ- ЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛУЧЕНИЕ КАЧЕСТВЕННОЙ ИСТ\Ы1ЛЫ1ОЙ ПРОДУКЦИИ ЭКОНОМИЯ ПОЛИМЕРОВ
Для облегченного сьсма PacniHpaei аесоршмсш по- Обеспечивае! но ьможноси» Исключаи! брак типа ско- Экономия за счет снижения
изделии in формы пучаемых изделий работы лшьевых машин в ав- томатическом режиме, снижает трудоемкость, позволяет ис- пользовать машины с ЧПУ и АСУТП лов, коробления, растрески- вания, возникающих при за груднешюм съеме изделий nt формы, увеличивает вы- ход ।одной продукции на 10-25е г брака па 10-25°о и за счет снижения материалоемкости на 5-10°о в результате обес- печения возможности при- менения оптимальных ре- жимов формования, исклю- чающих повышенные дав- ления ЛИ 1Т»Я
С повышенной теку чес пло Т ермостэбилизировапиая для переработки С ускоренной кристалли- зацией Расшнряе) ассор гимен i по- лучаемых изделии, обеспечи- вая возможность получения тонкостенных изделий Повышает скорость течения при формовании, увеличивает производит ель носи» Исключает переналадку ie.xno- логнческих режимов формова- ния из-за нестабильности про- цесса в результате деструкции полимера Ускоряет цикл переработки до 10 - 15° о Уменьшае! брак за счет снижения коробления и у садки Обеспечивает качество и стабильность свойств полу- чаемых изделий, у меньшая деструкцию при переработ- ке Повышает стабильность свойств изделий при пере- менных технологических режимах формования Экономия за счет снижения брака до 10° о Экономия за счет снижения брака до Ю°о
С частичным структурп- Расширяет ассортимеш по- Повышает производи гель ноет ь Повышае! форм оу сгойчи- Экономия за счет улучшения
рованием лучаемых и щеллй за счет сьема тде.'шй при более высоких темпериту ра.х вость крупногабаритных изделий качества изделий и увеличе- ния работоспособности на 10 - 15° о
27
2. ОРГАНИЗАЦИЯ ВХОДНОГО КОНТРОЛЯ ПОЛИМЕРОВ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ
Важное значение для получения качественных изделий имеет правильная органи-
зация входного контроля.
По результатам входного контроля определяют соответствие свойств промыш-
ленных партий полимеров установленным нормам по нормативно-технической доку-
ментации. По результатам оценки также корректируют технологические параметры
литья.
Наиболее важными технологическим свойствами пластмасс при литье под давле-
нием являются вязкость (определяет формуемость материала), термостабильность рас-
плава (определяет стабильность расплава при переработке) и влажность материала пе-
ред переработкой (при её отклонении от рекомендуемых значений при переработке
протекает гидролитическая деструкция материала, что затрудняет переработку и сни-
жает качество изделий).
При входном контроле обычно определяют показатели этих свойств.
2.1, Показатели вязкости расплава
Вязкость расплава определяет формуемость полимера - сопротивление, которое
оказывает полимер при заполнении литьевой формы, т.е. определяет перепады давле-
ния, возникающие в литниковой системе и в форме, и поэтому давление литья, необхо-
димое для заполнения формы (см.раздел "Перепады давления1').
По вязкости различаются базовые марки полимера, обеспечивающие переработку
разными методами в изделия широкого ассортимента (см.раздел "Базовые марки поли-
меров. Ассортимент, назначение, рекомендации по применению").
Вязкость г/ зависит от скорости сдвига у, реализуемой при формовании. Зависи-
мость вязкости г/ от скорости сдвига у в двойных логарифмических координатах Lgrj -
Lgy показана на рис.2.1. При низких скоростях сдвига у вязкость ту практически не из-
меняется с увеличением у . Это, так называемая, область ньютоновского течения. При
дальнейшем увеличении скорости сдвига у вязкость ту уменьшается. Это, так назы-
ваемая. область неньютоновского течения.
Характер зависимости вязкости /у от скорости сдвига определяется природой по-
лимера (химической структурой) и молекулярно-массовым распределением (ММР).
Вязкость ту зависит от молекулярной массы полимера М. С повышением молеку-
лярной массы М вязкость ту увеличивается (рис.2.2.).
Характер зависимости вязкости ту от скорости сдвига у практически не изменяется
с изменением молекулярной массы полимера М(рис.2.2.). При изменении молекулярной
аа
ТЕЧЕНИЕ ПРИ
ПОДПИТКЕ
Па-с
ТЕЧЕНИЕ В ЛИТНИКАХ
И ВПУСКАЛ"
ЗАПОЛНЕНИЕ
уармы
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ПТР
40^
40
Pnc.Z.t Зависимость вязкости
Р {О'*
40° 40
ios ,io;
tj/c-'
р ОТ СКОРОСТИ СДВИГА у
Рис.2,2, Зависимость оту при разной молекулярной
массе И полимер/'
М^м2>М5
Рис.2.3. Привар для определения ПТР
29
массы (М) кривая Lgp - Lgy смещается параллельно самой себе. Кривые Lgr) - Lgу для
одного и того же полимера с разной молекулярной массой М подобны друг другу.
При переработке полимеров литьем под давлением реализуется широкий диапазон
скоростей сдвига у . Заполнение формы происходит при скоростях сдвига, примерно.
5х10г- 5х103с-' в зависимости от поперечных размеров изделия и объемной скорости
впрыска.
В литниковых каналах и во впусках реализуются более высокие скорости сдвига у .
примерно, до 105 - 10бс1. Это объясняется тем. что литниковые каналы и впуски имеют
меньшие поперечные размеры, чем форма.
В период нарастания давления (подпитки) скорость течения материала резко пада-
ет. Поэтому в форме и литниковых каналах реализуется более низкие скорости сдвига
(рис.2.1.).
Вязкость в широком диапазоне скоростей сдвига определяют на ротационных и
капиллярных вискозиметрах. Методика определения вязкости на ротационных и ка-
пиллярных вискозиметрах приведена в справочном пособии "Свойства и переработка
термопластов". Калинчев Э.Л., Саковцева М.Б. - Л.: Химия, 1993.
Определение вязкости и построение кривых Lgp - Lgy (рис.2.1) является длитель-
ной и трудоемкой процедурой. Поэтому при входном контроле для оценки вязкости
промышленных материалов применяют более простые и стандартизованные методы.
Основными методами являются определение показателя текучести расплава ПТР.
числа вязкости ЧВ, относительной вязкости и удельной вязкости гул раствора
полимера.
По одному из этих показателей нормируют вязкостные свойства различных марок
(литьевых, экструзионных, для прессования и др.) полимеров (см. раздел "Базовые мар-
ки полимеров. Ассортимент, назначение, рекомендации по применению)". По ним
определяют соответствие вязкости промышленных материалов установленным нормам
по маркам.
Наиболее простым и информативным показателем вязкости в промышленных
условиях является показатель текучести расплава ПТР.
Показатель текучести расплава ПТР. Этот показатель характеризует скорость те-
чения расплавленного термопласта через капилляр стандартных размеров при задан-
ных температуре и давлении рис.2.3. ПТР выражают в граммах материала, выдавли-
ваемого в течение стандартного времени (обычно за 10 мин).
30
Показатель текучести расплава ПТР - величина обратно пропорциональна вяз-
кости г/: ПТР Л (l/rj)
Чем больше ПТР , тем меньше вязкость полимера, и наоборот.
Входной контроль по ПТР позволяет, во-первых, определить соответствие вяз-
кости поступившей на переработку партии полимера установленной норме. Партия
считается годной по вязкости, если ПТР этой партии соответствует норме, установлен-
ной для данной (применяемой) марки полимера по нормативно-технической докумен-
тации.
Во-вторых, входной контроль по ПТР позволяет скорректировать технологиче-
ские параметры литья с учетом вязкости поступившего на переработку материала.
Внутри одной и той же марки ПТР может изменяться в широком интервале
(особенно это характерно для отечественных полимеров). Например, показатель теку-
чести расплава ПТР ударопрочного полистирола марки УПМ 0508 может изменяться
от 2 до 8 г/10 мин в соответствии с нормативно-технической документацией на поли-
мер.
При широком интервале изменения ПТР формуемость разных партий резко отли-
чается.
Партии с низким значением ПТР (высокая вязкость rf) имеют недостаточно хоро-
шую формуемость. В этом случае для облегчения заполнения формы корректируют
технологические параметры литья - увеличивают температуру литья Тл и давление
литья Рл (схема 2.1.).
Партии с высоким значением ПТР (низкая вязкость //) имеют повышенную теку-
честь. В этом случае для уменьшения текучести понижают температуру литья
Уф.давление литья Рл (схема2.1).
Схема 2.1.
КОРРЕКТИРОВКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИТЬЯ ПО ПОКАЗАТЕЛЮ
ТЕКУЧЕСТИ РАСПЛАВА ПТР
ПТР Вязкость р Формуемость Рекомендации по технологическим режимам
Низкий Высокая Текучесть понижена Повышают температуру литья Тл. давление литья Рп
Высокий Низкая Текучесть повышена Понижают температуру литья Тл. давление литья Рп
При переработке технологических отходов (вторичных материалов) показатель
текучести расплава ПТР применяют для оценки степени деструкции материала, возни-
кающей при предшествующей переработке.
Степень деструкции оценивают по изменению ПТР. В зависимости от степени де-
струкции назначают способ использования отходов и корректируют технологические
параметры литья (см.раздел "Рекомендации по переработке отходов литьем под давле-
нием").
Можно ли по показателю текучести расплава ПТР сравнивать вязкость промыш-
ленных материалов и оценивать их формуемость? Вопрос встает в связи с тем, что ПТР
определяют при сравнительно низких скоростях сдвига у. порядка, 10°-10'с1, а при те-
чении материала в форме, литниках и впусках возникают значительно более высокие
скорости сдвига у (рис. 2.1).
Поэтому ПТР характеризует вязкость Т1ПТР при сравнительно низких скоростях
сдвига ПТР ~f (1/jj). а формуемость материала определяется вязкостью 7гпри высоких
скоростях сдвига у.
Исходя из зависимости вязкости // от скорости сдвига у (Lgr] - Lgy) можно сделать
выводы (рис.2.4):
1. Если два материала имеют одинаковый характер зависимости вязкости п от
скорости сдвига у, т.е. кривые Lgi] - Lgy подобны друг другу, то по ПТР можно сравни-
вать их вязкости в условиях формования (при высоких скоростях сдвига) и по ПТР
можно судить о формуемости этих материалов.
Это видно из рисунка 2.4а. Показатель текучести расплава первого материала
меньше, чем второго (ПТР1<ПТР2). Следовательно, при низких скоростях сдвига, при
которых определяют ПТР. вязкость первого материала больше, чем второго (??/ > i]2‘).
Поскольку кривые Lgii - Lgy этих материалов подобны, то и при высоких скоростях
сдвига, при которых формуют полимер, вязкость первого материала больше, чем вто-
рого (;у > ту.). Формуемость первого материала хуже, чем формуемость второго мате-
риала и он труднее заполняет форму.
2) Если два материала имеют разный характер зависимости вязкости 77 от скорос-
ти сдвига у, т.е. кривые Lgy - Lgy не подобны друг другу, то по ПТР нельзя сравнивать
их вязкости в условиях формования и по ПТР нельзя сравнивать формуемость этих ма-
териалов (рис.2.46).
ъг
РИС.2.4. Вязкость МАТЕРИАЛОВ МОЖНО СРАВНИВАТЬ
Рис.25. Сравнение ПТР при двух нагрузках П иТг
Это объясняется тем, что может возникнуть ситуация, показанная на 2.46. Первый
материал имеет показатель текучести расплава ПТР, меньше, чем второй материал
ПТР:(ПТР, < ПТР;). Соответственно при низких скоростях сдвига, при которых опре-
деляют ПТР, вязкость первого материала г/,' больше, чем вязкость второго материала
г)2 (7/ > Но при скоростях сдвига, реализуемых при формовании, вязкость перво-
го материала р; наоборот может оказаться меньше, чем вязкость второго материала 7,
(7, < 7?J. Это связано с тем, что кривые Lgr/ - Lgy первого и второго материалов отли-
чаются друг от друга. Первый материал лучше заполняет форму, чем второй материал,
хотя он имеет более низкий ПТР (ПТР, < ПТР2).
Вязкость и формуемость промышленных материалов можно сравнивать по ПТР
(рис.2.4а) в следующих случаях:
1. Материалы (партии) относятся к одной той же марке полимера, но имеют раз-
ные ПТР.
2. Материалы относятся к разным базовым маркам полимера по вязкости и имеют
разные ПТР.
В этих случаях материалы имеют одинаковый характер зависимости Lgi] - Lgy но
отличаются только по молекулярной массе (рис.2.2).
Вязкость и формуемость промышленных материалов нельзя сравнивать по ПТР
(рис.2.46) в следующих случаях:
1. Материалы относятся к разному классу полимеров (разное химическое строе-
ние). Это связано с тем, что кривые Lgrj - Lgy дня полимеров разных классов отличают-
ся друг от друга. Например, по ПТР нельзя сравнивать вязкость ударопрочного поли-
стирола УП и АБС - пластика. К тому же. условия определения ПТР (температура, на-
грузка) для разных полимеров могут отличаться.
2. Материалы представляют собой разные типы марок. Например, по ПТР нельзя
сравнивать вязкость базовых марок полимера и специальных марок, имеющих, к при-
меру. сшитую или разветвленную структуру, узкое молекулярно-массовое распределе-
ние (кривые зависимости Lgy - Lgy этих марок существенно отличаются друг от друга).
Иногда бывают случаи, что по ПТР нельзя сравнивать вязкость промышленных
материалов одного и того же полимера, но выпускаемые разными фирмами. Это связа-
но с тем, что материалы, выпускаемые разными фирмами, могут иметь разное молеку-
лярно-массовое распределение и отличаться по структуре и содержанию добавок.
Возможность сравнивать вязкость по ПТР определяют следующим практическим
приемом. ПТР определяют при двух нагрузках: F, и F, (рис.2.5). Нагрузку F:задают,
Рис.2.5. Зависимость ПТР отмолекулярной массы
полимера И
Рис.2.7. ЗависимостьПТР полимеров от содержаний
ВЛАГИ 6:1-ПОЛИКАРБОНАТ; 2 -ПОЛИАМИ Д-42; 3-ПОЛИАМИД -640;
Ч-ПОЛИ АМИД-6; 5-ПОЛИЭТИ ЛЕНТ£рЕШТАЛАТ;6-ПОЛИбуТИЛЕНТЕ -
• р£(рТАЛАТ
Рис 2.8 Схема вискозиметрА
ЬПЖ-4
35
обычно, в 5+10 раз больше, чем F,. Находят отношение ПТР? при нагрузке F: к ПТР,
при нагрузке F,, т.е. ПТР,/ПТР
Если соотношения ПТР2/ПТР, для двух сравниваемых материалов, примерно,
равны: (ПТРТПТР~ (ПТР,/ПТР;)2, то это говорит о том, что кривые Lgr) - Lgy
имеют одинаковый характер (рис.2.5а). В этом случае по ПТР можно сравнивать вяз-
кость и формуемость этих материалов.
Если отношения ПТР:/ПТР; для двух сравниваемых материалов отличаются:
(ПТР-/ПТР> (ПТР,/ПТР У), или (ПТР,/ПТР,у < (ПТР-/ПТР,у,, то это говорит о том,
что кривые Lgy - Lgy этих материалов не подобны (рис.2.56). В этой случае по ПТР
нельзя сравнивать вязкость и формуемость материалов.
Показатель текучести расплава ПТР очень сильно зависит от молекулярной массы
М полимера. По ПТР можно судить даже о небольших изменениях (колебаниях) моле-
кулярной массы полимера М.
Сильная зависимость ПТР от молекулярной массы объясняется следующим: ПТР
определяют при низких скоростях сдвига у (рис.2.1). Для многих полимеров в области
ньютоновского течения или близко к ней. Поэтому, в первом приближении можно счи-
тать, что ПТР обратно пропорциоанален ньютоновской вязкости /у,: ПТР^( 1/т]ц).
Ньютоновская вязкость 7уночень сильно зависит от молекулярной массы полимера
М. Эта зависимость носит степенный характер с показателем степени К-3.4-/.6 rjH = f
(М\
Поэтому ПТР обратно пропорционален молекулярной массе М в степени К. кото-
рая также, примерно, равна 3,4-3,6: ПТР = f(I/M1') (рис.2.6).
Исходя из этого по ПТР можно оценить сравнительно небольшие изменения
(колебания) молекулярной массы полимера М (рис.2.6). Так изменение молекулярной
массы в 2,5% приводит к изменению ПТР. примерно, на 20%, что можно определить с
достаточной степенью точности.
Методика определения ПТР. Существует несколько стандартов на определение
ПТР (табл.2.1). В стандартах записаны определенные требования к аппаратуре, услови-
ям определения ПТР и проведению испытаний. Все эти требования собраны в табл.2.1.
При определении ПТР перед началом испытания прибор (рис.2.3) без образца на-
гревают до температуры исследования и выдерживают его при этой температуре в те-
чение не менее 15 мин. После этого в экструзионную камеру загружают (в течение
определенного времени, табл.2.1) образец нормированной массы (табл.2.3) испытуе-
мого полимера и уплотняет его. В камеру вставляют поршень, помещают на его втулку
36
добавочный груз и проводят предварительный подогрев образца в течение определен-
ного времени (табл.2.1) под давлением. Для предотвращения вытекания материала с
высокой текучестью (ПТР > Юг/10 мин) во время нагревания в капилляр снизу встав-
ляют плотно входящую развертку.
После выдержки материала под давлением из капилляра вынимают развертку и
дают возможность полимеру вытекать. При низких скоростях течения материала до-
пускается принудительное продавливание порщня, пока не появится нить выдавли-
ваемого материала без пузырьков и нижняя кольцевая метка штока поршня не будет
находиться в пределах от 5 до 10 мм над верхним краем цилиндра. Выдавливаемую
часть материала отсекают и удаляют. Затем поршню дают возможность опускаться под
действием силы тяжести.
Существуют два метода измерения скорости течения расплава: А и В (табл.2.1).
Метод А основан на срезании экструдированного материала, метод В - на измерении
скорости перемещения порщня.
Согласно методу А, когда нижняя метка на штоке поршня достигнет верхнего
края цилиндра (при этом расстояние от основания поршня до капилляра соответствует
стандартному значению LH. табл.2.1), счетчиком времени (например, секундомером)
регистрируют время и одновременно режущим инструментом (вручную или с помощью
автоматического устройства) отсекают выдавливаемую часть образца и удаляет ее. Че-
рез определенные интервалы времени (табл.2.3) последовательно отсекают отрезки вы-
давливаемого материала в виде прутков нормированной длины (табл.2.1). Процедуру
прекращают, когда верхняя кольцевая метка на штоке поршня достигнет верхнего края
цилиндра (при этом расстояние от основания поршня до капилляра соответствует стан-
дартному расстоянию LK. табл.2.1).
Отрезки выдавливаемого материала, имеющие пузырьки воздуха, отбрасывают.
Полученные прутки (количество стандартизовано, табл.2.1) взвешивают с нормирован-
ной точностью (табл.2.1).
Последовательно проводят два определения ПТР. Результаты испытания исполь-
зуют для расчета ПТР. если расхождение по массе между срезанными отрезками не пре-
вышает 5% .
Согласно методу В при опускании поршня вниз после достижения нижней метки
на штоке поршня верхнего края цилиндра замеряют интервалы времени, в течение ко-
торых поршень перемещается на заданную величину, или замеряют величину переме-
37
щения поршня за определенные интервалы времени (в зависимости от того, что задают:
величину перемещения поршня или интервалы времени).
Таблица 2.1
СТАНДАРТЫ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПТР ПОЛИМЕРОВ И ИХ ТРЕБОВАНИЯ
РЕГЛАМЕНТАЦИЯ СТАНДАРТА СТАНДАРТ. СТРАНА
ГОСТ 11645-73 (РОССИЯ) исо 1133:1991 (МЕЖДУНА- Р< 1ДНЫИ) АСТМ Д 1238-73 (США) DIN 53735 (ГЕРМАНИЯ)
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ А А.В А.В А
Т Р Е Б <9 В А Н II Я К АППАРАТ /РЕ
Высота экструзионной камеры Lex 101, м 1.15-1.80 1,15-1,80 1.62 <1,15
Внутренний диаметр канала экструзионной камеры Dux 10}, м 9.5-10,0 9,5-10,0 9,55 9.55
Диаметр направляющей головки поршня Dn* 1 О5. м £>ц-0,075 £>д-0.075 9,474±0,007 9.48°.|
Длина направляющей головки поршня L/7x 10}. м <6.35±О,1О <6,35±0,1 (1 <6,35±0,13 <6,35±0.10
Длина капилляра £,#•* I03, м 8,000±0,025 8,00(1±0,025 8,000±0,025 8.01)0±0.025
Внутренний диаметр капилляра d^* 10', м 2.O9-2.IO 2.09-2.И) 2,095 2,095
Точность поддержания (измере-иия) темпера- туры экструзионной камеры, °C 1.16-1.20; ±0.5 (±0.1) 1.16-1,17; ±0,5 (±0.1) ±0.2 (±0,1) ±0.5 (±0.1)
Точность измерения времени, с КН Я К У с л о в и (и ’ ЯМ о П Р ЕД Е, 10 ’
Точность взвешивания прутков.г TP Е Б О ВА Н I IO'3 1 Е Н И Я ПТР
Рекомендуемые условия (Т.П) определения В соответствии е В соотвезсгвии с См. См.
ПТР НТД’ на термо- НТД’ на термо- Табл.2.2 Табл.2.2
Время предварительного прогрева термо- пласты: дополни- тельные рекомен- дации приведены в табл.2.2 В соответствии е пласты; дополни- тельные рекомен- дации приведены в табл.2.2 240 360-480 240
пласта в экструзионной камере, с Условия подготовки и кондиционирования НТД’на термоп- ласты; (но не менее 240) В соответствии с В соответствии с В соответствии с
образцов перед испытанием НТД* на термо- НТД' на термо- НТД’ на термо-
ТРЕБОВАН пласты: и с уче- том Г< Х’Т 12423-66 ИЯ К ПРОВ пласты •ДЕНИЮ И С пласты и с уче- том АСТМ Д-618 ПЫТАНИЯ
Масса образца, загружаемого в экструзион- ную камеру См .табл.2.3 См.табл.2.3 См.табл.2.3 См .табл.2-3
Продолжительность загрузки образца в эксрузионную камеру, с <60 <60 <60 <60
Длина срезаемых прутков Ю1, м 1-2 1-2 1-2
Интервалы времени, через которые срезают прутки См.табл.2,3 См .табл.2.3 См.табл.2,3 См.табл.2.3
L/Z'x 10-. м 5.1 5
хЮг,м 2 2 2 2
Число отобранных прутков в каждом опреде- лении. не менее 3 3 3
Стандартное время определения ПТР. с 600.150, J20 600,150, 120 600 600
' Нормативно-техническая документация (НТД) означает стандарты и технические условия на термо-
пласт.
" Отрезки и Li: определяют два крайние (начальное и конечное) положения основания поршня от
капилляра, в пределах которых проводят измерения.
38
Таблица 2.2
УСЛОВИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПТР
а) ПО ГОСТ 1 1645-73
СТАНДАРТНЫЕ УСЛОВИЯ
УСЛОВИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВНУТРЕННИЙ ДИАМЕТР КАПИЛЛЯРА, ММ ТЕМПЕРАТУРА ИСПЫТАНИЯ. °C СТАНДАРТНОЕ ВРЕМЯ. С НАГРУЗКА, кгс
1 От 1,160 до 1,200 190 600 2,160
2 » 2,090 » 2,100 150 600 2,160
3 » 2,090 » 2,100 190 600 0.325
4 » 2,090 » 2,100 190 600 2,160
5 » 2,090 » 2,100 190 150’ 5,000
6 » 2,090 » 2,100 190 600 10,000
7 » 2,090 » 2,100 190 600 21,600
8 » 7,090 » 2,100 200 600 5,000
9 » 7,090 » 2,100 200 600 10,000
10 11 » 2,090 » 2,100 230 230 600 600 0,325 1,700
12 » 2,090 » 2,100 230 600 2,160
13 » 2,090 » 2,100 230 600 3,800
14 » 2,090 » 2,100 230 Р0‘ 5.000
15 » 2,090 » 2,100 265 600 12,500
16 » 2,090 » 2,100 275 600 0,325
17 » 2,090 » 2,100 280 600 2,160
18 » 2,090 » 2,100 190 600 5,000
19 » 2,090 » 2,100 260 600 5,000
20 » 2,090 » 2,100 220 600 10,000
21 » 2,090 » 2,100 250 600 5,000
Для материалов с большим ПТР
Рекомендации для различных термопластов
МАТЕРИАЛ УСЛОВИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПТР (по предыдущей таблице)
Полиэтилен 1, 3, 4, 5, 7, 18
Поливинилацетат 2
Эфир целлюлозный 3, 4, 7
Полистирол 6, 8, 11, 13
Сополимер акрионитрилбутадиенстирола 8, 20
Полимеры акриловые 9, И, 13
Полипропилен 4, 5, 6, 12, 14, 19
Полиамид 10, 11, 12, 16
Поликарбонаты 17, 21
Полихлортрифторэтилен 15
39
б) по ИСО 1133:91
МАТЕРИАЛЫ Условия опреде- ления ПТР Температура испытания, °C Нагрузка, кг
№ Буквенное обозначение
Полистиролы 8 н 200 5,000
Полиэтилен и сополимеры этилена 4 D 190 2,160
То же 7 G 190 21,600
То же 18 т 190 5,000
Полипропилен и сополимеры пропилена 12 м 230 2,160
АВС - пластики 19 и 220 10,000
Ударопрочные полистиролы 8 н 200 5,000
Сополимеры этилена и винилацетата 2 в 150 2,160
То же 4 D 190 2,160
То же 22 Z 125 0,325
Сополимеры стирола и акрилонитрила САН 19 и 220 10,000
Материалы на основе ударопрочного акри- лонитрила и стирола 19 и 220 10,000
Поликарбонаты 21 W 300 1,200
Полиэтилентерефталат 17 S 280 2,160
1 А 250 2,160
П о л и м ети л метакр и л ат 13 N 230 3,800
РВ 4 D 190 2,160
РВ 6 F 190 10,000
Полиформальдегиды 4 D 190 2,160
ММ/АВС 19 и 220 10,000
в) по АСТМ Д 1238-73
СТАНДАРТНЫЕ УСЛОВИЯ
Условия определения Температура испытания, »С Нагрузка, кгс Условия определения Температура испытания, 1'С Нагрузка, кгс
А 125 0,325 к 275 0,325
В 125 2,160 L 230 2,160
С 150 2,160 М 190 1,050
D 190 0,325 N 190 10.000
Е 190 2,160 О 300 1,200
F 190 21,600 Р 190 5,000
G 200 5,000 Q 235 1,000
Н 230 1,200 R 235 2,160
I 230 3,800 S 235 5,000
J 265 12,500 т 250 2,160
40
РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ТЕРМОПЛАСТОВ
МАТЕРИАЛ УСЛОВИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПТР (ПО ПРЕДЫДУЩЕЙ ТАБЛИЦЕ)
Полиэтилен А, В, D, Е, F, N
Поливилацетат С
Эфир целлюлозный D, Е, F
Полистирол G, Н, J, Р
Сополимер акрилонитрилбутадиенстирола G
Полимеры акриловые Н, I
Полипропилен L
Полиамиды К, Q, R.S
Поликарбонаты О
Полихлортрифторэтилен J
Ацетали Е, М
Политерефталат Т
г) по DIN 53735
МАТЕРИАЛ Нагрузка, кге Темпера- тура испы- тания, ['С МАТЕРИАЛ Нагрузка, кге Темпера- тура испы- тания, 1'С
Полиэтилен 0,325 190 Полиметилмета- 10,000 200
2,160 190 крилат 1,200 230
5,000 190 3,800 230
21,600 190
Поливилацетат 2,160 150 Полипропилен 2,160 190
5,000 190
10,000 190
2,160 230
5,000 230
Эфир целлюлозный 0,325 190 Полиамиды 0,325 230
2,160 190 2,160 230
21,600 190 0,325 235
1,200 235
0,325 275
Полистирол 10,000 190 Поликарбонат 1,200 300
5,000 200 5,000 300
1,200 230
3,800 230
21,600 200
10,000 220
Сополимер акрилнитрил- 21,600 200
бутадиенстирола 10,000 220
41
Таблица 2.3.
МАССА ОБРАЗЦА, ЗАГРУЖАЕМОГО В ЭКСТРУЗИОННУЮ КАМЕРУ, И ПРОМЕЖУТКИ
ВРЕМЕНИ, ЧЕРЕЗ КОТОРЫЕ СРЕЗАЮТ ПРУТКИ
СТАНДАРТ ПТР, г/10 мин МАССА ОБРАЗЦА, Г ПРОМЕЖУТКИ ВРЕМЕНИ, С
ГОСТ 11645-73 До 0,5 4-5 240
От 0,5 до 1,0 4-5 120
Свыше 1,0 до 3,5 4-5 60
» 3.5 до 10,0 6-8 30
» 10,0 до 25,0 6-8 10-15
» 25,0 6-8 5- 15
ИСО 1133 : 91, 0.1 -0.5 4-5 240
DIN 53735 0,5- 1,0 4-5 120
1,0 - 3.5 4 - 5 60
3,5- 10 6-8 30
10 - 25 6-8 10- 15
АСТМ Д 1238-73 0,15-1.0 3,5-4,0 360
1,0-3,5 3.5-4,0 180
3,5 - 10 3,5 - 4,0 60
10 - 25 3.5 - 4,0 30
Расчет ПТР. Если показатель текучести расплава термопластов определяют по
методу А, то ПТРТГ. (в г/10 мин) вычисляют по формуле:
ПТР tTFl= — 1С (2-1)
где Т- температура испытания в °C или К; F - нагрузка в Н или кг; - стандартное
время определения ПТР в секундах (табл.2.1), обычно 1С = 600 с; t - интервал времени
между двумя последовательными отсечениями отрезков в секундах;
т- средняя масса экструдированных отрезков за время I в г.
За результат испытания принимают среднее арифметическое значение двух опре-
делений.
Если показатель текучести расплава термопластов определяют по методу В. то
ПТР ITFI (в г/10 мин) вычисляют по формуле:
ПТР(ТГ) = 1с (2.2)
где Dfj - диаметр поршня в м, L- задаваемая (или измеряемая) величина перемеще-
ния поршня в м; I - интервал времени (среднее значение), в течение которого поршень
42
перемещается на заданную величину L (или задаваемый интервал времени) в секундах;
р’ - плотность полимера при температуре ТПТР- измерения ПТР в г/м3.
Метод В позволяет автоматизировать регистрацию и обработку результатов из-
мерения.
ПТР полимера определяют при температуре Т и нагрузке F, которые указывают в
нормативно-технической документации на полимер (ТУ, ГОСТ, ОСТ. стандарт, серти-
фикат качества).
В стандартах на определение ПТР записаны рекомендации по условиям определе-
ния ПТР (температуре Т нагрузке F) для различных полимеров. Эти рекомендации
приведены в табл.2.2.
Нагрузку F задают таким образом, чтобы ПТР можно было определить с доста-
точной степенью точности. Это возможно, если значения ПТР лежат в интервале от 1
до 25 г/10 мин (в ручном режиме работы) или до 50 г/10 мин (в автоматическом режиме
работы). При более низких значениях ПТР на результаты измерений сильно влияет
охлаждение струи расплава, вытекающий из капилляра, и результаты получаются недо-
статочно достоверными. При более высоких значениях ПТР затруднен процесс среза-
ния прутков.
Расчет вязкости по ПТР. Вязкость г] при скорости сдвига / и напряжении сдвига
г. реализуемых при определении ПТР. можно определить:
У=?//' (2.3)
Напряжение сдвига / рассчитывают:
г = -FrK (2.4)
xD Р L к
где F - нагрузка на поршень в Н\ Dn - диаметр капилляра в м; гк - внутренний диа-
метр капилляра в м: Ьк - длина капилляра в м.
Скорость сдвига у рассчитывают:
и
Я (25)
где р - плотность полимера при температуре измерения ПТР в г/м3 (см.табл.3.5).
Тогда вязкость полимера г/ в зависимости от ПТР можно определить по формуле:
{2D'nLn )ЛТ\Р
(2.6)
43
По рассчитанному значению вязкости ф можно определить вязкость 7 при раз-
личных скоростях сдвига /, температурах Т, давлении Р. реализуемых при формовании
полимера, а также в зависимости от его влажности (В) перед переработкой. Формулы
для таких расчетов и справочные данные для различных полимеров приведены в спра-
вочном пособии "Свойства и переработка термопластов". Калиничев Э.Л., Саковцева
М.Б. - Л.: Химия, 1993.
В этом же справочном пособии приведены уравнения, позволяющие определить
молекулярную массу полимера М по рассчитанному значению tj' .
Пересчет значений ПТР, определенных при разных условиях. Оп ноименныеполиме-
ры могут поставляться из различных стран и фирм. При этом ПТР для одного и того
же полимера может определяться по различным стандартам, т.е. при разных условиях
(разной температуре Ти нагрузке F).
Для того, чтобы можно было сравнивать вязкостные свойства полимера по значе-
ниям ПТР. определенным при разных условиях, нужно знать коэффициент пересчета
КПер значений ПТР(т F). определенных при первых условиях (Th Ft). к значениям
ПТР,т F,, определенных при вторых условиях (Т:. F:).
Коэффициент перерасчета КПЕР можно рассчитать по уравнению:
КПЕр = (V^) IWW - 1/Т2)} (2.7)
где R - газовая постоянная [8,29 кДж/моль К];
7) и 77 - температуры в К\
Ен - энергия активации вязкого течения в ньютоновской области, характери-
зующая зависимость вязкости от температуры в кДж/моль. значения Ен для различных
полимеров приведены в табл. 2.4.
Тогда значения ПТР ( 77 F-) при условиях 77. F: пересчитывают на значения
ПТР'т.р, при условиях Тр 7) по уравнению:
ПТР(pi. piI — Еррр.ПТР(т2,р2) (2-&)
44
Таблица 2.4
ЭНЕРГИЯ АКТИВИЗАЦИИ ВЯЗКОГО ТЕЧЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ В НЬЮТОНОВСКОЙ ОБЛАСТИ
ПОЛИМЕР Ен кДж/моль ПОЛИМЕР Ен кДж/моль
АМОРФНЫЕ КРИСТАЛЛ И Ч ЕС К И Е
Полистирол блочный (общего назна- Полиэтилен низкой плотности
чения) ПС 118 пэнп 56
Полистирол ударопрочный УПМ, Полиэтилен высокой плотности
УПС 105 ПЭВН 35
АБС - пластики 98 Полипропилен ПП 44
МСН - пластик 101 Полиамид-12 ПА-12
Полиметилметакрилат (дакрил) Полиамид - 11 ПА - 11 53
ПММА 132 Полиамид-610 ПА-610 47
Поликарбонат ПК 108 Полиамид-612 ПА-612 53
Полисульфон ПСФ 77 Полиамид-6 ПА - 6 48
Полифениленоксид (норил) ПФО 105 Полиамид - 66 ПА - 66 Сополимеры формальдегида СФД, 121
СТД 32
Полиформальдегид ПФ 32
Полибутилентерсфталат ПБТФ 101
Полиэтилептерефталат ПЭТФ 108
Зависимость ПТР от влажности. ПТР некоторых полимеров (полиамидов, поли-
карбонатов, полибутилентерефталата, полиэтилентерефталата и др.) зависит от влаж-
ности, т.к. влага оказывает влияние на их вязкость. С повышением содержания влаги
ПТР этих полимеров увеличивается (рис.2.7). Изменение ПТР полимеров в зависимости
от влажности на рис.2.7 представлено в относительном виде. Показатель текучести
расплава ПТРВ при разном содержании влаги В в исходном материале нормируют по
предельному значению ПТР,, при низком влагосодержании. В области низкого влагосо-
держания ПТР полимеров, как и вязкость, практически не зависит от влажности
(рис.2.7).
Зная показатель текучести ПТР0 сухого материала (измеренного в области низко-
го влагосодержания), по зависимости ПТР от влажности (рис.2.7) можно определить
его ПТРВ при любом конкретном значении В , например, с которым его перерабаты-
вают. Для этого на оси абсцисс откладывают значение Ви из полученной точки восста-
навливают перпендикуляр до пересечения с зависимостью ПТРВ/ ПТР0 - содержание
влаги (рис.2.7). Абсцисса точки пересечения соответствует отношению ПТРя/ ПТР„ по-
казателя текучести расплава ПТРВ с влажностью В к ПТР,, "сухого" материала. Показа-
тель текучести расплава полимера с влажностью В ПТРВ определяют из выражения:
ПТРВ = (ПТР,,/ПТР,,) ПТР,,
Число вязкости /ЧВ). относительная вязкость (пОти) » удельная вязкость ( Нур)
раствора полимеров. Для некоторых полимеров (например, полиамидов) в качестве по-
45
казателя вязкости и молекулярной массы полимера марок полимера используют пока-
затели (ЧВ, г]ОтН. г]уд). Эти показатели характеризуют вязкость раствора полимера и
зависят от молекулярной массы полимера. С увеличением молекулярной массы М уве-
личиваются вязкость раствора и вязкость расплава полимера.
Сущность метода определения ЧВ, rjOTH. г]Уд заключается в измерении времени ис-
течения стандартного объема раствора полимера определенной концентрации и чисто-
го растворителя через капилляр стандартных размеров при заданной температуре. По-
казатели ЧВ, г)отн. т]уд определяют в соответствии с методикой ГОСТ 18249-72.
Для определения вязкости раствора полимеров применяют капиллярный стеклян-
ный вискозиметр по ГОСТ 10028-67 типов ВПЖ-1, ВПЖ-2, ВПЖ-4. Принцип действия
этих вискозиметров основан на истечении столба исследуемой жидкости под действием
силы тяжести (рис.2.8). Капиллярный вискозиметр ВПЖ-4 представляет собой U- об-
разную трубку, в колено 2 которой впаян калиброванный капилляр 7. соединенный с
шарообразным измерительным резервуаром 4. Колено 1 и резервуар 8 служат для на-
полнения вискозиметра испытуемой жидкостью. Перед началом измерения жидкость из
колена 1 и резервуара 8 засасывается до середины верхнего расширения 3. Далее жид-
кости представляется возможность вытекать обратно через капилляр. При этом изме-
ряют продолжительность снижения уровня от верхней до нижней метки измерительно-
го шарика 4.
Растворитель, концентрация раствора, условия растворения полимера в раствори-
теле, температура измерения вязкости нормированы в нормативно-технической доку-
ментации на полимеры.
Динамическую вязкость раствора полимера /у и растворителя вычисляют по
формуле:
П = Kpi. 77о = Кр010
где К - постоянная вискозиметра; р. р0.~ плотность раствора полимера и раствори-
теля при температуре испытания; I. 10 - время истечения раствора полимера и раствори-
теля.
Относительную вязкость 11отн вычисляют по уравнению:
Цотн = 7/^ ~ l/lo
При этом пренебрегают небольшой поправкой на разность плотностей разбавлен-
ного раствора и растворителя.
Удельную вязкость r]yj вычисляют по формуле:
//1 д = ту/;/, - I t/ta - I
46
Число вязкости (в мл/г) вычисляют по формуле:
ЧВ = ~ f z ~ 1
с ~ с
где С - концентрация раствора полимера, г/мл.
С показателями (ЧВ, г]отн. т]уд) связана ньютоновская вязкость расплава полимера
Вн (рис.2.9).
Вязкость промышленных материалов в условиях переработки можно сравнивать
по показателям (ЧВ, Both- Вуд) в тех же самых случаях, что и в случае с ПТР (см.выше).
Формулы для расчета вязкости расплава г] полимера по показателям вязкости рас-
твора полимера (ЧВ, r/отн- Вуд) приведены в справочном пособии "Свойства и перера-
ботка термопластов". Калинчев Э.Л., Саковцева М.Б. - Л.: Химия, 1993.
Какой из показателей: показатель текучести расплава ПТР Или показатель вяз-
кости раствора (ЧВ, упти. ?7уЛ более информативно оценивает вязкость расплава поли-
мера?
Для ответа на этот вопрос сравним графики зависимостей Lt’ijy -LyllTP (рис.2.10)
и Lgr]H-Lg (ЧВ, ВотН- Вуд) (рис.2.9). Можно считать, что ПТР полимера связан с его
ньютоновской вязкостью г/н обратно пропорциональной зависимостью, т.е. во сколько
раз изменяется ijh во столько же раз, примерно, изменяется ПТР (рис.2.10).
Зависимости между показателями (ЧВ, Чотн- Вуд) и ньютоновской вязкостью г)н
характеризуются очень большой степенью, более 4 (рис.2.9). При такой зависимости
большим изменениям Вн соответствуют небольшие изменения показателей (ЧВ. г)отн.
Вуд)-
Поэтому более информативным показателем вязкости расплава является ПТР. К
тому же при оценке вязкости по ПТР исключается промежуточная зависимость между
вязкостью расплава полимера и вязкостью его раствора.
Разные фирмы для характеристики вязкости расплава своих марок одного и того
же полимера могут использовать разные показатели вязкости (ПТР. ЧВ, 1]отн. Вуд)- Для
сопоставления этих марок по текучести удобно пользоваться зависимостями между
ПТР и показателями (ЧВ. ri0TH. г/Уд). Такие зависимости для полиамидов приведены на
рис.2.11. Эти зависимости носят степенный характер с показателем степени более 4.
2.2. Термостабильность расплава
Процесс литья под давлением вызывает деструкцию полимеров, т.е. разрушение
макромолекул. Деструкция протекает под действием тепла и кислорода (термоокисли-
41
Col), зависимость между ПТРиЧВ для полиа-
мида \2Л5) ЛТР при Т=235°С, F-2/бкгс
48
тельная деструкция), под действием механических напряжений при пластикации и при
течении полимера в литниках, впусках и форме (механодееструкция), а также под дей-
ствием влаги (гидролитическая деструкция). В процессе литья деструкция протекает под
действием совокупности этих факторов. Деструкция сопровождается уменьшением мо-
лекулярной массы, выделением газообразных и низкомолекулярных продуктов. Изме-
нением окраски материала и появлением запаха.
Деструкция может сопровождаться не только разрушением макромолекул, но и
сшиванием (структированием), т.е. образованием поперечных химических связей между
макромолекулами.
Деструкция при переработке приводит к ухудшению качества изделий, снижению
физико-механических и электрических свойств, ухудшению внешнего вида изделий,
снижению оптических свойств, изменению цвета изделий. Свойства изделий, полу-
чаемые в разных циклах, различаются.
Качественной характеристикой термостастабильности расплава полимера служит
период термостабильности/К, в течение которого с момента начала нагрева материала
скорость деструкции очень мала (деструкция незначительна) и полимер сохраняет свои
свойства (вязкостные, цвет и др.). Для определения периода Д1 измеряют эти свойства и
сравнивают их с исходными значениями (до деструкции).
У разных полимеров деструкция протекает по-разному. У одних полимеров де-
струкция начинается с изменения вязкости, у других с изменения цвета (при этом вяз-
кость сохраняет постоянное значение), у третьих с выделения летучих веществ. Поэтому
различают:
а) период термостабильности расплава по вязкости Д1В, который равен промежут-
ку времени, в течение которого вязкость расплава сохраняет постоянное значение
(рис.2.12). По истечении Дгв вязкость расплава изменяется - уменьшается (рис.2.12а) или
увеличивается (рис.2.126).
На рис.2.12 изменение вязкости показано в относительных координатах: вязкость
q, после нагрева материала в течение времени I относится к исходной вязкости q„ (до
начала деструкции).
Снижение вязкости при нагревании (рис.2.12а) происходит в результате деструк-
ции полимера, т.е. уменьшения его молекулярной массы. Такое изменение вязкости ха-
рактерно для полистиролов, АБС - пластиков. МСН - пластиков, поликарбоната, по-
лифениленоксида, полиэтиленов, полипропилена, полиамида-12, полиэтилентерефта-
49
Рис. 4Z.13. Период термостабильности по цвету Atu,
PncJZ.R Период термостабильности па выделе-
нию летучего ВЕЩЕСТВА 4t/i
50
лата, полиамидов - 6, 66, 610 (при исходной влажности материала более 0.1-0.2“ о), по-
либутилентерефталата (при Т > 245°С).
Возрастание вязкости расплава (рис.2.126) происходит в результате того, что про-
цессы структурирования (сшивания) и иногда дополиконденсации преобладают над
деструкцией. Также изменение вязкости характерно для полиамидов - 6, 66, 610 (при
исходной влажности материала до 0,1-0,2%), полибутилентерефталата (при Т< 240°С).
Иногда такой характер изменения вязкости наблюдается у полиэтиленов.
б) Период термостабильности по цвету Д1Ц, который равен промежутку времени, в
течение которого цвет расплава не изменяется (рис.2.13). По истечении Д1и цвет рас-
плава изменяется под воздействием окрашивающих веществ, образующихся при де-
струкции полимера. Чаще всего цвет приобретает желтоватый оттенок.
Для некоторых полимеров (сополимеров формальдегида, полиформальдегида, по-
лиметилметакрилата) цвет расплава начинает изменяться раньше, чем его вязкость. Та-
кое же проявление деструкции иногда наблюдается у прозрачного поликарбоната. Ма-
териал желтеет и теряет прозрачность.
В случае, если Д1Ц <Д1В, определяющим показателем при оценке термостабиль-
ности полимера является период термостабильности по цвету Д1Ц .
в) Период термостабильности по выделению летучего вещества Д1Л. который ра-
вен промежутку времени от начала нагрева материала до начала выделения летучего
вещества (рис.2.14).
В некоторых случаях деструкция полимера может начаться с выделением летучего
вещества. Например, деструкция ПВХ начинается с выделением свободного Нс!
(дегидрохлорирования) и появления запаха. Одновременно с выделением HCI образу-
ются двойные связи, различным образом распределенные в цепях. Наблюдается хромо-
форный эффект: полимер желтеет, краснеет и постепенно становится темно-
коричневым.
В случае, если Д1Л <Д1В, определяющим показателем при оценке термостабиль-
ности полимера является период термостабильности по выделению летучего вещества
zl/jy
Входной контроль по термостабильности позволяет, во-первых, определить соот-
ветствие термостабильности поступившей на переработку партии полимера устано-
вленной норме. Партия считается годной по термостабильности, если показатель тер-
мостабильности этой партии соответствует норме, установленной для данной
(применяемой) марки по нормативно-технической документации.
51
Во-вторых, входной контроль по термостабильности позволяет скорректировать
технологические параметры литья с учетом термостабильности поступившего на пере-
работку материала. Такие рекомендации приведены на схеме 2.2.
Схема 2.2.
КОРРЕКТИРОВКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИТЬЯ ПО ПОКАЗАТЕЛЮ
ТЕРМОСТАБИЛЬНОСТИ РАСПЛАВА
П( ЖАЗАТЕЛЬ СТАБ11Л ЬН< X.’Tl 1 ТЕРМОС ’ТАБПЛЬНОСТЬ РЕК* )МЕНДАЦ1 III ГК) ТЕХН* )Л* )Г11ЧЕСКИМ РЕЖИМАМ
ПТР/ПТР0'
Более 30 мин rO,S5 Хорошая При необходимости можно повышать темпе- ратуру литья Тл, частоту вращения шпека N, давление пластикации Рпл, скорость впрыска 0, температуру сушки Тс, продолжительность сушки [('
20-30 мин аДЬ Удовлетворитель- ная Применяют средние Тл. N. Рпл. 0. Тс.
Менее 20 мин Низкая Понижают Тл. N. Рпл. 0. Т(.
'О показателе ПТР,/Р1ТР„ см.ниже
При переработке технологических отходов (вторичных материалов) показатель
термостабильности расплава применяют для оценки деструкции материала, возни-
кающей при предшествующей переработке. Если, при предшествующей переработке
произошла значительная деструкция и показатель термостабильности расплава стал
низким, применяют мягкие "щадящие" технологические режимы (схема 2.2).
Термостабильность расплава At измеряют также для определения температурного
диапазона переработки полимера. Для этого температуру Т испытания последователь-
но увеличивают на 5-10 градусов и измеряют период термостабильности At. По резуль-
татам измерений строят график зависимости At от Т (рис.2.15). Температурный интер-
вал переработки ограничен максимальной температурой ТМАХ. при которой термоста-
бильность расплава становится низкой (схема 2.2).
При входном контроле термостабильность расплава определяют при тех же тем-
пературах, что и ПТР (см. Раздел "Показатели вязкости расплава").
Методы определения термостабильности расплава в технологической практике.
Применяют несколько простых методов определения термостабильности расплава:
I. Термостабильность расплава по вязкости определяют по кривым изменения по-
казателя текучести расплава ПТР (вязкости) от продолжительности нагрева t (рис. 2.16).
5г
Рис. 2.15. Определение геи пературного интервала
Рис. 2.16. Определение термостабильносги по вязкости
Pw с. 2.17. Определение термостабильносгц по цветня^
53
Для построения таких зависимостей задают определенные (обычно 5-7 минут)
промежутки времени, через которые последовательно делают замеры ПТР (вязкости).
По результатам измерений строят зависимости ПТР (или rj) - z (рис.2.16а). Для более
наглядного представления эти зависимости строят в относительных координатах
ПТР^ПТР0 - t (рис.2.166), где ПТР, - значение ПТР после нагрева в течение времени z к
исходному значению ПТР0 (до деструкции).
Для определения термостабильности расплава таким методом используют прибо-
ры с автоматической регистрацией результатов. Они выполнены на базе приборов для
определения ПТР. Прибор работает в двух режимах: первый - определение ПТР, вто-
рой - определение термостабильности. Если в приборе для определения ПТР нет авто-
матического режима определения термостабильности, то ПТР определяют вручную
через определенные (задаваемые) интервалы времени. По результатам измерений стро-
ят зависимости ПТР,/ПТР0 - z (рис.2.16).
Термостабильность расплава характеризуют периодом термостабильности по из-
менению ПТР (вязкости) на 15% (рис.2.166). Этот период равен промежутку времени At.
по истечении которого с момента начала нагрева материала ПТР изменяется на 15" о.
Введение этого показателя объясняется тем. что с высокой степенью точности период
термостабильности, в течение которого ПТР сохраняет постоянное значение, опреде-
лить затруднительно, поскольку переход к нетермостабильному периоду не является
одной точкой, а происходит во многих случаях плавно. Кроме того, изменение молеку-
лярной массы полимера на 3-4%, которое соответствует изменению ПТР на 15%. не вы-
зывает заметного изменения прочностных и других свойств полимера в изделиях.
2. Удобным и простым показателем термостабильности расплава полимеров яв-
ляется отношение Т показателя текучести расплава полимера ПТР, после его нагрева в
течение определенного времени г(обычно z = 30 мин) к показателю текучести расплава
полимера ПТР,, после его нагрева в течение стандартного времени (разд.2.1); Т=
ПТР,/ПТР0 . Полимер считают термостабильным по вязкости, если в течение времени I
ПТР (вязкость) изменяется не более, чем на 15-20%. т.е. отношение Т лежит в интервале:
0,85 ч- 0.8 < Т< 1.15+ 1,20 (схема 2.2).
3. Период термостабильности по цвету Л1Ц определяют визуально. Для этого ма-
териал загружают в экструзионную камеру прибора для определения показателя теку-
чести расплава ПТР (рис.2.3). Задают определенные (обычно 5-7 минут) промежутки
времени, через которые последовательно делают срезы экструдируемого через капил-
54
ляр материала. Отобранные прутки последовательно укладывают на белый лист бумаги
и визуально фиксируют все изменения цвета (рис.2.17).
За период термостабильности по цвету Д1ц принимают промежуток времени от
начала нагрева материала до начала изменения его окраски. Стандартизованные об-
разцы в данном методе не применяют. Момент изменения цвета определяют субъектив-
но.
Часто этот метод применяют для оценки термостабильности прозрачных мате-
риалов (поликарбоната, полиметилметакрилата, полисульфона и др.). Фиксируют мо-
мент, когда происходит пожелтение материала. Пожелтение прозрачного полимера
приводит к снижению его коэффициента светопропускания и потере прозрачности
(ухудшению оптических свойств).
4. Период термостабильности по выделению летучего вещества Д1Л определяют
по изменению цвета индикаторной бумаги. Визуально фиксируют тот момент, когда
цвет индикаторной бумаги начинает изменяться (ГОСТ 10041 - 68). Согласно стандарт-
ному методу образец нагревают в статических условиях.
Часто для определения Д1Л используют модифицированный метод, приближенный
к условиям переработки, когда на полимер действует не только температура, но и ме-
ханическая нагрузка. Для этого метода используют вискозиметрические приборы типа
пластографа Брабендер. Над камерой прибора устанавливают сборник газов, в кото-
рый помещают индикаторную бумагу, изменяющую цвет при выделении летучего ве-
щества.
2.3. Влажность
Влажность полимеров - один из показателей, которые определяют при входном
контроле.
Влияние влажности на качество изделий и переработку, а также методы оценки,
которые применяют для определения влажности при входном контроле, приведены в
разделе "Рекомендации по технологическим параметрам подготовки полимеров к
литью под давлением".
55
3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КАРТЫ ЛИТЬЯ.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ ЛИТЬЯ.
Качество изделий и производительность литья зависят от свойств полимерного
материала, технологических параметров литья, условий подготовки материала к пере-
работке, а также от технического уровня применяемого оборудования и оснастки (см.
разделы “Технология пластикации. Рекомендации по организации процесса пластика-
ции”, “Технология формования литьем под давлением. Рекомендации по организации
технологии формования“).
Технологические параметры литья задают исходя из типа полимера и его свойств
(вязкостных и теплофизических).
Технологические параметры литья существенно зависят от размеров и сложности
конфигурации изделий.
Технологические параметры литья, условия подготовки материала к переработке
указывают в технологической карте.
Технологические параметры литья задают на литьевой мащине.
Технологическими параметрами литья являются:
- Температура материала или литья ТЛ("С). Это температура, с которой материал
поступает из нагревательного цилиндра в форму. Температура литья Тл определяется
температурами, которые задают по зонам нагревательного цилиндра (Тг,
- Температура формы Тф. (°C).
- Давление литья Рл (МПа или кг/см2). Устанавливают в гидроцилиндре литьевой
машины. Задают также диаграмму изменения давления Рл в течение цикла.
- Объемная скорость впрыска Q (см’/сек) или параметр обратно пропорциональ-
ный Q - время заполнения формы 13 (сек).Задают также диаграмму изменения скорости
впрыска по мере продвижения шнека вперед при впрыске материала в форму.
- Время выдержки под давлением 1ВПЛ (сек).
- Давление формования или давление подпитки Рл (МПа или кг/см2). Этот пара-
метр задают, если применяют режим формования со сбросом давленая. Задают также
диаграмму изменения давления Р.,, в цикле.
- Частота вращения шнека N (об/мин).
- Давление пластикации или противодавление Рпл (МПа или кг/см2). Задают также
диаграмму изменения давления пластикации при наборе порции материала.
- Объем впрыска VBnB (см3) или аналогичный параметр - ход щнека Н (см).
- Общая продолжительность цикла /ц(сек).
56
Технологические параметры литья зависят от размеров и конфигурации изделий.
В таблице 3.1 приведены примерные градации литьевых изделий по толщине Л. В зави-
симости от толщины h литьевые изделия условно можно разделить на три группы: Пер-
вая группа - изделия тонкостенные сложной конфигурации. Вторая группа - изделия
общего назначения средних размеров. Третья группа - изделия толстостенные простой
конфигурации.
Для литья изделий первой группы, которые имеют повышенное гидравлическое
сопротивление заполнению формы, применяют верхние значения рабочего диапазона
технологических параметров литья: температуры литья Тл, температуры формы Тф.
давления литья Рл, объемной скорости впрыска Q. Для литья изделий этой группы
применяют низковязкие марки полимера, которые обладают хорошей формуемостью и
легко заполняют формы сложной конфигурации.
Для литья изделий третий группы, которые имеют пониженное гидравлическое
сопротивление заполнению формы, можно применять нижние значения рабочего диа-
пазона технологических параметров литья: температуры литья Тл. температуры формы
Тф, давления литья Рл, объемной скорости впрыска Q, Для литья изделий этой группы
можно применять высоковязкие марки полимера, которые имеют повышенную молеку-
лярную массу и повышенную ударную прочность.
Условия подготовки полимера к переработке определяют влажность В, с которой
полимер поступает на переработку. В технологическую карту записывают:
- Допустимую влажность В ( в %), с которой полимер может поступать на перера-
ботку. При этой влажности достигается нормальная переработка и требуемое качество
изделий.
- Температуру сушки Тс ( “С ).
- Продолжительность сушки tc( часы).
- Допустимое время пребывания высушенного материала при атмосферных усло-
виях вне герметичной тары или допустимое время увлажнения 1УВЛ (час.).
3.1. Температура материала
Температура материала Тл существенно зависит от свойств полимерного материа-
ла и задается исходя из условия получения качественного изделия за минимальную про-
должительность цикла.
Для каждого полимера имеется рабочий диапазон температуры литья Тл, выше и
ниже которого возникает различного рода брак (схема 3.1).
Классификация изделии по толтцинв Таблица 5.1
5,0 5,5 6,0 И,мм
o,S____4JJ
is
S К
о cq
<° s
гл 'л
Маделия тонкостен-
ные сложной кон-
фигурации
Верхние значения
равочего диапазона*.
температуры литъя Тл
температуры формы Тф
давлений литьа Рд
скорости врыска Q.
Низковязкие марки
полимера
10-
16
17-
ъз-
63
6*1-
1гн
126-
250
k 50D
<500-
1000
2,0 zt5 5,0
я
а
zпростой конфигурации
z Нижние значения |
^равочего диапазона:
температуры лить и Тл
температуры формы Тдэ
давлений литья Рл
скорости ьрыска. Q.
Ьысоковазкие марки
поди мера - ' л ' '
58
СЛЕДЫ ПОДГАРЫ.
ТЕРМОДЕСТРУКЦИЯ ПОЛИМЕРА
(ИЗМЕНЕНИЕ ЦВЕТА).
< )БЛОЙ.
НИЗКАЯ П]’()113В( )Д1ГГЕЛЬНОС ТЬ
Г11
РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН (СМ.ТАБЛЛ.З)
(УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНАЯ ПЕРЕРАБОТКА,
ДОГИ СТИМОЕ КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЙ)
ШГ’КоЕ КАЧЕ‘ ТВ<> ПОВЕРХНОСТИ.
Ш )Л HI К ТАЯ |7( JBEPXHI И 'ТЬ
>ТЯЖИНЫ
НЕД* НИВЫ
Схема 3.1. Рабочий диапазон температуры литья Тл
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ЛИТЬЯ УВЕЛИЧИВАЕТСЯ
( ПОНИЖЕНИЕМ Т,
Схема 3.2. Регулирование температуры литья Тл
59
Температура материала (литья) Тл зависит от температуры фазового перехода по-
лимера - температура стеклования Тс. Температуру литья Тл (в°С) в зависимости от
температуры стеклования Тс(в °C) можно определить по соотношениям:
для аморфных полимеров
(Тл )мин = (1,2- 1,25) (Тс + 273) - 273 (минимальная)
(Тл) макс =(1,3- 1,40) (Тс+ 273) - 273 (максимальная)
для кристаллических полимеров со сравнительно небольшой плотностью энергии
когезии елог < 405 х 10 3 кДж/ м3 и Тс< 0 °C
(Тл )мпн = (1,7 - 1,85) (Тс + 273) - 273 (минимальная)
(7л)макс= (1,9 - 2,10) (Тс+ 273) - 273 (максимальная)
для кристаллических полимеров со сравнительно большой плотностью энергии
когезии еког> 405 х 10 3 кДж/м3 и Тс> 0°С
(7л)мин = (1,55 - 1,65) (Тс + 273) - 273 (минимальная)
(7л) макс = (1,70 - 1,80) (Тс + 273) - 273 (максимальная)
Справочные данные по свойствам полимеров для определения температуры мате-
риала Тл приведены в таблице 3.2.
Справочные данные по рабочим диапазонам температуры литья Тл промышлен-
ных полимеров приведены в табл.3.3.
Полимеры с низкой термостабильностью имеют узкий рабочий диапазон темпера-
туры литья, что осложняет их переработку.
Температура материала влияет на производительность. Чем выше температура
материала Тл, тем больше продолжительность цикла и тем ниже производительность
литья (схема 3.1).
Направления регулирования температуры литья Тл внутри рабочего диапазона в
зависимости от текучести материала показаны на схеме 3.2а. Текучесть материала ха-
рактеризуется показателем текучести расплава ПТР (величина обратно пропорцио-
нально вязкости). При переработке низкотекучих (высоковязких) партий материала для
обеспечения заполнения формы целесообразно повышать температуру литья Тл.
Направления регулирования температуры литья Тл внутри рабочего диапазона в
зависимости от размеров изделия: толщины изделия h и отношения длины пути течения
к толщине (L/h) показаны на схеме 3.26 и 3.2в. При переработке тонкостенных изделий
(небольшая толщина Л) и крупногабаритных с большими путями течения (большие от-
ношения L/h) для обеспечения заполнения формы можно повышать температуру литья
Тл-
СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ПО СВОЙСТВАМ ПОЛИМЕРОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУРЫ МАТЕРИАЛА (ЛИТЬЯ) Т:1 И ТЕМПЕРАТУРЫ ФОРМЫ Тф
Таблица 3.2
ПОЛИМЕР Температура стеклования Тс°С Температура плаачения Тплпс Температура Т^С Температура Т'"с Плотность энергии когезии exl(J3. кал/см?
Аморфные
Полистирол блочный (общего назначения ) ПС 100 60 - 90 334
Полистирол ударопрочный УПМ, УПС 82 - 50 - 90 -
АБС - плас гики 95 70-90 -
МСН - пластик 83 - 60 - 90 -
Полиметилметакрилат (дакрил) ПММА 105 - 60- 100 348
Поликарбонат ПК 150 - 90 - 100 384
Полисульфон ПСФ 195 - - 110 - 170 419
Полифенилспоксид (норил) ПФО 145 - 80- 130 411
.Поливинилхлорид ПВХ Кристаллические 80 40 - 45 389
Полиэтилен низкой плотности ПЭНП - 20 но 43 40-110 243
Полиэтилен высокой плотности ПЭВП - 20 130 60 40-130 255
Полипропилен ПП - 10 165 89 60-110 290
Полиамид - 12 ПА - 12 37 180 99 60- 160 536
Полиамид - 11 ПА - 11 47 190 107 60- 160 559
Полиамид-610 ПА-610 40 215 127 70 - 200 657
Полиамид-612 ПА-612 46 210 123 70 - 200 621
Полиамид-6 ПА - 6 50 225 138 80 - 200 783
Полиамид-66 ПА - 66 60 264 141 80 - 200 783
Сополимеры формальдегида СФД, СТД - 13 165 89 80-150 402
Полиформальдегид ПФ - 13 180 101 80-160 419
Полибутилеитерефталат ПБТФ 43 225 135 80 - 200 387
Полиэтилентерефталат ПЭТФ 67 256 186 100 - 220 417
T,\f' температура максимальной скорости кристаллизации
Г/./- температура в центре изделия, при которой возможно его извлечение из формы
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ ЛИТЬЯ
Таблица 3.3
ПОЛИМЕР Температура материала (литья) Тд,°С Температура формы 7ф. °C Давление литья К17СМ^' Давление формования Рф, кг/см2*’
Аморфные Полистрол блочный (общего назначения) ПС 170 270 20 70 450 1200 300 - 600
Полистрол ударопрочный УПМ, УПС 180 240 40 70 600 - 1200 300 - 600
АБС - пластики 200 260 60 90 800 - 1500 300 - 900
МСН - пластик 210 230 50 80 1000 1200 300 - 600
МСН - пластик модифицированный МСН - М 180 220 50 80 900 - 1100 300 - 600
П ол и м ei и.11 м етакр и.’ i а т (; ia кр и л) П М М А 190 240 40 80 450 - 1500 600 - 1000
Поликарбонат ПК 260 320 80 - 120 800 - 1500 600 - 1000
Полисульфон ПСФ 2X0 350 80 - 150 1200 1500 600 - 1000
Полифенилепоксид(норил) ПФО 270 300 60 - 130 1200 1500 600 - 800
Полифснилснсульфид ПФС 310 350 100 - 160 1200 1500 600 - 800
Поливинилхлорид ПВХ 160 -210 20 60 600 - 1500 500 - 800
Кристаллические Полиэтилен низкой плотности ПЭНП 180 240 20 60 600 1200 300 - 600
Полиэтилен высокой плотности ПЭВП 200 280 30 80 600 1400 300 - 600
Полипропилен ПП 200 270 40 100 600 1400 300 - 600
Полиамид - 12 ПА-12 210 285 40 100 600 - 1200 500 - 700
Полиамид - 11 ПА-11 220 270 40 100 600 - 1200 500 - 700
Полиамид-610 ПА-610 230 280 50 110 800 - 1200 500 - 700
Полиамид-612 ПА-612 230 280 40 100 800 - 1200 500 - 700
Полиамид-6 ПА-6 235 270 60 100 800 - 1400 500 - 700
Полиамид-66 ПА-66 260 290 60 НО 800 - 1500 500 - 800
Сополимеры формальдегида СФД, СТД 175 220 60 120 800 - 1500 800 -1000
Полиформальдегид ПФ 185 220 60 120 800 1500 800 - 1000
Полибутилеитерефталат ПБТФ 240 270 60 100 800 - 1500 400 - 700
Полиэтилентерефталат ПЭТФ 265 280 80 140 700 - 1500 400 - 700
’’ Давление в гидроприводе
62
Регулирование температуры литья Тл для изменения механических свойств изде-
лий приведено в разделе “Рекомендации по регулированию механических свойств ли-
тьевых изделий”.
Температура литья Тл определяется температурами, которые задают по зонам на-
гревательного цилиндра (см.Раздел “Рекомендации по организации процесса пласти-
кации: температура по зонам нагревательного цилиндра”).
3.2. Температура формы
Температура формы Тф существенно зависит от температуры перехода полимера
из твердого состояния в высокоэластическое. Для аморфных полимеров это температу-
ра стеклования Тс, а для кристаллических - температура максимальной скорости кри-
сталлизации Тм. Для того, чтобы изделие можно было извлечь из формы без деформа-
ции и поломки, температуру формы задают ниже температуры стеклования Тс или мак-
симальной скорости кристаллизации Тм.
Для каждого полимера имеется рабочий диапазон температуры ормы Тф, выше и
ниже которого возникает различного рода брак (схема 3.3).
Температуру формы Тф (в °C) для аморфных полимеров в зависимости от темпе-
ратуры стеклования Тс (в °C) можно определить по приближенным соотношениям:
(Тф)мин = (0,77 - 0.83) (Тс + 273) - 273 (минимальная)
(Г®) макс = (0,85 - 0,95) (Тс + 273) - 273 (максимальная)
Температуру формы Тф (в "С) для кристаллических полимеров в зависимости от
температуры Тм (в "С) можно определить по приближенным соотношениям:
для полимеров со сравнительно небольшой плотностью энергии когезии елог<
405x103 кДж/м3 и Тс< 0»С:
(Тф)мпн - (0,85 - 0,95) (ГЛ; + 273) - 273 (минимальная)
(Тф) макс -(1,00- 1,10) (7Д + 273) - 273 (максимальная)
для полимеров со сравнительно большой плотностью энергии когезии
еког > 405 х 103 кДж/м3 и Тс> 0 “С:
(Т’ф)мин = (0,80 - 0,90) (Д„ + 273) - 273 (минимальная)
(Д®)макс= (0,95 - 1,00) (Тм + 273) - 273 (максимальная)
Справочные данные по рабочим диапазонам температуры формы Тф для про-
мышленных полимеров приведены в табл. 3.3.
При переработке конструкционных полимеров с высокими температурами стекло-
вания Тс и кристаллизации ТКР требуются высокие температуры формы Тф, для чего
применяют нагрев формы.
6
ИЗДЕЛИЯ НЕВОЗМОЖНО ВЫНУТЫ 13 ФОРМЫ
(< >М МЯГК] IE И ДЕФ< )РМИРУЮТСЯ)
РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН (СМ.ТАБЛ. 1.3)
(УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНАЯ ПЕРЕРАБОТКА,
ДОПУСТИМОЕ КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЙ)
ИРОИЗВ< ШИТЕЛЬНОСТЬ ЛИТЬЯ УВЕЛИЧИВАЕТСЯ
(' ПОНИЖЕНИЕМ Тф
НЕДОЛИВЫ
Схема 3.3. Рабочий диапазон температуры формы Тф
Схема 3.4. Регулирование температуры формы Тф
64
Температура формы Тф влияет на продолжительность цикла литья и, следователь-
но, на производительность. Чем ниже температура формы Тф, тем больше разность
температур литья и формы (Тл - Тф) и больше скорость охлаждения изделия. При этом
продолжительность охлаждения уменьшается, а производительность увеличивается.
Направления регулирования температуры формы Тф внутри рабочего диапазона в
зависимости от размеров изделия: толщины h и отношения длины пути течения к тол-
щине (Z.//1) показаны на схеме 1.3а и 1.36.
При переработке тонкостенных изделий (небольшая толщина Л) и крупногабарит-
ных с большими путями течения (большие отношения L/h) только очень резкое повы-
шение температуры формы Тф (близкое к температуре стеклования Тс или к температу-
ре максимальной скорости кристаллизации Тм) способствует заполнению материалом
формы. Повышение температуры формы является менее эффективным параметром для
улучшения формуемости материала, чем повышение температуры материала.
Регулирование температуры формы Тф для изменения механических свойств изде-
лий приведено в разделе “Рекомендации по регулированию механических свойств ли-
тьевых изделий”.
3.3. Давление литья
Давление литья Рл существенно зависит от вязкостных свойств полимера
(текучести), конфигурации и размеров изделия.
Для каждого полимера имеется рабочий диапазон давления литья Рл, выше и ниже
которого возникает различного рода брак (схема 3.5).
Справочные данные по рабочим диапазонам давления литья Рл для промышлен-
ных полимеров приведены в табл.3.3.
Переработка высоковязких полимеров (поликарбонатов, полисульфонов, полифе-
ниленоксидов, полифениленсульфидов) требует повышенных давлений литья Рл.
Направления регулирования давления литья Рл внутри рабочего диапазона в зави-
симости от текучести полимера показаны на схеме 3.6а. При литье низкотекучих партий
полимера для обеспечения заполнения формы можно увеличивать давление литья Рл.
Направления регулирования давления литья Рл внутри рабочего диапазона в зави-
симости от размеров изделий: толщины /1 и отношения длины к толщине (L/h) показаны
на схеме 3.66 и З.бв. Тонкостенные изделия (небольшая толщина h) и крупногабаритные
с большими путями течения L/h характеризуются повышенными гидравлическими со-
противлениями, что затрудняет их заполнение. При литье таких изделий повышение
давления литья Рл может привести к заполнению формы.
65
ОБЛОЙ.
Ш УВЕЛИЧЕННАЯ ТОЛЩИНА ИЗДЕЛИЙ.
ИЗЛИШНИЙ ВЕС ИЗДЕЛИЙ
РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН (СМ.ТАБЛ.1.3)
II УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНАЯ ПЕРЕРАБОТКА,
ДОПУСТИМОЕ КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЙ)
Схема 3.5. Рабочий диапазон давления литья Рл
Схема 3.2. Регулирование давления литья Рл
66
Регулирование давления литья Рл для изменения механических свойств изделий
приведено в разделе “Рекомендации по регулированию механических свойств литьевых
изделий”.
3.4. Объемная скорость впрыска (время заполнения)
Объемная скорость впрыска Q или параметр обратно пропорциональный Q - вре-
мя заполнения 13 существенно зависят от характеристик литьевого оборудования, кон-
фигурации и размеров изделия.
Объемная скорость впрыска Q влияет на внешний вид изделия. При низких скоро-
стях впрыска Q (большое время z3) поток расплава в форме сильно охлаждается. По-
этому изделия могут иметь волнистую поверхность и на поверхности могут быть видны
линии спаев (схема 3.7). В крайнем случае при очень низких Q могут быть недоливы.
С повышением объемной скорости впрыска Q или уменьшением времени заполне-
ния 13 переходим в рабочий диапазон, в котором исчезают рассмотренные виды брака.
При дальнейшем увеличении объемной скорости впрыска Q выше рабочего диа-
пазона на поверхности изделия в определенных местах могут возникать подгары из-за
местного резкого сжатия материала. При высоких скоростях впрыска возникают также
переливы (облой) и гидроудары.
Рекомендации по рабочему диапазону объемной скорости впрыска Q в зависимос-
ти от толщины изделия Л и объема отливки V (типа - размера оборудования) приведены
в табл.3.4.
Направления регулирования объемной скорости впрыска внутри рабочего диапа-
зона в зависимости от размеров изделия: толщины Л и отношения длины пути течения к
толщине L/h показаны на схеме 3.8а и 3.86. Для улучшения формуемости материала в
тонкостенные изделия (небольшие Л) целесообразно увеличивать Q. При литье крупно-
габаритных изделий с большими путями течения (L/h) увеличение Q способствует за-
полнению формы. Это связано с тем, что с увеличением Q уменьшается время заполне-
ния формы и охлаждение материала в форме. Поэтому неизотермичность процесса за-
полнения оказывает меньшее влияние и расплав легче заполняет форму.
Регулирование объемной скорости впрыска Q для изменения механических
свойств изделий приведено в разделе ’’Рекомендации по регулированию механических
свойств литьевых изделий”.
Рабочий диапазон объемной скорости впрыска Q для конкретного изделия опре-
деляют экспериментально, отливая изделия при нескольких различных Q. Определяют
максимальную Q, начиная с которой образуются пригары, переливы и другие виды
67
2л/.4.Г (ПАСПОРТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА)
ПОДГАРЫ,
ПЕРЕЛИВЫ (ОБЛОЙ),
П1ДРОУДАРЫ
РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН ( СМ. ТаБЛ.1.4.)
(УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНАЯ ПЕРЕРАБОТКА,
ДОПУСТИМОЕ КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЙ)
СПАЛ.
волнистая Поверхность ,
НЕДОЛИВЫ
Схема 3.7. Рабочий диапазон объемной скорости впрыска Q и времени заполнения /?
Схема 3.8. Регулирование объемной скорости впрыска Q
Таблица 3.4
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ОБЪЕМНОЙ СКОРОСТИ ВПРЫСКА Q
И ДАВЛЕНИЯ ФОРМОВАНИЯ Рф
Объем отливки Г, см3 Средняя толщина изделия Л, мм
10- 16 17 - 32 33 - 63 64-125 126 - 250 250 - 500 500 - 1000 < 1,00 < 1,20 < 1,40 < 1,75 < 2,00 < 2,20 < 2,20 1,00 - 2,25 1,20 - 2,25 1,40-2,50 1,75-2,75 2,00 - 3,00 2,20 - 3,25 2,20-3,50 > 2,25 > 2,25 > 2,50 > 2,75 >3,00 >3,25 >3,50
Объемная скорость впрыска Q (0.97 - 0,9)QluA7.‘ (0,9-0,5)2.ияА-г' (0.5-0,25)2,VMAI.-
Давление формования Р,,„ кг/см- (в форме) 200 - 400 250 - 550 400 - Х00
* Qihki- максимальная ибьемиая скорость впрыска па mm,свой машине (по паспорте)
69
брака. Определяют минимальную Q. ниже которой начинают образовываться вол-
нистая поверхность, спаи и другие виды брака.
3.5. Давление формования
Давление формования Рф существенно зависит от конфигурации и размеров изде-
лия. Давление формования Рф задают в период нарастания давления, если применяют
режим формования со сбросом давления (рис.3.1). Подробнее о назначении и примене-
нии режимов со сбросом давления см. раздел “Режимы со сбросом давления”.
Давление формования Рф определяет подпитку материалом формы в течение вре-
мени выдержки под давлением 1ВПд и по этой причине качество и вес готовых изделий.
При низком давлении формования Рф подпитка материалом формы недостаточна
и качество изделий низкое. Образуются утяжины и пустоты, происходит коробление
изделий (схема 3.9).
С повышением давления формования Рф подпитка материалом формы в течение
1впл увеличивается и исчезают рассмотренные виды брака. Давление формования Рф
переходит в рабочий диапазон, где получается хорошее качество поверхности изделий.
С повышением давления формования Р,„ и увеличением подпитки вес изделий
возрастает (рис.3.2). Чрезмерно высокое давление формования Рф является причиной
переуплотнения материала и излишнего веса изделий. Это приводит к перерасходу ма-
териала (схема 3.9). При большом давлении формования возникают также большие
внутренние напряжения.
Рекомендации по рабочим диапазонам давления формования Рф в зависимости от
полимера приведены в таблице 3.3.
Направления регулирования давления формования Рф внутри рабочего диапазона
в зависимости от размеров изделия: толщины h и от отношения длины к толщине L/h
показаны на схеме 3.10а и 3.106. С увеличением толщины Л усадка материала в форме
возрастает. Поэтому требуется увеличение подпитки и давления формования Рф. С уве-
личением отношения длины пути течения к толщине L/h перепад давления в форме воз-
растает. Это может привести к тому, что в конце формы давление будет низким и в
этом месте могут образовываться утяжины. Для устранения этого недостатка давление
формования Рф целесообразно повышать с увеличением отношения L/h.
3.6. Время выдержки под давлением
Время выдержки под давлением 1ВП~ главным образом зависит от диаметра лит-
ника </, (высоты литника Л;) или диаметра впуска dB. Диаметр dB (высота Лл) или dB
определяют продолжительность охлаждения материала в литники или во впуске. По-
этому определяют возможное время перетока материала из нагревательного цилиндра
70
КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЙ НЕ УЛУЧШАЕТСЯ
с повышением Рф.
ИЗЛИШНИЙ ВЕС ИЗДЕЛИЙ.
БОЛЬШИЕ ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН (СМ. ТАБЛ.1.3)
(УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНАЯ ПЕРЕРАБОТКА,
ДОПУСТИМОЕ КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЙ
ПУСТ< )ТЫ.
УТЯЖИНЫ.
КОроГ,ЛЕЙНЕ
Схема 3.9. Рабочий диапазон давления формования Рф
Рис.3.1. Режим формования со сбросом Рис. 3.2. Влияние давления РФ на вес G
давления
Схема 3.10. Регулирование давления формования Рф.
71
в форму под давлением (время подпитки), т.е. наибольшее время - 1ВПД.
При небольшом времени 1ВПД подпитка материалом формы недостаточна и в изде-
лии образуются утяжины и пустоты, может происходить также коробление изделий
(схема 3.11).
По мере увеличения времени 1ВПД вес изделия увеличивается (рис.3.3).
Однако после некоторого значения 1ВПД1 вес изделия перестает расти. Увеличивать
время 1ВПД выше этого значения не следует . Если повышать давление литья Рл, то вес
изделия увеличивается, но время 1ВПД1 остается практически одинаковым.
Рекомендации по примерному времени выдержки под давлением 1ВПД в зависимос-
ти от размеров литника с!л (или Лл) приведены на рис.3.4.
Примеры определения 1ВПД
Первый. Литник имеет круглое сечение проходного канала с диаметром </.7=2,2
мм. По кривой 1 определяем 1ВПД «4,5-6 сек.
Второй. Литник имеет трапециевидное сечение проходного канала с высотой
11д = 2,5 мм. По кривой 2 определяем 1ВПД ~ 14 - 18 сек.
Рабочий диапазон времени выдержки под давлением 1ВПД для конкретного изделия
определяют экспериментально по весу отлитого изделия. Делают 4-5 отливок, после-
довательно увеличивая 1ВПД. Отмечают то значение 1ВПД1, после которого последующее
увеличение 1ВПД не приводит к заметному изменению веса изделия. Это значение 1ВПД1
ограничивает верхний рабочий диапазон.
Регулирование времени выдержки под давлением 1ВПД для изменения механических
свойств изделий приведено в разделе “Рекомендации по регулированию механических
свойств литьевых изделий”.
3.7. Частота вращения шнека. Давление пластикации.
Частота вращения шнека N и давление пластикации Рпл главным образом зависят
от технологической задачи пластикации, а именно: пластикация ненаполненных поли-
меров, окрашивание полимеров концентратами красителей непосредственно при литье,
пластикация стеклонаполненных полимеров, пластикация полимеров с волокнистыми
наполнителями с особо высоким усиливающим эффектом (углеродное, борное волок-
но), пластикация полимеров с дисперсными наполнителями, пластикация полимеров с
термостабилизаторами, антиперенами, пластикация смесей полимеров.
Частота вращения шнека изменяется от 10 об/мин до 100-150 об/мин. Давление
пластикации изменяется от 10 до 150 кг/см2.
'll
УВЕЛИЧЕНИЕ /д/уд НЕПРИВОДИТ
III К УЛУЧШЕНИЮ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ
РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН (СМ. РИС.1.4)
” II (удовлетворительная переработка,
ДОПУСТИМОЕ КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЙ)
У1 яжины.
ИУСТ, >ты.
КОРОБЛЕНИЕ
Схема 3.11. Рабочий диапазон времени выдержки под давлением 1ВПд
Рис. 3.3. Влияние времени выдержки под давлением 1ВПД на вес изделия G
0,5 1,0 15 г,о 3,0 3,5\ 4,0 4,5 5,0 5.5 /t 6,0
Цд(Кл)
Рис.3.4. Зависимость времени выдержки под давлением te>nft
от размеров литника (1д(А.лУ 4-литник о круглым сечением. _j
о
Я-литник с трапециевидным сечением.
74
С увеличением частоты вращения шнека N и давления пластикации Рпл смеси-
тельный эффект при пластикации возрастает.
Принципы выбора частоты вращения шнека N и давления пластикации Рпл для
решения перечисленных выше технологических задач рассмотрены в разделе
“Технология пластикации. Рекомендации по организации процесса пластикации”.
Рабочие диапазоны по линейной скорости вращения шнека V (частоте вращения
шнека N) и давлению пластикации Рпл в зависимости от технологической задачи пла-
стикации приведены на схеме 3.12а - 3.12е. Выше и ниже рабочих диапазонов возникает
различного рода брак.
Примерную частоту вращения шнека N в зависимости от диаметра D и линейной
скорости вращения V определяют по формуле 5.1.
3.8. Объём впрыска (ход шнека)
Объем впрыска Qenp или аналогичный параметр - ход шнека Н зависят от разме-
ров изделия и плотности полимерного материала.
Вес отливки G (в г) определяют по формуле:
G = Рх р (3.1)
где V - объем отливки, см3;
р- плотность полимера (в г/см3) при комнатной температуре (20“С),
значения р приведены в табл. 3.5.
Вес отливки G и ход шнека Н связаны прямопропорциональной зависимостью:
GK — HSp^ (3.2)
где S - поперечное сечение шнека, см2;
р: - плотность полимера (в г/см3) при температуре литья Тл, значения р,
приведены в табл. 3.5;
К - коэффициент, учитывающий утечки материала в обратном направле-
нии при впрыске, а также уплотнение материала в форме и подушку материала перед
шнеком в конечном положении, /С= 1,2-5-1,25.
Ход шнека определяют по формуле :
Н ^(G/SppK. (3.3)
Конкретный ход шнека (коэффициент К) уточняют при отработке технологиче-
ского режима на конкретной литьевой машине. Коэффициент К зависит от технологи-
ческого состояния оборудования, особенно запирающего клапана на конце шнека. Если
ход шнека задают меньше требуемого значения, возникают недоливы, пустоты, утяжи-
ны, коробление изделий.
75
РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН Г И Рпл
ПЕРЕГРЕВ ПОЛИМЕРА.
НИЗКАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
УВЕЛИЧЕНИЕ V\\РПЛ
НЕ ПРИВОДИТ К УЛУЧШЕНИЮ
КАЧЕСТВА 11 ШЕЛИЙ
РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН
О ДОВЛЕ'1 ВОРИГЕЛЬНАЯ ПЕРЕРАБОТКА,
ДО|1>С| HMOE КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЙ)
0.07
ИЕР \В1 к >МЕРЦ| )1 ТЬ 1 ЕМПЕРАТУРЫ
I II > ДЛИН Е П( )РЦИ11 РАСПЛАВА
Схема 3.1 2 а. Пластикация ненаполненных полимеров
К |
м/млн - |
Г"
0.25--7
31
0.15--i
ПЕРЕГРЕВ ПОЛИМЕРА.
ДЕСТРУКЦИЯ КРАСИТЕЛЕЙ.
НИЗКАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
РАБОЧАЯ ОБЛАСТЬ
(УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНАЯ ПЕРЕРАБОТКА,
ДОПА (ТПМОЕ КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЙ)
НИЗКИЙ СМЕСИТЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ,
плохое качество смешения
П( >ЛИМЕРА С КРАСИТЕЛЯМИ,
ЦВЕТ< )ВЫЕ РАЗВ< )ДЫ НА
ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЯ
СМЕСИТЕЛЬНЫЙТФФЕКТ УСИЛИВЛЕТС.
С ВОЗРАСТАНИЕМ V.PfiJl
Схема 3.12 б. Пластикация полимеров при окрашивании концентратами красителей
1 Верхний предел для термостабплъных красителей
76
К
м/мин
Р ил-
кг/см2
РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН V И Рпл
>111
0,07“ х
>И1
0,05- *
Г
0,03--
ИЗМЕЛЬЧЕН! IE СТЕКЛОВОЛОКНА.
ПЕРЕГРЕВ ПОЛИМЕРА,
НИЗКАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ.
|13М|-ЛЬЧ1'Н11ЕСТЕКЛОВ( >ЛОКНА.
СНИЖЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ
свойств над ел IIИ
РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН
(УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНАЯ ПЕРЕРАБОТКА,
ДОПУСТИМОЕ КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЙ)
11 ЕРаШТ )МEPI КИТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ
I |О /[ЛИНЕ ПОРЦИИ РАСПЛАВА
Пластикация стеклонаполненных полимеров
Р пл-
I |'<М|:.Л1.ЧЕ1 IIIE В* МЮКНПСТоГО
11AI 1( >Л1 |ИТ|£ЛЯ.
I ||ТрТ1’ЕВ I |ОЛ1 [МЕРА.
НИЗКАЯ 11Р( ИIЧ|В )Д11ТЕЛЫ К К'ТЬ
11ЧМЕЛ1.ЧЕ1 И IE ВОЛОКНИСТ* И’О
II \l h >Л1 II ПЕЛЯ
( 1II1Ж1-1IIII: MEXA1111ЧЕСК11Х
i -воГнтв ИЗДЕЛИИ
РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН
(УДОВЛЕГВОР11ТЕЛМ1АЯ ПЕРЕРАБОТКА,
ДОПУСТИМОЕ КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЙ)
11 i:r-\Bl |( )МЕР1 IOCTK ТЕМПЕРАТУРЫ
подлине ii<>pi[iin расплава
Схема 3.12 г. Пластикация полимеров с полокинстыми наполнителями с особо высоким
усиливающим эффектом (углеродное, борное волокно)
77
И
м/мин
II
РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН V И Рлл
ПЕРЕГРЕВ ПОЛИМЕРА,
НИЗКАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
УВЕЛИЧЕНИЕ V И Рпл
НЕ ПРИВОДИТ К УЛУЧШЕНИЮ
КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИИ
РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН
(УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНАЯ ПЕРЕРАБОТКА,
ДОПУСТИМОЕ КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЙ)
НИЗКИЙ СМЕСИТЕЛЬНЫЙ 'ЭФФЕКТ
РАССЛОЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ
I
Схема 3.12 д, Пластикация смесей полимеров
Р пл-
кг/см2
перегрев полимера.
НИЗКАЯ ПРОИЗВ< >ДИТЕЛЬНОСТЬ
60
УВЕЛИЧЕНИЕ V |-| Рпл
НЕ ПРИВОДИТ К УЛУЧШЕНИЮ
КАЧЕ( ТВА ИЗДЕЛИЙ
РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН
(УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНАЯ ПЕРЕРАБОТКА,
ДОПУСТИМОЕ КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЙ)
НИЗКИЙ СМЕСИТЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ,
ПЛОХА )Е КАЧЕСТВ!) СМЕШЕНИЯ
П< )Л И МЕРА еТЕРМОСТАБИЛИЗАТОРАМИ.
АНТИПИРЕНАМИ
Пластикация полимеров с термостабилизаторами, антиперенами
78
Ход шнека должен быть таким, чтобы к концу периода выдержки под давлением
перед шнеком оставалось не менее 3 ч- 5% объема подготовленного к впрыску материа-
ла. Шнек не должен доходить до своего крайнего положения. Только в этом случае
обеспечивается передача давления в форму в течение времени выдержки под давлением
1дпд и переток материала для подпитки.
3.9. Общая продолжительность цикла
Общая продолжительность цикла 1Ц определяется продолжительностью охлажде-
ния материала в форме 1Ц~1ОХЛ
Продолжительность цикла 1Ц (продолжительность охлаждения 10ХЛ) - основной
технологический параметр, который влияет на производительность литья П. Произво-
дительность П обратно пропорциональна времени охлаждения 10ХЛ
Продолжительность охлаждения 10ХЛ зависит от температуры материала (литья)
Тл и температуры формы Тф, толщины изделия Л и теплофизических свойств полимер-
ного материала (коэффициента температуропроводности а).
Направления изменения температуры литья Тл и температуры формы Тф, толщи-
ны изделия Л для регулирования времени охлаждения 10ХЛ и производительности литья
П показаны в таблице 3.6.
Таблица З.б.
НАПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВРЕМЕНИ ОХЛАЖДЕНИЯ 10ХЛ.
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЦИКЛА 1Ц И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЛИТЬЯ П
Т - увеличение 10ХЛ. 1ц. П с увеличением параметра
4- - уменьшение 10хл. 1ц. П с уменьшением параметра
Параметр Температура литья Тл Температура формы Тф Толщина изделия h
Время охлаждения 1охл Продолжительность цикла /ц т
Производительность литья П
Чем ниже температура материала Тл, тем быстрее охлаждается изделие (1оХЛ} и
выше производительность литья.
Таблица 3.5
СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ПО ПЛОТНОСТИ (р И р, , И КОЭФФИЦИЕНТУ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ ( а ) ПОЛИМЕРОВ
ПОЛИМЕР Плотность р при 20°С, кг/м3 Плотность pl при Т,7, кг/м3 Коэффициент а ах 107, м2/с
Аморфные
Полистрол блочный (общего назначения) ПС 1050 - 1080 955 - 970 1.0
Полистирол ударопрочный У П М, УПС 1060 970 0,85 - 0,9
АБС - пластики 1020 - 1050 935 - 965 0,87 - 0,92
МСН - пластк 1120- 1140 1030 -1045 0,8 - 0,87
Полимстилмс1акрилат(дакрил) ПММА 1150 -1200 1055 - 1100 0,9
Поликарбонат ПК 1190 - 1200 1090 - 1100 1,4
Полисульфон ПСФ 1240 1140 1,48
Полифсниленоксид (норил) ПФО 1060 970 1,43
Поливинилхлорид ПВХ 1340-1460 1280 - 1320 0,95
Кристаллические
Полиэтилен низкой плотности ПЭНП 910-930 740 - 750 1,0 - 1,1
Полиэтилен высокой плотности ПЭВП 948 - 960 730 - 740 1,0- 1,2
Полипропилен ПП 900 - 910 730 - 740 1,0- 1,05
Полиамид- 12 ПА-12 1010 - 1020 880 - 885 0,95 - 0,97
Полиамид-11 ПА-11 1040 910 0,9 - 0,98
Полиамид-610 ПА-610 1080 - 1110 920 - 930 0,87 - 0,9
Полиамид-612 ПА-612 1080 - 1100 920 - 930 0,9-0,97
Полиамид-6 ПА-6 1120-1150 975 - 985 0,95- 1,0
Полиамид-66 ПА-66 1140 960 1,03
Сополимеры формальдегида СФД, СТД 1410 - 1420 1155 0,85
Полиформальдегид ПФ 1430 1170 0,87
Полнбутнлептерефталат ПБТФ 1270- 1310 975- 1005 0,9- 1,0
Полиэтилен! срсфталат ПЭТФ 1380- 1400 1105-1120 0,9 - 1,0
80
Температура формы Тф влияет на скорость охлаждения материала в форме. Чем
ниже температура Тф, тем больше скорость охлаждения. При этом время охлаждения
уменьшается t0XJI, а производительность /7 увеличивается.
Самое сильное влияние на продолжительность охлаждения 10Хл оказывает толщи-
на изделия Л. Продолжительность охлаждения /оул пропорциональна квадрату толщи-
ны изделия /Г. Например, если изделие с толщиной /г охлаждается за время 10хл1, то
изделие с толщиной в два раза больше (Л2 = 2h;) охлаждается за время 10ХЛ2- которое в
четыре раза больше, чем 10ХЛ1 : [ 1охл : = 1охл1 (Л?'/)= 4 ^хлЛ- Для повышения произ-
водительности нужно, по возможности, уменьшать толщину изделия Л.
Продолжительность охлаждения 10хл можно определить по формуле:
1охл /а) Lg [ 0.787(Тц - Т^/(Тл - 7^)] (э-4)
где h - половина толщины изделия, м;
а - коэффициент температуропроводности полимера, м2/с (см. табл.3.5.);
Ти- температура в центре изделия, при которой возможно его извлечение из
формы, °C (см. табл. 3.2);
Тл и Тф- температура материала (литья) и температуры формы. “С
(см.табл.3.3).
81
4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ
ПОДГОТОВКИ ПОЛИМЕРОВ К ЛИТЬЮ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Подготовка полимеров к переработке влияет на качество изделий.
Основная цель подготовки полимеров заключается в том, чтобы влажность поли-
мера достигла требуемого (рекомендуемого) диапазона. Рекомендации по влажности
нужно строго соблюдать, т.к. влажность оказывает существенное влияние на техноло-
гические свойства материала, процессы формования и качество литьевых изделий.
Рекомендуемую влажность полимеры достигают в процессе сушки.
4.1. Рекомендации по допустимой влажности
Полимерные материалы способны поглощать (сорбировать) влагу из окружаю-
щего воздуха (гигроскопичность). Под влажностью В (влагопоглащением) понимают
содержание свободной влаги в полимере, выраженное в процентах к его массе. При
пребывании полимера на открытом воздухе влажность достигает равновесного значе-
ния BF - равновесная влажность (табл.4.1).
Гигроскопичность зависит от химического строения полимеров - степени поляр-
ности. По степени гигроскопичности полимерные материалы условно можно разделить
на три группы (табл. 4.1.).
Содержание влаги в полимере перед переработкой В определяет перерабатывае-
мость полимера и качество готовых изделий (схема 4.1).
Повышенное содержание влаги В вызывает:
1) Гидролитическую деструкцию полимера при переработке. Это может приво-
дить к изменению цвета (часто к пожелтению и образованию коричневых полос), по-
мутнению прозрачных полимеров, уменьшению вязкости, снижению механических
свойств изделий. Наиболее склонны к гидролитической деструкции поликарбонат, по-
лиамиды, полисульфон, полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат, что необходи-
мо учитывать. Нужна тщательная сушка этих материалов перед литьем.
2) Возникновение брака: образование серебристых полос на поверхности изделия,
разводы, волнистость, вздутия, пористость, пузыри и раковины, трещины, отслоение и
шероховатость поверхности, коробление, размерный брак.
3) Ухудшение физико-механических свойств полимеров в изделиях. С повышением
влажности снижается ударная вязкость а, относительное удлинение при разрыве ер,
разрушающее напряжение при растяжении <тр и другие показатели.
4) Уменьшение вязкости расплава, особенно это характерно для полиамидов. Ко-
лебание вязкостных свойств полимера из-за колебания влажности может приводить к
нестабильности процесса переработки и нестабильности свойств изделий.
82
Таблица 4.1.
СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ПО ГИГРОСКОПИЧНОСТИ ПОЛИМЕРОВ
Группа по гигроскопичности ПОЛИМЕР Равновесная влажность на воздухе В'Р , %
1 высокая гигроскопичность Полиамид - 66 ПА - 66 Полиамид-6 ПА - 6 Полиамид-610 ПА-610 Полиамид - 11 ПА - 11 Полиамид - 12 ПА - 12 3,40 - 3,80 3,00 - 4.20 1,80 - 2,00 1,1 1
11 средняя гигроскопичность П олиэтил ентерефталат ПЭТФ Полибутилентерефталат ПБТФ Поликарбонат ПК Полисульфон ПСФ Сополимеры формальдегида СФЭ, CTD Полиформальдегид ПФ Полиметилметакрилат ПММА Полифениленоксид ПФО АБС - пластики МСН - пластик Ударопрочный полистирол УПМ, УПС 0,40 - 0.50 0,18 - 0,30 0,18 -0,20 0,16 - 0,20 0,16 - 0.20 0,16 - 0,20 0,15 - 0,20 0,09-0,12 0,17 - 0,18 0,16 - 0.20 0,04 - 0,05
111 очень низкая гигроскопичность Полистирол блочный (общего назначения) ПС Полиэтилен низкой плотности ПЭНП По.ТИЭ'!ИЛСН высокой плотности ПЭВП Полипропилен ПП < 0,04 < 0,04 < 0,04 < 0,04
' Вг, - при нормальных условиях (Т = 20"С относительная влажность воздуха 60%)
83
В,
%
ГИДР» )ЛИТИЧЕСКАЯ ДЕСТРУКЦИЯ ПОЛИМЕРА
(ИЗМЕНЕНИЕ ЦВЕТА. П< )МУТНЕНИЕ ПРОЗРАЧНЫХ ПОЛИМЕРОВ)
ПОВЕРХНОСТНЫЙ БРАК:
СЕРЕБРИСТЫЕ ПОЛОСЫ. РАЗВОДЫ. ВОЛНИСТОСТЬ. ВЗДУТИЕ.
ПОРИСТОСТЬ. ПУЗЫРИ, РАКОВИНЫ. ТРЕЩИНЫ,
ОТСЛОЕНИЕ. ШЕРОХОВАТОСТЬ
КОРОБЛЕНИЕ
РАЗМЕРНЫЙ БРАК
ЛИ
СНИЖЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
(УМЕНЬШЕН! IE УДАРНОЙ ВЯЗК< )СТИ Д, ОТН» )СИТЕЛЬНС)ГО УДЛИНЕНИЯ
ПРИ РАЗРЫВЕ £р. РАЗРУШАЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ СТ-
НДР. ПОКАЗАТЕЛИ)
К» )ЛЕБАНИЕ ВЯЗК»» 'ТНЫХ СВ» )ЙСТВ
(НЕСТАБИЛЬНОСТЬ ПРОЦЕССА ПЕРЕРАБОТКИ И СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ)
ПЕН1К 'Т» К.'ТЬ СТГУ11 РАСПЛАВА
ДОПУСТИМЫЙ ИНТЕРВАЛ ВЛАЖНОСТИ (СМ.ТАБЛ.2.2)
(УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНАЯ ПЕРЕРАБОТКА.
ДОПУСТИМОЕ КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЙ)
СТРУКТУРИРОВАН!IE. ДОПОЛИКОНДЕНСАЦ1 (Я ПОЛИМЕРА
(ВОЗРАСТАНИЕ ВЯЗК» )<ТИ П» V1IIMEPA И ПОВЫШЕНИЕ
МОЩН» )СТИ ПРИВ» )ДА)
Схема 4.1. Допустимый интервал влажности полимера перед переработкой.
84
5) Вспенивание расплава, вытекающего из сопла. Расплав пенится, т.к. содержит
а
большое количество пузырьков. Это затрудняет^переработку и ухудшает качество из-
делий.
Пониженное содержание влаги В может вызывать структурирование и дополи-
конденсацию полимера при переработке. При низком содержании влаги (до 0,06 - 0,1%)
происходит структурирование или дополиконденсация полиамида 66, полиамида 6.
полиамида 610. Это приводит к возрастанию вязкости расплава и увеличению мощ-
ности привода, необходимой для пластикации. В крайнем случае может происходить
заклинивание шнека.
Для каждого полимера имеется допустимый (рекомендуемый) интервал влажности
перед переработкой, в котором полимер термостабилен при переработке, изделия
имеют хорошее качество поверхности, физико-механические показатели соответствуют
требованиям нормативно-технической документации (схема 4.1). Выше и ниже этого
диапазона возникает различного рода брак.
Справочные данные по допустимому интервалу влажности перед переработкой
для промышленных полимеров приведены в табл.4.2.
4.2. Рекомендации по сушке
Поступающие со склада на переработку полимеры имеют, как правило, влажность
выше допустимой перед переработкой. Поэтому перед переработкой их сушат.
Полимеры, характеризующиеся низкой гигроскопичностью (полистирол блочный,
полиэтилены, полипропилен) перед переработкой подсушивают для удаления летучих,
поверхностной влаги и подогрева, что повышает производительность литьевого обо-
рудования.
Сушка характеризуется следующими параметрами: температура Тс. продолжи-
тельность наличие вакуума, способ подвода тепла, толщина слоя материала.
С повышением температуры сушки Тс скорость сушки возрастает, а её продолжи-
тельность /,• уменьшается.
Температура сушки Т,- не должна превышать характерную для каждого полимера
предельно допустимую температуру сушки('7'г)/7/,щ. Если в процесс сушки температура
Тс превысила (Тс)ПГЕд. то это может привести к следующим негативным последствиям.
Во-первых, возможна деструкция полимера при его длительном пребывании в условиях
повышенных температур, что может привести к изменению цвета, особенно часто к
пожелтению. Во-вторых, возможна дополнительная поликонденсация или полимериза-
ция полимера, что приводит к возрастанию молекулярной массы полимера. При этом
повышается вязкость и ухудшается текучесть. Это особенно характерно для полиами-
Таблица 4.2
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СУШКЕ И ПОДОГРЕВУ ПОЛИМЕРОВ
а) ПОЛОЧНЫЕ ШКАФЫ С ОБОГРЕВАЕМЫМ КОРПУСОМ ____________________________
ПОЛИМЕР °0 Тем-тура Тс. °C Время 1с. часы Толщина слоя, см Вакуум, кПа
Аморфные
Полистирол блочный (общего назначения) ПС < 0,05 70-80 1 - 2 2 - 3 -
Полистирол ударопрочный УПМ, УПС <0,10 70-75 2-3 2 - 3 -
АБС - плас гики < 0,05 80 3-4 2- 3 -
МСН - пластик <0,10 70-80 3-5 2-3 -
МСН - пластик модифицированный МСН-М <0,10 70-80 3-5 2 - 3
Полиметилметакрила! (дакрил) ПММА 80 4-5 2-3 -
Поликарбонат ПК < 0,015 110-120 10 - 18 2-3 0,67- 1,3
Полисульфон ПСФ < 0,02 110-120 5-8 2-3 0,67 - 1,3
Полифен ил сноксид (норил) ПФО 90 -120 2 1 - 2 0,67 - 1.3
Поливинилхлорид ПВХ Кристаллические - 60-70 1 - 2 2- 3 •
Полиэтилен низкой плотности ПЭНП < 0,05 70-80 1 - 2 2-3 -
Полиэтилен высокой плотности ПЭВП < 0,05 80-90 1 - 2 2-3 -
Полипропилен ПП < 0,05 80-90 1 - 2 2-3 -
Полиамид - 12 ПА - 12 0,05 - 0,15 80 7 - 9 2-3 0,67 - 1,3
Полиамид - 11 ПА - 11 0,05-0,15 80-90 5-8 2 - 3 0,67 - 1,3
Полиамид -610 ПА - 610 при В > 1°о 0,10-0,20 85 5-8 2-3 0,67 - 1,3
Полиамид -610 ПА - 610 при В> 2“о 0,10 - 0,20 85 5-9 2-3 0,67 - 1,3
Полиамид -612 ПА-612 0,10 - 0,20 80-85 7-9 2-3 0,67 - 1,3
Полиамид -6 ПА-6 приВ>1°о 0,10 - 0,20 80-85 8-11 2 - 3 0,67 - 1,3
Полиамид -6 ПА-6 при В >2% 0,10-0,20 80-85 8 - 12 2- 3 0,67 - 1,3
Полиамид -66 ПА - 66 при В > 1°о 0.10-0,20 85 К - 1 1 2-3 0,67- 1,3
Полиамид - 66 ПА - 66 при В > 2"» 0,10-0,20 85 8-12 2-3 0,67 - 1,3
Сополимеры формальдегида СФО, CTD < 0,20 100- ПО 4-6 2-3 -
Полиформальдегид ПФ < 0,20 85- 100 4-6 2- 3
П олибутилентерефталат П БТФ < 0,015 120-125 5-6 2-3 0,67 - 1,3
Полиэтилснтсрефталат ПЭТФ < 0,015 120- 130 6-8 2 - 3 0,67 - 1,3
б) C'lHI 1.ЧЫ1ЫЕ УСТАНОВКИ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ НАГРЕВОМ ВОЗДУХА И С I 1ОСЛЕДУЮ1ЦНМ ЕГО ПРОДУВОМ ЧЕРЕЗ ГРАНУЛЫ
ПОЛИМЕР В доп- "о Температура Тс. °C Время 1с. часы
Аморфные
Полистирол блочный (общего назначения) ПС < 0.05 70 - 80 1 - 2
Полис1ирол ударопрочный УПМ, УПС < 0.1(1 70-75 1.5 - 2,5
АБС - пластики < 0,05 80 2 - 3
МСН - пластик < 0,10 70 - 80 2 - 4
МСН - п.часгик модифицированный МСН-М < 0.10 70 - КО 2-4
Поли метилметакрилат (дакрил) П М МА 80 3- 4
Поликарбонат ПК < 0,015 120 2-4
Полисульфон ПСФ < 0,02 120 4
Полифенилспоксил (норил) ПФО - 80-120 2
Поливинилхлорид ПВХ - 70 1
Кристаллические
Полиэтилен низкой плотности ПЭНП < 0,05 70-80 1 - 2
Полиэтилен высокой плотности ПЭВП < 0,05 80-90 1 - 2
Полипропилен ПП < 0,05 90 1 - 2
Полиамид - 12 ПА - 12 0,05-0,15 80 5-6
Полиамид - 11 ПА - 11 0,05-0,15 80 - 90 4-5
Полиамид - 610 ПА - 610 при В > 10о 0,10-0,20 85 4-5
Полиамид -610 ПА - 610 при В > 2°о 0,10- 0,20 85 4-6
Полиамид -6 ПА-6 при В > 1 ° о 0,10-0,20 75- 80 4 - 5
Полиамид - 6 ПА - 6 при В > 2°о 0,10-0,20 75- 80 4- 6
Полиамид -66 ПА-66 при В > 1% 0,10-0,20 80- 85 4 - 5
Полиамид - 66 ПА - 66 при В > 2° о 0,10-0,20 80- 85 4-6
Сополимеры формальдегида СФО, CTD < 0,20 100 3-4
Полиформальдегид ПФ < 0,20 85-95 3-4
Полибутилентерефталат ПБТФ < 0,015 120- 140 2-4
Полиэтилентерефталат ПЭТФ < 0,015 160- 180 4-6
В - влажности полимера перед переработкой
‘ВдОц -допустимая няпжнос'н. полимера перед переработкой
87
дов. В-третьих, если температура сушки достигнет температуры размягчения полимера,
происходит спекание материала и образование комков.
Сушка под вакуумом уменьшает термоокислительную деструкцию и позволяет
повышать температуру, что сокращает время сушки. Полимеры, склонные к термоде-
струкции (поликарбонат, полиамиды, полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат,
полисульфон), целесообразно сушить под вакуумом при остаточном давлении 0,67 -
1,33 кПа.
Подвод тепла к материалу при сушке осуществляют следующими способами:
1) . От нагретого окружающего воздуха. Воздух нагревается от обогреваемого
корпуса или от обогреваемых полок, на которые устанавливают противни с высуши-
ваемым материалом. Шкафы закрываются герметично.
С уменьшением толщины слоя материала Л при сушке на противнях эффектив-
ность сушки возрастает.
2) . От предварительно нагретого сухого воздуха, который продувается через гра-
нулы. Эффективность сушки продувным сухим воздухом в несколько раз выше, чем при
сушке нагретым окружающим воздухом.
Сушку полимеров при литье под давлением осуществляют в :
1) . Сушильных шкафах полочного типа с обогреваемым корпусом. Сушка воз-
можна под вакуумом и без вакуума.
2) . Сушильных шкафах с предварительным нагревом воздуха и последующим
продувом горячего воздуха через гранулы.
Для сушки и подогрева полимерных материалов на литьевых машинах применяют
специальные бункеры, оснащенные нагревательной системой. Через толщу материала,
засыпанного в бункер, пропускают горячий воздух, осушающий материал от влаги. В
бункерах материал предварительно подогревается, что повышает производительность.
Иногда влагу и летучие (например, в поливинилхлоридах) удаляют непосред-
ственно из расплава (дегозация) при пластикации. Для этого снимают давление на од-
ном из участков шнека, в результате чего происходит расширение сжатых и нагретых
газов. В этой зоне осуществляется их вакуум - отсос.
Справочные данные по сушке промышленных полимеров приведены в табл.4.2.
4.3. Увлажнение. Рекомендации по устранению увлажнения.
Полимеры быстро поглощают влагу из окружающего воздуха. Особенно высока
скорость влагопоглащения при низкой влажности полимера. Полимеры после сушки
88
имеют низкую влажность и быстро снова увлажняются на открытом воздухе. Поэтому
сушку следует заканчивать непосредственно перед началом переработки.
Загрузку желательно производить в обогреваемый бункер, что особенно важно
для гигроскопичных полимеров первой группы. В среде нагретого воздуха скорость
поглощения влаги значительно меньше, чем при нормальной температуре.
Литьевая машина может иметь необогреваемый бункер. В этом случае высушен-
ный материал загружают в определенном количестве, чтобы продолжительность его
пребывания в бункере не превышала возможно допустимое время Время 1пга
составляет (20-30) мин. Для сведения к минимуму поглощения атмосферной влаги вы-
сушенным материалом бункер герметично закрывают. В зависимости от относительной
влажности воздуха степень влагопоглащения будет меняться. Чем больше относитель-
ная влажность воздуха, тем больше увлажняется материал.
В случае, если по окончании сушки высушенный материал нельзя сразу загрузить
в бункер для литья, его оставляют в сушильном шкафу (при этом снижают температуру)
или засыпают в герметичную тару, полностью заполняя ее объем. Продолжительность
хранения материала сводят к минимуму, сохраняя его в горячем состоянии до загрузки
в бункер литьевой машины.
Увлажнение (кондиционирование) как способ специально применяют, если влаж-
ность полимера понижена по сравнению с рекомендуемыми значениями для переработ-
ки. Для этого материалы выдерживают открытым слоем I - 2 см на воздухе.
4.4. Контроль влажности
Заводы - изготовители выпускают полимеры с влажностью, нормированной нор-
мативно-технической документацией. Она обычно ниже или равна равновесному вла-
госодержанию полимера при нормальных атмосферных условиях и может не соответ-
ствовать допустимому интервалу влажности полимера перед переработкой. Кроме то-
го, влажность материала может изменяться при транспортировке и хранении.
Поэтому при поступлении полимера со склада на переработку проводят входной
контроль влажности полимера. Если влажность выше допустимого интервала перед
переработкой, полимер сушат, если ниже, то увлажняют (см.выше).
Стандартами допускается несколько методов определения влажности полимеров.
Наиболее простой и доступный метод определения влажности заключается в вы-
сушивании исходного образца полимера с начальной массой тн до постоянной массы
шА(ГОСТ 14870-77). Влажность В (в %) определяется: B=(»iH- тк)х 100/тн.
Сушку производят в сушильном шкафу. Температура и продолжительность высу-
шивания для многих полимерных материалов предусмотрена в нормативно-
89
технической документации. Недостаток - метод требует много времени. Применяют
также ускоренный метод сушки - под инфракрасной лампой до постоянной массы об-
разца.
Наиболее точные результаты дает метод определения влажности с помощью реак-
тива Фишера (ГОСТ 14870-77, ГОСТ 11736-78). Но этот метод очень сложный и в тех-
нологической практике применяется редко.
Быстрым и легким методом, позволяющим определить наличие влаги в гранулах
полимерного материала, является метод испытания на предметных стеклах. Для прове-
дения испытания по этому методу используют горячую плиту, два предметных
(обзорных) стекла микроскопа, прямую угловую рейку для зажима стекол, пару пинце-
тов и поверхностный пирометр.
Предметное стекло микроскопа нагревают на горячей плите до температуры,
примерно, соответствующей температуре переработки полимера.
Гранулы испытуемого на влажность полимерного материала с помощью пинцета
помещают на нагретое предметное стекло. Гранул должно быть не менее четырех. Гра-
нулы сразу же накрывают другим предметным стеклом.
Два предметных стекла сжимают прямой угловой рейкой так, чтобы гранулы рас-
плющились до диаметра приблизительно 12 мм.
Предметные стекла снимают. Влага проявляется в виде пузырьков в расплющен-
ных гранулах.
С увеличением содержания влаги в исходных гранулах количество и размеры пу-
зырьков в расплющеннных гранулах увеличиваются.
Несколько небольших пузырьков означает, что содержание влаги составляет от
0,02% до 0,03%. Многочисленные небольшие пузырьки показывают, что содержание
влаги составляет от 0,05 до 1%. Многочисленные большие пузырьки показывают, что
влажность более 1%.
90
5. ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАСТИКАЦИИ.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕГУЛИРОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ ПЛАСТИКАЦИИ.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ПЛАСТИКАЦИИ.
В процессе пластикации материал в виде гранул или дробленных частиц поступает
в витки шнека в зону питания (рис.5.1). В этой зоне твердые гранулы или частицы за-
хватываются витками вращающегося шнека, уплотняются и в виде пробки проталки-
ваются вперед по нагревательному цилиндру. При этом материал нагревается и рас-
плавляется.
При расплавлении твердого материала его объем уменьшается. Поэтому за зоной
питания идет зона сжатия. В этой зоне за счет уменьшения глубины витка шнека рас-
плавленный материал сжимается и в виде монолитного расплава поступает в зону вы-
давливания.
В этой зоне расплав перемешивается, приобретает равномерную температуру в
витках шнека малой глубины. Далее расплав через клапан шнека поступает в переднюю
часть цилиндра.
5.1. Параметры шнека
Параметрами шнека являются:
Диаметр шнека (D).
Длина шнека (характеризуется отношением длины шнека к диаметру L/D).
Профиль шнека: 1) длина зоны питания, зоны сжатия и зоны выдавливания;
2) глубина витка шнека в зоне питания (hi) и в зоне выдавливания (h2), соотно-
шение этих глубин
Максимальный ход шнека (Нп) по паспорту машины, конфигурация (размеры)
наконечника шнека.
5.2. Технологические параметры пластикации
Технологическими параметрами пластикации, которые задают на литьевой маши-
не. являются:
Температура нагревательного цилиндра по зонам (Т,. Т2...).
Частота вращения шнека (N).
Давление пластикации (Рпл) и его профиль.
Задаваемый ход шнека при впрыске (Н).
91
зона! -зонд яитания :(алгрузки)
ЗОНА Я-ЗОНА СЖАТИЯ
ЗОНАЗ - ЗОНА ВЫДАВЛИВАНИЯ
4. инжекционный (нлгревАтелъный) цилиндр
2. зоны обогреВА
5. шнек
Ч. бункер
5. нлт ерилл
6. каналы охлАЖдения Выгрузочной зоны
Рис. 5.1,
92
5.3. Показатели качества пластикации и их влияние на качество готовых
изделий
Показателями качества порции материала, подготовленной для впрыска, являют-
ся:
I) Равномерность температуры по длине порции материала. Обеспечивает ста-
бильность качества готовых изделий - уменьшение коробления, утяжин. снижение раз-
ницы усадки по длине изделия.
2) Точность порции по объему. Обеспечивает стабильность веса изделий, отли-
ваемых от цикла к циклу, обеспечивает экономию сырья.
3) Качество смещения основного материала с концентратами красителей. Хоро-
шее качество смешения основного материала с красителями при пластикации обеспечи-
вает равномерное окрашивание изделий в форме.
4) Качество смешения основного материала с дисперсными (тальк, мел, каолин и
др.) и волокнистыми (стекловолокно, углеродное волокно) наполнителями. Хорошее
качество смешения при пластикации уменьшает расслоение материала с наполнителями
в изделиях. При пластикации материала с волокнистыми наполнителями важно также
его не разрушать и не уменьшить длину волокон, чтобы не снизить усиливающий эф-
фект (прочность, жесткость), который достигается при введении жесткого наполните-
теля в материал.
5) Структура расплава материала, подготовленного к впрыску (наличие сфероли-
тов, кристаллитов и их размеры, равномерное распределение по объему). Определяет
процессы образования структуры изделий в литьевой форме из кристаллических поли-
меров и, следовательно, кристаллическую структуру и свойства готовых изделий.
5.4. Рекомендации по организации процесса пластикации
5.4.1. Размеры гранул
Размер гранул первичного материла или частиц вторичного (дробленного) мате-
риала (Ф) должен соответствовать глубине витка шнека Л; в зоне загрузки (питания).
а) Гранулы или частицы большого размера (Ф > (O.S5-^l')hi') оказывают повышен-
ное сопротивление вращению шнека в зоне загрузки. Это приводит к уменьшению про-
изводительности пластикации, увеличению потребляемой мощности приводом шнека и
в крайнем случае к “заклиниванию” (остановке) шнека.
Для устранения этих отрицательных эффектов нужно контролировать размер час-
тиц дробленного материала и приводить его в соответствии с размерами шнека данно-
го типо-размера машины или переходить на другой типо-размер машины.
93
Эффективным способом устранения рассматриваемых отрицательных эфектов яв-
ляется добавление к основному гранулированному или дробленному материалу моди-
фицирующих концентратов, которые существенно снижают сопротивление (трение)
гранул или дробленных частиц.
б) Чрезмерно мелкие гранулы размером Ф <0,3ht создают в первой зоне питания
очень переуплотненную пробку нерасплавленного материала. Это особенно часто
встречается при переработке жестких кристаллических полимеров, например, полиами-
дов. Образование такой пробки повышает потребляемую мощность привода шнека и в
крайнем случае приводит к остановке шнека из-за нехватки мощности для его враще-
ния.
В этом случае нужно установить в горловине бункера - зоне А (рис.5.1) заслонку,
чтобы уменьшить подачу материала в шнеке и создать режим “голодного" питания.
5.4.2. Теплоизоляция нагревательного цилиндра
Должное внимание нужно уделять теплоизоляции нагревательного цилиндра.
При пластикации тепло (Q) к материалу (рис.5.1) передается от внешних нагрева-
телей (QHAr) • К этому теплу добавляется тепло, возникающее в результате внутреннего
трения материала в витках и зазорах шнека (2вн)-
Q = Qn.-ir + Qbh Qnor
На потери в окружающую среду (Qhot) тратится до 20% от общего тепла Q.
Поэтому необходимо следить за состоянием внешней теплоизоляции. На поверх-
ности теплоизоляции температура не должна превышать 55 - 65°С. Хорошая теплоизо-
ляция экономит энергию и упрощает регулирование температурным режимом пласти-
кации.
5.4.3 Температура расплава
Температура расплава в передней зоне выдавливания Тр определяет реальную
температуру, с которой материал поступает в форму для формования.
а) Температура ТР зависит от количества тепла поступающего к материалу
от внешних нагревателей. Поэтому температура ТР увеличивается с повышеннием тем-
пературы нагревательного цилиндра, с уменьшением глубины витка шнека особенно в
зоне выдавливания Л_, (где она наименьшая) и с увеличением общего времени пластика-
ции 1ЛЛ.
б) Температура ТР зависит от количества тепла QBH, возникающего за счет внут-
реннего трения. Поэтому температура ТР возрастает с увеличением частоты вращения
шнека N, продолжительности вращения шнека и с повышением давления пластикации
?ПЛ-
94
5.4.4 Равномерность температуры
Равномерность температуры по длине порции материала, подготовленной к
впрыску, существенно влияет на качество готовых изделий (см.выше).
а) Температура порции стабилизируется с увеличением времени пребывания мате-
риала в передней зоне цилиндра (зоне выдавливания).
б) Равномерность температуры порции расплава в поперечном сечении увеличи-
вается с повышением общего времени пластикации и с уменьшением глубины витка
шнека.
в) Равномерность температуры по длине порции материала достигается созданием
специального профиля давления пластикации РПЛ в течение периода пластикации.
Задают ступенчатое увеличение давления Рпл в течение пластикации и тем самым
выравнивают температуру расплава подлине порции.
Обычно режим ступенчатого изменения давления пластикации Рпл применяют с
отношением хода шнека Нп к диаметру D, равным 2,5 - 3 и более. При этом указанный
режим особенно эффективен, когда отношение Уотл/Умаш составляет > 0,6, где -
объем отливки (изделия), Рщаш - паспортная характеристика объема отливки машины.
г) Равномерность температуры по длине порции материала зависит от отношения
задаваемого хода шнека при впрыске к максимальному ходу шнека Н/Нп. Чем меньше
отношение Н/Нп , тем равномерность температуры выше.
Однако, в этом случае в цилиндре получается большое число отливок и материал
долго находится при повышенной температуре, что может привести к деструкции не-
термостабильных материалов и возможно к изменению цвета. Для устранения этого
нужно сравнить время пребывания материала при повышенной температуре в нагрева-
тельном цилиндре 1П с периодом его термостабильности 1Т.
Период термостабильности 1Т должен быть больше времени tn : tT > tn.
Время пребывания 1П можно определить по формуле: tn= (Gu/G)x 1ц.
где G - вес отливки (изделия);
1Ц - общая продолжительность цикла;
Gm - вес материала в цилиндре;
G.m = Gix К ( Gi - паспортная величина отливки на машине; /С - количество от-
ливок в цилиндре; может быть равным 3 - 5).
д) С увеличением длины шнека температура расплава становится более равномер-
ной.
95
5.4.5. Температура по зонам нагревательного цилиндра.
Температура нагревательного цилиндра по зонам (температурный профиль по
длине цилиндре) определяет температуру материала (литья) Тл, с которой материал по-
ступает в форму для формования, и равномерность температуры ТР по длине порции,
подготовленной к впрыску, а также определяет производительность пластикации.
5.4.5.1 Зона цилиндра под загрузочной горловиной (зона А) должна охлаждаться
(рис.5.1). В противном случае в этой зоне материал налипает к шнеку и к горловине
бункера. В результате этого проходное сечение “зарастает” материалом. Это приводит
к уменьшению производительности пластикации. Температура цилиндра под загрузоч-
ной горловиной не должна превышать (40 + 90) °C.
5.4.5.2. Для аморфных полимеров температуру цилиндра в первой после бункера
зоне нужно резко повышать до температуры Т = (1.4+1.6) Тст (схема 5.1а). Температу-
ра стеклования Тст для промышленных полимеров приведена в таблице 3.2. Чем выше
температура в этой зоне, тем меньше затраты мощности привода на пластикацию. Од-
нако материал не должен достигать температуры, при которой он прилипает к поверх-
ности шнека в этой зоне. Если это происходит, создается пробка, которая препятствует
продвижению материала в последующие зоны шнека, что приводит к резкому умень-
шению подачи (расхода) материала.
Температура следующей зоны может соответствовать температуре литья (Т=ТЛ )
или быть на (10 * 15)"С ниже температуры литья Тл : Т = Тл - (10 -е- 15)°С. Рекоменда-
ции по выбору температуры литья Тл приведены в разделе 3.1.
Температуру последующих зон целесообразно задавать, примерно, равной темпе-
ратуре литья: Т = Тл .
Температура сопла Тс должна быть на 10“С ниже температуры литья: Тс = (Тл -
10)°С. Это связано с тем, что при впрыске за счет возникновения высоких сдвиговых
напряжений в сопле выделяется большое количество тепла, что приводит к перегреву
материала и возможной деструкции. Если сопло более, чем на 100 мм выдвинуто из ци-
линдра, его обогрев обязателен.
5.4.5.3. При литье аморфных полимеров в небольшие изделия (объем отливки ¥Отл
менее 30% от паспортной величины объема отливки машины материал в цилин-
дре находится продолжительное время. Поэтому температуру цилиндра целесообразно
поднимать плавно (схема 5.16).
Температуру, равную температуре литья Тл, следует устанавливать только в по-
следней зоне. Температура сопла на прежнем уровне.
Схема 5 J. Распределение температуры но
-зонам нагревательного -цилинрал
а) для аморфных полимеров ПУагл.^р
5)ддй амордзныХ полимеров ЛРИ ТУиаш
б)дла кристаллических полимеров
97
5.4.5.4. Для кристаллических полимеров в первой зоне после бункера температуру
цилиндра Т устанавливают на (5 + 10)° С выше температуры плавления полимера: Т =
Тпл +(5-е 10)°С (схема 5.1 в). Соображения те же, что и при пластикации аморфных по-
лимеров - предотвратить прилипание расплава материала к шнеку. Температура плав-
ления Тпл для промышленных полимеров приведена в таблице 3.2.
Следующая зона имеет температуру Т, равную температуре литья Тл минус (10
+15)°С: Т=ТЛ.- (10 + 15)°С.
Последующие зоны имеют температуру Т. равную температуре литья: Т - Тл.
Температуру сопла Тс устанавливают равной: Тс = Тл - (5 + 10)°С.
5.4.6. Определение средней температуры расплава
Для определения средней температуры нагретого в цилиндре расплава часть пор-
ции при впрыске собирают на изоляционной подставке. Температуру определяют с по-
мощью переносной термопары. Для более точного и постоянного определения темпе-
ратуры применяют сопла с встроенными в них термопарами.
5.4.7. Стабильность веса изделий
Стабильность веса изделий, отливаемых от цикла к циклу, зависит от точности
объема порции материала, подготовленной к впрыску (точности навески).
Точность навесок в циклах возрастает, а соответственно погрешность навесок
уменьшается с увеличением отношения задаваемого хода шнека при впрыске к макси-
мальному ходу шнека (Н/НП ), или что одно и то же, от отношения задаваемого хода
шнека к его диаметру (H/D).
На рисунке 5.2 приведен пример влияния отношения Н/D на погрешность навесок
в циклах (4Т) и на колебание температуры по длине шнека с отношением L/D ~ 18.
5.4.8. Размеры шнеков
Длина шнека в современных литьевых машинах составляет от 18 .LZD до 25 L/D.
При этом соотношение глубины витка шнека в зоне питания и в зоне выдавлива-
ния (hi/hi) составляет от 2,0 : 1 до 2,5 : 1.
Длина зоны питания составляет , примерно, 60% от всей длины шнека, зона сжа-
тия - 20% и зона выдавливания - 20%.
Ниже приведены справочные данные по размерам шнеков, при которых достига-
ется оптимальная пластикация материалов.
98
---------1-----1--------1------7? t
° 1 2 ГН/ 4 W
Рис.5.2. Влияние отношения ( /О ) ла
погрешность порции материал и ь
циклах (дТУ) и на колен анке
температуры по длине порции
материала при (£/q ) % 18
Клапан открыт
(пластикация)
Клапан закрыт
(впрыск)
Рис.5.3.Клапан на конце шнека.
1 -инжекционный (нагревательный)
цилиндр;
2-клапан
99
Диаметр шнека D, мм Глубина Соотношение Л/Л,
Л;, мм /ь, мм
30 4,3 2,1 2,0 : 1
40 5,4 2,6 2,1 : 1
60 7,4 3,4 2,2 : 1
80 9,1 4,0 2,3 : 1
90 10,0 4,2 2,4 : 1
120 12,0 5,0 2,4: 1
150 14,0 5,6 2,5: 1
>150 14,0 5,6 2,5 : 1
При необходимости размеры шнеков промежуточных диаметров можно опреде-
лить по формуле: hx ~/г (Dx/D )°‘7
где hx и Dx - искомые размеры, Л и D берутся из таблицы.
На конце шнека закрепляется клапан. Его назначение - предотвратить течение
расплава обратно по виткам шнека в момент впрыска расплава в форму (рис.5.3).
Нормальное состояние клапана, предотвращающее обратное перетекание распла-
ва, определяют следующим образом. Производят впрыск материала в форму. Наби-
рают новую порцию материала и производят повторный впрыск материала уже в за-
полненную форму. При нормальном состоянии клапана щнек не должен продвигаться
вперед. Если шнек продвигается вперед, как при обычном впрыске, это означает, что
наконечник шнека пропускает материал обратно по виткам шнека. Это указывает на
то. что наконечник шнека изношен и его нужно менять.
Справочные данные по высоте рабочего прохода Л в клапане, при котором обес-
печивается нормальный переток расплава через клапан в переднюю часть цилиндра во
время пластикации, приведены ниже.
Диаметр шнека D, мм Высота Л, мм
30 3,0 - 4,4
40 3,4-5,0
60 4,2-6,2
80 4,6-6,8
90 5,0-7,4
120 5,6-8,3
100
Рекомендации по технологическим параметрам сопел приведены ниже.
Усилие прижима сопла к форме (паспортная харак- теристика) F, тн Радиус наконечника сопла R (в мм), не менее Диаметр отверстия в сопле d (в мм), не более
50 - 100 10 4-6
100- 500 10- 15 5-8
5.4.9. Частота вращения шнека
Частота вращения шнека не должна превышать верхнюю границу и не должна
опускаться ниже нижней границы (рис.5.4). Частоту W можно определить по формуле:
W = Vx 60 000/(nxD). мин '' (5.1)
где : D - диаметр шнека, мм
И - линейная скорость, м/мин.
Частота вращения шнека W влияет на изменение (повышение) температуры рас-
плава при пластикации (рис.5.5). С увеличением частоты W сдвиговые напряжения в
витках шнека усиливаются, что вызывает повышение температуры расплава.
С увеличением частоты W в результате увеличения сдвиговых напряжений при
пластикации усиливается смесительный эффект (рис5.6) полимера с ингредиентами
(красителями, наполнителями и другими полимерами).
Скорость V в зависимости от технологической задачи задают в диапазоне 0.05 < V
<0.3.
Рекомендации по заданию скорости V приведены в таблице 5.1 (дополнительные
объяснения даны в последующих разделах 5.5 - 5.7).
5.4.10 Давление пластикации
Давление пластикации Рпл- один из главных параметров пластикации.
Давление пластикации Рпл влияет на качество пластикации (качество порции рас-
плава, подготовленной к впрыску), температуру расплава (рис.5.5) и производитель-
ность пластикации.
Увеличение давления пластикации Рпл повышает однородность расплава, увели-
чивает температуру расплава (рис.5.5) и усиливает смесительный эффект в витках шне-
ка при пластикации (рис.5.6).
Рис.
Диаметр ш.нека1\ мм
Рабочий диапазон частоты брашеимя
шнека V
Линейная скорость вращения шнека:
1- о,OS м/с ; 2 - 0,2 3 - 0/5 ^/cj
снес.мтельньш эрдэект
яри пластикации
частоты вращений,
шнека. W и давления
пластикации .Рпл.
температуры расплава при
пластикации частоты врагце-
ния шнека J/ и давления,
пластикации Рдл,
102
Увеличение давления пластикации Рпл для улучшения качества смешения исполь-
зуют при окрашивании полимеров концентратами красителей и при пластикации поли-
меров с дисперсными наполнителями.
Увеличение давления пластикации Рпл разрушает волокнистые наполнители
(стекловолокно, углеродное волокно) при пластикации. Поэтому для сохранения длины
волокнистого наполнителя и усиливающего эффекта, который достигается при его вве-
дении в полимер, давление пластикации Рпл при переработке стеклонаполненных по-
лимеров и полимеров с углеродными наполнителями устанавливают ниже среднего
значения.
Повышение давления пластикации Рпл при переработке кристаллических полиме-
ров уменьшает размеры кристаллических образований, что способствует формирова-
нию мелкокристаллической структуры изделий.
Рекомендации по давлению пластикации Рпл при переработке ненаполненных по-
лимеров, смесей полимеров, наполненных полимеров, а также при окрашивании поли-
меров приведены в табл.5.1.
С повышением давления пластикации Рпл производительность пластикации
уменьшается.
5.5. Рекомендации по пластикации при окрашивании полимеров
При окрашивание полимеров концентратами красителей процесс пластикации
имеет очень важное значение в достижении равномерного окрашивания изделий.
Именно процесс пластикации должен обеспечивать равномерное распределение краси-
телей в основном материале. Это достигается хорошим смешением красителей с основ-
ным материалом в витках шнека.
Смесительный эффект усиливается и, следовательно, равномерность окраски
улучшается (рис.5.6) с увеличением числа оборотов шнека (см.табл.5.1).
Главное влияние на качество смешения оказывает правильное сочетание давления
пластикации и частоты вращения шнека. Смесительный эффект усиливается с одновре-
менным увеличением давления пластикации Рпл и частоты вращения шнека N (рис.5.6).
Поэтому для улучшения окрашивания изделий и устранения разводов на поверх-
ности изделий давление пластикации Рпл нужно увеличивать по мере увеличения час-
тоты вращения шнека N.
С повышением температуры расплава распределение красителей в материале об-
легчается, т.к. снижается вязкость материала. Поэтому улучшается равномерность
окраски изделий. Однако повышать температуру с этой целью можно только до опре-
деленного значения, при котором не происходит разложение (деструкция) красителей.
103
Таблица 5.1
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЛИНЕЙНОЙ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ШНЕКА V
И ДАВЛЕНИЮ ПЛАСТИКАЦИИ Рпл
Технологические задачи Скорость Ц м/мин Давление пластикации Рпл, кг/см2
Окрашивание полимеров концентратами красите- лей 0,15-0,25 Повышенное 60- 150'
Пластикация полимеров с дисперсными наполните- лями 0,15 - 0,25 Повышенное 60 - 150
Пластикация полимеров с термостабилизаторами, антиперенами 0,15-0,17 Среднее 20-60
Пластикация ненаполцен- ных полимеров 0,07-0,10 Среднее 20-60
Пластикация смесей по- лимеров 0,07 - 0,10 Среднее 30 -40
Пластикация стеклона- полненных полимеров 0,05-0,07 Низкое 10 -20
Пластикация полимеров с волокнистыми наполните- лями с особо высоким усиливающим эффектом (углеродное, борное во- локна). 0,03 - 0,05 Низкое 10-20
Примечание:
" Верхний предел для термостабильных красителей
104
О начале деструкции свидетельствует изменение цвета изделий. Они становятся более
блеклыми или темными.
Рекомендации по частоте вращения шнека W и давлению пластикации Рпл при
окрашивание полимеров концентратами красителей в процессе литья под давлением
приведены в таблице 5.1.
5.6. Рекомендации по пластикации наполненных полимеров
5.6.1. Дисперсные наполнители
Стабильность свойств изделий из полимеров с дисперсными наполнителями до-
стигается при хорошем качестве смешения наполнителей с полимером. При этом сни-
жаются такие дефекты, как расслоение материала с наполнителем, коробление, рас-
трескивание. Хорошее качество смешения закладывается при пластикации.
Смесительный эффект полимера с дисперсными наполнителями в витках шнека
усиливается, а качество смешения улучшается с увеличением числа оборотов шнека
(рис.5.6). Поэтому для улучшения качества смешения полимеров с дисперсными напол-
нителями число оборотов шнека рекомендуется увеличивать (см.табл. 5.1).
Полимер лучше смешивается с дисперсным наполнителем и смесительный эффект
усиливается при повышенном давлении пластикации (рис.5.6). Поэтому для улуч-
шения качества смешения полимера с дисперсными наполнителями давление пластика-
ции РПЛ рекомендуется повышать (табл.5.1).
Рекомендации по частоте вращения шнека N и давлению пластикации Рпл при
пластикации полимеров с дисперсными наполнителями приведены в табл.5.1.
5.6.2. Волокнистые наполнители (стекловолокно, углеродное волокно, борное волок-
но)
При пластикации полимеров с волокнистыми наполнителями создают мягкий
(“щадящий”) режим пластикации. При таком режиме не происходит разрушение во-
локнистого наполнителя в витках шнека и длина волокна не уменьшается. Поэтому со-
храняется усиливающий эффект, который достигается при введении жесткого наполни-
теля в сравнительно мягкий полимер. Прочность и жесткость готовых изделий не сни-
жаются.
Для создания мягкого режима пластикации число оборотов шнека уменьшают и
устанавливают на уровне, ниже среднего значения (см.табл.5.1).
Созданию мягкого режима пластикации способствует также уменьшение давления
пластикации Рпл. Поэтому при переработке композиционных полимеров с волокнис-
тыми наполнителями давление пластикации Рпл уменьшают, а температуру литья Тл
увеличивают.
105
Пластикацию полимеров с наполнителями, которые имеют особо высокий усили-
вающий эффект (углеродное, борное волокна), проводят при более мягких режимах,
чем пластикацию стеклонаполненных полимеров. Для этого снижают число оборотов
шнека N, понижают давление пластикации Рпл и увеличивают температуру материала
Тл.
Рекомендации по частоте вращения шнека W и давлению пластикации Рпл при
пластикации полимеров с волокнистыми наполнителями приведены в таблице 5.1.
5.7. Рекомендации по пластикации кристаллических полимеров
Большое влияние процессы пластикации оказывают на структуру кристаллических
полимеров, а она в свою очередь определяет качество готовых изделий. Регулируя ре-
жимы пластикации, можно создавать определенную структуру и требуемое качество
изделий.
Регулирование структуры и качество изделий из кристаллических полимеров.
Пластикация с малыми скоростями вращения шнека (Г = 0.03 - 0.05 м/мин} прак-
тически не изменяет кристаллическую структура (размеры сферолитов, их количество)
поступившего на пластикацию полимера. При увеличении частоты вращения шнека W и
давления пластикации Рпл сферолиты деформируются, происходит их дробление на
отдельные осколки (рис.5.7). Эти осколки при дальнейшем формовании материала в
форме являются центрами кристаллизации. Поэтому пластикация с большими скоро-
стями очень сильно измельчает структуру кристаллических полимеров. Структура ста-
новится мелкокристаллической.
Образованию мелкокристаллической структуры способствует также понижение
температуры пластикации Т (см.рис.5.7).
Крупнокристаллическая структура является причиной образования крупнокри-
сталлической структуры в формуемом изделии. При такой структуре изделие становит-
ся более прочным, жестким (модуль упругости Е увеличивается), но более хрупким и
менее эластичным (относительное удлинение при разрыве ер уменьшается (см.рис.5.7).
Мелкокристаллическая структура пластицированного материала создает мелкокри-
сталлическую структуру в формуемому изделии. При такой структуре изделия имеют
меньшую прочность, жесткость, но становятся более эластичными. Такие изделия более
надежны при сборке.
Для повышении эластичности (уменьшения хрупкости) и повышения надежности
изделий при сборке пластикацию нужно проводить при более жестких режимах. Это
достигается увеличением числа оборотов шнека N, повышением давления пластикации
Рпл и понижением температуры материала Тл.
Рис.5.7. близкие скорости (частоты) вращения
шнека V(iv), давления пластикации Рал,
температуры пластикацииТ на образование
кристаллической структуры при пластикации
э 4
J <
3 с
повышение
давления п
пластикации г пл
< 5
Нх
sg
С 5
о ь
□ d
3 С
увеличение
диаметр ct
шнека D
- Частота вращения шнекаМ
Рис. 5.8. Вли?1иие частоты вращения
шнека//; дАвления пластикации Рпл,
диаметра шнека Т) на производиТЕлъиосГб
107
Для повышения прочности и жесткости изделий пластикацию нужно проводить
при более мягких режимах. Это достигается уменьшением числа оборотов шнека N,
снижением давления пластикации Рпл и повышением температуры материала Тл.
Пластикация при литье толстостенных изделий. Если деталь толстостенная, то на
стадии пластикации следует создавать мелкокристаллическую структуру с большим
числом зародышеобразователей.
Для создания такой структуры нужно пластицировать материал при пониженной
температуре Т. с высокой частотой вращения шнека N и при повышенном давлении
пластикации Рпл.
5.8. Производительность пластикации
Производительность пластикации Ппл определяется массой порции расплава ма-
териала, подготовленной при пластикации за единицу времени. Производительность
Ппл рассчитывается как отношение массы отливки G к продолжительности набора
порции расплава 1ПЛ Ппл = G/lnjl.
Производительность пластикации Ппл для каждого типа - размера литьевой ма-
шины зависит от диаметра шнека D, частоты вращения шнека N и давления пластика-
ции Рпл (рис.5.8). Увеличение частоты вращения N увеличивает производительность
Ппл. Повышение температуры цилиндра обеспечивает улучшение нагрева пластици-
руемого материала в цилиндре, что позволяет увеличивать частоту вращения шнека.
Увеличение давления пластикации Рпл снижает производительность пластикации Ппл.
Производительность пластикации оказывает влияние (ограничивает) на произво-
дительность технологического процесса литья в целом только при литье тонкостенных
изделий. В этом случае продолжительность набора порции расплава
(продолжительность пластикации /да) больше требуемой продолжительности охлажде-
ния материала в форме без давления 10уЛ1.
Это увеличивает общую продолжительность цикла литья 1Ц и уменьшает произво-
дительность технологического процесса литья в целом. Во всех остальных случаях (при
литье изделий со средней толщиной и толстостенных) продолжительность пластикации
1пл меньше времени охлаждения 10уЛ1.
По окончании пластикации подготовленная для впрыска порция расплава нахо-
дится в передней части цилиндра. Чем дольше после пластикации расплав находится в
передней части цилиндра, тем больше стабилизируется температура порции расплава и
выше стабильность свойств изделий. Поэтому пластикацию нужно начинать сразу по
окончании времени выдержки материала в форме под давлением 1впд-
108
В случае литья толстостенных изделий через литник больших размеров время вы-
держки материала в форме под давлением 1ВПД составляет большую часть цикла. По-
этому требуется высокая производительность пластикации Ппл, чтобы не увеличивать
общую продолжительность цикла 1Ц.
В случае окрашивания полимеров при литье под давлением концентратами краси-
телей для обеспечения эффективного смещения полимеров с красителями при пластика-
ции и получения равномерной окраски изделий требуются большая частота вращения
шнека W и высокое давление пластикации Рпл (табл.5.1) Производительность пласти-
кации Ппл при этом низкая.
При пластикации полимерных материалов с волокнистыми наполнителями
(стекловолокно, углеродное волокно) для того, чтобы не разрушить усиливающий на-
полнитель и не снизить механические свойства изделий, устанавливают небольшую час-
тоту вращения шнека N и низкое давление пластикаци Рпл (табл.5.1). Производитель-
ность пластикации Ппл при этом низкая.
При пластикации ненаполненных полимеров, смесей полимеров, полимеров с дис-
персными наполнителями устанавливают среднюю частоту вращения шнека W и низкое
(или среднее) давление пластикации Рлл (табл.5.1). Производительность пластикации
Ппл при этом высокая.
5.9. Таблица с рекомендациями по регулированию технологических параметров
пластикации и параметров шиека
В предыдущих разделах рассматривали влияние технологических параметров пла-
стикации и параметров шнека на производительность пластикации и показатели ка-
чества порции материала, подготовленной для впрыска, а через них на качество изде-
лий.
Сводка рекомендаций по регулированию технологических параметров пластика-
ции и параметров шнека для решения заданных технологических задач и достижения
требуемых показателей качества изделий приведена в таблице 5.2.
Рекомендации по регулированию технологических параметров пластикации для
устранения брака приведены в табл. 11.1.
РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЛАСТИКАЦИИ И ПАРАМЕТРОВ ШНЕКА
Т - улучшение показателя качества ( повышение производительности) с увеличением параметра
Ф - улучшение показателя качества ( повышение производительности) с уменьшением параметра
Таблица 5.2
Показатели качества и технологические задачи пластикации Тсм-ра цилиндра Т Частота вращения шнека N Давление пластикации Р пл Отношение н/н1} Время пластикации Длина шпека L/D Отношение h/Zli. Глубина й
Повышение производитель- ности пластикации т т 4. 4. т 1
Повышение тем-ры расплава Тг в зоне выдавливания т т т Т 4.
Точность порции по объему (стабильность веса изданий) т
Качество смешения полиме- ра с концентратами краси- телей (равномерность окра- шивания изделий) т т т т т
Пластикация полимера с дисперсными наполнителя- ми т т т
Пластикация полимера с волокнистыми наполните- лями (стекловолокно и др.) т 4.
Получение мелкокристалли- ческой структуры полимера 4. т т 4.
Устранить следы непро- плавленных гранул т 4. т т
но
6. ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМОВАНИЯ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМОВАНИЯ.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕГУЛИРОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ ФОРМОВАНИЯ.
В разделе рассматриваются процессы течения материала в форме и их влияние на
качество изделий. Анализируется развитие давления в форме в обычном режиме и в
режиме по сбросом давления и даются рекомендации по организации различных режи-
мов формования. Приводятся данные по потерям давления в машине, литниковой си-
стеме и в форме.
Рассматривается влияние технологических параметров литья на процессы образо-
вания ориентации, внутренних напряжений, структуры и их влияние на свойства и каче-
ство изделий. Даны рекомендации по организации всех стадий процесса формования,
обеспечивающие получение изделий требуемого качества, а также исключающие обра-
зование брака и уменьшающие расход материала.
Эти рекомендации важны для управления технологическими параметрами литья
на машинах с числовым программным управлением.
В настоящее время применяют программные средства для расчета процессов
литья. В разделе даны рекомендации по использованию результатов математических
расчетов для управления технологическими параметрами на литьевых машинах.
6.1. Периоды формования материала в форме
Процесс формования состоит из трех периодов: периода заполнения формы, пе-
риода нарастания давления (уплотнение материала) и периода спада давления (рис.6.1).
В период заполнения горячий расплав из инжекционного цилиндра через литнико-
вую систему впрыскивается в более холодную форму. По мере продвижения расплава
по форме давление в форме возрастает (рис.6.1) . После полного заполнения формы
(точка А) период заполнения (13) заканчивается и начинается период нарастания дав-
ления.
В период нарастания flu) давление в форме увеличивается и происходит втекание
новых порций расплавленного материала в уже заполненную форму под действием дав-
ления, создаваемого в гидроприводе. Втекание новых порций необходимо для компен-
сации усадки (уплотнения) материала в форме. Усадка происходит в результате охлаж-
дения горячего материала в более холодной форме. Охлаждение материала начинается
с момента его поступления в форму и продолжается до окончания формования
(рис.6.1). Уплотнение материала в форме происходит в результате его сжатия по мере
период заполнения дэормы
4:н -период нарастания давления
ten-период спада давления
Рис.6.4. риагромио изменения давления Р
и теипературы Т В рорме
112
возрастания давления в форме, т.к. полимерные материалы характеризуются сжимае-
мостью.
По мере охлаждения материала в форме его вязкость растет. Поэтому сопроти-
вление втеканию новых порций материала в период нарастания давления постоянно
увеличивается. Когда усадка материала внутри формы за счет его охлаждения уравно-
вешивается притоком нового материала, давление в форме достигает максимального
значения (t.D) и период нарастания давления заканчивается.
За периодом нарастания начинается период спада давления f 1г~п). Этот период ха-
рактеризуется более интенсивным охлаждением материала в форме. Усадка материала
происходит быстрее, чем приток новых порций материала. Период спада давления ха-
рактеризуется уменьшением давления в форме и увеличением перепада давления по
длине формы.
В определенный момент литник перемерзает и приток новых порций материала
прекращается полностью. В точке Е давление в гидропроводе отключается
(заканчивается период выдержки под давлением и давление в детали еще более
резко падает. В точке К форма раскрывается и происходит съем изделия из формы.
6.2. Изменение давления прн формовании
На литьевых машинах об изменении давления в процессе формования можно су-
дить по показаниям манометра. Поэтому манометр должен быть всегда исправлен и
выверен. На рисунке 6.26 показана схема манометра с максимальной шкалой 100
кгс/смг. Необходимо уметь по движению стрелки манометра представлять как изме-
няется давление во время формования не только в гидроприводе, но главное на отдель-
ных участках внутри литьевой формы.
Когда начинается заполнение формы, стрелка манометра от точки 0 резко откло-
няется (поднимается) до точки At (рис. 6.2а,б). Давление в точке А; показывает давле-
ние, которое затрачивается на сопротивление всех систем гидравлики, нагревательного
цилиндра и на входовые потери давления в сопле и литниковой системе.
Далее происходит затекание материала в форму. Давление в форме по мере про-
движения материала вглубь формы плавно увеличивается по линии As- А:-А,-А
(рис.6.2а), а стрелка манометра плавно отклоняется (поднимается) до точек А2.А3.А
(рис.6.26). В точке А заполнение формы заканчивается.
После точки А стрелка манометра очень быстро (резко) подскакивает до заданно-
го в гидравлике максимального значения РМАх^- Б). Далее в гидросистеме происходит
гидроудар и давление в гидроситеме подбрасывается до давления Р1 млх (т.С), которое
Рис. 6.2. Диаграмма изменения давления Р
& гидроприводе (кривая 1)? на начальном
участке формы (криьая 1Г) и на среднем
114
больше давления РщА.\-, установленного в гидросистеме. На манометре стрелка стреми-
тельно продолжает двигаться по часовой стрелке и подскакивает до точки С. После
этого быстро возвращается к заданной величине РМАу (точ.Б1).
Далее стрелка на манометре стоит на заданном давлении РмАх в течении всего
времени выдержки под давлением 1впл- которое задают на клапане управления гидрав-
ликой. В течение всего времени 1ВПд, до момента перемерзания литника, в форму посту-
пают новые порции материала для компенсации усадки.
После окончания времени выдержки под давлением tBna давление в гидросистеме
отключается и стрелка манометра возвращается к нулевому положению.
Если вокруг манометра условно нарисовать шкалу времени t и затем её выпрямить
по оси X, а отклонения стрелки на манометре в различные моменты времени отложить
на оси Y, то получим кривую изменения давления в гидроприводе в процессе формова-
ния (кривая I на рис. 6.2а).
В зависимости от изменения давления в гидроприводе (кривая I) изменяется дав-
ление в форме. Кривая II (на рис.6.2а) показывает изменение давления на участках,
близких к началу формы, а кривая III на удаленных участках.
В период заполнения формы (впрыска) кривые II и III во многом повторяют ли-
нию I. А после окончания впрыска давление по манометру в гидроситеме остается по-
стоянным, а давление в форме изменяется в результате протекающих в форме процес-
сов. Давление в форме меньше, чем в гидравлике из-за потерь давления на всех
участках, отделяющих форму от гидравлики.
Обычно, когда рассматривают схему изменения давления в форме в процессе фор-
мования рисуют одну кривую , соответствующую точкам, которые расположены близ-
ко к входу в форму, как это показано на рисунке. 6.1. Эта кривая показывает каче-
ственный характер изменения давления в форме в процессе формования. Для изделий
небольшой длины (L/h < 50 - 75) кривая изменения давления на всех участках формы
мало изменяется. Для изделий с большой длиной (L/h>75 - 100) кривая изменения дав-
ления на удаленных участках формы (кривая III на рис.6.2а) менее четко повторяет
кривую изменения давления на входе в форму.
6.3. Режимы заполиеиия формы
В общем случае заполнение формы может происходить в двух режимах.
Первый режим - режим постоянного расхода, В этом режиме материал течет в
форме (заполняет форму) с постоянным расходом Q = Q const (рис.6.3). По мере про-
движения материала по форме давление в гидроприводе Р монотонно возрастает. Дав-
115
ление Р может достигнуть максимально установленного значения PxiAX( задается кла-
паном) на длине Lv ещё до того, как форма полностью заполнена.
После этого подача гидрожидкости в гидравлический цилиндр, перемещающий
шнек, замедляется. В результате замедляется движение шнека вперед и подача материа-
ла в форму уменьшается.
Наступает второй режим - режим постоянного давления в гидроприводе машины
(Р - PtfAy) и на входе в форму. Этот режим характеризуется уменьшением подачи гид-
рожидкости в гидроцилиндр и убыванием скорости течения материала в форме. Тече-
ние материала в форме происходит по этому, что в литниках и вдоль формы существует
перепад давления. Второй режим - это режим постоянного давления на входе в форму и
убывающей скорости течения материала в форме.
Следует стремиться, чтобы заполнение всей формы целиком проходило только в
режиме постоянного расхода. В этом случае после полного заполнения формы в начале
периода нарастания давления происходит резкое повышение давления в гидроприводе
Р до максимально задаваемой величины РМАХ (рис.6.2а). На манометре это можно на-
блюдать по резкому отклонению стрелки вправо от т.А до т.С (рис.6.26).
Если заполнение формы первоначально проходило в режиме постоянной, а затем
убывающей скорости течения, такого резкого увеличения давления в гидроприводе Р в
начале периода нарастания давления не происходит (рис.6.4). Давление Р достигает
максимальной величины РМАХ в период заполнения формы. В этом случае резкого от-
клонения стрелки на манометре не наблюдается.
В случае, если заполнение формы целиком проходило на первом режиме течения -
постоянной скорости Q. диаграмма давления показана на рис.6.5.
На манометре этот режим регистрируется резким отклонением стрелки при пере-
ходе от периода заполнения формы к периоду нарастания давления.
При организации процесса формования необходимо добиваться, чтобы заполне-
ние формы по всей длине проходило на первом режиме - режиме постоянной скорости
течения. Только на первом режиме технологи могут управлять процессами заполнения
формы путем регулирования технологических параметров формования (температуры
материала Тл , температуры формы Тф, давления литья Рл. скорости впрыска Q).
Влияние технологических параметров литья на длину заполнения формы Ly на
первом режиме течения показано на рисунке 6.6 а.
Повышение температуры материала Тл и формы Тф увеличивает длину заполне-
ния Ly. Температура формы Тф оказывает более слабое влияние на длину L,,-, чем тем-
пература литья Тл. Увеличение давления литья Рл увеличивает длину заполнения Lv.
,_______I режим
постоянного расхода GL
р
I режим
достоянного
давления Р
Время заполнений формы t
Рис.6.3. Режимы заполнения дзормы
Р
Рис.6.Ч. Заполнение дзормы
на налой скорости впры-
ска с переходом с пер-
вого режима течения
на второй режим в
процессе залолнения
дзормы
Диаграмма изменения
Давления Р
Рис.6.51. Заполнение
форм bi на большой
скорости впрыска
на первом режиме
течения
диаграмма изменений
давления Р
Тр
Рис. 6.6 • Влияние техиологи-ческих лора^етров
литъа ; темперлтуры материала. Тл?
температуры дэормы Тдэ ? ,а, деления
диТьяРдна. длищг гааолиеиия рормы
а)-на лере dm режиме fd=Qcon st \ L\
5) -на втором режи не (Р = Р с о и ьг) L ।
118
При заполнении на втором режиме управлять течением материала невозможно,
т.к. течение регулируется в форме самопроизвольно в зависимости от заданных пара-
метров на первом режиме течения и геометрии формы (рис.6.66).
Кроме того, если заполнение формы проходило первоначально в режиме постоян-
ной, а затем убывающей скорости течения, появляется нестабильность свойств изделий
подлине изделия и нестабильность свойств изделий от цикла к циклу.
При реализации второго режима течения возможны такие виды брака, как
“волнистая поверхность” (см. раздел “Волнистая поверхность”).
6.4. Передвижение фронта потока расплава
Течение расплава по охлаждаемой форме происходит путем растягивания фрон-
тальной пленки (рис.6.7). На стенках холодной формы образуется корочка застывшего
материала - охлажденная оболочка. При течении происходит выдавливание внутренних
горячих слоев расплава к фронту потока внутри охлажденной оболочки.
Внутри охлажденной оболочки струи полимера движутся параллельно течению.
Но как только частицы материала достигают фронта потока, они начинают двигаться
вместе с фронтом перпендикулярно течению и растягиваются. Достигая стенок формы,
частицы останавливаются. Далее они деформируются (растягиваются) вдоль стенки в
направлении течения.
В режиме постоянной скорости течения материал подходит к фронту потока с по-
стоянной температурой. В режиме убывающей скорости течения температура материа-
ла на фронте потока постоянно уменьшается. Именно поэтому, если форма заполняется
в режиме постоянной скорости течения, свойства готовых изделий более однородны.
Перемещение фронта потока расплава при заполнении формы разной конфигура-
ции нужно уметь представлять. Это важно, чтобы исключить образование на готовых
изделиях таких видов брака, как следы течения, спаи или сварные швы, стыковые швы,
дырки и др.
Заполнение формы разной конфигурации происходит по уровням равных давле-
ний. Линии перемещения фронта потока расплава при заполнении формы это и есть
уровни равных давлений.
Линии перемещения фронта потока расплава при заполнении плоской пластины
показаны на рисунке 6.8а.
Диск с центральным литником заполняется в виде концентрических кругов (рис.
6.86).
149
потока расплава
Рис.6.7. Схема движения расплава. при
валолненим дэормы
рце.Сб, Заполнение формы по уровням
равных ДАВЛЕНИЙ:
а) - плоская пластина
5)-диск с центральным литником
в)-диск С БОКОВЫМ литником
120
Диск с боковым литником первоначально также заполняется в виде концентриче-
ских кругов, центр которых находится в литнике (рис.6.8в). Однако эти круги обрезаны
(ограничены) стенками формы. После экватора боковые потоки начинают обгонять
центральные потоки и линии тока приобретают обратно симметричный профиль.
Изделия типа ведра и стакана заполняются в две стадии (рис. 6.9). На первой ста-
дии заполняется дно-диск с центральным литником. На второй стадии заполняется бо-
ковая стенка. Она в развернутом виде представляет собой трапецию. Заполнение про-
исходит по уровням, равноудаленным от основания (аналогично пластине).
Для определения профиля течения расплава по форме для более сложных изделий
оформляющую полость формы разбивают на сектора и рисуют последовательные эта-
пы течения в каждом секторе. При этом необходимо учитывать все геометрические
факторы. Рассмотрим это на примере заполнения формы на прямоугольную коробку с
центральным литником (рис.6.10а).
Первоначально делают развертку коробки (рис.6.106). Далее из центра дна
(центральный литник) рисуют концентрические круги - линии перемещения фронта по-
тока. При этом видно, что в короткой части прямоугольного дна (L,) в определенный
момент времени поток доходит до боковых стенок I, а в длинной части (L2) прямо-
угольного дна поток еще не доходит до боковых стенок II. Поэтому до того момента,
как поток дойдет до боковых стенок II, поток в боковые стенки I уже будет затекать.
После этого картина может развиваться по разным вариантам.
Первый вариант - утолщение стенок в углах коробки незначительное (рис.6.106). В
начале профиль течения в боковых стенках I и II будет сохранять кривизну, как это по-
казано на развертке. Далее кривизна линий перемещения фронта потока уменьшается и
они все более выпрямляются.
Фронт потока в боковых стенках I достигает края этих стенок (Л) раньше, чем это
происходит с фронтом потока в стенках II. Поэтому после того, как фронт потока в
боковых стенках I достигнет края этих стенок (Л), весь поток со стенок I повернется к
двум другим боковым стенкам II и начнет заполнять эти стенки с боков. Основной по-
ток будет заполнять стенки II снизу (со стороны дна), а дополнительные потоки с бо-
ков. На боковых стенках II образуются короткие спаи (сварные швы) в конце пути те-
чения, где сходятся дополнительные потоки, а также основной поток.
Другой вариант течения реализуется, если в углах коробки есть значительные
утолщения (рис.б.Юв). Заполнение дна происходит по прежней схеме. Далее материал
начинает затекать в боковые стенки I. Как только фронт потока материала доходит до
углов, он начинает подниматься по этим боковым углам как по стержням. Это объяс-
12.1
впуск
Рис. 6.9-Заполнение дэормъг для изделий
типа стакан или ведро
Рис.640. Заполнение срормы для изделии
типа прямоугольная коровка (а.)
с раьными wig,:
0-ЧТолщеиие стенок в углах коровки
незначительное »
В)- утолщение стенок в углах коровки
122
няется тем, что если на углах есть утолщения, то они оказывают меньшее сопротивле-
ние течению материала, чем боковые стенки, и течение по этим сечениям происходит
легче. Течение материала по боковым углам начинает опережать течение материала по
боковым стенкам. При такой ситуации фронт течения материала по боковым стенкам I
и П постепенно приобретает форму перевернутой окружности.
По причине небольшого сопротивления течению материал достигает края короб-
ки (точки Ch С2. Cj. CJ в боковых углах раньше, чем в боковых стенках. Далнейшее
затекание материала в боковые стенки происходит от боковых улов, как от литников.
По линиям встречи потоков от боковых углов на всех четырех боковых стенках обра-
зуются спаи (сварные швы).
При проектировании изделий следует учитывать местные утолщения и направлен-
но изменять профили течения.
6.5. Перепады давления
При впрыске расплавленный материал движется по форме, заполняя ее. По мере
движения материала по соплу, разводящим литниковым каналам, впускам и по форме
развивается давление в гидроприводе машины. Динамику развития давления в гидро-
приводе можно проследить по манометру (рис.6.2).
При течении материала перепады давления ДР создаются на всех участках литье-
вой системы сопло - форма (рис.6.11): на входе в сопло (т.А), в сопле (участок Б), в лит-
никовой втулке (участок В), в разводящем литнике (участок Г), на участке впуска в
форму (т. D), на участке формы, заполненном материалом (участок Е).
Перепады давления (или потери давления) ДР в системе сопло - форма можно раз-
делить на две группы. Первая группа - это перепады давления ДРТ, связанные с течени-
ем материала в сопле, литниках и форме. Вторая группа - это перепады давления ДРвх<
обусловленные входовыми эффектами, возникающими при втекании материала в соп-
ло, литниковую втулку и впуски.
Потери давления, затрачиваемые на течение материала в форме ДРФ, являются
основной составляющей в общем перепаде давления в системе сопло-форма. Потери
давления ДРФ зависят от вязкости полимера (табл.6.1). Чем больше вязкость т; полиме-
ра, тем больше потери давления в форме ДРФ.
Технологические параметры литья влияют на потери давления в форме ДРФ. По-
вышение температуры материала Тл приводит к снижению вязкости полимера и
уменьшению потерь давления в формеДРф. Повышение температуры формы Тф умень-
Рис.б.Я. Л ере л ад ы д деления (б) до длине
системы сопло-срорма (а.) и изменение
давления на входе в сопло Рс СвЗ в
зависимости от длины затекания материллл
в дзормлр Т- .
Пере лад длвлениа.: дРс " в сопле ,
а Рл.ь -в литниковом btjakе, д Рр.д-е> разводаи|ел
литнике? а Рьп - во вписке, a Pgj - в форме
Таблица 6.1
ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРА, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИТЬЯ, РАЗМЕРОВ ИЗДЕЛИЙ И
ОСНАСТКИ НА ПОТЕРН ДАВЛЕНИЯ В ФОРМЕД Рф И ВХОДОВЫЕ ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ ЛРйл
Т - ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ УВЕЛИЧИВАЮТСЯ С УВЕЛИЧЕНИЕМ ПАРАМЕТРА
1 - ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ УМЕНЬШАЮТСЯ С УВЕЛИЧЕНИЕМ ПАРАМЕТРА
Почери давления Вязкость полимера 7 Элас1ичпость полимера ХЧ7 Т см пера сура литья Т;, Температура формы Тф Скорость впрыска Q Толщина изделия h Длина изделия L Входовой диаметр <hx
в форме А Рф т 4. 4-
входовые А Рвх т 4. т 4-
* dm - входной диаметр сопла, литниковой втулки н втска
” Т - тоикост Citi них изделий сложной конфигурации и и «делий общею назначения
4- - для голстостсипых изделий небольшой длины
125
шает ДР®. Это связано с тем, что уменьшается охлаждение расплава при заполнении
формы. При течении горячего расплава в более холодной форме происходит охлажде-
ние расплава и образование охлажденного слоя материала на поверхности формы
(уменьшается проходное сечение формы). С повышением температуры формы Тф тече-
ние расплава становится более изотермичным: меньше снижается температура расплава
и образуется охлажденный слой, меньше по толщине.
При литье тонкостенных изделий сложной конфигурации и изделий общего наз-
начения (табл.6.1) увеличение объемной скорости впрыска Q приводит, как правило, к
уменьшению потерь давления, затрачиваемых на заполнение формы ДРФ. Это связано с
тем, что с повышением Q время заполнения формы 13 уменьшается. В результате этого
уменьшается охлаждение расплава при заполнении формы и уменьшаются потери дав-
ления в форме ДРФ. При литье толстостенных изделий небольшой длины увеличение
объемной скорости впрыска Q приводит к увеличению потерь давления в форме ДР.,,. В
этом случае неизотермичность процесса оказывает сравнительно небольшое влияние на
потери давления, а повышение Q вызывает увеличение скорости сдвига и напряжения
сдвига, реализуемых при заполнении формы, что увеличивает потери давления в форме
ДРФ.
Потери давления в форме ДРф резко возрастают с уменьшением толщины изделия
Л. Потери ДР,,. обратно пропорциональны третьей степени толщины изделия: ДРф = f
(l/h3).
Входовые потери давления на участках входа (рис.6.12) в сопло, литниковую втул-
ку и впуск (ДРвх ) вызваны тем, что полимеры обладают эластичностью. При втекание
полимера в более узкий канал происходит дополнительное распрямление макромолекул
высокоэластичного полимера (рис.6.12а), соответствующее более высоким напряжени-
ям сдвига, которые реализуются в более узком канале. Чем выше эластичность полиме-
ра, тем больше входовые потери давления (см.табл.6.1). Распределение высокооэласти-
ческой деформации на начальном (входовом) участке канала показано на рисунке
6.12г.
При втекании полимера в более узкий канал происходит также перестройка про-
филя скоростей течения (рис.6.12в). Все это требует дополнительной энергии и обуслав-
ливает входовые потери давления.
Входовые потери давления (ДРвх ) зависят от технологических параметров фор-
мования: температуры литья (Тл) и скорости впрыска (Q). Чем ниже температура
литья Тл и выше скорость впрыска Q, тем больше входовые потери давления (табл.6.1).
Рис.6.12. Входовые эффекты:
а) -течение материала на входе ькаиал;
5)-входовые потери давления;
изменение профиля скоростей V (в)
высоко эластине с кой деформации )(эл (%)
ил началъном (входовом) участке
канала
127
Входовые потери давления (ДРвх ) резко возрастают с уменьшением входного
диаметра сопла, литниковый втулки и впуска
Входовые потери давления ДРвх состоят из двух составляющих (рис.6.126). Первая
составляющая - потери давления непосредственно на входе в канал ДР0. Вторая состав-
ляющая - потери давления на начальном (входовом) LBX участке канала^ PL.
График изменения давления на входе в сопло Рс по мере продвижения материала
по системе сопло-форма, представленной на рис.6.11а, показан на рис.6.11в.
График перепадов давления по длине системы сопло-форма (рис. 6.116) аналоги-
чен графику изменения давления на входе в сопло Рс-при течении материала в этой си-
стеме, но они симметричны друг другу.
Графики на рисунках 6.116 и 6.11в показывают, что большая часть давления тра-
тится на входовые потери давления и на течение материала в сопле (Д Рс). литнико-
вой втулкеМ Рлв). разводящих литниках (Д РРЛ) и впусках (Д РВп)-
Понимание этого явления имеет важное значение при разработке оснастки. При-
мерную структуру перепадов давления в системе сопло - форма следует учитывать при
разработке режимов литья со сбросом давления.
6.6 Изменение размеров формы при формовании
Оформляющая полость литьевой формы в процессе формования изменяет свои
размеры (рис.6.13).
На рисунке 6.13а показана оформляющая полость формы толщиной 2h, когда еще
не приложено усилие запирания формы Г, и форма не заполнена расплавом.
При смыкании форма под действием усилия запирания F3 сжимается (рис.6.13б).
Уменьшается внутренняя оформляющая полость формы на величину(-2/1/1Д
В период заполнения формы и в период нарастания давления возрастает давление
Р и оно начинает противодействовать усилию запирания формы. Под действием внут-
реннего давления Р форма расширяется. Увеличивается оформляющая полость формы
на величину (+2Д)1Р) (рис.6.13в). В форму втекает дополнительный материал.
Если усилие, возникающее в форме рф в процессе формования, превышает усилие
запирания F3, форма под действием внутреннего давления Р открывается. Материал
вытекает из формы и на изделии образуется подлив (облой), что приводит к браку и
перерасходу материала (см.раздел “Облой”).
По мере охлаждения материала в форме давление в ней уменьшается и форма
сжимается под действием усилия запирания F3.
Pwc.6J5. Изменение размеров одэормланлцеи
полости дрормъм.
а) -срорма закрыта Гусилие запирание
формы Ра не прилажено)
- к дэорме приложено усилие задирания*1;
р>)-период заполнениях или нарастания
давлений
129
Изменение размеров оформляющей полости формы связано с особенностями раз-
вития давления в цикле литья. На рис.6.14а представлен график изменения давления Р в
форме в течение всего цикла литья и показано изменение размеров оформляющей поло-
сти формы в соответствующие периоды формования (рис.6.14б-д).
После запирания формы прессовой частью литьевой машины оформляющая по-
лость формы уменьшается на величину (-2/1ЛД (рис.6.146). Далее расплав заполняет
форму. Под действием давления, которое развивается при заполнении, полость формы
расширяется (рис.6.14в). В точке А форма заполнена за время 13
Расширение формы пропорционально среднему давлению Рср, которое развивает-
ся в форме. Среднее давление Р,-г., примерно, равно половине перепада давления ДР®,
которое развивается в форме при заполнении: Рср ~ !/2(ДРф). Перепад давления в
форме АРф и среднее давление Рср возрастают с увеличением вязкости расплава г), по-
нижением температуры материала Тл и температуры формы Рф, уменьшением толщины
изделия Л и увеличением его длины (см.раздел “Перепады давления”).
По окончании заполнения формы давление в гидросистеме увеличивается до за-
данной величины Ршд-(т.Б). Далее вследствие гидроудара и инерционности гидропри-
вода давление ещё больше возрастает до величины P;,W/)A-( т.С ). Толщина оформляю-
щей полости формы увеличивается в результате действия развивающегося в ней макси-
мального давления, соответствующего точке С (рис.6.14 г).
Если усилие запирания F3 меньше, чем усилие рф, развивающееся в форме в этот
период (период нарастания давления), форма приоткрывается и образуется подлив
(рис.6.14 г,д).
В течение последующего времени формования (после т.Б1) давление в форме
уменьшается, но оформляющаяся полость формы не уменьшается, т.к. половинки фор-
мы опираются на подлив, образовавшийся во время приоткрытия формы (рис.6.14 д).
Увеличенная толщина оформляющей полости формы приводит к образованию
брака - увеличенная толщина изделий и увеличению веса изделий (см.раздел
“Увеличенная толщина изделий”). В результате этого явления изделие переуплотняется,
увеличивается ориентация, что так же приводит к негативным последствиям.
Для предотвращения всех этих негативных явлений применяют режимы формова-
ния со сбросом давления (см.раздел “Режимы со сбросом давления”).
Рис.6 'диаграмма изменения длвлен-иа Р (&.
Размеры оформляющей полости торны до
на-чала заполнений формы (о), в момент
окончаний заполнения дэормы е>т.А(ь),
в период нарастания давлеяирд ь т.С (гр)
131
6.7. Режимы со сбросом давления
Сброс в гидроприводе применяют в период заполнения формы или в период на-
растания давления.
Сброс давления в период заполнения формы производят в момент окончания за-
полнения формы (т.А) до резкого подскока давления в гидроприводе или немного
раньше (-41 )до этого момента (точка М на рисунке 6.15а). Это делают для того, чтобы
предотвратить чрезмерное втекание материала в форму и его переуплотнение под дей-
ствием высокого давления, а также устранить возникновение больших внутренних на-
пряжений.
После заполнения формы (т. А) давление в гидроприводе резко возрастает до мак-
симально установленной величины Рцдх (см. раздел ’’Изменение давления при формо-
вании” ). В результате гидроудара давление в гидросистеме подскакивает ещё до более
высокой величины Р1 млх. В форму втекает лишний материал под действием высоких
давлений (РмЛХ- Р1 млх) и происходит большое перенапряжение материала.
Под действием высоких внутренних давлений, развиваемых в форме, форма может
приоткрываться (рис.6.14г-д). Образуется зазор, в который затекает материал. При
этом образуются такие виды брака, как облой (см. раздел “Облой” ) и увеличенная
толщина изделий (см. раздел “Увеличенная толщина изделий”).
Вследствие этого изделия имеют лишний вес. Расходуется излишнее количество
сырья.
Для устранения этих недостатков применяют сброс давления. Для этого в момент
окончания заполнения формы (т.А) или за время (-41) до конца заполнения (т.М) по-
дается команда на снижение давления в гидроприводе до величины Рсбр< которое вы-
держивается в течение всего времени выдержки под давлением 1ВПД (линия II на рисунке
6.15а). В результате такой диаграммы форма не раскрывается и лишний материал в
форму не затекает.
Время (-41) подбирают вручную. Если сброс давления применить чуть раньше, то
течение материала при заполнении формы может перейти на второй режим убывающей
скорости. Это приводит к образованию “волнистости” на конце поверхности изделия
(см. раздел “Волнистая поверхность”). Для устранения этого недостатка время (-41)
уменьшают и сброс давления производят чуть позже.
Распределение давления по длине формы в период заполнения формы и в период
нарастания давления в режиме без сброса давления показано на рис. 6.156.
-^ДлМЯА формы Еф-<—
—’Длина формы Lip-»—
Рис.6.45, Режимы вез евросл и со сбросом длвления?
а) -диаграммы изменения длвления;
распределение ДАВлеиий подлине формы Дф
в рехсиме вез евросл (5) и со сбросом (в)
ДАВленил
Рср(Рср)-среднее ддвление подлине формы
Рн (Рн)и Рк (Рк) - ддвление в начале м в конце
Распределение давления по длине формы в момент полного заполнения описы-
вается линией i на рисунке 6.156. Далее происходит резкое возрастание давления по
всей длине формы (линия 2) в результате резкого повышения давления в гидроприводе
(до точки Б на рис.6.15а). Возрастает также давление на входе в форму Рн.
В момент развития максимальных давлений (t.D) в форме (без учета гидроудара в
т.С) распределение давления по длине формы описывается линией 3 на рисунке 6.156.
Распределение давления по длине формы в период нарастания давления в режиме
со сбросом давления в точке М показано линией 3 на рис.6.15в. Перепад давления по
длине формы составляет ДР1 ф.
В режиме со сбросом давления создаются более благоприятные условия для фор-
мования полимеров в период нарастания давления: ниже давление на входе в форму
(Р1 н < Рн), меньше среднее давление в форме (Р1СР < РСр), меньше перепад давления по
длине формы (ДР:Ф < ДР.,'Д Благодаря этому в изделии закладываются меньшие внут-
ренние напряжения и они более равномерно распределяются по длине изделия, что
обеспечивает стабильность свойств изделий.
Максимальное усилие F,t„ развиваемое в форме в момент развития в процессе
формования максимальных давлений (t.D на рисунке 6.15а) в режиме со сбросом дав-
ления намного ниже, чем в режиме без сброса давления : Рф: < Рф. Это предотвращает
раскрытие формы и устраняет такие виды брака, как облой, увеличенная толщина из-
делий. Снижает вес изделий и обеспечивает экономию сырья.
Для организации режимов формования со сбросом давления нужно знать перепа-
ды давления в системе гидропривод-форма в период нарастания давления (рис.6.16).
Общий перепад давления в системе гидропривод-форма складывается из потерь давле-
ния в гидроцилиндре и инжекционном цилиндре ДРГ. потерь давления в сопле и литни-
ковой системе ДРг-.л и потерь давления в форме ДРФ:
ДР = ДР г + ДРс-л + ДРф
Формулы для приближенных расчетов перепадов давления в системе гидропривод
- форма в период нарастания давления в момент развития максимальных давлений при-
ведены в табл.6.2.
134
Таблица 6.2
ПРИМЕРНАЯ СТРУКТУРА ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ В СИСТЕМЕ ГИДРОПРИВОД - фОРМА
В ПЕРИОД НАРАСТАНИЯ ДАВЛЕНИЯ В МОМЕНТ РАЗВИТИЯ МАКСИМАЛЬНЫХ
ДАВЛЕНИЙ
Р - давление в гидроприводе
Рс .давление на входе в сопло
Рн - давление на входе в форму
Режим формования Потери давления в
в гидросистеме и инжекционном цилиндре сопле и литниковой системе форме
Без сброса давления 0.1 хР (0.1 - 0.2)хРс’> (0.15-0.25)хРн’>
Со сбросом давления 0.1 хР (0.1 -0.15) хР,Р (0.1 -0.15)хРн"‘
Рассмотрим численный пример расчета режима формования со сбросом давления.
Исходные данные:
1. Изготавливают изделие в виде коробки с площадью литья S=350x 10-4м2=350см2.
2. Изделие изготавливают на литьевой машине с объемом отливки
и= 125 х Ю^м-'и усилием запирания формы F3- 1 х /ft' кг.
3. Давление в гидросистеме (давление литья) устанавливают Р - 1000 кг/см2. В мо-
мент гидроудара давление подскакивает Р1 = 1100 кг/см2.
4. Для расчета потерь давления в элементах машины и оснастки в период нараста-
ния давления в режимах без сброса давления и со сбросом давления воспользуемся
данными, приведенными в табл.6.2. Для режима без сброс давления зададим:
Потери давления в гидроцилиндре и инжекционном цилиндре ДРГ= 0.1 хР.
Потери давления в системе сопло-литниковая система zl/>c-J7 = 0.15 х Рс (Рс - дав-
ление на входе в сопло).
Потери давления в форме ДРФ = 0.2 х РН(РН - давление на входе в форму).
Для режима со сбросом давления зададим:
Потери давления ДРГ =0.1хР
Потери давления ДРсл = ft. 12 х Рс
'' Наименьшее значения диапазона для верхних значений рабочего диапазона температуры материала
Г? и температуры формы наибольшие значения - для нижних значений Тлн Тф(табл.1.3).
135
Потери давления ДРФ = 0.12 х Рн
Последовательность расчета.
1. Рассчитаем режим формования без сброса давления:
1.1. Рассчитаем давление по длине системы гидроцилиндр - форма (линия 1 на
рис.6.166) в момент гидроудара (т.С на рис.6.16г):
РС=Р‘ -0.1 хР = 1100 - 110 = 990 кг/см2
Рн = Рс-0.15хРс = 990 - 148.5 = 841.5 кг/см2
Давление на выходе формы Рк\
Рк = Рн - 0.2х Рн = 841.5 - 168.3 = 673.2 кг/см2
Среднее давление в форме:
Рср = 1/2 (Рн + Рк) = 1/2 (841.5 + 673.2) = 757.4 кг/см2
Усилие, развиваемое в форме F,;,:
РФ = РСГ хР = 757.4 х 350 = 2.65 х 10s кг
Сравним усилие, развиваемое в форме F,;>> с усилием запирания F3:
Рф > F3- форма приоткрывается (рис.6.14г-д).
1.2. Рассчитаем давление по длине системы гидроцилиндр - форма (линия 2 на
рис.6.166) в период нарастания давления в момент развития максимальных усилий (T.D
на рис.6.16г):
Л- = Р -0.1 хРс = 1000 - 100 = 900 кг/см2
Рн = Рс -0.15 х Рс = 900 -135 = 765 кг/см2
Рк= Рн-0.2хРн= 765 - 153 = 612 кг/см2
Среднее давление в форме:
Рср = 1/2(Ри + Рк) = 1/2(765 + 612) = 688.5 кг/см2
Усилие развиваемое в форме:
Рф = РсрхS = 688.5 X 350 = 2.41 X 10s кг
Сравним усилие, развиваемое в форме рф. с усилием запирания F3:
Рф> F3- форма приоткрывается (рис.6.14 г-д).
2. Рассчитаем режим формования со сбросом давления:
2.1 . Давление сброса />сет,(давление формования Р,,,) зададим равным Рсбр=450
кг/см".
Рассчитаем давление по длине системы гидроцилиндр - форма (линия 2 на
рис.6.16в) в период нарастания давления в момент развития максимальных усилий:
Рс= рсбг -ft 2 х РСБР = 450 - 45 = 405 кг/см2
456
Рмс.6.46. Распределение ДАВления по длине еистемъ:
гидропривод - рирма. (о.) е> период нлрастаки?! ч
давлрнирх ьрежимах лев сброса давления (и) и
со свпосом давления (в). п
Диаграмма изменения давления Р 6дву* режимах
137
Рн=Рс-0.12 хРс = 405 - 48.6 = 356.4 кг/см2
Рк.= Рн -0.12 хРи = 356.4 -42.8 = 313.6кг/см2
Среднее давление в форме:
= 1/2 (Рн + Рк) = 1/2 (356.4 + 313.6) = 335 кг/см2
Усилие, развиваемое в форме рф:
Рф = PCPxS = 335 х350 = 1.17 х 105 кг
Сравним усилие, развиваемое в форме рф. с усилием запирания F3:
рф > р3 - форма приоткрывается (рис. 6.14 г-д).
2.2 Давление сброса РСвР зададим равным Р - 380 кг/см'.
Рассчитаем давление по длине системы гидроцилиндр - форма (линия 21 на
рис.6.16в) в период нарастания давления момент развития максимальных усилий:
Рс= РСБР -0.1 X РСКР = 380 - 38 = 342 кг/слГ
Рн = Рс -0.12х Рс = 342 - 41 = 301 кг/см2
Рк = Рн - 0.12 хРн= 301 - 36 = 265 кг/см2
Среднее давление в форме:
Рср = 1/2 (Рн + Рк) = 1/2 (301 + 265) = 283 кг/см2
Усилие, развиваемое в форме рф:
Гф = Рср xS = 283 х 350 = 0.99 х 10s кг
Сравним усилие, развиваемое в форме F,p. с усилием запирания F,:
Рф, < Р3 - форма не раскрывается.
Давление сброса Рсбр (давление формования Рф)можно задать равным Рсрр=380
кг/см~.
6.8. Режимы с регулируемой скоростью впрыска
На литьевых машинах с числовым программным управлением ЧПУ есть возмож-
ность дифференцированно регулировать скорость заполнения формы по мере продви-
жения фронта потока расплава в форме. Это достигается регулированием объемной
скорости впрыска Q по пути движения шнека вперед при впрыске. Это полезная воз-
можность позволяет избегать ряд недостатков, которые приводят к различного рода
браку и дефектам на изделиях.
Например, если расплав через впуск впрыскивается в форму с большой скоростью,
возникает опасность, что течение расплава на начальном участке формы будет нерав-
номерным и не будет происходить по уровням равных давлений. Течение будет струй-
ным (рис.6.17д). Из впуска вырывается струйка, которая соприкасается с формой. Это в
последствии проявляется на изделиях в виде участка с неровной поверхностью. Чтобы
138
это не происходило скорость впрыска QH на начальном участке формы LH замедляют,
т.е. задают ниже выбранного значения Q (рис.6.17а-б). После того, как сформируется
профиль течения на начальном участке формы, скорость течения повышают до вы-
бранного значения Q.
Обычно LH задают равной (3-5)“ о от общей длины пути течения расплава L:
LH~ (0.03 - 0.05)L. Объемную скорость QH задают равной QH~ (0.3 - 0.5)Q.
Следующий пример. Когда форма заполняется на большой скорости (рис.6.17е),
по окончании заполнения формы происходит быстрый переход с периода заполнения
(13) на период нарастания давления (1Н).Давление в форме и в цилиндре резко увеличи-
вается (рис.6.17ж). Это приводит к приоткрытию формы и образованию облоя
(рис.6.17з).
Чтобы избежать этого нежелательного явления применяют режим формования со
сбросом давления (см.раздел “Режимы со сбросом давления").
Заполнение формы происходит очень быстро. На литьвых машинах с объемом от-
ливки до 250 см3 заполнение формы происходит, примерно, за 1,5 сек, на машинах с
объемом отливки до 1000 см’, примерно, за 2.0-2,5 сек, на машинах с объемом отливки
до 5000 см-’, примерно, за 5-15 сек. Поэтому для того, чтобы обеспечить возможность
подачи команды на уменьшение давления (сброс давления), скорость течения QK на ко-
нечном участке LK снижают, что позволяет дать команду на сброс давления
(рис.6.176,в).
В результате организации такого цикла нет резкого повышения давления в форме
(рис.6.17в).
Обычно LK задают равной (3-5 )% от общей длины пути течения расплава L:
LK~ (0.03 - 0.05)L. Объемную скорость QK задают равной Qi,~ (0.3 - 0.5)Q.
Схема регулирования объемной скорости при впрыске материала в форму показа-
на на рис.6.176. Время впрыска /3(ход шнека при впрыске Н или длину оформляющей
полости формы L) разбивают на 3-4 участка (рис.6.17а). Возможна разбивка на боль-
шее число участков, если это позволяет система управления машиной. Задают профиль
изменения скорости впрыска на каждом участке.
На рисунке 6.17а длина оформляющей полости формы L разбита на четыре
участка. Длина первого (начального) участка LH составляет 5% от L(LH = O.OSxL).
Длина второго и третьего участков L,.3 составляет 92% от L (L,.j = 0.92xL). Длина чет-
вертого ( конечного ) участка составляет 3% от L (LK= 0.03 хL). Объемная скорость
I
режим с регулируемой скоростью впрыска
режим вез регулиро&лниа скорости впрыска
струйное , 9-')
1 ечение - ЗУ |'/ z -
неровно.?! -йт\/---
поверхность ,,,,
tpopno.
Рис. 6,1?. Режимы дэормовпниа с регулируемой скоростью впрыска (а-г) и, Без
регулирования скорости впрыска (а-г\ а7а-<рорма- б,е)-объемна» скорость
впрыска-, с/Ж)-диаграмма изменений давличия: Н-пнг.пвпвд-иир пвлоя
6^7
140
впрыска на первом (начальном) участке QH составляет QH = 0.4xQ. Объемная скорость
впрыска на четвертом (конечном) участке Qi: составляет Qk.- 0.35xQ.
Снижение скорости впрыска на первом (начальном) участке LH преследует цель
улучшить условия заполнения на начальном участке формы. Скорость впрыска на чет-
вертом (последнем) участке LK замедляют для того, чтобы обеспечить возможность пе-
реключить давление в гидроцилиндре с высокого давления литья Рл на более низкое
вторичное давление формования Рф (давление сброса РСБР).
Для того, чтобы обеспечить сброс давления задают время (-Д1) (рис.6.17в) до
окончания заполнения формы (т. А). В момент сброса (т.М) давление в гидросистеме
переключают на давление сброса Р,-Бр (давление формования Рф).
Гидросистема, система управления литьевой машиной механические и имеют
инерцию. Поэтому в зависимости от инерции сброс давления может произойти в раз-
личных точках по кривой ОАС (рис.6.17ж). Если сброс произойдет после т.А, в форме
развивается большое давление, что приводит к переуплотнению материала и приот-
крытую формы, в результате чего образуется облой (рис.6.17з). Если задать большую
величину (-Д1) (время до окончания заполнения формы), то течение материала в форме
может перейти с режима постоянной скорости на режим убывающей скорости. В этом
случае на изделии будут видны следы дефектов течения и образуется волнистая поверх-
ность. Поэтому (-Л1) подбирают экспериментально. При этом оценивают внешний вид
изделия (качество поверхности на последнем участке), регистрируют развитие давления
по манометру (как это описано в разделе “Изменение давления при формовании”) или
по кривой изменения давления на экране компьютера, если система управления маши-
ной предоставляет такую возможность.
На рис. 6.17в показана кривая изменения давления в цикле литья с регулируемой
скоростью впрыска и со сбросом давления. На первом (начальном) участке скорость
Qu снижена (QH = 0.4Q). Давление по мере заполнения этого участка поднимается до
Р„. В точке а скорость впрыска увеличивается до Q и на втором и третьем участках
форма заполняется со скоростью Q. Давление в системе повышается по линии ав. В мо-
мент окончания заполнения третьего участка (т. в) давление в системе составляет Р,. На
четвертом (конечном) участке скорость снижается до величины 2л- = 0.35Q.
Давление в системе повышается до величины Рм. За время (-41) до полного запол-
нения формы давление в системе переключается на давление сброса Рсбр (давление
формования Рф).
141
В период нарастания давления сохраняется давление формования = РСбр- что
исключает переуплотнение материала и приоткрытие формы (см. раздел “Режимы со
сбросом давления”).
6.9. Ориентация и внутренние напряжения
Течение материала в форме при ее заполнении сопровождается развитием ориен-
тации длинно-цепных макромолекул полимера в направлении течения. Ориентация
возникает под действием сдвиговых усилий г, развивающихся при течении материала в
форме (рис 6.18).
Поэтому при заполнении формы развивается высокоэластическая деформация уэл
и возникает ориентация Д (рис.6.19). Развитие высокоэластической деформации улл ха-
рактерно только для полимеров, являющихся высокомолекулярными веществами.
Наибольшей ориентации подвержены слои полимера, прилегающие к стенкам
формы, где возникают наибольшие напряжения сдвига г при течении (рис.6.18).
По окончании заполнения формы (13) происходит релаксация (уменьшение) высо-
коэластической деформации у:}л и ориентации Д (рис.6.19). Релаксация уэл и Д проис-
ходит не мгновенно, а во времени.
Релаксация улл и Д протекает в неизотермических условиях. После заполнения
формы происходит интенсивное охлаждение полимера. Поэтому скорость релаксации
уменьшается. Кроме того, возможное время релаксации 1Р ограничено продолжитель-
ностью охлаждения материала в форме Два этих фактора приводят к тому, что
после охлаждения материала в форме в изделиях сохраняется ориентация Д и остаются
остаточные внутренние напряжения аосг .
Изделие по толщине (по сечению) охлаждается неравномерно (рис.6.20а). Наибо-
лее быстро охлаждаются поверхностные слои. Наиболее медленно охлаждаются цент-
ральные слои изделия.
В связи с тем, что слои по сечению изделия охлаждаются неравномерно (рис.6.20а)
и неравномерно ориентируются те же слои при заполнении формы (рис.6.18), сохра-
няется различие в ориентации по сечению изделия (рис.6.20б). Наибольшая ориентация
в поверхностных слоях, наименьшая в центральных слоях. Слои, образовавшиеся во
время охлаждения, хорошо видны на изломе изделия.
О величине остаточной ориентации Д можно судить по величине тепловой усадки
Д изделия. Для определения Д из изделия вырезают определенный участок. Этот учас-
ток помещают в термошкаф и выдерживают при температуре выше температуры стек-
7// Эпюра. '/%Элюра напряжений Z Ориентаций//
скоростей V z сдвигаТ
Рис.6.1&. Течение материала в (рорме
Рис.6.49. Развитие вьгсокоэластичеекой
Деформации 5Лл и ориентации L
± ЛиКо Ли
Рис. 6.20. Распределение по сечению
изделия: а)-температуры
§) - ориентации
143
лования Тст в течение определенного времени, после которого не происходит измене-
ние размеров. Усадку Д (в процентах %) определяют: Д = (1Н - 1к)х100Лн (1Н и 1К - на-
чальная и конечная длина участка).
Возникновение при формовании ориентации и остаточных внутренних напряже-
ний является причиной образования многих часто встречающихся видов брака: короб-
ление. растрескивание (особенно при наличии арматуры, механической обработки из-
делия или при склеивании), расслоение, особенно стеклонаполненных полимеров и сме-
севых композиций (см.раздел “Причины брака. Рекомендации по его устранению ”.).
Большие внутренние напряжения могут приводить к изменению размеров изделия
при его нагревании.
Ориентация существенно влияет на работоспособность и механические свойства
изделий, особенно из аморфных полимеров (см. раздел “Рекомендации по регулирова-
нию механических свойств литьевых изделий. Влияние технологии литья на механиче-
ские свойства изделий".).
Величина остаточной ориентации изделий Д зависит, во-первых, от ориентации
До, которая достигается в процессе заполнения формы, во-вторых, от скорости ее ре-
лаксации и, в-третьих, от продолжительности релаксационного процесса (рис.6.19).
Чем меньше начальная ориентация До, тем меньше остаточная ориентация Д. Чем
больше скорость релаксации, тем меньше остаточная ориентация Д. Чем больше про-
должительность релаксации 1Р. тем также меньше остаточная ориентация Д.
Начальная ориентация До. скорость ее релаксации, продолжительность релакса-
ции зависят от технологических параметров литья. Поэтому остаточная ориентация Д
также зависит от технологических параметров литья и остаточную ориентацию можно
регулировать изменением технологических параметров литья.
С повышением температуры материала Тл остаточная ориентация Д уменьшается
(рис.6.21а). Это связано с тем, что с повышением Тл высокоэластичность полимера
уменьшается. Поэтому уменьшаются накапливаемые при заполнении формы высокоэ-
ластическая деформация у-,л и ориентация До. что приводит к уменьшению остаточной
ориентации Д. Кроме того, с увеличением температуры Тл увеличивается продолжи-
тельность релаксации 1Р начальной ориентации А,.
С повышением температуры формы Т,р остаточная ориентация Д уменьшается
(рис.6.216). Это связано с тем, что с повышением Тф интенсивность охлаждения умень-
шается, а продолжительность релаксации 1Р начальной ориентации До увеличивается.
скорость ьрыско. GL
Д1С.6.24^лиакие на остаточнут-о ориЕнтоциюД
технологически* параметрав>: температурь;
материалаТл Са), температуры дэормы Тф ( ОЛ
длвлений Рл СРш) ,м времени выдержим под
Л----Тч. ------- - ЦИКЛО.Т-Н
145
С понижением давления литья Рл(давления формования Р,;, ) остаточная ориента-
ция Д уменьшается (рис.6.21в). Это связано с тем, что с понижением давления релакса-
ционные процессы протекают более быстро. Аналогичное действие оказывает умень-
шение времени выдержки под давлением 1ВПД (рис.6.21в).
С увеличением общей продолжительности цикла 1ц (продолжительности охлаж-
дения 10ул) остаточная ориентация Д уменьшается. Это связано с тем, что с увеличением
1ц i%.OTJyBejlH4HBaeTC!l продолжительность релаксации tF накапливаемой при заполне-
нии формы начальной ориентации До и остаточная ориентация уменьшается.
Влияние скорости впрыска Q на остаточную ориентацию неоднозначно. При низ-
ких скоростях увеличение Q приводит к возрастанию Д, а при высоких скоростях - на-
оборот к уменьшению Д (рис.6.21д).
Определить направление влияния Q на остаточную ориентацию Д можно практи-
ческим или расчетным путями.
Практический путь заключается в том, что последовательно отливают изделия
при различных (возрастающих) скоростях впрыска и сравнивают остаточную ориента-
цию по тепловой усадке. Если ориентация Д увеличивается, то процесс идет по левой
ветви кривой (рис.6.21д), а если уменьшается, то процесс идет по правой ветви кривой.
Расчетный путь состоит в следующем. Остаточная ориентация определяется высо-
коэластическими и релаксационными свойствами полимера. Поэтому анализ зависи-
мости Д от скорости впрыска Q основывается на анализе зависимостей высокоэласти-
ческих и релаксационных свойств от скорости впрыска Q (или от аналогичного пара-
метра скорости сдвига у).
Накапливаемая при течении высокоэластическая деформация уал возрастает с уве-
личением скорости сдвига у Но вначале у ал возрастает практически пропорционально
увеличению у а затем интенсивность возрастания у аЛ уменьшается.
Скорость релаксации определяется характерным временем релаксации в. Чем
меньше#, тем скорее протекают релаксационные процессы. Аналогично зависимости
вязкости г; от скорости сдвига у зависимость в от у также имеет два участка. На пер-
вом участке ньютоновского течения (участок А, примерно, до т.А) характерные време-
на релаксации в практически постоянны. На этом участке увеличение у не приводит к
изменению в. На втором участке неньютоновского течения (участок Б) увеличение у
приводит к снижению в и повышению скорости релаксационных процессов.
146
При низких скоростях впрыска (примерно, до т.Г) накапливаемая при течении вы
высокоэластическая деформация небольшая, но время релаксации в большое. По-
этому в изделии сохраняется ориентация Д. С увеличением скорости впрыска
(примерно, до T.D) высокоэластическая деформация возрастает, а время релаксации
9 остается постоянным. Поэтому на этом участке остаточная ориентация в изделии
возрастает с увеличением Q.
При дальнейшем увеличении скорости впрыска ^(примерно, до т.Е) времена ре-
лаксации в начинают уменьшаться, а интенсивность возрастания ослабевает. По-
этому на этом участке изменение Q не приводит к значительным изменениям остаточ-
ной ориентации Д. Если продолжать дальнейшее увеличение скорости впрыска, то
остаточная ориентация Д в изделиях уменьшается. Это связано с тем, что интенсив-
ность снижения времен релаксации в возрастает, а интенсивность увеличения высокоэ-
ластической деформации ослабевает.
При заполнении в форме реализуются, как правило, сравнительно высокие ско-
рости сдвига у > 5х 10г. Поэтому обычно при литье реализуется правая ветвь зависи-
мости остаточной ориентации Д от объемной скорости впрыска Q. т.е. с увеличением Q
остаточная ориентация Д уменьшается.
6.10. Рекомендации по регулированию механических свойств литьевых
изделий. Влияние технологии литья на механические свойства изделий.
Механические свойства изделий из полимерных материалов (прочность, жест-
кость, ударная вязкость, эластичность и др.) зависят от химической природы полимера
и технологии литья. Это связано с тем, что технология литья оказывает существенное
влияние на процессы формирования структуры изделий при формовании. В свою оче-
редь структура влияет на механические свойства изделий.
Аморфные полимеры: полистирол блочный (общего назначения), полистирол уда-
ропрочный, АБС - пластики, МСН - пластик, полиметилметакрилат (дакрил), поликар-
бонат, полисульфон, полифениленоксид (норил), полифениленсульфид, поливинилхло-
рид и их смеси.
Механические свойства аморфных полимеров зависят от природы полимера и
ориентации (внутренних напряжений), возникающих при формовании изделий
(см.раздел “Ориентация и внутренние напряжения”). Возникающая при формовании
ориентация Д зависит от технологических параметров (табл.6.3).
147
Следует различать механические свойства в направлении течения и перпендику-
лярно ему. В направлении течения происходит ориентация и в результате этого усиле-
ние полимера. В перпендикулярном направлении происходит наоборот его ослабление.
С увеличением ориентации, возникающей при формовании изделий, механические
свойства в направлении течения возрастают (табл.6.4). Увеличивается механическая
прочность жесткость (характеризуется модулем упругости £), ударная прочность
(характеризуется ударной вязкостью а).
При формовании создают различные ориентации и внутренние напряжения в за-
висимости от условий эксплуатации изделий. Если изделие работает на растяжение, из-
гиб или удар и направление приложения нагрузки совпадает с ориентацией, то при
формовании целесообразно создавать повышенную ориентацию материала в изделии.
Ориентация возрастаете понижением температуры материала Тл и температуры формы
Тф, с увеличением давления литья Рл и продолжительности выдержки под давлением
/впд(табл. 6.3) (см. раздел “Ориентация и внутренние напряжения”).
Рекомендации по регулированию технологических параметров литья для повыше-
ния механической прочности, жесткости, ударной прочности изделий в направлении
течения материала приведены в табл.6.5.
Если при эксплуатации на изделие действуют разносторонние нагрузки и требует-
ся стабильность свойств и размеров изделий, ориентацию, возникающую при формова-
ние, целесообразно уменьшать (табл.6.5). Остаточную ориентацию также стремятся
уменьшить, если изделие подвергается последующей обработке или склеиванию.
Снижение ориентации и внутренних напряжений при формовании достигают
главным образом (табл.6.3) за счет более длительного охлаждения материала в форме
(увеличивают /ц). Для этого повышают температуру формы Тф. Снижению остаточной
ориентации при формовании способствует также повышение температуры материала
Тл и уменьшение давления литья Рл. Эффективным способом уменьшения внутренних
напряжений является применение режимов формования со сбросом давления (см. раз-
дел “Режимы со сбросом давления”).
Для повышении стабильности механических свойств по длине изделия нужно
стремиться исключить режим заполнения формы с убывающей скоростью (см.раздел
“Режимы заполнения формы”). Когда скорость впрыска падает (подъем по правой вет-
ви кривой Л - Q на рис.6.21д), ориентация увеличивается. Поэтому изделие имеет не-
равномерные ориентации по длине, что увеличивает неравномерность механических
Таблица 6.3
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИТЬЯ НА ОСТАТОЧНУЮ ОРИЕНТАЦИЮ А МАТЕРИАЛА
Т - \ УВЕЛИЧИВАЕТСЯ С УВЕЛИЧЕНИЕМ ПАРАМЕТРА: I - А УМЕНЬШАЕТСЯ С УВЕЛИЧЕНИЕМ ПАРАМЕТРА
Параметр Д Температура ма1сриала Тд Темпер; формы гура т„, Давление ЛИТЬЯ Pj Давление формования Рф Время выдержки !ВГ1д Продолжительность цикла Гц Скорость впрыска Q
Остаточная ориешация Д 4 4 ф ф ф 4 4-
’’ при скоростях сдвига у в форме менее 10° 1/сек Д увеличивается
Таблица 6.4
ВЛИЯНИЕ ОСТАТОЧНОЙ ОРИЕНТАЦИИ МАТЕРИАЛА А НА СВОЙСТВА ИЗДЕЛИЙ В НАПРАВЛЕНИИ ТЕЧЕНИЯ
Т- УВЕЛИЧЕНИЕ ОРИЕНТАЦИИ А ПРИВОДИТ К УВЕЛИЧЕНИЮ СВОЙСТВА
4 - УВЕЛИЧЕНИЕ ОРИЕНТАЦИИ А ПРИВОДИТ К УМЕНЬШЕНИЮ СВОЙСТВА
Свойство Влияние Прочность сгР Жесткость Е Эластичность Э Относительное удлинение е Ударная прочность а Технологическая усадка Коробление
Направление влияния t т г г т т т
оо
Таблица 6.5
РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИТЬЯ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ АМОРФНЫХ ПОЛИМЕРОВ
Т-ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ ЖЕЛАЕМОГО РЕЗУЛЬТАТА ПАРАМЕТР НУЖНО УВЕЛИЧИТЬ
I ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ ЖЕЛАЕМОГО РЕЗУЛЬТАТА ПАРАМЕТР НУ ЖНО УМЕНЬШИТЬ
Направление действия нагрузки ’’ Требование к изделию Темпера 1 ура Maiepna.'ia Tj Темпера!ура формы Тф Давление ЛИП.Я Pj (формования Рф) Время выдержки ! вид ПрОДОЛЖИТеЛЬ- НОС! ь цикла Скорость впрыска О
Вдоль ориентации материала Повышенная ориентация А Повышенная прочность г г г г т t 1- т г г г- 1-
Повышенная жесткость Е г 1- 1- г г-
Повышенная эластичность Э t г г т г-
Увеличение относи гелыюго удлинения £ ; г г-
Повышенная ударная проч- ность п г t г г-
В разных направлени- ях Стабильность свойств и раз- меров изделий t г ф г-
Направление действия нагрузки при эксплуатации изделия
"> При скоростях сдвига 7 в форме менее ПУ1I/сек действие противоположное
150
свойств. Стабильность свойств повышается благодаря применению режимов литья со
сбросом давления (см. раздел “Режимы со сбросом давления").
Кристаллические полимеры: полиэтилены, полипропилен, полиамиды, полифор-
мальдегид и сополимеры формальдегида, полибутилентерефталат, полиэтилентерефта-
лат.
Механические свойства кристаллических полимеров зависят от структуры, кото-
рая образуется при формовании изделий. Структура изделий зависит от природы
(свойств) материала и технологии литья (табл.6.6). Поэтому при разработке технологии
литья нужно учитывать требования, которые предъявляются к механическим свойствам
изделий при эксплуатации.
Под структурой изделий понимают степень кристалличности К соотношение
площадей слоев в сечении изделия, образованных в период заполнения формы, в пери-
од выдержки материала в форме под давлением 1впд и в период охлаждения без внешне-
го давления. Кристаллические материалы характеризуются сложной многоуровневой
структурой (размеры кристаллитов в каждом слое). Каждый уровень структуры вносит
свой вклад в механические свойства и размерную стабильность изделий. Каждый слой
характеризуется степенью кристалличности. Поэтому для оценки влияния технологиче-
ских параметров литья на свойства изделий можно использовать общую степень кри-
сталличности.
Увеличение степени кристалличности К при формовании приводит к увеличению
механической прочности изделий оу и возрастанию жесткости Е при действии растяги-
вающей и изгибающей нагрузки (табл.6.7). При этом изделия становятся менее эластич-
ными Э и уменьшается удлинение при разрыве е (табл.6.7). Понижается ударная проч-
ность а изделий (табл.6.7). Они становятся более хрупкими.
Влияние технологических параметров литья на степень кристалличности показано
в таблице 6.6. Повышение температуры материала Тл и температуры формы Тф приво-
дит к увеличению степени кристалличности. Степень кристалличности возрастает с
увеличением давления литья Л7 и времени выдержки под давлением 1впд. Увеличение
общей продолжительности цикла 1ц способствует увеличению степени кристаллич-
ности.
Все полимерные материалы по степени кристалличности можно условно разделить на
три группы: аморфные (первая), аморфно -кристаллические (вторая) и кристаллические
(третья). Аморфные полимеры практически полностью состоят из аморфной фазы.
Кристаллические полимеры в большой степени состоят из кристаллической фазы.
Таблица 6.6
ВЛИЯ НИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИТЬЯ НА СТЕПЕНЬ КРИСТАЛЛИЧНОСТИ К КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ
?- К УВЕЛИЧИВАЕТСЯ С УВЕЛИЧЕНИЕМ ПАРАМЕТРА; i - К УМЕНЬШАЕТСЯ С УВЕЛИЧЕНИЕМ ПАРАМЕТРА
Пара- метр К Температура материала Ъ Темпера гура формы тФ Да влспис ли гья Рл Давлспис формования Рф Время выдержки под давлением П родолжи гсльпос гь цикла 1ц
Степень кристал- личности 1- 1- 1- т
/- К слабо увеличивается с увеличением параметра
Таблица 6.7
ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ КРИСТАЛЛИЧНОСТИ К НА СВОЙСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ
Т - УВЕЛИЧЕНИЕ СТЕПЕНИ КРИСТАЛЛИЧНОСТИ К ПРИВОДИТ К УВЕЛИЧЕНИЮ СВОЙСТВА
-1- - УВЕЛИЧЕНИЕ СТЕПЕНИ КРИСТАЛЛИЧНОСТИ К ПРИВОДИТ К УМЕНЬШЕНИЮ СВОЙСТВА
Свойство Влияние Прочность Жесткость Е Эластичность Э Относительное удлинение £ Ударная прочность а
Направление влияния т
Таблица 6.8
РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИТЬЯ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ
Т - ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ ЖЕЛАЕМОГО РЕЗУЛЬТАТА ПАРАМЕТР НУЖНО УВЕЛИЧИТЬ
-I-ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ ЖЕЛАЕМОГО РЕЗУЛЬТАТА ПАРАМЕТР НУЖНО УМЕНЬШИТЬ
Требования к изделию Температура материала Т; Температура формы тФ Давление литья Рл (формования Рф) Время выдержки 1вги Продолжительность цикла ‘и
Повышенная степень кристаллин-
ности К т т т т
Повышенная прочность т т т т
Повышенная жесткость Е т т т т
Повышенная эластичность Э ; ; ;
Увеличение относительного 4- 4-
удлинения е ; ; г
Повышенная ударная прочность а / Л
153
Аморфно-кристаллические частично состоят из аморфной, а частично из кристалли-
ческой фазы. По степени возрастания степени кристалличности К в изделиях, полу-
чаемых при обычных режимах литья, аморфно-кристаллические и кристаллические по-
лимеры располагаются следующим образом:
По направлению
стрелки степень
кристалличности
возрастает
Аморфно - кристаллические:
полиэтилены
полипропилен
полиамид 12
полибутилентерефталат
полиэтилентерефталат
полиамид 610
полиамид 6
Кристаллические:
полиамид 66
полиформальдегид и
сополимеры формальдегида
Механические свойства аморфных полимеров (первая группа) зависят от ориента-
ции и внутренних напряжений, возникающих при формовании изделий (табл. 4.4).
Механичесие свойства кристаллических полимеров (третья группа) зависят от сте-
пени кристалличности, возникающей при формовании. Рекомендации по регулирова-
нию технологических параметров литья для изменения механических свойств полиме-
ров этой группы приведены в таблице
Аморфно-кристаллические полимеры (вторая группа) сочетают проявления
свойств аморфных и кристаллических полимеров. Поэтому механические свойства по-
лимеров этой группы зависят как от ориентации, возникающей в аморфной фазе, так и
от степени кристалличности кристаллической фазы. Чем больше степень кристаллич-
ности полимеров, тем в большей степени проявляется влияние кристаллической фазы на
свойства изделий.
При регулировании технологических параметров литья аморфно-кристаллических
полимеров могут возникать два случая (табл , 6.9).
В первом случае изменение технологического параметра одинаково воздействует
на изменение механического свойства в результате изменения ориентации и кристал-
личности. Например, в результате повышения давления литья Рл увеличиваются ори-
ентация и возрастает степень кристалличности. Оба эти фактора однонаправлено при-
водят к увеличению механической прочности о>. Поэтому в соответствующей клеточке
стоят две стрелки вверх. Сплошная стрелка показывет изменение параметра за счет из -
Таблица 6.9
РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИТЬЯ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ АМОРФНО- КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ
Т 4- ? J- —объяснение см. в тексте
Требования к изделию Температура материала Т; Температура формы тФ Давление литья Р-, (формования Р,.,) Время выдержки 1впл Продолжительность цикла 1и
Повышенная прочность 4 т т t ? ф 1
Повышенная жесткость Е 4 т т / ф 1
Повышенная эластичность Э Увеличение относительного t t ф 4 / ф ф
удлинения г т т 4 / i ф i
Повышенная ударная прочность а ф 4” Z Т / т /
155
менения ориентации, а пунктирная стрелка - за счет изменения степени кристаллич-
ности.
Во втором случае изменение технологического параметра противоположно воз-
действует на изменение механического свойства в результате изменения ориентации и
степени кристалличности. Например, в результате повышения температуры материала
Тлориентация уменьшается, что приводит к уменьшению механической прочности о>, а
степень кристалличности увеличивается, что приводит к увеличению механической
прочности о>. Эти факторы противоположно действуют на механическую прочностьор.
Поэтому в соответствующей клеточке тоят противоположно направленные стрелки.
Сплошная стрелка показывает уменьшение за счет изменения ориентации, а пунк-
тирная стрелка вверх увеличение за счет изменения степени кристалличности. В по-
добных случаях, когда стрелки направлены в противоположные стороны, реальное на-
правление изменения свойства для конкретного изделия при изменении параметра
литья можно определить только экспериментальным путем. Для этого отливают
несколько (3-4) изделия при возрастании соответствующего технологического парамет-
ра. При этом фиксируют изменение (улучшение или ухудшение) интересующего меха-
нического свойства.
6.11. Усадка.Влияиие технологических параметров литья на усадку.
Усадка - важное технологическое свойство полимерных материалов. Усадку необ-
ходимо правильно учитывать при разработке оснастки, чтобы получать изделия с за-
данными размерами.
Усадка - это изменение размеров изделия по сравнению с размерами формы. Усад-
ку оценивают, как А = (Ьф - L)xlOO/L,t;, где L®- размер оформляющий полости формы
при номальной температуре 20"С, L - размер изделия через 48 часов при 20"С.
Причины образования усадки следующие. При извлечении изделия из формы раз-
меры изделия увеличиваются. Это связано с тем, что в процессе формования в форме
развиваются высокие давления (см. раздел "Изменение давления при формовании”).
Поэтому материал в форме сжат. При извлечении изделия из формы внешнее давление
уменьшается и размеры изделия увеличиваются.
В дальнейшем происходит охлаждение изделия вне формы, что приводит к
уменьшению его размеров.
При охлаждении вне формы кристаллических полимеров происходит дальнейшая
кристаллизация, что дополнительно уменьшает размеры изделий.
156
При охлаждении вне формы аморфных полимеров происходит дальнейшее
уменьшение ориентации, достигнутой при литье, что также дополнительно уменьшает
размеры изделий.
Все это приводит к тому, что размеры готовых изделий меньше, чем размеры
формы. Средние значения усадки промышленных полимерных материалов приведены в
таблице 6.10. В таблице материалы расположены в порядке возрастания средних значе-
ний усадки.
Стеклонаполненные полимеры имеют усадку меньше, чем ненаполненные полиме-
ры. Это связано с тем, что армирующий стеклонаполнитель препятствует уменьшению
размеров изделия при охлаждении и кристаллизации.
Технологические параметры литья влияют на усадку А (табл.6.11).
Таблица 6.11
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИТЬЯ НА УСАДКУ Д
Полимеры Температура материала Тл Температура формы Т„. Давление литья Рл Время выдержи 'вот Продолжи- тельность цикла tfr
Аморфные Ф ф U
Кристалли- ческие ф
Т- увеличение параметра приводит к увеличению А
1 - увеличение параметра приводит к уменьшению А
Повышение температуры материала Тл приводит к уменьшению усадки А. Для
аморфных полимеров это связано с тем, что с повышением Тл уменьшается ориента-
ция, возникающая при заполнении формы, и поэтому конечная усадка также умень-
шается. Для кристаллических полимеров повышение температуры материала Тл
уменьшает конечную усадку потому, что большая часть процесса кристаллизации про-
текает в форме до извлечения из нее изделия.
Понижение температуры формы Тф приводит к уменьшению усадки А для аморф-
ных и кристаллических полимеров, т.к. происходит фиксация ориентации и замедление
кристаллизации.
Увеличение давления литья Рл и времени выдержки под давлением 1ВПД для
аморфных полимеров может приводить как к уменьшению усадки А, так и к её возрас-
танию в зависимости от того, какой процесс преобладает. Увеличение усадки А с уве-
личением давления литья Рлн времени выдержки под давлением 1ВПД связано с тем, что
с повышением Рл и 1ВПД возрастает ориентированность материала при формовании,
157
которая приводит к уменьшению изделия вне формы. Уменьшение усадки А с увеличе-
нием давления литья Рл связано с тем, что с повышением Рл материал при формовании
больше сжимается и поэтому при извлечении из формы больше расширяется. После-
дующее уменьшение размеров изделия за счет охлаждения и снижения ориентации осу-
ществляется от больших размеров. Это воспринимается как уменьшение усадки.
Для кристаллических полимеров увеличение Рл и 1ВПД приводит к уменьшению
усадки А. Это связано с тем, что материал при формовании больше сжимается и поэто-
му при извлечении из формы больше расширяется.
Для аморфно-кристаллических полимеров увеличение Рл и 1ВПД может приводить
как к уменьшению технологической усадки А. так и к возрастанию в зависимости от
того влияние какой фазы аморфной или кристаллической преобладает.
Для аморфных и кристаллических полимеров увеличение общей продолжитель-
ности цикла 1и приводит к уменьшению А, т.к. при прочих одинаковых параметрах
большая часть ориентации снимается в цикле литья и большая часть кристаллизации
происходит в форме.
Для обеспечения стабильности размеров изделий важное значение имеет разброс
технологической усадки готовых изделий сг. Этот показатель сг характеризует отклоне-
ние (разброс) усадки изделий в одной партии (изготовленных при одном технологи-
ческом режиме) от среднего значения.
Разброс усадки возникает в результате отклонения свойств исходного полимерно-
го материала внутри одной партии и по причине возможного колебания технологиче-
ских параметров литья от цикла к циклу. Причем влияние колебания свойств полимер-
ного материала (вязкости) на разброс усадки имеет существенно преобладающее значе-
ние.
Температура материала Тл и температура формы Тф являются сравнительно
инертными параметрами в цикле литья. Давление литья Рл и объемная скорость
впрыска Q зависят от состояния гидросистемы и могут значительно изменяться от цик-
ла к циклу. Поэтому для достижения стабильности размеров изделий необходимо сле-
дить за состоянием, оборудования и сводить к минимому колебание технологических
параметров литья от цикла к циклу.
При проектировании оснастки следует учитывать, что усадка А зависит от кон-
крентной марки и партии материала (конкретной вязкости), технологии литья и пара-
метров оборудования, для которого проектируется форма. Поэтому при проектирова-
158
нии формы устанавливают размер оформляющей полости формы, который допускает
получить заданную точность изделия при доводке формы.
Таблица 6.10
СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УСАДКЕ
А ПРОМЫШЛЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ
ПОЛИМЕР Д,%
Полиамид - 6 стеклонаполненный 50% 0,1
Полистирол блочный стеклонаполненный 40% 0,1
АБС - пластики, наполненные углеродным волокном 40 - 20% 0,09 - 0,11
Полифениленоксид (норил) стеклонаполненный 40% 0,09-0,11
Полифениленоксид (норил), наполненный углеродным волокном
40 - 20° о 0,09 - 0,11
Полистирол блочный, наполненный углеродным волокном 30 -
20% 0,05-0,20
Полисульфон стеклонаполненный 40% 0,1 -0,2
Полиэтилентерефталат, наполненный углеродным волокном 30% 0,1 -0,2
Полистирол блочный стеклонаполненный 30 - 20% 0,1 - 0,2
АБС - пластики стеклонаполненные 40-30% 0,1 -0,2
Поливилхлорид винипласт стеклонаполненный 20% 0,1 - 0,2
АБС - пластики стеклонаполненные 20% 0,15-0,20
АБС - пластики наполненные сажей 20% 0,05-0,3
Полиамид - 66 стеклонаполненный 50% 0,2
Полисульфон стеклонаполненный 30% 0,1 -0,3
Полифениленоксид (норил) стеклонаполненный 30% 0,1 -0,3
Поликарбонат стеклонаполненный 40% 0,1 -0,3
Полиэтилен низкой плотности стеклонаполненный 45% 0,2
Полисульфон стеклонаполненный 20% 0,15-0,3
Полиамид - 11 стеклонаполненный 40% 0,2-0,3
Полиамид - 6 стеклонаполненный 30% 0,10-0,45
Полисульфон стеклонаполненный 20% 0.20 - 0,40
АБС - пластики стеклонаполненные 13 - 10% 0,3
Поливилхлорид винипласт 0,1 -0,5
Полифениленоксид (норил) стеклонаполненный 20% 0,2- 0,4
Полиэтилен низкой плотности стеклонаполненный 40 -30% 0,29-0,31
Полиэтилен высокой плотности стеклонаполненный 40 -30% 0,25 - 0,40
Полиамид-11 стеклонаполненный 30% 0,3 - 0,4
Полиэтилентерефталат стеклонаполненный 55 -20% 0,2-0,5
Поликарбонат стелонаполненный 30 - 10% 0,2-0,6
Полиамид - 66 стеклонаполненный 30 - 20% 0,2-0,6
Полиамид - 66, наполненный минеральным напонителем 40% 0,3 - 0,5
Полибутелентерефталат стеклонаполненный 50 - 40% 0,2-0,6
Полисульфон стеклонаполненный 10% 0,3 - 0,5
Полиэтилентерефталат, наполненный стекловолокном и слюдой
35% 0,4
Полипропилен, наполненный стекловолокном и тальком 0,4
Полипропилен, наполненный слюдой 50% 0,2-0,6
Полифениленоксид (норил) стеклонаполненный 10% 0,3-0,5
159
Полифениленоксид (норил), наполненный сажей 25% 0,2-0,6
Полиметилметакрилат 0,2-0.6
Полиэтилен высокой плотности стеклонаполненный 20% 0.3-0,5
Полиамид - 610 стеклонаполненный 30% 0.4-0,5
Полиамид - 12 стеклонаполненный 30% 0,4-0,6
Полиамид - 66 стеклонаполненный 13% 0,5
Полибутилентерефталат стеклонаполненный 30% 0,2-0,8
Полиамид - 11 стеклонаполненный 20 - 10% 0.4- 0,6
МСН - пластик 0,4-0,6
АБС - пластики 0,3-0.7
Полипропилен, наполненный стекловолокном и стеклянными ша-
риками 0.5
Полипропилен, наполненный стекловолокном и минеральным на-
полнителем 0,5
Полиэтилен низкой плотности стеклонаполненный 10% 0,5
Полиэтилен высокой плотности стеклонаполненный 15% 0,5
Полиамид - 610, наполненный минеральным наполнителем 40% 0,5-0,6
Полибутелентерефталат, наполненный стекловолокном и стеклян-
ними шариками 0,2-0,9
Полибутелентерефталат, наполненный стекловолокном и мине-
ральным наполнителем 0,3-0,8
Полипропилен, наполненный стекловолокном 20% и сажей 15% 0,4- 0,7
Полипропилен, наполненный слюдой 40% 0,3-0,8
Полиэтилен высокой плотности стеклонаполненный 10% 0,5-0,6
Полиамид - 6, наполненный минеральным наполнителем 50 - 30% 0,4- 0,8
Полибутилентерефталат стеклонаполненный 20% 0,4-0,8
Полистирол блочный 0,4- 0,8
Полифениленоксид (норил) 0,5-0.7
Поликарбонат 0.5- 0.8
Полиамид - 6, наполненный стеклянными шариками 50% 0,3- 1.0
Полибутилентерефталат стеклонаполненный 15% 0.5-0,8
Полипропилен, наполненный слюдой 30% 0.5-0,8
Полипропилен, наполненный тальком 40% 0.4- 1,0
Полиамид - 12, наполненный стеклянными шариками 50% 0,5- 1,0
Полиамид - 11, наполненный стеклянными шариками 30% 0,7-0,8
Полисульфон 0,7 - 0,8
Ударопрочный полистирол 0,4- 1,2
Полипропилен, наполненный тальком 30% 0,5- 1,2
Полиамид - 610, наполненный минеральным наполнителем 0,8 - 1,0
Полибутилентерефтолат стеклонаполненный 10% 0,8 - 1,0
Полипропилен, наполненный мелом 40% 0,6- 1,2
Полипропилен, наполненный слюдой 25-20% 0,8 - 1,0
Полипропилен, наполненный асбестом 40% 0,8- 1,2
Сополимеры формальдегида стеклонаполненные 30 - 25% 0,4- 1,7
Полипропилен, наполненный стеклянными шариками 40 - 30% 1.0- 1,1
Полибутелентерефталат. наполненный минеральным наполните-
лем 0,5- 1,7
Полипропилен, наполненный мелом 30% 1,2
Полипропилен, наполненный тальком 20% 0,8- 1,6
Полипропилен, наполненный сажей 40% 1,0- 1,5
Полиамид - 612 1,3
Полиамид - 12 0,7- 2,0
Полиамид - 610 0,8- 1,9
160
Полипропилен, напоненный стеклянными шариками 20 -10% 1,3 - 1,4
Полипропилен, наполненный тальком 10% 1.5
Полиамид - 6 0,6- 2,5
Полибут илентерефталат 1,2- 2,0
Полиэтилентерефтал ат 1,2- 2,0
Полиамид - 66 1,0-2,5
Полипропилен 1,0- 2,5
Сополимеры формальдегида 1.5- 3,5
Полиэтилен низкой плотности 2 - 3
Полиэтилен высокой плотности 1 -4
Поливинилхлорид пластикат 1 - 5
161
7. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ И РЕЖИМЫ ЛИТЬЯ.
НЕСТАНДАРТНЫЕ ЛИТЬЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ.
Современное литьевое оборудование - это универсальные агрегаты, которые спо-
собны реализовать различные специальные технологические режимы. Эти режимы по-
зволяют получать упроченные изделия, регулировать вес изделий, регулировать вели-
чину давления на различных стадиях формования изделия. Этими режимами целесооб-
разно пользоваться для расширения возможностей литьевой технологии.
Кроме того на базе универсальных машин создают литьевые машины со специа-
лизированными узлами, так называемые специализированные литьевые машины. Они
позволяют реализовать нестандартные литьевые технологии, которые обеспечивают
получение методом литья более широкий ассортимент изделий.
7.1. Циклограмма работы современных литьевых машин
Работа универсальной литьевой машины включает ряд последовательных опера-
ций. На рис.7.1 приведена циклограмма ее работы.
Линия 1а соответствует перемещению подвижной плиты прессовой части при
смыкании формы (Z,- время, необходимое для смыкании формы).
После закрытия формы с заданным усилием запирания подается команда на под-
вод сопла инжекционной части к форме (линия 2а). 12- время, требующееся для подвода
сопла к форме (смыкание формы и подвод сопла могут также осуществляться одновре-
менно).
Далее шнек движется вперед (линия За). При этом подготовленный в инжекцион-
ном цилиндре расплавленный материал впрыскивается в форму. Время, необходимое
для впрыска, составляет ts.
При выдержке материала в форме (линия 36) в течение времени t4 сопло инжекци-
онной части прижато к форме (линия 26), а затем по команде отходит (за время /7) на-
зад (линия 2в).
Вращательное движение шнека при пластикации материала может начаться после
выдержки под давлением сразу (линия Зв) или по истечении некоторого времени (такой
режим применяют при переработке некоторых нетермостабильных термопластичных
материалов). Время, необходимое для набора порции материала, составляет 1< ; при
этом шнек возвращается назад в исходное положение.
В течение всего цикла форма замкнута (линия 16). После охлаждения изделия (за
время t6) форма раскрывается (линия 1в). ts - время необходимое для размыкания. Далее
цикл повторяется.
id
Дявление
Рис. 7,1 Циклограмма работы литьевой машины
163
Инжекционная часть в зависимости от конструкции или режима работы машины
может быть прижата к литниковой втулке формы в течение всего цикла (при работе с
точечными литниками), может отводиться от формы по окончании выдержки материа-
ла под давлением (при работе с самозапирающимися соплами и др.) и может отводить-
ся от формы после окончания пластикации (при работе с открытыми соплами).
На процесс формования оказывают влияние режим перемещения шнека и режим
приложения усилий на шнек в течение цикла (режим формования).
7.2. Стандартный режим
Стандартный режим показан на рис. 7.2а. Нарастание давления происходит по
мере заполнения формы. Величина давления р, в момент заполнения формы зависит от
геометрии и размеров формы и литников, от свойств и температуры перерабаты-
ваемого материала, скорости заполнения формы и т.д.
После заполнения формы (за время /,) давление поднимается до отрегулированной
в гидросистеме величины р2.
По окончании выдержки давление в гидросистеме снимается до отрегулированно-
го ранее давления пластикации р4 и начинается вращение шнека (.1, - время, необходи-
мое для снижения давления формования до давления пластикации, 14 - продолжитель-
ность пластикации).
Рассмотренный режим используют для литья сравнительно толстостенных деталей
небольшой площади через обычные литники. При этом в форме развиваются высокие
давления с небольшим перепадом по ее длине.
7.3. Режимы со сбросом давления
Для уменьшения в изделиях внутренних напряжений ориентационного характера
используют режимы со сбросом давления (рис. 7.26).
После достижения в форме максимального давления р2 его через определенный
интервал времени 15 , контролируемый с помощью специального реле времени, умень-
шают до необходимой регулируемой величины р2 (происходит сброс давления в фор-
ме).
При литье изделий большой площади, когда усилия, возникающие в форме, могут
превысить усилия запирания, целесообразно использовать режим со сбросом давления
в момент заполнения формы (рис.7.2в).
В этом случае уменьшаются внутренние напряжения в изделиях, так как облегча-
ется протекание релаксационных процессов. Сброс давления в этом режиме осу-
ществляется по команде от конечного выключателя или, как и в предыдущем случае, от
реле времени.
164
Настроив соответствующим образом конечный выключатель, можно снимать уси-
лие до момента полного заполнения формы (рис.7.2г), что приводит к еще большему
сокращению усилий, возникающей в форме.
При этом давление сбрасывается до определенной заранее отрегулированной ве-
личины, одновременно уменьшается скорость впрыска на последней стадии заполнения
формы.
В этом режиме формование материала после окончания заполнения формы может
осуществляться на другом давлении, т.е. сброс давления может происходить дважды - в
процессе заполнения и после заполнения формы. Команды на сброс давления могут по-
даваться как конечными выключателями, так и соответствующими репе времени.
7.4. Режимы для упрочнения литьевых изделий
Упрочнение литьевого изделия можно достигнуть за счет дополнительной ориен-
тации внутренних слоев изделия.
Для этого применяют режимы с резким уменьшением давления после полного за-
полнения литьевой формы.
На рис. 7.2д показан режим, в котором после нарастания давления в форме через
интервал времени 15 с помощью реле времени давление формования р2 полностью сни-
мается и через интервал времени t6 восстанавливается до первоначальной р2 или мень-
шей р3 <р2 величины, необходимой для формования изделия.
Давление р3 может устанавливаться по истечении времени 16 или через некоторое
задаваемое время 17 (рис.7.2е).
Комбинируя работу соответствующих реле времени и конечных выключателей,
можно организовать режим (рис.7.2 ж), в котором давление р2 снижается до определен-
ной регулируемой величины р2 сразу же после заполнения формы. Далее с помощью
реле времени через интервал времени 15 давление падает до нуля и через определенный
промежуток времени t6 восстанавливается до той же р, или другой регулируемой [>,'
величины.
В течение одного цикла формования таких сбросов давления можно производить
несколько раз (3 - 5) с последующим восстановлением давления.
В период сброса давления создается перепад давления между формой и соплом. В
форме давление высокое, а в сопле низкое. Материал начинает "вытекать" из формы.
Далее в инжекционной части литьевой машины и в сопле снова дается высокое
давление. Материал начинает "втекать" в форму. Но теперь это "втекание" происходит
по более внутренним (глубоким) слоям изделия, т.к. постоянно происходит охлаждение
165
материала со стороны наружных слоев. Материал в наружных слоях охлаждается и не
участвует в течении.
Такую операцию (сброс и подъем давления) можно повторять несколько раз в те-
чение всего периода выдержки под давлением. В результате деформации внутренних
слоев все более и более глубокие слои материала ориентируются. За счет дополнитель-
ной ориентации внутренних слоев изделие упрочняется.
На рис.7.За приведена структура материала в сечении толстостенного изделия, от-
литого в стандартном режиме литья, а на рис.7.36 в режиме с резким многократным
(четырехкратным) уменьшением (сбросом) давления.
Наружная оболочка изделия (1) получается в процессе заполнения формы. Она
сильно ориентирована и имеет высокие прочностные свойства.
За наружной оболочкой идет слой 2. Который формируется в течение периода вы-
держки под давлением. Этот слой менее ориентирован и имеет меньшую прочность,
чем наружная оболочка I, но тоже упрочнен.
Сердцевина изделия, полученного в обычном режиме литья, составляет централь-
ный слой 3, который формируется в процессе охлаждения. Этот слой неориентирован и
неупрочен.
У изделия, полученного в режиме с резким многократным уменьшением (сбросом)
давления в период первой выдержки под давлением образуется слой 4 (рис.7.36). В пе-
риод второй выдержки под давлением после первого резкого уменьшения давления об-
разуется слой 5. В период третьей выдержки под давлением после второго резкого
уменьшения давления образуется слой 6. В период четвертой выдержки под давлением
после третьего резкого уменьшения давления образуется слой 7.
Внутренние слои 4. 5, 6, 7 ориентированы и упрочнены. В целом изделие получает-
ся более прочным.
Для сравнения прочностных характеристик изделий, полученных в разных режи-
мах, на рис. 7.4а приведена диаграмма усилие-деформация для изделия, полученного в
стандартном режиме литья, а на рис.7.4 б в режиме с многократным резким уменьшени-
ем (сбросом) и восстановлением давления. Разрушающее напряжение при растяжении
а? изделия, полученного в режиме со сбросом и восстановлением давления, значительно
превышает разрушающее напряжение а изделия, полученного в обычном режиме
литья. Упрочненные изделия также имеют повышенные ударные характеристики.
166
. Рис. 7-3. Структура сечения детали в стандартной
. РЕЖИМЕ (Л) И В РЕЖИМЕ С МНОГОКРАТНЫМ
(ЧЕТЫРЕХКРАТНЫМ)’ УМЕНЬШЕНИЕМ И ВОССТАНОВ-
ЛЕНИЕМ ДАВЛЕНИЯ ПОСЛЕ ЗАПОЛНЕНИЯ Я>0РМЫ(5)
Рис.7^1. Диаграмма ..усилие (Т-детормадия g для изделщ
ОТЛИТОГО в СТАНДАРТНОМ РЕЖИМЕ (И) И В РЕЖИМЕ
С МНОГОКРАТНЫМ УМЕНЬШЕНИЕМ И ВОССТАНОВЛЕНИ-
ЕМ ДАВЛЕНИЯ ПОСЛЕ ЗАПОЛНЕНИЯ ФОРМЫ С5)
167
7.5. Режим с предварительным сжатием расплава до впрыска
На рис.7.2з показан режим изменения давления в цикле формования при работе
литьевой машины с предварительным сжатием расплава (/,- время нарастания давления
до впрыска). По мере заполнения формы за время давление понижается в результате
расширения предварительно сжатого расплава. Режим применяют для заполнения тон-
костенных изделий. Сжатие расплава происходит в инжекционном цилиндре под дей-
ствием шнека. В этом случае применяют сопло специальной конструкции. Далее про-
цесс формования протекает, как обычно - при постоянном максимальном давлении р2
(рис.7.2а) или со сбросом давления до величины р}.
7.6. Режимы интрузии
Интрузионные режимы применяют для изготовления толстостенных изделий и из-
делий с большим весом (превышающим в 2 - 3 раза номинальный объем отливки, на
который рассчитана машина).
Кроме того, режим интрузии можно применять для переработки нетермостабиль-
ных материалов.
Отличительной особенностью работы машины в режиме интрузии является то,
что расплавленный материал заполняет форму при низком давлении (до 250 кГ/см2).
В режимах интрузии материал заполняет форму при вращательном движении
шнека или при различных комбинациях поступательного и вращательного движения
шнека.
Толстостенные изделия. Циклограмма работы литьевой машины в режиме интру-
зии при формовании толстостенных изделий показана на рис.7.5а.
Заполнение формы на 70 - 80% происходит под давлением р, при вращательном
движении шнека, находящегося в передней части цилиндра. В переднем положении
шнек удерживается давлением в гидроцилиндре.
По мере заполнения формы давление в передней части инжекционного цилиндра
перед шнеком повышается. Под действием этого давления шнек отходит назад, преодо-
левая давление со стороны гидроцилиндра.
После частичного заполнения формы во время I, давление в гидроцилиндре сни-
мается до величины р:. Шнек, вращаясь, отходит назад и набирает новую порцию ма-
териала. При этом шнек может отойти в исходное положение (рис. 7.5а) или занять не-
которое другое, промежуточное положение, зависящее от величины необходимой пор-
ции материала. Время, необходимое для движения шнека назад, равно ь.
При последующем поступательном движении шнека вперед (при этом шнек может
вращаться) подготовленная порция материала впрыскивается в форму за время 13.
168
Далее происходит выдержка материала в форме при заданном давлении р3 (время
выдержки под давлением Q.
Режим прикладываемого к шнеку давления во время выдержки материала в форме
под давлением может соответствовать одному из указанных выше способов (см.рис.7.5
а-г).
В случаях, когда при изготовлении толстостенных изделий за один поступатель-
ный ход шнека не удается полностью компенсировать усадку материала, его можно по-
давать в форму несколько раз (рис. 7.56). При многократной подготовке новых порций
материала, нагретого до необходимой температуры, сердцевина изделия постоянно
подпитывается горячим материалом. При этом обеспечивается хорошее качество изде-
лия без раковин, пузырей, швов и т.д.
Во избежание преждевременного охлаждения материала, движущегося с относи-
тельно небольшой скоростью (время заполнения формы может составлять 80 сек и бо-
лее), в начале цикла можно производить впрыск в форму небольшого количества рас-
плавленного материала (рис.7.5в) для получения на стенках формы тонкой изолирую-
щей пластмассовой пленки.
При изготовлении крупногабаритных изделий режим интрузии изменяется.
Рассмотренные режимы интрузии (рис.7.5а-в) чаще применяют при изготовлении
изделий с отношением длины к толщине стенки, не превышающим 70:1.
Когда это отношение больше и при литье деталей требуется высокое давление для
заполнения формы используют режим интрузии, показанный на рис 7.5г.
В начале цикла шнек отведен назад, перед шнеком находится определенная порция
расплавленного материала, подготовленного в предыдущем цикле. Заполнение формы
происходит при вращении шнека. При этом шнек не перемещается назад, так как со-
противление, создаваемое в форме, невелико. Давление заполнения формы р,. Количе-
ство подаваемого материала контролируется по времени
Затем происходит впрыск в форму материала за время t3 при давлении р3, необхо-
димом для полного заполнения формы.
По окончании времени 13 выдержки материала под давлением происходит пласти-
кация (за время /,). При этом шнек, вращаясь, отходит назад, в первоначальное поло-
жение для накопления новой порции материала, необходимой для впрыска в следую-
щем цикле (давление пластикации р7).
В случаях, когда объем отливки превышает номинальный объем отливки не более,
чем на 40% и требуются высокое давление и высокая скорость заполнения, форму за-
полняют при одновременном вращательном и поступательном движениях шнека за
Перемещение шнека
Рис. 6 Циклограмма работы
машины а режиме инжекционного
прессования (сплошные линии —
перемещение узлов машины,
пунктирная линия — прикладыва-
емое давление)
Рис. 7. Схемы получения
двухцветных изделий на спе-
циальных литьевых машинах:
а — с поворотной формой: б — с
вращающейся прессовой частью
Рис. Схема, получения
Двухцветных изделии в одной
форме:
— при одновременном впрыске
двух материалов
170
время I, (рис.7.5д). После полного заполнения формы шнек удерживается в переднем
положении при заданном давлении р> в течение времени t4 (при этом шнек может вра-
щаться). Далее происходят пластикации и подготовка материала к следующему циклу.
При изготовлении толстостенных изделий, не требующих высоких давлений литья.
применяют режим интрузии, показанный на рис.7.5е.
При заполнении формы и выдержке под давлением р, шнек вращается, не переме-
щаясь поступательно.
Общий цикл работы литьевой машины в режиме интрузии осуществляется в той
же последовательности, что и обычно. Разница состоит лишь в условиях заполнения
формы и подпитки охлаждающейся детали новыми порциями материала.
Особенность метода интрузии - малая скорость заполнения формы, допустимая
при получении толстостенных изделий. Скорость поступления материала в форму при
вращательном движении шнека зависит в основном от его параметров и скорости вра-
щения. Давление, создаваемое при вращательном движении шнека, ниже, чем давление,
создаваемое при обычном литьевом методе. Поэтому каналы в форме должны иметь
большую площадь поперечного сечения, чтобы материал в них не застыл раньше, чем
окончится заполнение формы.
При изготовлении толстостенных изделий в режиме интрузии с небольшой ско-
ростью заполнения формы на детали в местах соединения потоков материала могут по-
лучиться швы, которые снижают механическую прочность изделия. Для предотвраще-
ния этого явления после заполнения формы к вращающемуся шнеку на короткий про-
межуток времени (толчком) прикладывается более высокое давление (сварочное).
Количество выделяемого тепла при пластикации можно регулировать путем изме-
нения давления в гидросистеме и скорости вращения шнека.
7.7. Инжекционное прессование
Для изготовления толстостенных тяжелых изделий применяют режим инжекцион-
ного прессования.
Сущность этого метода заключается в том, что формование детали(или заготовки)
осуществляется за счет работы не только инжекционной, но и прессовой части.
Обычно назначение прессовой части сводится только к плотному запиранию фор-
мы и созданию ограниченного объема. В режиме инжекционного прессования при за-
полнении формы она полностью не закрывается. Перемещение механизма запирания
для полного закрытия формы используется для придания изделию необходимой конфи-
гурации и для компенсации усадки материала в форме.
171
Режим инжекционного прессования рассмотрен на рис.7.6. Линии 2.3 и 4 характе-
ризуют перемещение соответственно механизма смыкания, инжекционной части и шне-
ка. Линия 1 - изменение давления в гидросистеме смыкания.
В начале цикла форма смыкается неполностью. Давление закрытия формы
меньше давления формования р2.
После частичного смыкания формы (за время lj) и подвода сопла к литниковой
втулке формы (за время Z,) происходит впрыск расплавленного материала в приоткры-
тую форму (время, необходимое для впрыска z7). Затем изделие формуется под действи-
ем давления р:, создаваемого механизмом запирания.
В течение этого периода механизм смыкания перемещается и форма полностью
закрывается. Материал приобретает конфигурацию внутренней полости формы ( в за-
крытом состоянии).
Пластикация материала может осуществляться сразу же после впрыска, как пока-
зано на рис.7.6, или через определенное заданное время. После пластикации материала
(за время /Д и охлаждения изделия в форме (за время /Д форма раскрывается (за время
z7) и готовое изделие извлекается.
При инжекционном формовании термопластов применяют сопла и литниковые
каналы больших сечений, что позволяет избежать высоких скоростей и усилия впрыска.
Это обеспечивает получение деталей с меньшей ориентацией и с меньшими внутренни-
ми напряжениями, чем при других режимах работы машины.
Формование изделия осуществляется с небольшим усилием (до 200 — 500 кГ/см2) и
зависит от свойств материала и конфигурации изделия.
Метод инжекционного прессования широко применяют при изготовлении толсто-
стенных деталей.
Этот метод можно использовать на обычных литьевых машинах при добавлении
специальных команд в гидроприводе.
7.8. Технология изготовления двухцветных изделий
Двухцветные изделия можно отливать на обычных или специализированных ма-
шинах из одного материала различной окраски или из различных материалов.
Процесс изготовления двухцветных изделий на обычных литьевых машинах со-
стоит из двух этапов. Каждый этап включает те же операции, что и при обычном цикле
литья.
В начале отливается заготовка детали из определенного материала или цвета с не-
обходимой толщиной стенки.
172
Затем заготовку одевают на пуансон в другую форму, которая имеет больший
объем оформляющей полости.
В зазор между заготовкой и стенкой формы (при замкнутой форме) впрыскивают
другой материал, который "сваривается" с заготовкой, и производится окончательное
оформление двухцветной детали.
Обычно при изготовлении двухцветных изделий центральный участок заготовки
детали возле литника делают утолщенным во избежание проплавления его при вторич-
ном впрыске.
Принцип получения двухцветных деталей на специальном оборудовании такой же,
а отдельные операции процесса механизированы.
На рис.7.7 представлены две схемы получения двухцветных деталей за один рабо-
чий цикл.
При изготовлении изделий по первой схеме - с поворотной формой (рис.7.7а) ма-
шина имеет два инжекционных узла 5 и 6 с самостоятельными приводами шнека.
При этом обеспечивается независимая регулировка технологических параметров
литья для каждого узла в отдельности, что позволяет устанавливать необходимый ре-
жим пластикации и формования материала при изготовлении изделий из двух различ-
ных материалов с разным весом отливки.
На подвижной плите 2 механизма запирания крепится барабан 3 с двумя пуансо-
нами 4. Вал барабана через зубчатую передачу связан с гидроцилиндром /, посред-
ством которого производится поворот барабана на угол 180°.
Цикл литья протекает следующим образом: в положении / в форме отливается за-
готовка детали одного цвета. При повороте барабана заготовка с пуансоном перено-
сится в положение II. Матрица формы в этом положении имеет больший объем, и в ней
производится окончательное оформление двухцветной детали.
По другой схеме - с вращающейся прессовой частью (рис.7.76) формование двух-
цветного изделия производится в формах, установленных на вращающемся столе 2.
Машина может иметь несколько форм (от двух до десяти).
Инжекционные узлы 1 и 3 могут быть установлены симметрично с двух сторон
стола (как показано на рисунке) или рядом.
Цикл литья протекает так же, как и в предыдущем случае: в позиции / отливается
заготовка одного цвета, которая затем вместе с пуансоном переходит в позицию II.
Происходит впрыск материала другого цвета и полное оформление детали.
173
В промежуточных позициях заготовки и детали охлаждаются. На машинах с по-
воротным столом можно получать детали, состоящие из трех и более цветов или ком-
понентов, при установлении на машине дополнительных инжекционных узлов.
Для получения изделий, состоящих из смеси двух различных материалов или двух
цветовых оттенков, применяются специальные машины, схема действия которых пред-
ставлена на рис.7.8. Такая машина имеет одну форму, в которой одновременно или по-
следовательно формуется изделие.
Инжекционные цилиндры 1 и 2 связаны между собой одной головкой. Материал
из цилиндра 1 поступает в переднию часть цилиндра 2, в котором материалы разного
цвета располагаются последовательно.
При впрыске материала 2 в форму материал движется неравномерным потоком.
Изделие получается цветом "под мрамор"
7.9. Технология изготовления слоевых изделий
У слоевых изделий наружнюю часть изделия формуют из одного материала, а
внутреннюю из другого. Иначе такие изделия называют наполненными.
Такую технологию можно применять для получения крупногабаритных изделий,
например, корпусных. Это делают с целью экономии дорогостоящего полимерного ма-
териала. который применяют для получения только внешней (видовой) поверхности
изделия. А внутреннюю часть изделия делают из менее дорогостоящего материала, на-
пример, вторичного.
Для облегчения изделия внутреннюю часть изделия можно делать из вспенного
материала.
Для получения слоевых изделий применяют специальные конструкции с двумя ин-
жекционными узлами, объединенными через насадку. Насадка, не допуская смешения
отдельных материалов, обеспечивает подачу строго определенной порции каждого из
них в полость формы.
На рис.7.9 показана схема одной из таких конструкций. Инжекционные цилиндры
3 и 4 соединены с общей головкой 1 проходными отверстиями а. б и в.
Внутри головки помещен поворотный сердечник 2. Центральное отверстие сер-
дечника совпадает с выходным отверстием б головки. Боковые отверстия сердечника
попеременно соединяются с соответствующими инжекционными цилиндрами.
В положении сердечника, показанном на рис.7.9, инжекционный цилиндр 4 соеди-
няется с проходным отверстием б головки, и материал из цилиндра поступает в форму.
nr
Рис. 7.9. Схемд получения наполненных
ИЗДЕЛИИ
Рис.7.Ю. Стадии заполнения двухслойного
изделия
175
Работа такого узла происходит следующим образом: полимерные материалы (два раз-
ных, один из которых может быть вторичными, или отличающиеся наполнителями)
подготавливают в инжекционных цилиндрах одновременно.
После впрыска в форму одного материала сердечник 2 поворачивается на задан-
ный угол и материал из другого цилиндра по соответствующему каналу в сердечнике
впрыскивается в форму.
Поворачиваться сердечник может посредством гидроцилиндра 5, как показано на
рис.7.9, или другого механизма. Особенность этой конструкции заключается в том, что
материалы, подготовленные для впрыска, не смешиваются в головке машины и в сопле.
Смешение материалов может происходить только в канале б проходной головки. Од-
нако эта порция в каждом цикле удаляется с литником на изделии.
На рис.7.10 приведены стадии заполнения двухслойного изделия. Определенный
объем материала из первого инжекционного цилиндра вспрыскивается в свободную
полость формы. Первый материал занимает область 1.
Далее производится впрыск другого материала в уже частично заполенную форму
из второго цилиндра. Второй материал оттеняет первый материал к стенкам формы и
образует внутреннюю область изделия 2. Образуется двухслойное изделие из двух раз-
личных материалов.
7.10. Изготовление вспененных изделий
Вспенивание полимерных материалов при литье под давлением применяют для
получения облегченных изделий с меньшей плотностью, для устранения утяжин, а так-
же для получения толстостенных изделий с толщиной стенки более 6 мм. Существуют
несколько методов получения вспененных (газонаполненных) изделий.
Метод вспенивания с применением химических агентов (порообразователей)
основан на том, что при повышенных температурах (температура переработки) поро-
образователи разлагаются и выделяется газообразное вещество, которое вспенивает
материал.
Плотность получаемого изделия зависит от типа полимерного материала. Для вы-
соковязких материалов (поликарбоната, полисульфона и др.) изделия получаются с
большей плотностью.
При вспенивании в замкнутой литьевой форме стремятся очень быстро получить
охлажденную корочку на поверхности формуемого изделия. Для этого форма должна
быть холодной. В этом случае в процессе впрыска расплав соприкасается со стенками
холодной формы и мгновенно на поверхности формуемого изделия образуется охлаж-
176
денная корочка, которая препятствует выходу газа из тела изделия. При этом изделия
получаются с меньшей плотностью.
Снижению плотности изделий способствует увеличение скорости переноса мате-
риала из нагревательного цилиндра в форму. Для этого максимально увеличивают ско-
рость впрыска. Хорошие результаты получают при очень высоких скоростях впрыска.
При большой скорости впрыска на поверхности изделия образуется корочка и основ-
ное вспенивание происходит в замкнутом объеме, окруженном этой корочкой. При
этом микронеровности на поверхности изделия уменьшаются.
Выделению газообразного вещества и уменьшению плотности изделий способ-
ствует снижение давления, возникающего в форме в процессе формования. Для этого
давление литья уменьшают.
При вспенивании температуру литья обычно задают в нижней области рабочего
диапазона.
Доза вспрыскиваемого в форму материала составляют, как правило, (70-ь80) °'о от
объема отливки.
При получении вспененных изделий должна быть хорошая вентиляция формы.
При литье со вспениванием применяют запирающиеся или самозапирающиеся со-
пла.
Рассматриваемый метод вспенивания применяют для получения облегченных из-
делий и устранения внешних утяжин. Однако на поверхности изделий могут образовы-
ваться серебристые тонкие полосы, которые представляют собой тонкую поверхност-
ную пленку. Особенно это отчетливо проявляется на изделиях, окрашенных в темные
тона. В случае, если имеются специальные требования к внешнему виду изделий и по-
верхности, ее приходится лакировать.
Метод получения крупногабаритных изделий с применением газа состоит в том,
что в форму впрыскивается определенная порция расплава, которая по объему меньше,
чем объем формующей полости. Далее в форму под давлением вдувается воздух.
Под давлением воздуха расплавленный материал полностью оформляет полость
формы. Воздух создает давление в сердцевине изделия и это препятствует усадке мате-
риала при охлаждении.
Таким методом получают крупногабаритные изделия с большой толщиной стенок
(более 8 мм) без внешних утяжин. Метод реализуется на литьевых машинах со специ-
альными конструкциями сопел и приспособлениями для подачи сжатого воздуха в ли-
тьевую форму.
177
8. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЬЯ
СТЕКЛОНАПОЛНЕННЫХ ПЛАСТМАСС
Стеклонаполнение - введение прочного и жесткого стеклонаполнителя в виде во-
локна приводит к армированию полимерной композиции. В результате этого стеклона-
полненные полимеры имеют повышенные механические и термические свойства.
Введение стекловолокна в полимер обеспечивает работоспособность полимера
при повышенных механических и термических нагрузках:
Повышается механическая прочность при действии кратковременной нагрузки
растяжения, изгиба и сжатия (в качестве примера на рисунке 8.1а показано изменение
разрушающего напряжения при растяжении о> от содержания стекловолокна).
Повышается жесткость при действии кратковременной нагрузки растяжения, из-
гиба и сжатия (в качестве примера на рисунке 8.16 показано изменение модуля упру-
гости при растяжении ЕР от содержания стекловолокна).
Повышается теплостойкость. Особенно существенно теплостойкость увеличивает-
ся у кристаллических полимеров, примерно, в 2-4 раза (на рисунке 8.1в теплостойкость
характеризуется температурой размягчения при изгибе Тр.и2 при напряжении 1,8 МПа).
Повышается стойкость к ползучести при действии длительной статической на-
грузки и повышенной температуры (на рисунке 8.1 г стойкость к ползучести характери-
зуется модулем ползучести Еп).
Повышается усталостная прочность оу при циклическом нагружении (рис.8.1д).
Повышается твердость НБ при вдавливании других тел (рис.8.1е).
Улучшение механических и термических свойств расширяет применение стеклона-
полненных полимеров в ответственных изделиях, работающих под нагрузкой и при по-
вышенных температурах.
Кроме улучшения механических и термических свойств улучшается стабильность
размеров изделий (уменьшается изменение размеров) при работе в условиях повышен-
ных температур, так как уменьшается коэффициент теплового расширения а (рис.8.2а),
а также при работе в условиях обычной и повышенной влажности , так как уменьшает-
ся влагопоглощение (рис.8.26).
Кроме того, повышается износостойкость стеклонаполненных полиамидов 6, 66 и
12.
Улучшение эксплуатационных свойств обеспечивает широкое применение стекло-
наполненных полимеров.
Обычно применяют марки с 10 - 30% и до 50 - 60% стекловолокна.
Содержание стекловолокна %
ПАБ 6
10
200"
oi
5 450"
лл пкСФ
50f
я-
ЛА
9-
7-
5-
Содержание стекловолокна,%
2'
А6Е
СТ»
ПЕТР
ПК
10 10 20 So 40 50
. Содержание стскловалокил/А
-—-t----1---1-----1--н*—
О АО 20 50 НО 50
С од ерж ани е стеклоьол ок на, (%
Нб
мИбУ"
ЛА
2- Ш
АБЕ
ПЕТР
лк
о 1*0 20 W 40 ?'
Содержание стекло волокна
ПК
А
ffv V
и'
V
ъ-_
z-~
ПФО
--ЛБТФ
ПА 66
° 16 го 50 4 0 О 10 20 50 40 50
содержание етекловолокнл, /- Содержание стекло волокна,
Рис.8.1. Влияние етекловолокнл но свойства полимеров
е?рэБр3Бп,бу, Нб~ свойства ненаполненного лолимерл
6р‘,Ер ,Еп Ай\ Нб -свойства стеклоиляолнеиного делимерл
Рис.8Л Схема, трапециевидного сечения
проходного канала литника
° do 20 50 1)0 50
Содержание стекловолокно., %
Содержание стез^ловолокил, /с
Рис,8.2. Влияние содержаний отекловолокнл
на коэдзициент линейного теплового расши-
рения '<< Са)и равновесное влагологлоще-
ние Ьр (
оС? Вр - свойства неиАполненкого полимера
' ь'р - свойства стеклонаполненого полимера
и ОГЧГМХ. Г> М ГОП П Л 4
Содержание стекло вол окна, %
Рис.8 Л. Зависимость лиъевои усадки
поперечном течению расплава направлении
(l') и вдоль течения сг) для ПА6 и ПАбб
от содержании стекловолокна
Д иъмеренл черев ЯЧч при 23°С,
180
Технологические параметры литья.
При разработке технологии литья стеклонаполненных полимеров следует стре-
миться к тому, чтобы при переработке не разрушить стекловолокно. Это одно из глав-
ных условий. Чем меньше длина стекловолокна, тем меньше армирующий
(усиливающий эффект), тем ниже механические свойства и теплостойкость.
Для того, чтобы, по-возможности, сохранить длину стекловолокна применяют
мягкий (“щадящий”) режим переработки.
Температуру материала при литье Тл стеклонаполненного полимера увеличивают
на (10-20)°С по сравнению с ненаполненным полимером (см. табл.3.3). Это связано с
тем, что введение стекловолокна увеличивает вязкость полимера и текучесть ухудшает-
ся. Формуемость материала снижается.
Для сохранения длины стекловолокна создают мягкий (“щадящий”) режим пла-
стикации (см.раздел “Рекомендации по пластикации наполненных полимеров”). Для
этого частоту вращения шнека N (линейную скорость вращения шнека Р) и давление
пластикации РПЛ устанавливают ниже средних значений, рекомендуемых для ненапол-
ненного полимера (см.табл.5.1). Линейную скорость вращения шнека V задают равной
(0,05 - 0,07) м/мин. Частоту вращения шнека N в зависимости от диаметра шнека D и
скорости V определяют по формуле 5.1. Давление пластикации Рпл задают ниже сред-
него значения, равным 10 - 20 кг/см2.
При заполнении формы в литниковых каналах и в форме развиваются высокие
сдвиговые напряжения, которые могут приводить к разрушению стекловолокна. Для
сохранения стекловолокна объемную скорость впрыска Q понижают (время заполнения
t3 увеличивают), примерно, на 20 -50% по сравнению с ненаполненным полимером
(см.табл.3.4).
Ограничением для понижения скорости впрыска Q являются недоливы при запол-
нении формы или образование неровной (волнистой) поверхности изделия- из-за того,
что заполнение формы происходит в режиме убывающей скорости течения (см.раздел
“Причины образования брака. Рекомендации по его устранению ”).
При переработке стеклонаполненных полимеров давление литья Рл увеличивают
на 100 - 200 кг/см2 по сравнению с ненаполненным полимером (см. табл.3.3). Это связа-
но с тем, что стеклонаполненные полимеры имеют более высокую вязкость полимера.
Давление литья Рл увеличивают также для компенсации снижения объемной скорости
впрыска и устранения недоливов, а также для предотвращения образования
“волнистой” поверхности.
181
Если при литье стеклонаполненных полимеров применяют режим формования со
сбросом давления, то давление формования (сброса) Рф устанавливают на 500-150
кг/см2 больше по сравнению с ненаполненным полимером (см.табл.3.3). Это связано с
тем, что вязкость стеклонаполненного полимера больше и втекание материала в форму
в течение времени выдержки под давлением 1ВПД затруднено. Поэтому для обеспечения
нормальной подпитки материалом формы в течение 1ВПД давление формования Рф уве-
личивают.
При литье стеклонаполненных полимеров температуру формы Тф устанавливают
такой же, что и для ненаполненных полимеров (см. табл. 3.3).
При переработке стеклонаполненных полимеров требуется тщательно контроли-
ровать, чтобы температуры обеих половинок формы были одинаковыми. Требуется
также обеспечить равномерность температуры по всей поверхности половинок формы,
чтобы исключить разницу в тепловой усадке по всей поверхности формуемого изделия.
Это обеспечивает снижение коробления изделий из стеклонаполненных полимеров.
При литье стеклонаполненных полимеров время выдержки под давлением 1ВПД
устанавливают таким же, что и для ненаполненных полимеров (см. рис.3.4).
Общую продолжительность цикла 1Ц для стеклонаполненных полимеров опреде-
ляют так же, как и для ненаполненных полимеров (см. раздел “Общая продолжитель-
ность цикла”).
Для повышения размерной стабильности литьевых изделий из стеклонаполненных
полимеров требуется поддерживать постоянными технологические параметры литья.
Режимы сушки для стеклонаполненных полимеров те же, что и при переработке
ненаполненных полимеров (см.табл.4.2).
Конфигурация и размеры литников и впусков.
Размеры литников и впусков при литье стеклонаполненных полимеров должны
отвечать следующим главным требованиям. Во первых, должны обеспечивать хорошую
передачу давления в форму. Для этого перепады давления, затрачиваемые на течение
материала в литниках и впусках, не должны быть большими. Во-вторых, размеры лит-
ников и впусков должны способствовать сокращению продолжительности цикла и по-
вышению производительности. В-третьих, не должны приводить к перерасходу мате-
риала.
При литье стеклонаполненных полимеров обычно применяют литники, которые в
сечении имеют круглую или трапециевидную форму (рис.8.3). Последние более техно-
логичны в изготовлении. Высота сечения трапециевидного литника h должна состав-
лять не менее 0,785 от наибольшей ширины литника: h > 0,785 Н.
182
Толщина литника не должна быть меньще наибольшей толщины стенки изделия.
Соотношения между размерами изделия и размерами литника и впуска, которые отве-
чают рассмотренным выше требованиям, приведены в табл.8.1.
Таблица 8.1
СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ РАЗМЕРАМИ ИЗДЕЛИЯ И
РАЗМЕРАМИ ЛИТНИКА И ВПУСКА
Толщина стенки изделия, мм Максимальная длина литника, мм Минимальный диаметр или высота h литника, мм Диаметр впуска, мм Длина впуска, мм
0,7 - 1,2 50 3,5 0,7 - 1,0 0,8- 1,0
1,2-3,0 100 5,0 0,8 - 2,0 0,8 - 1,0
3,0- 5,0 150 6.0 1,5-3,5 0,8 - 1,0
> 5 150 7,0 - 8,0 3,5- 6,0 0,8- 1,0
В случае малых размеров впусков в них развиваются высокие сдвиговые напряже-
ния, которые могут вызвать деструкцию материала при впрыске. Это приводит к
охрупчиванию изделия.
Анизотропия свойств и усадки стеклонаполненных полимеров . Рекомендации по ее
уменьшению.
Стеклонаполненные полимеры по сравнению с ненаполненными полимерами
имеют более высокую анизотропию внутренних напряжений, механических свойств и
литьевой усадки изделий. У стеклонаполненных полимеров разница в механических
свойствах (прочности, жесткости, ползучести) и литьевой усадки в направлении течения
материала при заполнении формы и поперек больше, чем у ненаполненных полимеров.
Это обусловлено ориентацией стекловолокна в направлении течения. Ориентация стек-
ловолокна возникает при заполнении и подпитки формы.
Повышенная анизотропия увеличивает склонность к короблению изделий из стек-
лонаполненных полимеров и увеличивает нестабильность размеров.
Прочность стеклонаполненного полимера вдоль ориентации стекловолокна на 30
- 40°о выше, чем в поперечном направлении. Если при эксплуатации нагрузка на изде-
лие приложена в разных направлениях (часто встречающиеся случаи), то при оценке
работоспособности стеклонаполненного материала берут наименьший показатель
прочности, т.е. в направлении, перпендикулярном ориентации стекловолокна. Поэтому
в этих случаях стремиться к увеличению прочности в направлении течения за счет уве-
личения ориентации стекловолокна нецелесообразно. Это подтверждается еще тем, что
увеличивается коробление изделий.
183
У стеклонаполненных полимеров усадка вдоль ориентации стекловолокна при
охлаждении изделия затруднена. Поэтому усадка вдоль ориентации стекловолокна в
несколько раз (4-8) меньше, чем в перпендикулярном направлении (рис.8.4). Это надо
учитывать при конструировании изделий и литьевой формы.
Усадка у стеклонаполненных полимеров в поперечном течению направлении такая
же, как и для ненаполненных полимеров (см.табл.6.10).
Различие в механических свойствах и усадке в разных направлениях усиливается с
увеличением ориентации стекловолокна. Поэтому для обеспечения стабильной работо-
способности изделий из стеклонаполненных полимеров и снижения коробления не сле-
дует стремиться к увеличению ориентации стекловолокна.
Ориентация стекловолокна зависит от технологических параметров литья, разме-
ров изделий и от расположения линий течения материала при заполнении формы.
Ориентация стекловолокна увеличивается при уменьшении толщины стенки изде-
лия и при увеличении скорости впрыска Q в результате того, что сдвиговые напряжения
возрастают. Увеличению ориентации способствует также уменьшение размеров попе-
речного сечения впусков. Обычно при толщине стенки менее 2 мм ориентация стекло-
волокна в изделии значительна.
Ориентация стекловолокна увеличивается с повышением давления литья Рл и уве-
личением времени выдержки под давлением tBna.
Поэтому повышению стабильности свойств и размеров изделий в направлении те-
чения и в поперечном направлении способствует уменьшение объемной скорости
впрыска Q, понижение давления литья Рл, увеличение толщины стенки изделия и раз-
меров поперечного сечения впусков (табл.8.2).
Таблица 8.2
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УМЕНЬШЕНИЮ АНИЗОТРОПИИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И
УСАДКИ В НАПРАВЛЕНИИ ТЕЧЕНИЯ И В ПОПЕРЕЧНОМ ТЕЧЕНИЮ
НАПРАВЛЕНИИ
Т - параметр увеличивают для уменьшения анизотропии
J- - параметр уменьшают для уменьшения анизотропии
Пара- метр Анизо- тропия Скорость впрыска Q Давление литья Рл Время гВ/7Д Толщина изделия Диаметр (толщина) впуска
Уменьшение анизотропии Ф Ф Ф т т
184
Большое значение для реализации положительных свойств стеклонаполненных
полимеров и снижения их анизотропии имеет правильное проектирование литьевой
формы, которое обеспечивает равномерное течение материала в форме при ее запол-
нении.
Во-первых, необходимо обеспечить равномерное течение материала в форме по
всей её длине. Это достигается созданием равномерной толщины стенок изделия. Рав-
номерность толщины стенки способствует снижению коробления и утяжин.
В случае, если на изделии требуются бабышки или ребра жесткости, их проекти-
руют таким образом, чтобы не изменить равномерное течение материала при заполне-
нии формы (рис.8.5). Если бабышки сделать непосредственно на стенке изделия
(рис.8.5а), то течение материала в бабышке опережает основной поток по стенке изде-
лия, т.к. гидравлическое сопротивление бабышки меньше, чем гидравлическое сопро-
тивление стенки изделия. Достигнув верхнего края бабышки (поверхность А), линии
тока поворачиваются и начинается заполнение верхней (крайней) части стенки изделия
(область Б). При этом направление линий тока и ориентации стекловолокна становится
перпендикулярным направлению течения и ориентации стекловолокна в основном по-
токе. При этом в месте соприкосновения двух потоков может образоваться спай.
Если между бабышкой и стенкой изделия сделать перемычку с толщиной, равной
толщине стенки изделия, то равномерное течение материала при заполнении сохраняет-
ся по всей длине формы и стекловолокно ориентируется в одном направлении
(рис.8.56).
Следует стремиться избегать вставок, так как после вставок образуются спаи. По
линии спая (стыка) прочность на 25-40% ниже по сравнению с прочностью материала в
области ориентированного стекловолокна. Для уменьшения разницы в прочности на
стыке и в материале целесообразно увеличивать температуру литья Тл и объемную ско-
рость впрыска Q.
Для направления линий течения большое значение имеет расположение и форма
впуска. Для уменьшения коробления изделия у впуска нужно стремиться к тому, чтобы
не было поворотов потока (рис.8.6а). Для этого могут применяться плоские впуски
(рис.8.66) по всей ширине изделия.
!
185
Рис.8.5. Течение стеклонАЛолненного полимера
при формовании изделий с Бавьнаками
или ребрами жесткости
д') правильно
а) не правильно
Рис.8.6. Линии течения при разном
расположении впуска.
186
9. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЬЯ ПРИ
ОКРАШИВАНИИ ПОЛИМЕРОВ КОНЦЕНТРАТАМИ КРАСИТЕЛЕЙ
Для изделий из полимерных материалов очень важен внешний вид. Одним из '
основных показателей внешнего вида является окраска изделий. Хорошая окраска уве-
личивает потребительскую стоимость изделия.
В процессе литья под давлением полимерные материалы окрашивают концентра-
тами красителей (выпускают в виде гранул и крошки) или непосредственно порошко-
образными красителями и пигментами.
Для того, чтобы получить хорошо окрашенные литьевые изделия, необходимо
правильно организовать все стадии технологического процесса получения изделий:
смешение концентрата красителей с основным материалом, подготовку материала к
переработке (сушку), пластикацию и формование.
Важно также правильно подобрать марку полимера.
Показателями хорошего окрашивания изделий являются следующие: сохранение
цвета в конечном изделии, стабильность цвета - отсутствие разнооттеночности изделий,
получаемых в разных циклах (особенно важно при сборке изделий), равномерность
окраски, отсутствие цветовых разводов, пятен.
Смешение полимеров с концентратами красителей. Для получения цвета, соответ-
ствующего эталону, и обеспечения стабильности цвета изделий, получаемых в разных
циклах, следует точно соблюдать рекомендации, регламентирующие процентное со-
держание концентрата красителей в основной полимере.
Рекомендуемый процент указывается в сертификате качества, паспорте или тех-
нических условиях на концентрат.
Уменьшение доли концентрата красителей в основном полимере приводит к полу-
чению блеклых, не ярко выраженных тонов.
Смешанный полимер с концентратом красителей следует засыпать в бункер литье-
вой машины небольшими порциями. Это связано с тем, что при работе литьевой маши-
ны материал в бункере подвергается вибрациям. При долгом пребывании материала в
бункере может происходить расслоение полимера с концентратом. В одних слоях со-
держание концентрата увеличивается, а в других уменьшается. Это приводит к измене-
нию цвета изделий.
Сушка полимера при подготовке к переработке играет важное значение в достиже-
нии требуемого цвета изделий и устранении разводов на их поверхности.
Сушку полимера можно проводить отдельно или вместе с концентратом красите-
лей (предварительно смешав), если требуется сушка концентрата перед переработкой.
187
Сушка полимера (отдельно или вместе с концентратом красителей) не должна
приводить к изменению цвета самого полимера, в частности, к пожелтению. Изменение
цвета возможно в результате термической деструкции полимера при сушке.
Изменение цвета полимера при сушке особенно важно контролировать при окра-
шивании полимеров в светлые тона.
При изменении цвета исходного полимера может измениться цвет готового изде-
лия. Это является следствием того, что происходит сочетание (наложение) двух цветов:
цвета полимера и цвета концентрата красителей.
Например, полимер нужно окрасить в чисто голубой цвет. Для этого применяют
голубой концентрат красителей. Но при сушке полимер изменил цвет - приобрел жел-
товатый оттенок. Сочетание голубого и желтого цветов не дает требуемого чисто голу-
бого цвета. Цвет изделия становится голубовато-зеленым.
Причинами термической деструкции полимера при сушке, которая приводит к из-
менению его цвета, являются нетермостабильность полимера или отклонение режимов
сушки от рекомендуемых. Рекомендуемые режимы сушки приведены в разделе
“Рекомендации по технологическим параметрам подготовки полимеров к литью под
давлением”.
В случае, если полимер нетермостабилен, требуется сушка полимера под вакуумом
при пониженной температуре . Сокращают продолжительность сушки.
Стадия пластикаиии - наиболее ответственная стадия в обеспечении равномерно-
сти окраски изделий.
Окрашивать полимеры концентратами красителей при литье под давлением мож-
но только на литьевых машинах со шнековой пластикацией.
Для получения хорошо окрашенных изделий стадия пластикация должна обеспе-
чить высокую степень смешения полимера с концентратом. Только в этом случае до-
стигается равномерное распределение красителей (пигментов) в массе окрашиваемого
материала (см. раздел “Рекомендации по пластикации при окрашивании полимеров” ).
Хорошее качество смешения достигается при высокой частоте вращения шнека /V
(линейной скорости Р) и высоком давлении пластикации Рпл.
При окрашивании полимеров частоту N (скорость /) и давление Рпл устанавли-
вают выше средних значений, применяемых при обычных режимах пластикации поли-
меров. Линейную скорость вращения шнека V задают, примерно, равной V ~ 0,15 - 0,25
м/мин. Частоту вращения шнека N в зависимости от скорости V и диаметра шнека D
определяют по формуле 5.1. Давление пластикации задают равным Рпл = 60 - 150 кг/см2
(верхний предел применяют для термостабильных красителей).
188
Частоту вращения шнека N и давление пластикации Рпл нужно устанавливать вы-
сокими одновременно. В случае, если частота N высокая, а давление Рпл низкое, то
нерасплавленные гранулы полимера проходят в переднюю часть цилиндра. Происходит
плохое проплавление материала и качество его смешения с красителями становится не-
удовлетворительным. Поэтому большая частота вращения шнека N без достаточного
давления Рпл не приводит к желаемым результатам.
При высоком давлении пластикации Рпл в шнеке генерируется большое количе-
ство тепла. При низкой (недостаточной) термостабильности полимера или красителей
(пигментов) это приводит к деструктивным явлениям, что может вызвать изменение
цвета. В этом случае частоту вращения шнека N понижают. Для компенсации пониже-
ния частоты N температуру цилиндра увеличивают (на 5 - 10°С).
При этом после остановки машины нужно тщательно очистить цилиндр от
оставшегося материала перед последующим литьем изделий.
Повышение температуры материала Тл (нагревательных цилиндров) способствует
достижению равномерности окраски изделий. Это связано с тем, что с повышением Тл
вязкость материала снижается и распределение красителей (пигментов) в окраши-
ваемом материале облегчается. Чрезмерное увеличение температуры материала может
привести к деструкции полимера или красителей. При этом изменяется цвет изделий.
Качество смешения красителей с полимером при пластикации можно оценить по
внешнему виду струи, вытекающей при впрыске из сопла (без впрыска её в форму).
При хорошем качестве смешения струя равномерно окрашена, на ней нет разводов.
Только при таком качестве смешения достигается равномерное окрашивание изделий в
форме.
Процессы формования оказывают влияние на равномерность окраски изделий. Это
влияние зависит от конфигурации изделия, конструкции формы и технологических па-
раметров формования.
Окрашенные изделия можно разделить на три группы: непрозрачные, полупро-
зрачные, когда изделие работает на просвет (например, кнопки, колпаки), и прозрач-
ные.
Для непрозрачных окрашенных изделий наиболее часто встречающимися дефек-
тами являются поверхностные полосы, разводы, местные изменения цвета. Эти виды
брака возникают при заполнении формы в результате расслоения (рассеивания) краси-
телей (пигментов).
Чаще всего для получения определенного цвета применяют не один краситель
(пигмент), а несколько. Обычно от двух до пяти различных красителей (пигментов). Все
189
эти (два - пять) красителей (пигментов) содержатся в одном концентрате, который при-
меняют для окрашивания полимера в определенный цвет.
При течении материала в литниках, впусках и в форме может происходить рас-
слоение этих красителей в результате нарушения равномерности течения потока рас-
плава.
Например, расслоение красителей (пигментов) может возникать в узких по сече-
нию местах, где возникают высокие сдвиговые напряжения. Такими местами являются,
в частности, впуски. Поэтому для устранения расслоения красителей увеличивают по-
перечные размеры впусков.
Расслоение красителей (пигментов) может возникать также в местах изменения на-
правления течения потоков материала при заполнении формы. Кроме того, расслоение
красителей может возникать при изменении скорости течения, например, при измене-
нии толщины стенки изделия.
Поэтому при проектировании изделий и формы нужно стремиться обеспечить
равномерность течения материала по всей длине заполнения формы и пытаться умень-
шить разнотолшинность изделия.
Уменьшению расслоения красителей (пигментов) способствует понижение объем-
ной скорости впрыска Q. что уменьшает сдвиговые напряжения г при заполнении фор-
мы.
При заполнении формы могут возникать дефекты в виде сравнительно небольших
полос, которые имеют более темную окраску по сравнению с основным фоном изделия.
Причиной образования таких полос являются спаи (стыковые швы), которые возника-
ют при соединении двух потоков, например, при обтекании вставок. Особенно от-
четливо линии спаев видны при окрашивании полимеров концентратами, которые со-
держат перламутровые красители, алюминиевую или бронзовую пудру. Для устранения
рассматриваемого дефекта применяют те же рекомендации, что и для устранения спаев
(см. раздел “Причины образования брака. Рекомендации по его устранению: спаи
(холодные спаи, сварные швы, стыковые швы”).
Основным дефектом при окрашивании прозрачных и полупрозрачных изделий
являются слабо видимые разводы и помутнения, особенно в области литника или впус-
ка. Как правило, этот вид брака образуется при подпитке материалом формы в течение
времени выдержки под давлением 1Впд-
Разводы и помутнения представляют собой, так называемые, следы течения мате-
риала при подпитке.
190
Для устранения этого дефекта понижают давление формования Рф (если применя-
ют режим со сбросом давления) и время выдержки под давлением 1ВПД. Для устранения
дефекта также уменьшают ход шнека Н, чтобы уменьшить порцию расплава, подго-
товленную к впрыску. В результате этого уменьшается подпитка. Ограничением по
уменьшению хода шнека Н является возникновение недоливов и образование волнис-
той поверхности на конце изделия.
Выбор марки полимера Оля окрашивания. Для получения хорошо окрашенных изде-
лий нужно применять натуральные (неокрашенные) марки полимера.
Если исходный полимер уже окрашен, например, в белый цвет, то при введении
концентратов красителей получается не окрашивание, а так называемое
“перекрашивание" . При “перекрашивании” изделия получаются блеклыми, не ярко
выраженных тонов.
“Перекрашивание” часто является причиной образования такого дефекта как
мрамор, когда белые полосы на поверхности изделия чередуются с окрашенными.
Улучшению “перекрашивания” и уменьшению разводов способствует улучшение
смешения полимера с концентратами красителей при пластикации. Для этого увеличи-
вают частоту вращения шнека /V, давление пластикации Рпл, повышают температуру
материала Тл (см.выше).
Наоборот, для получения поверхности изделия, окрашенной под мрамор, техно-
логические параметры изменяют в противоположном направлении.
К полимерным материалам, которые хорошо окрашиваются и из которых можно
получить изделия с широкой яркой цветовой гаммой, можно отнести: МСН - пластики,
АБС - пластики, полистирол блочный, полипропилен, поликарбонат.
191
10. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ ОТХОДОВ ЛИТЬЕМ
ПОД ДАВЛЕНИЕМ
При литье под давлением образуются технологические отходы. Это литники и
бракованные отливки.
При переработке отходов необходимо учитывать, что материал в отходах уже
подвергался переработке (однократной или многократной).
Это важно, т.к. при переработке всегда происходит деструкция материала.
Деструкция при переработке вызывает ухудшение свойств материала (отходов).
Деструкция может приводить к:
а) уменьшению сопротивления ударным нагрузкам (снижению ударной вязкости а)
б) охрупчиванию и уменьшению относительного удлинения при разрыве sP
в) изменению цвета (пожелтению, потемнению и пр.)
г) снижению прозрачности (для прозрачных полимеров)
д) снижению вязкости и повышению текучести
Поэтому при добавлении отходов или при их сто процентном использовании мо-
жет ухудшаться качество изделий.
Степень деструкции при переработке зависит от типа перерабатываемого полиме-
ра, размеров литников и впусков, режимов литья, влажности материала перед перера-
боткой.
Организация сбора отходов. Рациональное использование отходов основывается
на правильной организации их сбора.
При сборе отходов необходимо их тщательно сортировать по следующим основ-
ным признакам:
1) По типу полимерного материала. Нельзя допускать даже незначительного пе-
ремешивания отходов разных полимеров, так как это может привести к последующему
расслоению изделий.
2) По цвету.
3) По степени загрязнения. Для последующей переработки не следует брать за-
грязненные изделия, изделия с прилипшими бумагами, веревками и другими материа-
лами.
4) Изделия с пригарами в повторную переработку включать не целесообразно, т.к.
пригары могут испортить всю последующую партию материала.
Оценка степени деструкции материала в отходах. Степень деструкции материала
в отходах можно оценить по изменению свойств отходов по сравнению со свойствами
исходного материала.
192
Наиболее простым и информативным показателем оценки степени деструкции яв-
ляется показатель текучести расплава (ПТР). Показатель текучести расплава - величина
обратно пропорциональная вязкости расплава. Показатель текучести расплава опреде-
ляют при входном контроле технологических (в т.ч. вязкостных свойств) поступающего
на переработку материала.
Деструкция материала приводит к разрыву высокомолекулярных цепей полимера
и уменьшению молекулярной массы. Это в свою очередь вызывает уменьшение вяз-
кости расплава (увеличение ПТР). Условно в зависимости от изменения показателя те-
кучести расплава можно разлепить несколько степеней деструкции материала (отходов)
после предшествующей переработки(табл.7.1).
Способы использования отходов. Способ использования отходов зависит от степе-
ни их деструкции при предшествующей переработке и от требований, предъявляемых к
изделиям.
Существует несколько способов использования отходов:
I) Дробленные отходы добавляют к исходному (первичному) материалу.
Этот способ применяют, когда при предшествующей переработке степень де-
струкции небольшая или допускается снижение механических свойств ( в частности,
ударной вязкости) и изменение цвета изделий (табл. 10.1).
2) Дробленные отходы не добавляют к исходному материалу, а используют от-
дельно (100 процентная переработка отходов).
В этом случае отходы используют в новом менее ответственном изделии, к кото-
рому не предъявляют высоких требований по сопротивлению ударным нагрузкам
(табл. 10.1).
3) Отходы используют для получения композиционного материала.
Например, к отходам добавляют другой полимерный материал для улучшения пе-
рерабатываемости, в частности, повышения вязкости расплава в случае, если при
предшествующей переработке произошло значительное снижение вязкости, что за-
трудняет переработку полимера.
Другой пример, к отходам добавляют полимерный материал для улучшения меха-
нических свойств изделий.
К отходам могут добавлять также концентрат красителей для их окрашивания или
“перекрашивания” отходов разных цветов в один цвет, если произошло случайное
смешение отходов разных цветов.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ОТХОДОВ
Таблица 10.1
Изменение ПТР Степень деструкции Способ использования отходов Рекомендации по технологическим режимам
До 15° о До 30" о Практичеки нет Небольшая Добавляют к исходному материалу до 50-60" о. Добавляют к исходному материалу до 20-40" о (возможно снижение ударной вязкости до 10" о). Стандартные режимы Стандартные режимы
До 50° о Средняя Добавляют к исходному материалу до 15-20" о (возможно снижение ударной вязкости до 20-25° о). Уменьшают температуру литья Тл и скорость впрыска Q.
До 100% и выше Большая Желательно не смешивать с исходным материалом. Используют для нового изделия с пониженными требованиями по механическим свойствам. Уменьшают температуру литья Тл, повышают температуру формы Тф, снижают скорость впрыска Q, частоту вращения шнека N, давление пластикации Рпл
194
Технологические режимы литья. Изменение режимов литья отходов (или первич-
ного материала с добавлением отходов) по сравнению с режимами литья первичного
материала зависит от степени деструкции отходов при предшествующей переработке.
Если при предшествующей переработке произошла небольшая деструкция, то
первичный материал с отходами льют при стандартных (рекомендуемых) режимах
(табл.7.1).
Если при предшествующей переработке произошла значительная деструкция, то
переработка вторичного материала требует более “мягких” технологических режимов,
при которых уменьшается деструкция материала (табл.7.1).
Понижают температуру литья Тл, повышают температуру формы Т,,,. уменьшают
объемную скорость впрыска Q.
Создают “мягкий” режим пластикации, при котором снижается механическая де-
струкция материала в витках шнека и уменьшается количество тепла, генерируемое при
пластикации. Для этого уменьшают частоту вращения шнека N и давление пластикации
Р пл-
Переработка многих полимерных материалов сопровождается гидролитической
деструкцией, если влажность материала перед переработкой не соответствует допусти-
мому (рекомендуемому) диапазону. При переработке вторичных материалов необхо-
димо соблюдать рекомендации по влажности и сушке (см. раздел “Рекомендации по
технологическим параметрам подготовки полимеров к литью под давлением”).
Размеры литников и впусков. Снижению деструкции при переработке вторичных
материалов способствует увеличение размеров литников и впусков.
В литниках и впусках развиваются наибольшие сдвиговые усилия, которые вызы-
вают механическую деструкцию материала. С увеличением размеров литников и
впусков сдвиговые усилия снижаются и уменьшается деструкция материала.
Контроль за технологическими отходами. Технологические отходы (литники, бра-
кованные отливки) измельчают на дробильных установках. При измельчении необхо-
димо ввести контроль за размерами дробленного материала.
Размеры дробленного материала Ф должны быть менее (0,85 ч- 1) от глубины витка
шнека в зоне загрузки: Ф < (0.85 + /)/(,. В противном случае пластикация материала
затруднена (см. раздел “Рекомендации по организации процесса пластикации: Размеры
гранул").
Технико-экономические аспекты использования отходов. При организации произ-
водства литьевых изделий необходимо помнить, что полное (сто процентное) исполь-
195
зование технологических отходов собственного производства не означает его высокие
экономические показатели.
Это связано с тем, что в стоимость отходов входят (фактически) затраты на изго-
товление изделий (которые оказываются бракованными), а также затраты на измельче-
ние технологических отходов.
Поэтому следует организовывать технологию таким образом, чтобы в макси-
мальной степени сократить отходы и исключить получение бракованных изделий (см.
раздел “Причины образования брака. Рекомендации по его устранению”).
196
И. ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ БРАКА. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЕГО
УСТРАНЕНИЮ.
11.1 . Спаи (холодные спаи, сварные швы, стыковые швы)
В период заполнения формы на поверхности изделия могут образовываться спаи,
или их ещё называют другими терминами - холодные спаи, сварные швы, стыковые
швы.
Спаи образуются в результате соединения двух (или нескольких) потоков распла-
ва, образующихся при заполнении материалом формы.
Образование спая в результате обтекания материалом вставки, находящейся в
форме, показано на рис. 11.1. Вставка разделяет поток расплава на два потока. После
вставки два раздельных потока соединяются. В месте соединения потоков расплав
сплавляется под действием давления литья и образуется монолит - спай (стыковой шов).
В месте соединении потоков (в спае) скапливается воздух и влага, которые содер-
жатся в расплаве. Приток новых порций расплава отодвигает образовавшийся спай
(стыковой шов) к поверхности изделия. Спай касается холодной стенки формы и на по-
верхности изделия остается тонкая слабо видимая риска.
Примеры образования спаев на других типах изделий показаны в разделе
“Передвижения фронта потока расплава”.
Спаи довольно сложно устранить. Технологические рекомендации по устранению
спаев заключаются в том, чтобы добиться улучшения сваривания двух потоков распла-
ва и уменьшить содержание влаги и посторонних загрязнений в расплаве.
Для улучшения сваривания температуру материала Тл и температуру формы Тф
следует увеличивать, давление литья Рл повышать, скорость впрыска Q увеличивать
(табл. 11.1). Заполнение формы необходимо проводить на первом режиме течения.
Для снижения влаги материал нужно тщательно сушить перед переработкой.
Важную роль в устранении спаев играет тщательная проработка расположения
литников и вставок на стадии проектирования изделия. При проектировании изделия
нужно нарисовать линии фронта перемещения потока расплава и выявить возможные
места стыков потоков расплава. Такой подход изложен в разделе “Передвижение фрон-
та потока расплава”.
При проектировании изделий нужно стремиться исключить соединение отдельных
потоков на внешних (видовых) поверхностях изделия. Их нужно перенести на внутрен-
ние (невидовые) поверхности.
£97
I
линии течения
РисиИЛ Оеразование спая
।
форио.
^/волнистая (равия)
поверхность
Рис.11.2. Образование волнистой поверхности:
ей - два режима течения
б.) - линии течения при заполнении
[рормът в двух режимах
198
Спай можно устранить декорированием поверхности изделия, если спай не уда-
лось устранить при проектировании изделия. В месте возможного образования спая
делают так называемую “шагреневую кожу”. Для чего в форме делают определенные
рифления.
Устранению спая способствует увеличение размеров поперечного сечения впусков.
11.2 . Волнистая поверхность
“Волнистая” поверхность обычно образуется на изделии, если форма заполняется
на двух режимах (см. раздел “Режимы заполнения формы”).
Первый режим (I) - режим с постоянной объемной скоростью течения материала
по форме (рис.11.2а). Он длится с момента начала заполнения и до момента достижения
наибольшего (установленного) давления в гидроприводе Р.Заполнение формы в
этом режиме обеспечивает хорошую внешнюю поверхность изделия.
Если установленного давления в гидроприводе не хватает для того, чтобы запол-
нить форму по всей длине на первом режиме, начинается второй режим убывающей
скорости течения (П). При течении материала с убывающей скоростью на поверхности
изделия становятся видны мелкие волны (следы течения), которые создают мутность и
рябую поверхность (рис. 11.26). Это ухудшает внешний вид изделия.
Если внешний вид изделия имеет важное значение, заполнение формы необходимо
осуществлять на первом режиме течения. Для этого нужно увеличить температуру ма-
териала Тл, повысить давление литья Рл, увеличить объемную скорость впрыска Q и
повысить температуру формы 7%(табл. 11.1).
Увеличить текучесть материала и обеспечить заполнение формы на первом режи-
ме можно добавлением к основному материалу модифицирующих добавок.
Если есть возможность, то для устранения рассматриваемого дефекта нужно пе-
рейти на более низковязкую марку полимера.
11.3 . Серебристые полосы
При течении гигроскопичных полимеров, если они недостаточно хорошо высуше-
ны, на поверхности фронта потока или около его внутренней поверсности находятся
пузырьки влаги (рис.11.3).
После того, как пузырьки влаги достигли фронт потока, они начинают двигаться
вместе с фронтом перпендикулярно основному потоку течения и доходят до стенок
формы (см. раздел “Течение материала по форме”). На стенке формы пузырьки влаги
расплющиваются и растягиваются по направлению течения материал. На поверхности
изделия образуются характерные блески от влаги (рис.11.3) - серебристые полосы.
199
пузырек пузырек пузырек вытянутая
вло-ги влаги влаги Блеска
РидГИЛ О Браво ванне переври стых полос
на поверхности изделии
изделия
PhcJI-A Схема образования блестящей
поверхности изделия
200
Для устранения серебристых полос на поверхности изделий материал перед пере-
работкой нужно тщательно сушить для уменьшения в нем влаги.
Уменьшению “серебра” на поверхности изделий способствует понижение темпера-
туры материала Тл и снижение скорости заполнения формы Q (табл. 11.1).
11.4 . Облой (подлив, грат)
Причины образования облоя могут быть разные.
Одна из причин заключается в том, что в процессе формования (в период заполне-
ния или нарастания давления) в форме возникают высокие давления. Это особенно ха-
рактерно для тонкостенных изделий и изделий с длинными путями течения. Усилие РФ.
возникающее в форме, может превысить усилие запирания формы F3 (см. раздел
“Изменение размеров формы”).
В этом случае половинки формы приоткрываются и в образовавшийся зазор зате-
кает материал. На изделии образуется облой (см.рис.6.14 г,д). Его также называют под-
ливом или гратом.
Такой вид брака приводит к дополнительной обработке изделий (зачистке) и пе-
рерасходу материала.
Эффективным способом устранения облоя является организация режима формо-
вания со сбросом давления (см. раздел “Режимы со сбросом давления"). Такой режим
предотвращает развитие в форме чрезмерно высоких давлений.
Если это не удается реализовать, нужно подобрать машину с большим усилием
запирания формы F3, уменьшить давление литья Рл и время выдержки под давлением
(табл. 11.1).
Причиной образования облоя может быть чрезмерно низкая вязкость полимера. В
результате этого под действием давления литья полимер проникает в зазоры половинок
формы. Это особенно характерно для таких низковязких материалов как полиэтиленте-
рефталат, полиамиды (особенно полиамид 66).
Для устранения облоя в этом случае нужно уменьшить текучесть материала в
форме. Для этого можно понизить температуру материала Тл и температуру формы Тф
(табл. 11.1). Устранению облоя способствует понижение давления литья Рл и снижение
объемной скорости впрыска Q.
11.5 . Пригары
Пригары - вид брака, при котором в крайних от литниках областях изделия обра-
зуются обугленные точки или участки.
Этот вид брака связан с тем, что при впрыске в конце формы образуются замкну-
тые воздушные полости, в которых материал, затекающий в форму, запирает воздух.
201
При быстром затекании (большая скорость впрыска) сжатие воздуха происходит
мгновенно. В результате этого воздух разогревается до 400 - 600°С. Этот раскаленный
воздух сжигает фронтальные слои материала. На изделиях появляются черные обуглен-
ные участки.
Для устранения этого дефекта при проектировании формы требуется предусмот-
реть каналы для выхода воздуха.
В случае возникновения этого дефекта на уже изготовленных формах следует
уменьшить объемную скорость впрыска Q (табл. 11.1). Уменьшению пригаров способ-
ствует также снижение давления литья Рл.
11.6 . Увеличенная толщина изделий
Причин увеличения толщины изделий по сравнению с заданной может быть
несколько.
Причиной увеличения толщины изделий может быть образование облоя (см. раз-
дел “Облой”). Если образовался облой (подлив), половинки формы опираются на за-
усеницы и полость формы оказывается толще (рис.6.14 г, д). Толщина изделия стано-
вится больше. Вес изделия увеличен.
Причиной увеличения толщины изделий может быть ошибка в расчетах глубины
формы при ее проектировании.
Причиной увеличения толщины изделий может быть также значительное увеличе-
ние размеров формы (глубины) при формовании (рис.6.13). Это происходит (табл.11.1)
в результате недостаточной жесткости машины, высокой жесткости формы и высокого
давления, развиваемого в форме при формовании (см. раздел “Изменение размеров
формы при формовании”).
Для устранения этого дефекта при проектировании формы необходимо правильно
задать жесткость формы.
Для уменьшения эффекта изменения размеров изделий при литье целесообразно
применять режимы формования со сбросом давления (см. раздел “Режимы со сбросом
давления”).
Если это не удается реализовать, снижают давление литья Рл.
11.7 . Излишний вес изделий
В случае, если изделие имеет все удовлетворительные показатели (внешний вид,
механические свойства и пр.), но есть стремление уменьшить вес изделий для экономии
сырья, это можно достигнуть регулированием технологических параметров литья, ко-
торые влияют на подпитку материалом формы во время выдержки под давлением.
202
Для уменьшения веса изделий следует сократить давление формования Рф, если
применяют режим формования со сбросом давления (см. раздел “Режимы со сбросом
давления” ).
Если на машине нет режима со сбросом давления, уменьшают давление литья Рл
(табл. 11.1). Сокращают время выдержки под давлением 1впд* уменьшают ход шнека Н и
увеличивают на 5-7"С температуру материала Т„.
Необходимо учитывать, что каждый из перечисленных параметров независимо от
других приводит к уменьшению веса изделий. Поэтому одновременное изменение всех
параметров для понижения веса может привести к недоливам.
Приведенные параметры перечислены в последовательности их уменьшения влия-
ния на изменение веса изделий. Для достижения желаемого результата следует последо-
вательно изменять каждый технологический параметр в отдельности. При этом внима-
тельно контролировать соответствие показателей качества изделия предъявляемым
требованиям.
11.8 . Колебание веса изделий
Колебание веса изделий - разница веса отливок, получаемых от цикла к циклу на
одной и той же форме.
Причинами колебания веса могут быть следующие факторы: выбор машины сде-
лан неверно, машина неправильно отрегулирована, неисправности в рабочих узлах
машины.
Машина может быть выбрана неправильно по объему отливки. Если объем от-
ливки V0TJt составляет менее 30% от номинального объема впрыска V!h погрешность
на точность хода шнека, которая есть на машине, может влиять на отклонения веса из-
делий.
Машина может быть выбрана неправильно по усилию запирания формы F3. Если
усилие запирания F3 недостаточно, то в различных циклах форма может по-разному
увеличивать свой объем. Это является причиной колебания веса изделий.
Такой же эффект возникает, если усилие запирания F3 отрегулировано неправиль-
но - на меньшую величину по сравнению с паспортной характеристикой.
Колебание веса изделий может происходить в результате неисправностей клапана
давления в гидросистеме литьевой машины. Если масло засорено или в масле есть вода,
то может происходить ржавление и заедание клапана. Давление литья Рл от цикла к
циклу может колебаться и в соответствии с этим будет колебаться вес изделия.
203
11.9 . Плохой съем изделий
Плохой съем изделий из формы связан с повышенным прилипанием материала к
внутренним стенкам полости формы.
Плохой съем приводит к деформированию, образованию сколов, растрескиванию
изделий при их съеме из формы, а также возникновению коробления изделий.
Причинами плохого съема могут быть следующие факторы: литьевая форма не-
правильно сконструирована, наличие неровностей и поднутрений на форме, разница в
температурах половинок формы.
Для устранения прилипания исправляют форму.
Эффективным способом улучшения съема изделий из формы является применение
модифицирующих добавок, которые добавляют к основному материалу. Добавки соз-
дают адгезивный слой между полимером и внутренней поверхностью полости формы.
Облегчению съема изделий из формы способствует изменение технологических
параметров литья. Технологические параметры литья корректируют таким образом,
чтобы уменьшить прилипание материала к металлу формы и снизить затекание мате-
риала в различного рода неровности и шероховатости, которые имеются на поверх-
ности формы.
Для этого понижают температуру материала Тл и температуру формы Тф, снижа-
ют давление литья Рл и время выдержки под давлением 1ВПц. Уменьшают продолжи-
тельность охлаждения 1ОХЛ (табл. 11.1).
11.10 . Недостаточный глянец
Глянец (блеск) - важный показатель внешнего вида изделий.
Глянец поверхности изделия зависит от природы (свойств) материала, качества
обработки формы, а также от технологии литья.
К полимерным материалам, которые по своей природе имеют высокий показатель
глянца относятся следующие: МСН - пластики, полиметилметакрилат ПММА, поли-
стирол блочный общего назначения ПС, поликарбонат ПК, полисульфон ПСФ, АБС -
пластики (особенно специальные марки с высоким показателем глянца), сополимеры
формальдегида СФ. полиамид - 6, полиамид - 66, полиамид - 610, полиэтилентерефта-
лат ПЭТФ, полибутилентерефталат ПБТФ, полиамид - 12.
Глянец поверхности изделия определяется углом отражения (рис.8.4). Чем больше
угол отражения совпадает с углом падения, тем выше показатель глянца. Например,
как у зеркала (называют зеркальная поверхность).
204
Угол отражения зависит от качества обработки поверхности формы. Для получе-
ния блестящей внешней (видовой) поверхности изделия нужно обеспечить хорошую
обработку поверхности формы, оформляющую эту видовую поверхность.
Угол отражения (глянец) зависит от режима течения материала в форме при за-
полнении. Для получения хорошей глянцевой поверхности нужно обеспечить, чтобы
заполнение формы проходило на первом режиме - режиме постоянной объемной ско-
рости течения (см. раздел “Режимы заполнения формы”).
Если это не обеспечить, форма заполняется на втором режиме - режиме убы-
вающей скорости течения. При таком режиме поверхность изделия становится волнис-
той и глянец исчезает.
Для перехода от второго режима течения к первому и получения глянца нужно по-
высить температуру материала Тл и температуру формы Тф, а также увеличить давле-
ние литья Рл и объемную скорость впрыска Q (табл. 11.1).
Поверхность изделия становится более глянцевой, если она в большей мере копи-
рует поверхность формы (при условии высокого качества обработки поверхности фор-
мы). Для обеспечения этого время выдержки под давлением 1ВПД следует увеличивать.
Поэтому увеличение времени выдержки под давлением 1ВПД способствует получению
глянцевой поверхности.
Угол отражения (глянец) зависит от структуры поверхностного слоя изделия,
сформировавшегося в процессе формования. Глянцевую поверхность дает аморфизи-
рованная структура.
Поэтому для повышения глянца кристаллических материалов требуется получить
при формовании аморфизированную структуру поверхностного слоя изделия. Это до-
стигается понижением температуры материала Тл и температуры формы Тф, а также
увеличением скорости впрыска Q и давления литья Рл(табл. 11.1).
11.11 . Недоливы
Недоливами называют неполное заполнение формы.
Первая причина образования недоливов может заключаться в том, что непра-
вильно подобрана марка полимера по вязкости. Для формования изделия требуется
более низковязкая марка полимера с более высокой текучестью. В этом случае, если
есть возможность, нужно перейти на более низковязкую марку полимера.
Вторая причина - высокое гидравлическое сопротивление затеканию материала в
форму. Для улучшения формуемости материала в форме используют регулирование
технологических параметров литья. Повышают температуру материала Тл, т.к. вяз-
кость материала уменьшается и текучесть повышается. Улучшению формуемости мате-
205
риала способствует повышение температуры формы 7"ф. но в меньшей мере, чем по-
вышение температуры материала Тл. Недоливы устраняют увеличением скорости
впрыска Q. повышением давления литья Рл, увеличением хода шнека Н (табл. 11.1).
Третья причина образования недоливов - неисправности в литьевой машине, при-
водящие к недостаточной порции материала для полного оформления изделия. Напри-
мер, недоливы могут быть при износе клапана наконечника шнека. В этом случае мате-
риал при перемещении шнека вперед при впрыске поступает не только в форму, но и
течет по виткам шнека в обратном направлении.
Для устранения этого нужно заменить клапан наконечника шнека. Методика про-
верки клапана шнека дана в разделе “Рекомендации по организации процесса пласти-
кации”.
Эффективным средством улучшения формуемости материала и устранения недо-
ливов является применение модифицирующих концентратов.
11.12 . Коробление
Коробление представляет собой отклонение поверхности изделия от базовой
плоскости.
Коробление возникает по нескольким причинам.
Во-первых, коробление возникает в результате релаксации ориентации, возни-
кающей при заполнении формы. Неравномерное охлаждение отдельных участков фор-
мы еще более увеличивает коробление изделий, т.к. степень снижения ориентации в
этих участках различна.
Причиной коробления может быть разная скорость кристаллизации на различных
участках изделия. Разная скорость кристаллизации при охлаждении возникает из-за
разницы в скоростях охлаждения разных участков изделия.
Причиной коробления так же может быть разница в термическом изменении
размеров отдельных участков изделия при охлаждении из-за разной скорости охлажде-
ния этих участков.
Для уменьшения коробления изделия следует стремиться обеспечить температур-
ную однородность охлаждения. Для этого должно быть обеспечено равенство темпера-
тур обеих половинок формы и однородность температурного поля по всей поверхности
половинок формы.
Коробление зависит от следующих технологических параметров: температуры
литья Тл, температуры формы Тф, давления литья Рл, продолжительности операций
цикла (время выдержки под давлением 1дпд, общая продолжительность цикла 1Ц). Ко-
робление зависит от расположения впуска.
206
Снижению коробления способствует увеличение времени выдержки материала в
форме под давлением 1ВПД и времени охлаждения 10ХЛ (общей продолжительности цикла
(ц), т.к. в форме (где конфигурация изделия зафиксирована) полнее протекает кристал-
лизация и в большей степени снижается ориентация (табл. 11.1).
Коробление уменьшается с понижением температуры материала Тл и температуры
формы Тф.
Снижению коробления способствует уменьшение давления литья Рл и увеличение
объемной скорости впрыска Q, т.к. уменьшается ориентация, возникающая при запол-
нении формы (см. раздел “Ориентация и внутренние напряжения”).
Снижению коробления способствует применение режимов формования со сбросом
давления (см. раздел “Режимы со сбросом давления").
11.13 . Утяжииы
Утяжины представляют собой местные углубления на поверхности изделия, свя-
занные с неравномерным охлаждением отдельных участков изделия. Утяжины образу-
ются за счет местных утолщений на обратной стороне изделия (ребра жесткости, ба-
бышки, изменение толщины стенок).
Основной способ устранения утяжин - это правильное проектирование форм. Не
рекомендуется размещать утолщения (ребра жесткости, бабышки и пр.) на обратной
стороне видовых наружных поверхностях изделия.
Чистота обработки формы подчеркивает утяжины. Чем выше чистота обработки
формы, тем яснее проявляются все световые эффекты и все мельчайшие неровности
(углубления) поверхности.
Поэтому, если расположение утолщений избежать невозможно, то их отрицатель-
ное влияние может быть сглажено созданием матовой поверхности или, так назы-
ваемой, “шагреневой кожи”. Для этого делают специальные рифления на поверхности
формы, которые при формовании отпечатываются на поверхности изделия.
Регулирование технологических параметров так же способствует уменьшению
утяжин. Для уменьшения утяжин понижают температуру материала Тл и температуру
формы Тф (табл. 11.1). Уменьшению утяжин способствует повышение давления литья Рл
и времени выдержки под давлением 1дЛд, т.к. увеличивается подпитка материалом фор-
мы и компенсируется усадка материала в результате охлаждения. С целью уменьшения
утяжин повышают объемную скорость впрыска Q.
Для выбора наиболее эффективного параметра (Тл или Рл) для уменьшения утя-
жин необходимо оценить расположение утяжин по отношению к впуску.
207
Утолщение может быть близко расположено к впуску (т.А на рисунке 11.5а). В
этом случае целесообразно устранить утяжину снижением температуры материала Тл,
т.к. давление, возникающее в этой точке в период подпитки достаточно велико, чтобы
сформировать качественную поверхность изделия.
Если утолщение расположено достаточно далеко от впуска (т.Б на рисунке 11.56),
то давления в точке Б может не хватить, чтобы компенсировать температурную усадку
материала. Давление в т.Б меньще, чем давление в точке А в результате возникающего
перепада давления по длине формы. В этом случае целесообразно увеличить давление
литья Рл.
Увеличение размеров впуска способствует уменьшению утяжин, т.к. в большей
мере компенсируется усадка материала при охлаждении.
11.14 . Пустоты
Пустоты представляют собой каверны и пузыри внутри изделия.
При образовании пустот необходимо проверить объем впрыска Увпв (ход шнека
Н). Если РВпр (Н) окажется недостаточным, его следует увеличить.
Нужно также проверить работу клапана наконечника шнека. При впрыске мате-
риала в форму не должно быть утечек в обратном направлении (см. раздел
“Рекомендации по организации процесса пластикации”).
На образование пустот оказывают влияние технологические параметры литья.
Для уменьшения пустот нужно увеличить подпитку материалом формы при охлаждении
для компенсации усадки. Для этого повышают давление литья Рл или давление формо-
вания Рф, если применяют режим формования со сбросом давления (см. раздел
“Режимы со сбросом давления”), увеличивают время выдержки под давлением 1ВПД и
повышают температуру формы Тф(табл. 11.1).
Уменьшению пустот способствует снижение теплового сжатия материала при
охлаждении в форме. Для этого уменьшают температуру материала Тл.
Увеличение размеров впуска улучшает подпитку материалом формы при охлаж-
дении и уменьшает пустоты.
11.15 . Дырки
Причиной образования дырки в одной из стенок изделия может быть нарушение
соосности деталей формы.
Рассмотрим это на примере простейшего изделия - стакан с центральным литни-
ком (рис. 11.6).
Если соосность деталей формы не нарушена, то заполнение формы происходит
равномерно по уровням, равноудаленым от литника. Образование брака типа “дырки”
20В
РисЛ-S. Образование утяжин, Способы
устранения утяжин в зависимости от
расположения утолгцений по отношению
Рис.^1.6. Образование дырки
209
в этом случае исключено (заполнение формы на стакан рассмотрено в разделе
“Передвижение фронта потока расплава”).
Если соосность деталей формы нарушена (см.рис. 11.6а), то заполнение такой про-
стейшей формы происходит сложно. По той стенке формы (А), толщина которой
меньше (в результате несоосности), затекание будет замедленным. Все другие стенки
будут оформляться раньше, чем стенка А. Поэтому заполнение стенки А пойдет с боко-
вых сторон (рис. 11.66). Если давление литья Рл недостаточно, то на стенке А образует-
ся дырка. Если давление литья Рл достаточно, то на стенке Л образуется спай.
Для устранения таких видов брака нужно проверить соосность деталей формы и
устранить нарушение соосности.
11.16 . Пигментное рассеивание, цветовые разводы
Причины образования пигментного рассеивания и цветовых разводов на поверх-
ности изделий, а также рекомендации по их устранению приведены в разделе
“Рекомендации по технологии литья при окрашивании полимеров концентратами кра-
сителей”.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УСТРАНЕНИЮ БРАКА
Таблица 11.1
ВИД БРАКА Температура ЛИТЬЯ Tjj Температура формы Тф Давление литья Р.1 Скорость впрыска Q Давление формования Рф । Время выдержки ; под давлением 1впд Частота вращения шнека N 1 Давление пла- стикации Рпл Объем впрыска ^д/7р(ход шнека Н) Время охлаждения }ОХЛ Размер впуска Влажность поли- мера В Усилие запирания ?ЗАП Жесткость формы
Спаи (сварные швы) т т Т t t 4
Волнистая поверхность t t Т t
Серебристые полосы 4 4 4 4 4
Облой (подлив, грат) 4 4 4- 4 4 4 4 1-
Пригары 4 4
Увеличенная толщина изделий 4 4 4 4 4 4
Излишний вес изделий Т 4 4 4 4
Колебание веса изделий t
Плохой съем изделий 4 4 4 4 4 4
Недостаточный глянец (аморфные полимеры) t Т t t t
Недостаточный глянец (кристаллические полимеры) 4 4- 4 t t
Недоливы t t t t t
Коробление 4 4 4 t 4 t t
Утяжины 4 4- t t t t t
Пустоты 4 Т t Г t t 4 t
Дырки t t
Пигментное рассеивание, цветовые разводы 4 t -г т
Коричневые полосы, подгары 4 4 4 4 t 4
Следы течения Т 4
211
12. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ
РАЦИОНАЛЬНОЙ ОСНАСТКИ
Оптимальную технологию литья можно организовать, если правильно выбрана
марка полимера по технологическим свойствам, правильно подобрано оборудование и
рационально сконструирована оснастка. В случае, если какое-либо из этих условий не
выполнено, технологию приходится усложнять, т.е. подбирать специальные, иногда
критические режимы литья.
Поэтому на стадии организации производства изделий важное значение имеет
создание технологически рациональной оснастки. Такая оснастка создает наиболее
благоприятные условия для протекания процессов формования и устраняет неблаго-
приятные явления, которые могут их сопровождать. В этом разделе рассмотрены тех-
нологические принципы создания такой оснастки.
12.1. Рекомендации по литниковой системе
В общем случае литниковая система включает (рис.12.1) центральный литник (2),
распределительные литники (3), впуски (4).
Центральный литник (2) соединяет сопло литьевой машины (1) с распределитель-
ными литниками (3).
Распределительные литники (3) обеспечивают подвод расплавленного материала к
каждому гнезду формы (5).
Размеры поперечного сечения впусков меньше, чем у распределительных литни-
ков. Это облегчает отрыв отлитого изделия от литниковой системы и последующую
обработку изделия (зачистку литника), а также улучшает внешний вид изделия.
Центральный литник. Длина центрального литника определяется размерами изде-
лия и конструктивными особенностями формы.
При этом центральный литник, по-возможности, делают более коротким. Это
уменьшает потери давления в литнике и обеспечивает лучшее заполнение формы
(большую длину заполнения при постоянном давлении литья Рл или меньшее давление
литья Рл при постоянной длине заполнения).
Центральный литник делают коническим (рис. 12.1). Это облегчает извлечение
литника из литниковой втулки. Как правило, конус делают с углом (2 - 4)° или на сто-
рону (1-2)°.
Входной диаметр центрального литника dBX делают на (0.5 + 1) мм больше, чем
выходной диаметр сопла dc: dBX = dc+ (0.5 +1).
Z6Z
Н<с.42.1. Схема литниковой системы: 4-сапло^-централь-
ный ЛИТНИК '^-РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ЛИТНИК; 4-ВПУ-
СКОВОИ ЛИТНИК) 5-ГНЕЗДО ФОРМЫ; 6-ЦЕНтРАЛЬНыЙ ТОЛКАТЕЛЬ
Рис. 12.2. Схемы разводящих литников: несбаланси-
РОВАННАЯ Сл)^ СБАЛАНСИРОВАННАЯ С3,в)
213
Средний диаметр dCP центрального литника связан с толщиной изделия h и, как
правило, не превышает: dCF = (1.5 + 2)h.
В случае, если диаметр центрального литника сравнительно большой (составляет 4
мм и более) то в системе выталкивателей предусматривают специальный толкатель для
съема центрального литника (рис. 12.1). Это предотвращает зависание литниковой си-
стемы при съеме изделия из формы.
Внутреннюю поверхность центрального литника полируют. Это облегчает вытал-
кивание литника из литниковой втулки.
Переходы от центрального литника к распределительным литником делают с ра-
диусами закругления R = (0.8 + 2) мм (рис.12.1). Это облегчает течение материала в
каналах и облегчает выемку литника.
Распределительные (разводящие) литники. Распределительные литники стремятся
делать круглой формы. При такой форме наименьшая интенсивность охлаждения мате-
риала в литниках. Поэтому в них при течении образуются меньшие перепады давления,
что обеспечивает лучшую подпитку оформляющей полости формы.
Размеры (диаметр, высота) распределительных литников ограничены двумя гра-
ницами.
С одной стороны распределительные литники по размерам следует делать такими,
чтобы они обеспечивали минимальные потери давления, что улучшает заполнение и
подпитку формы. Этот фактор определяет нижнюю границу диаметра (высоты) рас-
пределительного литника.
С другой стороны размеры распределительных литников не должны быть боль-
шими, что обеспечивает экономию материала. Этот фактор определяет верхнюю гра-
ницу диаметра (высоты) распределительного литника.
К тому же, размеры распределительных литников не должны существенно увели-
чивать продолжительность цикла литья.
С учетом всех этих факторов диаметр распределительных литников не превышает
dP = (I+I.5)h, где Л - толщина изделия. Минимальный размер распределительного лит-
ника для тонкостенных изделий, примерно, 3 мм.
В случае, если распределительный литник делают с трапециевидным поперечным
сечением, то угол наклона а обычно составляет (5 + 10)° (рис. 12.1). Высоту такого лит-
ника hP аналогично диаметру круглого литника в зависимости от толщины изделия Л
задают равной не более: hF = (1+ 1.5)h.
214
Распределительные литники в многогнездных формах делают сбалансированными
(рис. 12.2). Это означает, что обеспечивается одинаковый перепад давления во всех рас-
пределительных литниках, т.е. одинаковый перепад давления от центрального литника
до впуска в каждое гнездо формы. Поэтому давление на входе в каждое гнездо формы
одинаково. Это обеспечивает одинаковое протекание процессов формования в каждом
гнезде формы и постоянство качества изделий.
Схема разводящих литников, показанная на рис. 12.2а, несбалансирована, так как
длина течения в разводящих литниках к периферийным (крайним) гнездам формы
больше, чем к внутренним. В разводящих литниках с большой длиной течения потери
давления больше и на вход в соответствующие гнезда передается меньшее давление.
На рис. 12.26,в показаны варианты сбалансированных разводящих литников.
Распределительные литники по сравнению с изделиями могут иметь большие раз-
меры поперечного сечения (диаметр, высоту). Поэтому охлаждаются медленнее. Одна-
ко. поверхностная (охлажденная) оболочка разводящих литников достаточно жесткая,
что позволяет сталкивать распределительные литники с неохлажденным внутренним
слоем. Благодаря этому размеры поперечных сечений распределительных литников не
лимитируют продолжительность охлаждения изделия.
При проектировании формы со сложной литниковой системой целесообразно
предусмотреть выталкиватель напротив центрального литника. Но если, распредели-
тельные литники имеют большую длину, охлаждение литниковой системы может быть
недостаточно и к моменту съема изделия литники остаются эластичными. Поэтому мо-
жет происходить зависание таких эластичных литников. Это препятствует автомати-
ческому циклу работы мащины. В этом случае предусматривают специальный допол-
нительный выталкиватель для извлечения литниковой системы из формы.
Впускные литники делают круглой или трапециевидной формы.
Высота впуска hBn трапециевидной формы в зависимости от толщины изделия Л
составляет: hBn = (0.45 -r0.8)h (рис.12.3).
Ширина ЬВП впусков трапециевидной или прямоугольной формы (рис. 12.3) со-
ставляет две толщины впуска: Ьвп = 2hBn.
Длину впускного канала 1ВП делают не более 1 мм. Обычно !вп составляет 0,6-0,8
мм.
Впускные литники круглой формы делают с диаметром dBn равным: dBn = (0.45
O.SJh. Длина таких каналов такая же. как и у впускных каналов трапециевидной формы.
Часто в качестве впусков применяют точечные литники (рис. 12.4).
215
Точечные литники эффективно применять в многогнездных формах, т.к. это
устраняет последующую обработку (зачистку) изделия в местах литника.
Применение точечных литников требует дополнительной плоскости разъема ли-
тьевой формы.
Заходную часть точечного литника делают конической формы с углом наклона а,
равным: а я2° (рис. 12.4).
Диаметр D заходной части точечного литника (рис. 12.4) в зависимости от толщи-
ны изделия h составляет: D = h + 1 мм.
Внутренний диаметр d впускного отверстия (рис. 12.4) в зависимости от толщины
изделия h делают равным: d = (0,5 u-0.8)h.
Тоннельные литники. Конец разводящего литника может быть выполнен в виде
тоннельного литника.
Схема тоннельных литников приведена на рис. 12.5.
Применение тоннельных литников позволяет сократить дополнительную плос-
кость разъема формы и обеспечивает точечный впуск материала в форму. Это упро-
щает конструкцию формы.
При раскрытии формы по плоскости АА происходит обрыв впусков в местах Б
(позиция I). Литник отсоединяется от готового изделия и остается в полуформе В. Да-
лее при дальнейшем раскрытии формы выталкиватели сталкивают изделие и литник
(позиция II).
Диаметр впускного отверстия dT в зависимости от толщины изделия h составляет:
dT = 0.5h.
При раскрытии формы тоннельные литники деформируются и может произойти
отрыв тоннельного конца от основного тела разводящего литника. Поэтому тоннель-
ные литники делают обычно для эластичных полимеров, например, для полиэтиленов,
полипропиленов. Эти материалы допускают значительную деформацию литника.
Впуски и точечные литники применяют так же и для стеклонаполненных полимеров.
Размеры (диаметр, высоту) таких литников обычно делают равными 0,5 + 0,7 мм. Если
размеры впусков (точечных литников) больше указанных, это затрудняет их отрыв от
тела изделия. Если размеры впусков (точечных литников) меньше указанных, это при-
водит к измельчению наполнителя (стекловолокна) при течение стеклонаполненного
полимера через впуски.
Веерные литники. Плоские изделия с большой поверхностью часто отливают с
применением веерных литников. Схема веерного литника приведена на рис. 12.6.
2.46
Рис.32.3. Впуски
разводящий
литник
Рис. 32.4. Тоннельный/штник.
217
Веерный литник применяют для того, чтобы обеспечить равномерное течение по-
тока расплава при заполнении формы по всей её ширине. Это снижает коробление го-
товых изделий и улучшает их внешний вид т.к. на поверхности изделий отсутствуют
следы, возникающие из-за поворотов потока расплава при заполнении формы.
Веерный литник состоит из двух частей. Первая - распределительная часть, кото-
рая имеет круглую форму (коллектор). Вторая - впусковая часть, которая имеет пло-
скую форму. Высота впусковой части меньше диаметра распределительной части.
Диаметр распределительной части веерного литника (коллектора) dK в зависимос-
ти от толщины изделия Л делают равным: dK = h + (1 -s-1.5) мм.
Высоту впусковой части libt, = (0.5 + 0.8) мм. Длину впусковой части 1ЬЬ веерного
литника делают равной 1ЬЬ = (0.6 + 1) мм.
12.2 Рекомендации по обеспечению одноиаправлеиного течения материала в форме
При конструировании оснастки стремятся обеспечить однонаправленное течение
материала в форме при её заполнении.
Такое течение обеспечивает наилучшие условия оформления изделий. При этом
уменьшается расслоение материала, снижается коробление готовых изделий, улучшает-
ся внешний вид изделий, т.к. на видовых поверхностях изделий отсутствуют следы те-
чения, образующиеся в результате поворотов потока расплава при заполнении формы.
Однонаправленное течение обеспечивает также равномерность окраски изделий
(отсутствие цветовых полос, разводов, следов течения) при окрашивании полимеров
концентратами красителей в процессе литья. Это объясняется тем, что снижается веро-
ятность рассеивания пигментов и красителей.
Однонаправленное течение нарушается из-за возникновения поворотов потока
расплава и образования дополнительных потоков. Это происходит, когда при заполне-
нии формы фронт потока к крайним точкам формы приходит неодновременно. Таким
образом заполняются несимметричные изделия типа корпуса, коробки.
Передвижение фронта потока расплава при заполнении форм разной конфигура-
ции рассмотрено в разделе "Передвижение фронта потока расплава”. В этом же разделе
приводятся методы, которые позволяют представить (нарисовать) линии перемещения
фронта потока расплава и предсказать возможность образования дополнительных по-
токов при заполнении проектируемой формы. В этом же разделе разбираются примеры
нарушения однонаправленности течения из-за возникновения поворотов потока и об-
разования дополнительных потоков на примере заполнения формы для изделий типа
несимметричная прямоугольная коробка (рис.6.10).
246
Рис. 12.5. Тоннельный литник
Рис.12.Е). Веерный литник
219
Для того, чтобы к крайним точкам формы фронт потока приходил одновременно,
устраняют отставание потоков в различных направлениях.
Один из способов устранения отставания потоков -это создание на изделиях спе-
циальных ребер в направлениях наибольшего пути течения материала (рис. 12.7). Соз-
дание специальных ребер увеличивает скорость течения потока в этом направлении за
счет увеличения поперечного сечения детали. Поэтому фронты потоков по наибольше-
му и наименьшему путям течения приходят к крайним точкам формы одновременно,
что устраняет возникновение поворотов потока и образование дополнительных пото-
ков.
Возникновение поворотов потока и образование дополнительных потоков устра-
няют также рациональным расположением литников.
Например, при отливке сложных изделий применяют несколько впусков (рис. 12.8).
В этом случае для устранения образования дополнительных потоков общий поток
условно разбивается на несколько потоков. На рис. 12.8 показана схема заполнения
формы тремя потоками от трех впусков.
Для того, чтобы не происходило образования дополнительных потоков фронты
потоков I, 2. 3 должны доходить до соответствующих крайних точек формы А. Б. В
одновременно. Это достигается созданием равных перепадов давления по всем трем
путям течения потоков от центрального литника через соответствующие распредели-
тельные литники, впуски и по соответствующим участкам формы. В результате этого
замедляется передвижение фронта потока расплава по тому направлению, где длина
пути течения по форме наименьшая (на рис. 12.8 это третий поток).
Создание одинаковых перепадов давления по всем трем направлениям достигают
регулированием размеров разводящих литников. В направлении 3 длина пути течения
по форме наименьшая. Поэтому для выравнивания перепадов давления и замедления
скорости потока по этому направлению уменьшают диаметр (высоту) распределитель-
ного литника 3. В местах соединения потоков I, 2, 3 образуются сварные швы.
Однонаправленность течения материала регулируют конструкцией впуска и его
расположением. На рис. 12.9 показаны схемы течения материала по плоской прямо-
угольной форме при разных конструкциях (типах) впусков и их различном расположе-
нии.
На рис. 12.9а показана схема заполнения широкой несимметричной детали через
центральный точечный литник. Вначале фронт потока перемещается по концентриче-
ским кругам. Крайние точки А фронт потока достигает раньше, чем крайние точки Б.
Как только фронт потока достигает точки Л, он от этих точек начинает разворачивать-
220
Рис.12.7 Создание,на изделиях специальных ребер для
УСТРАНЕНИЯ ОТСТАВАНИЯ ПОТОКОВ
А. Б_ В.
Рис.12.й. Схема расположения литниковдля устране-
ния образования
С-С
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ потоков.
Б
ТРЧЕЧНЫИ
литник
точечный
/7ИТНИК
ТОЧЕЧНЫЕ
ЛИтНИКИ
рис. 12.9. Влияние конструкции .впусков ц их РАСПОЛО-
ЖЕНИЯ НА ТЕЧЕНИЕ МАТЕРИАЛА В ‘НОРМЕ
221
ся. При этом образуются дополнительные потоки и в местах С-С они встречаются. Мо-
гут образовываться сварные швы. Равномерность течения материала при таком распо-
ложении впуска не обеспечивается.
Если поместить два боковых точечных впуска на широкой стороне детали (как
показано на рис. 12.96), то на поверхности детали образуется сварной шов в местах сое-
динения двух потоков от двух впусков.
В случае, если плоская деталь имеет удлиненную конфигурацию (рис.12.9в). то
один боковой впуск с узкой стороны детали обеспечивает однонаправленное течение
материала по всей длине формы без образования дополнительных потоков.
Для создания однонаправленного течения материала при заполнении плоской ши-
рокой детали применяют веерный литник (рис. 12.9г). При таком литнике однонаправ-
ленное течение материала обеспечивается на всем пути заполнения формы. Однако в
этом случае увеличиваются гидравлические потери давления при заполнении формы,
т.к. увеличивается путь заполнения (материал течет в форме по наибольшей длине).
Для обеспечения однонаправленного потока при формовании стеклонаполненных
полимеров также применяют веерный литник.
12.3. Рекомендации по устранению струйного течения потока расплава
При конструировании впусков и начального участка формы стремятся исключить
струйное течение расплава по форме.
Это связано с тем, что качество поверхности детали, особенно на начальном
участке, зависит от того, как происходит заполнение формы.
Заполнение формы может происходить равномерно, без срывов (рис. 12.106). При
таком режиме заполнение формы происходит сплошным фронтом. Поток расплава за-
полняет весь объем формы и его фронт равномерно перемещается вдоль формы. Такой
режим заполнения обеспечивает хорошее качество поверхности, включая начальный
участок формы.
Другой режим заполнения расплавом формы - это струйное течение (рис. 12.10а).
Расплав втекает в форму на большой скорости в виде отдельной непрерывной струи,
которая, хаотически продвигаясь вперед, заполняет форму. Отдельные участки струи
сплавляются, заполняя форму. Давление в форме повышается и материал приобретает
конфигурацию ее внутренней полости. Однако на поверхности изделия, особенно на
начальном участке от впуска, остаются следы струйного течения. Поверхность на этом
участке неровная и видны следы соединения (спая) отдельных участков струи.
Конструкция формы может иметь знак. В этом случае для того, чтобы исключить
струйное заполнение формы, впуск располагают таким образом, чтобы струя при
222
впрыске попадала в знак (рис. 12.10.Ь). Струя останавливается знаком и материал на-
капливается около него. Далее происходит равномерное заполнение формы.
Оформляющий знак обязательно должен быть зафиксирован в обеих половинках
формы.
Другой способ устранить струйное течение заключается в том. что впуск направ-
ляют в стенку формы (рис. 12.106). При таком расположении впуска струя ударяется о
стенку формы и прилипает к ней за счет охлаждения. В этом месте материал накапли-
вается и далее заполняет форму равномерным потоком по всей длине.
12.4. Рекомендации по обеспечению режима заполнения формы с постоянной ско-
ростью течения
Заполнение оформляющей полости формы может происходить в двух режимах. Первый
режим (рис.12.II) - режим с постоянной скоростью течения материала Q (объемной).
Второй режим - режим с убывающей скоростью течения материала. Подробно ре-
жимы заполнения формы рассмотрены в разделе "Режимы заполнения формы".
При конструировании оснастки, выборе литьевой марки материала и разработке
технологии литья особое внимание обращают на выполнение условия - обеспечить за-
полнение формы по всей ее длине в режиме с постоянной скоростью течения материала.
Заполнение в таком режиме обеспечивает постоянство температуры материала на
фронте потока расплава на всем пути его течения. К тому же, такой режим обеспечи-
вает постоянный перепад давления по длине формы при ее заполнении.
Поэтому режим заполнения с постоянной скоростью течения обеспечивает лучшее
качество изделий, уменьшает коробление (см. раздел "Коробление"), уменьшает по-
верхностные неоднородности, устраняет брак типа "волнистая поверхность". Важно
также, что такой режим обеспечивает стабильность размеров и свойств изделий, отли-
ваемых от цикла к циклу.
Заполнение формы происходит в режиме с постоянной скоростью течения, если
выполнены три условия.
Во-первых, правильно выбрана марка полимера по технологическим свойствам,
т.е. технологические свойства соответствуют конфигурации и размерам изделия, пара-
метрам литьевой машины (рекомендации по подбору литьевых марок приведены в раз-
деле "Базовые марки полимера. Выбор базовых марок").
Во-вторых, правильно разработана технология литья (см. раздел "Разработка тех-
нологической карты литья. Рекомендации по технологическим параметрам литья").
222>
Рис. И2Л0. Струйное течение расплава са) и
НОЙ СКОРОСТЫ-О ТЕЧЕНИЯ(Д) И б РЕЖИНЕ СНАЧА-
ЛА с постоянной>А зятем убывающей
споростью ТЕЧениЖс)) ,
. 42 . 4г. .
FU:J2/I2. ВЛИЯНИЕ ЧИСЛА И МЕСТА РАСПОЛОЖЕНИЯ ^ВПУСКОВ
НА ДЛИНУ ТЕЧЕНИЯ РАСПЛАВА ВТОРЫЕ
224
В-третьих, правильно сконструирована оснастка, т.е. конструкция и размеры
оформляющей полости формы, каналов литниковой системы и сопла не создают
чрезмерно высокое гидравлическое сопротивление течению материала. При правильно
сконструированной оснастке общие потери давления ДР (перепад давления), затрачи-
ваемые на течение материала в соплеДРс. в литниковой втулке ДРЛВ, разводящих лит-
никах ДРВЛ., во впусках ДРвл и в форме ДРФ (рис.6.11) не превышают рекомендуемое
давление литья Рл.
Перепады давления, возникающие в форме, во впусках, в разводящих литниках, в
центральном литнике, в сопле и влияние на них размеров изделий и оснастки, а также
свойств полимера, технологических параметров литья рассмотрено в разделе
"Перепады давления".
Большую часть общих потерь давления в системе сопло-форма, как правило, со-
ставляют потери давления в форме zt/% (до 70-65%).
Потери давления в форме зависят от толщины изделия h и длины пути течения L
(см.раздел "Перепады давления"). Толщина h определяется функциональным назначе-
нием изделия.
Длину пути течения L можно регулировать изменяя месторасположение впусков и
число впусков. Увеличивая число впусков и меняя их месторасположение можно
уменьшить длину пути течения L материала в проектируемой форме таким образом,
что отношение L/h будет соответствовать рекомендуемым значениям L/h для данной
толщины изделий h (см. раздел "Базовые марки полимера. Выбор базовых марок") и
общие потери давления ДР. затрачиваемые на течение материала в системе сопло-
форма, не будет превышать рекомендуемое давление литья ДРЛ.
В крайнем случае, когда уже подобрана самая низковязкая марка полимера и ко-
личество впусков увеличивать нельзя (например, по причине, что это приводит к ухуд-
шению внешнего вида изделий) для уменьшения гидравлического сопротивления фор-
мы увеличивают толщину изделия /;. Увеличение толщины изделия h является мощным
фактором в уменьшении гидравлического сопротивления формы и улучшении ее запол-
нения.
Однако, увеличивать толщину изделия h не желательно, т.к. это приводит к пере-
расходу материала.
Потери давления в сопле ДРсн литниковой системе ДРЛ. как правило, составляют
не более 30-35% от общих потерь давления в системе сопло-литниковая втулка (или
давления литья Рл).
225
Потери давления в сопле, центральном литнике, разводящих литниках и впусках
уменьшаются с увеличением диаметра d (высоты Л) канала и уменьшением длины кана-
ла L (см.раздел "Потери давления").
Расчетные формулы для определения перепадов давления в сопле ДРС и каналах
литниковой системы ДРЛ приведены в справочном пособии "Свойства и переработка
термопластов". Калиничев Э.Л., Саковцева М.Б. - Л.:Химия, 1983.
В случае, если общие потери давления в сопле ДР,- и литниковой системе ДРЛ
значительны (составляют более 30-35%), их уменьшают. Для уменьшения потерь давле-
ния ДРС и ДРЛ увеличивают диаметр d (высоту й) каналов и (или) уменьшают длину
каналов L.
Эффективный способ улучшения заполнения формы - это применение модифици-
рующих концентратов, которые позволяют увеличить длину течения материала в фор-
ме без изменения размеров формы, размеров сопла и каналов литниковой системы.
12.5. Рекомендации по снижению местного замедления течения
При конструировании формы стремятся предотвратить или снизить местные за-
медления течения потока, возникающие при заполнении формы.
Замедление потока ухудшает внешний вид изделий, оставляет видимые следы те-
чения на поверхности изделий. Может быть расслоение материала, образуются дырки в
изделиях. При окрашивании полимеров концентратами красителей в процессе литья
замедление потока может приводить к рассеиванию пигментов и красителей в результа-
те изменения параметров течения (скорости сдвига и напряжения сдвига). Это приводит
к появлению на поверхности изделий в местах замедления потока цветовых полос и
разводов.
Скорость потока замедляется, если на некоторых участках формы гидравлическое
сопротивление течению возрастает по сравнению с окружающими участками.
Это происходит, например, когда есть местные резкие изменения толщины детали,
заложенные по конструкции формы. На рис. 12.13 показан такой случай. Толщина hA
участка А меньше основной толщины й детали.
В дополнении ко всем рассмотренным выше негативным последствиям разнотол-
шинность вызывает неравные напряжения в материале и, как следствие, коробление
изделий. Это связано с тем, что тонкие части детали охлаждаются быстрее, чем утол-
щенные.
Поэтому при проектировании изделия и формы стремятся уменьшить разнотол-
щинность изделия. Изделия делают с толщинами стенок, которые отличаются не более.
226
чем на (25+45)%. Переходы с одной толщины на другую выполняют плавными скругле-
ниями.
Однако, в ряде случаев утолщения нужны по функциональным требованиям рабо-
ты детали.
В этом случае снизить негативные последствия в результате замедления потока
можно правильным расположением впуска. Впуск нужно располагать со стороны тон-
кой части детали (рис. 12.13). В этом случае с этого участка начинается заполнение
формы более горячим материалом и на этом участке происходит более быстрое нарас-
тание давления, что способствует выравниванию поверхности готовых изделий.
Местные утолщения могут возникать также в результате плохой центровки пуан-
сона и матрицы. Этот случай рассмотрен на примере заполнения формы для изделия
типа стакан с центральным литником в разделе "Дырки". Для устранения возможности
такого дефекта требуется тщательное конструирование системы центрирования пуан-
сона и матрицы.
12.6. Рекомендации по уменьшению спаев
Часто встречающимся видом брака при литье являются спаи, которые образуются
в результате соединения потоков, возникающих при заполнении формы. Механизм и
причины образования спаев, а также технологические рекомендации по их устранению
приведены в разделе "Спаи (холодные спаи, сварные швы, стыковые)”.
Правильное конструирование оснастки имеет важное значение для устранения
(или уменьшения) спаев.
При проектировании оснастки особое значение придают анализу расположения
литников (впусков) и вставок с точки зрения возможности появления на поверхности
изделия линий спая. Линии спая образуются по причине нарушения однонаправлен-
ности течения материала в форме и образования в результате этого дополнительных
потоков. В местах соединений этих потоков образуются спаи.
Расположение впусков и конструкция формы, по возможности, должны обеспечи-
вать однонапрвленное течение материала и благодаря этому наименьшее число линий
спая. Для этого задают разное расположение впусков и рисуют линии перемещения
фронта потоков расплава. При этом выявляют возможность образования дополнитель-
ных потоков и места стыков (соединения) этих потоков. Такой подход изложен в разде-
ле "Передвижение фронта потока расплава".
Рекомендации по обеспечению однонаправленного течения материала, при кото-
ром спаи не образуются, даны в разделе "Рекомендации по однонаправленному тече-
нию материала в форме".
£27
. Рис.12,13. Рекомендации по разного/? ш,мнности
изделий и расположению впуска
правильно не правильно
Рис. 12,№. Расположение знака;
правильно (а) не правильно (6)
вентиляционный канал
Рис. 12,15, Вентиляционный канал
228
При конструировании формы в ряде случаев по функциональному назначению из-
делия требуется разместить вставные знаки. Знаки разделяют поток на два потока
(рис. 12.14). В месте соединения потоков образуется спай. Знаки желательно распола-
гать на внутренних (невидимых) поверхностях, где допускаются следы рисок (спаев).
При этом внешние (видовые) поверхности получаются без рисок и товарный вид изде-
лия не ухудшается.
Впуск материала в форму желательно приближать к линии спая, как это показано
на рис. 12.14а. В этом случае увеличивается прочность детали в месте спая. Это объяс-
няется тем, что при таком расположении впуска материал к месту спая приходит более
горячим и в этом месте образуются более высокие давления формования. Все это спо-
собствует улучшению сваривания двух потоков.
Декорирование поверхности изделия в виде так называемой "шагреневой кожи"
делает спай практически невидимым для глаза. Для этого в форме в местах возможного
образования спаев делают определенные рифления. Декорирование поверхности можно
применять, если это допускают эстетические требования к изделию.
12.7. Рекомендации по вентиляционным каналам
Вентиляционные каналы в форме делают для удаления воздуха из формы при её
заполнении материалом.
В случае, если вентиляционные каналы отсутствуют или их расположение не пра-
вильно, на деталях образуются черные обугленные участки. Эти участки называют при-
гарами. Механизм и причины образования пригаров рассмотрены в разделе "Пригары".
Пригары образуются на крайних от литника (впуска) участках изделия. На эти
участки фронт потока расплава приходит в последний момент заполнения формы.
Для определения указанных участков рисуют эпюры перемещения фронта потока
расплава при заполнении формы, как это показано в разделе "Перемещение фронта по-
тока расплава".
На выявленных участках, где фронт потока приходит в последний момент запол-
нения и запирает воздух, в форме делают вентиляционные каналы для удаления воздуха
и предотвращения образования пригаров.
Высоту h!: вентиляционного канала делают равной: hK = (0,03 -ь 0,06) мм
(рис. 12.15). длину /д, этого канала делают равной: /к = (1,5 -ь 2,5) мм.
Вентиляционный канал переходит в отводящий канал (рис. 12.15). Высота отводя-
щего канала Л соответствует (1,5 -s- 2) мм.
229
12.8. Рекомендации по предельному напряжению сдвига прн заполнении
На современном литьевом оборудовании заполнение формы производят на высо-
ких скоростях. При этом на отдельных узких участках литниковой системы и формы
могут развиваться высокие значения параметров, характеризующих течение расплава:
высокие скорости сдвига у и напряжения сдвига г. Узкими местами являются впуски и
тонкостенные детали.
При конструировании литниковой системы и отдельных участков формы стремят-
ся. чтобы возникающие в них напряжения сдвига г не превышали рекомендуемого пре-
дельного напряжения сдвига гПРЕД (рис. 12.16). Напряжение тПРЕД составляет 2 + 3 кг/см2
или (2 + 3)х 105 Пи.
Возникающие в узких местах напряжения сдвига г при высоких скоростях запол-
нения могут превышать предельное значение тПРЕД. В этом случае в узких местах проис-
ходит расслоение потока расплава, что приводит к образованию следов течения на по-
верхности изделий. При окрашивание полимеров концентратами красителей появляют-
ся цветовые разводы и неравномерность окраски поверхности изделий в результате
пигментного рассеивания. Происходит заметное измельчения армирующего наполните-
ля в наполненных полимерах, например, стекловолокна в стеклонаполненных полиме-
рах. Это приводит к ухудшению механических свойств изделий. Возникающие в узких
местах высокие напряжения сдвига могут вызывать механодеструкцию и перегрев ма-
териала, что приводит к местному изменению цвета материала, часто к пожелтению, и
образованию на изделиях разводов.
При проектировании оснастки определяют напряжения сдвига г, возникающих в
узких местах литниковой системы и формы:
г= г! х у . Па
где: т] - вязкость полимера. Па хс
Скорость сдвига у (в 1/с) рассчитывают по формулам:
Зл + 1 Q
у =-----=7 - для цилиндрического канала
п т
2л + 1 2Q
у =-------г - для прямоугольного канала
л В1г
где: Q -объемная скорость течения материала (объемная скорость впрыска),
см:/с:
г. В. Л - радиус, ширина и высота канала соответственно, см;
и - индекс течения полимера.
230
Справочные данные по вязкости полимеров при различных температурах и скоро-
стях сдвига, а также справочные данные по индексу течения приведены в справочном
пособии "Свойства и переработка термопластов". Калинчев Э.Л.. Саковцева М.Б. - Л.:
Химия, 1993.
Рассчитанные значения напряжения сдвига г сравнивают с предельно рекомендуе-
мым значениемгЯрвд. Если напряжения гпревышают тПРЕд, увеличивают размеры попе-
речного сечения канала (диаметр d. высоту/;). Это приводит к уменьшению напряжения
сдвига г и устранению рассмотренных выше дефектов, вызванных высокими напряже-
ниями сдвига.
12.9. Рекомендации по усилиям, возникающим в форме
При формовании в полости формы развивается внутреннее давление Р. В резуль-
тате этого в форме возникает усилие которое противодействует усилию запирания
формы F, (рис. 12.17). Усилие'запирания формы F3 создается узлом смыкания формы
прессовой части машины.
В форме может развиваться высокое внутреннее давление Р. В результате этого
усилие, возникающее в форме Гф. может превысить усилие запирания F3. Поэтому фор-
ма приоткрывается, материал вытекает из формы и на изделии образуется подлив
(облой).
Подробно все эти процессы (развитие давления Р. изменение усилия F,,,. изменение
размеров формы при формовании, образования облоя) рассмотрены в разделе
"Изменение размеров формы при формовании".
Усилие, развивающееся в форме Fir>. возрастает с повышением внутреннего давле-
ния в форме Рис увеличением площади литья 5 : Рф = Р х S.
При проектировании формы рассчитывают усилие, развивающееся в форме У7,.,.
Методика расчета усилия F,t, приведена в разделе "Режимы со сбросом давления"
(см.численный пример в этом разделе).
Рассчитанное усилие, развивающееся в форме рф, сравнивают с усилием запирания
машины F3 (паспортная характеристика машины).
Форма при формовании не раскрывается и облой не образуется, если выполняется
условие: FrI, < F3 или Р xS < F3.
В случае, если это условие не соблюдается, применяют различные способы для его
выполнения.
Рис. V. 46. Кривая течения и предельное напряжение
СДВИГА ^пред
(а) И С ДЕФОРМАЦИОННЫМ ПОЯСКОМ (5)
232
Один из способов - уменьшают площадь литья S. Например, сокращают число
гнезд в многогнездных формах. Но в случае одногнездных форм площадь S уменьшить
затруднительно.
Другой способ - увеличивают усилие запирания формы F3. Для этого переходят на
другой типо-размер литьевой машины с большим усилием запирания F3 Экономически
часто это бывает невыгодно.
Наиболее эффективный способ предотвратить раскрытие формы - это уменьшить
давление Р. развивающееся в форме. Для этого применяют режимы со сбросом давле-
ния. В процессе формования давление в гидросистеме сбрасывают до вторичного дав-
ления - давления формования Рф. которое меньше давления литья Рл. Это приводит к
уменьшению внутреннего давления в форме Р.
Подробно режимы со сбросом давления и рекомендации по их организации рас-
смотрены в разделе "Режимы со сбросом давления”. В этом же разделе приведена мето-
дика расчета давления формования Рф, до которого нужно сбрасывать давление в гид-
росистеме при формовании, чтобы не происходило раскрытие формы и образование
облоя (см.численный пример в разделе "Режимы со сбросом давления"). Рекомендации
по давлению формования Рф для различных полимеров приведены в табл.3.3.
Требуемое давление формования Рф легко подбирать на машине, у которой кон-
тролируется давление в полости формы.
Крупногабаритные изделия имеют большую площадь литья S. Для предотвраще-
ния раскрытия формы (повышения надежности формы) вокруг оформляющей полости
формы делают деформационный поясок 88 (рис. 12.176). Это уменьшает жесткость
формы.
Форма без деформационного пояска жесткая (рис. 12.17а), т.к. соприкосновение
обеих половинок формы происходит по всей поверхности аа. В этом случае под дей-
ствием усилия запирания F3 форма сравнительно мало деформируется (сжимается). По-
этому нет никакого дополнительного запаса для предотвращения раскрытия формы
под действием возникающего внутреннего давления Р.
Деформационный поясок 88 имеет размер значительно меньше, чем размер аа, по
которому смыкаются половинки формы. В результате этого деформационный поясок
сжимается больше. Это создает дополнительный запас, предотвращающий раскрытие
формы. В этом случае в форме могут развиваться давления на 10 -ь 15% больше, чем в
форме без деформационного пояска, и форма не раскрывается.
233
Деформационный поясок эффективен на формах, которые устанавливают на ли-
тьевых машинах с механическим или гидромеханическим механизмом запирания.
В случае критических соотношений по усилию в форме Дф и усилию запирания F3
следует увеличить размеры впуска (диаметр dB, высоту Лв). Это позволяет уменьшить
давление формования Рф (без образования утяжин, пустот, раковин), что снижает внут-
реннее давление Р (усилие Дф) и предотвращает раскрытие формы (объяснение соотно-
шения между размерами впуска и давлением формования Рф см.раздел "Рекомендации
по соотношению между размерами впусков и давлению формования").
12.10. Рекомендации по соотношению между размерами впусков н давлением фор-
мования
При конструировании впусков и разработке технологических параметров литья
учитывают, что между размерами впусков (диаметром dB, высотой Лв) и давлением
формования Рф существует определенная взаимосвязь.
Рассмотрим это. используя рис. 12.18. В точке О форма заполнилась и начинается
охлаждение материала в форме под внешним давлением. Температура материала по-
стоянно снижается от температуры литья Тл до температуры Т„, при которой возможно
его извлечение из формы. Отрезок ОБ определяет время охлаждения 10ХЛ.
До т. А впуск не перемерзает и происходит подпитка формы горячим расплавом
из инжекционного цилиндра. Отрезок О А определяет время выдержки материала 1ВПД в
форме под внешним давлением.
Время выдержки под давлением 1ВПД зависит от поперечных размеров (диаметра,
высоты) впуска. Это объясняется тем, что поперечные размеры впусков меньше, чем
деталей. Отношение времени охлаждения впуска 1В и детали I пропорционально квад-
рату толщины впуска hB и детали Л:
— = f
Поэтому при охлаждении детали впуск перемерзает первый и отключает сопло от фор-
мы. Давление в форму из инжекционного цилиндра не передается и увеличение времени
выдержки 1ВПД больше, чем время перемерзания впуска 1В. не влияет на качество детали.
В течение времени выдержки под давлением 1ВПД давление в форме Р (линия 1 на
рис.12.18) остается практически постоянным. После отключения внешнего давления (в
точке А) давление в форме Р начинает уменьшаться в результате снижения температуры
материала Т. Происходит тепловая усадка материала в форме.
При этом возможно два варианта изменения давления.
234
Первый вариант. Давление в форме Р (кривая I на рис. 12.18) достигает атмосфер-
ного давления РАтм (т.С) раньше, чем заканчивается охлаждение материала в форме,
т.е. до окончания времени охлаждения 10ХЛ. Это нежелательный вариант, т.к. после-
дующее охлаждение материала (после t.D на температурной кривой) происходит при
атмосферном давлении, что приводит к возникновению утяжин, раковин и пустот в из-
делиях. Этот случай реализуется, когда небольшое время 1Впд< т.е. впуски имеют не-
большие диаметры dB, и небольшое давление формования Рф (кривая 1 на рис. 12.18).
Второй вариант. По окончании охлаждения материала 10ХЛ давление в форме Р
остается выше атмосферного (т.Е на кривой 2). В этом случае охлаждение материала в
форме в течение всего времени 10ХЛ происходит при давлении выше атмосферного, что
способствует снижению утяжин, исключает образование раковин и пустот. Это благо-
приятный вариант. Этот вариант реализуется, когда время 1ВПД небольшое, т.е. впуски
имеют небольшие размеры rfs, а давление формование Рф значительное (кривая 2 на
рис. 12.18). Этот же вариант реализуется, когда время l‘впд большое, т.е. впуски имеют
большие диаметры </я. а давление формования небольшое Рф(кривая 3 на рис. 12.18).
Рассмотрение диаграмм на рис 12.18 показывают, что чем меньше размер впуска
(диаметр dB, высота hB), т.е. чем меньше время выдержки под давлением 1ВПД, тем тре-
буются более высокие давления формования Рф, чтобы исключить образование утяжин,
пустот, раковин. При больших размерах впусков можно задавать небольшие давления
формования Рф.
Исходя из этого, если на деталях есть дефекты типа утяжины, коробление, внут-
ренние пустоты, то для их устранения повышают давление формования Рф. В случае,
если по усилию запирания формы F3 повышать давление формования нельзя, увеличи-
вают время выдержки под давлением 1Впд- Для этого увеличивают размеры впускного
отверстия (растачивают впуски).
12.11 Рекомендации по обработке внутренней полости формы
Обработка внутренней полости формы определяет один из важнейших показате-
лей внешнего вида изделий - блеск.
Блеск поверхности изделий зависит от полимерного материала, из которого полу-
чают изделие, и качества обработки внутренней полости формы (см.раздел "Блеск").
Чем выше чистота обработки формы, тем больше блеск изделий.
Чистота обработки формы должна соответствовать товарным требованиям к из-
делию. Чем выше чистота обработки формы, тем больше блеск поверхности изделий,
но выше стоимость формы, т.к. форму приходится делать из более дорогостоящих ста-
лей и дороже обработка поверхности формы (схема 12.1).
Рис. Сьяъь МЕЖДУ Д4В/7Е-НИЕМ ТОРМОВЛН'ИЕМ И РДЗМЕРДМИ ВПУСКОВ.
о
42
236
Очень высокая чистота обработки формы может привести к ухудшению внешнего
вида изделий. Это объясняется тем, что при такой чистоте обработки формы становят-
ся более заметными (подчеркиваются) все микронеровности на видовой внешней по-
верхности формы, например, микроутяжины. микроуглубления (схема 12.1). Эти мик-
ронеровности возникают из-за конструктивных особенностей на внутренней
(невидовой) поверхности изделий, например, из-за местных утолщений, ребер.
Чистота
обработки
формы
Неудовлетворительный внешний вид изделий из-за
проявления микронеровностей, микроутяжин, микро-
углублений (если они образуются)
Стоимость
формы
Хороший внешний вид и удовлетворительный блеск
поверхности изделий
Недостаточный блеск поверхности изделий
Схема 12.1. Влияние чистоты обработки формы на внешний вид изделий.
При переработке композиционных материалов, которые имеют химически ак-
тивные наполнители (например, антипирены), а также при переработке полимеров, ко-
торые склонны к деструкции при повышенных температурах (полиамиды, сополимеры
формальдегида, полиформальдегид, поликарбонат), возникают дополнительные требо-
вания к литьевой форме. Форму изготавливают из химически стойких сортов стали. В
этом случае, как и обычно форма должна быть хромирована и иметь высокую чистоту
обработки, если к изделию предъявляют требования по блеску.
237
13. ПАРАМЕТРЫ ЛИТЬЕВЫХ МАШИН. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.
Разработку технологических параметров Литья и конструирование литьевой
оснастки осуществляют с учетом технических характеристик конкретного типа литье-
вой машины.
Перечень параметров литьевых машин приведены в таблице 9.1.
Технические характеристики литьевых машин, выпускаемых в СНГ, приведены в
табл.9.1.
Таблица Л*5Л
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ О Д Н О II О 3 II ЦII О И II 1»1 X МАШИПДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ПОЛИМЕРОВ_
1 Г. Л II II I L V l\ II С. А ГЛ |\ 1 Г. 1 П АР AM ЕТ Р ДБ 3121-16 ДБ 3124-32 ДБ 3127-63 ДЗ130-125 Д3130-95 Д3130-170 Д3132-250 Д3132-190 Д3132-340 ДЗ 134-500 ДЗ 134-380 ДЗ 134-670 ДЗ 136-1000 ДЗ 136-750 Д3136-1320 Д3138-2000 Д3140-1000 Д3140-5300
Номинальный объем впрыска 16 32 63 125 250 500 1000 2000 4000
за цикл и-I06. 95 190 380 750 5300
170 340 670 1320
11 омипаJti.iioc .'laiijicHiic лиц.я. Ml 1-\ 112 112 132 1 32 132 132 132 132 132
180 180 180 180 100
100 100 100 100
Объемная скорость впрыска Qnnr № Л1 /с 311 47 60 78 150 192 400 655
78 120 146 230 800
78 210 40(1
Диаметр шнека D /О’. .и 22 26 36 4(1 50 60 80 100 115
36 45 50 70 130
4э 60 7(1 90
Частот прошения шнека, об/мин 2о 240 20 240 20-400 20 200 20 320 10 220 10-180 10- 166 10- 120
20-240 40 400 10 -220 10-180 10-120
20 240 40 400 10 150 10-180
Наибольшая пластикацнонная способность по 18 31 38 75 85 114 200 530
полистиролу (теорети- веская), кг/ч 80 87 87 155 600
90 95 154 255
Номинальное усилие запирания формы. кН 125 250 1000 1000 1600 2500 4000 6300 10000
Ход подвижной плиты Нд /0 . л 160 200 250 320 400 500 630 850
Высота хстаиавлнваемог инсгрх мента’ Нф 10'. л< 160: 1 10 200;125 250;140 320;160 400:200 500;250 630;320 800;400 1000;500
Расстояние между колонами в свету” о • 10', м 200; 150 250:200 320;250 400;320 500:400 500;500 630:630 800;800 1000;1000
Наибольший ход шнека Нщ- 1(Г, .и 55 75 90 160 180 250 250 - 480
Суммарная мощность, кВт: электродвигателей электронагревателей 1.6 7.5 2.4 17 5.5 18.5 18.7 5.5 40-40.2 5-9.6 43-44,5 10,5-12.9 43-43.2 12,3-19,1 81 27,2 125 36
Длина х ширина х высота, м 2,29x1.1 х|.6 2.62x1.1x1.67 3.65х0.825х 5x1.042» (5.16+5.53) х 6,14х|.48х (7.62+7.9) х 9.8x2.68x2,59 II. 17x2.6x2,52
X1,725 «(1.8+2.15) xl,lx|,98 х(2.22+2.5) х 1,74x2.61
Масса машины с гидроэлектр ©оборудованием. т 1.2 1,473 3 4.8-6.7 8.54-9 11.8-13.5 21,5 33,1 50.9-51
Первая цифра - наибольшая высота инструмента, вторая - наименьшая.
Первая цифра - горизонтальное расстояние между колонами, вторая - вертикальное
239
14. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РУКОВОДСТВА ДЛЯ
РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЬЯ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЬЯ
1. Задаем исходные данные
1.1. Характеристики изделия и литниковой системы:
1.1.1. Тип изделия
1.1.2. Размеры изделия (длина, ширина, толщина и пр.)
1.1.3. Объем отливки ипТЛ
1.1.4. Литниковая система (гнездность. тип литников, объем литниковой системы)
1.1.5. Общий объем отливки и
1.2. Материал (указываем полимер, марку, нормативно-техническую документа-
цию. наполнитель, окрашеиый или неокрашеный полимер и пр.)
1.3. Характеристики литьевой машины (объем отливки и. усилие запирания формы
F3, давление литья максимальное Рл, скорость впрыска максимальная частота
вращения шнека N, давление пластикации максимальное РПЛ, диаметр шнека D, нали-
чие режима со сбросом давления, возможность регулирования объемной скорости
впрыска и пр.)
1.4. Специальные требования к изделию:
1.4.1. По внешнему виду (например, отсутствие коробления, утяжин. волнистой
поверхности, спаев, пригаров и пр.).
1.4.2. По окраске (цвет изделия, способ окраски и пр.).
1.4.3. По прозрачности (например, не должно быть помутнения, пожелтения, сни-
жения коэффициента светопропускания, следов течения и пр.)
1.4.4. По механическим свойствам (например, повышенная эластичность или на-
оборот жесткость, повышенная ударная прочность, относительное удлинение и пр.).
2. Разрабатываем технологические параметры литья
2.1. Задаем рекомендуемые диапазоны технологических параметров литья.
Учитывая полимер, марку, наличие наполнителя, необходимость окраски полиме-
ра в процессе литья концентратами красителей, задаем рекомендуемые диапазоны тем-
пературы литья Тл. температуры формы Тф, давления литья Рл, объемной скорости
впрыска Q, времени заполнения времени выдержки под давлением 1ВПД, давления
формования Рф, линейной скорости вращения шнека У, частоты вращения шнека N,
давления пластикации Рпл, хода шнека Н, общей продолжительности цикла 1Ц ~ 1охл
(разделы 3, 5, 6, 8, 9).
240
2.2. Оцениваем сложность изделия.
Учитывая толшину изделия Л, отношение наибольшего пути течения к толщине
L/h, общий объем отливки и. гнездность формы, определяем к какой группе сложности
относится изделие (раздел 3).
2.3. Уточняем технологические параметры литья с учетом сложности изделия и
специальных требований (раздел 3,5,6,8,9,10).
3. Разрабатываем технологические параметры подготовки материала к литыо
Учитывая тип сушильного оборудования, полимер, задаем параметры сушки
(раздел2).
4. Изготавливаем контрольные отливки для корректировки технологических пара-
метров литья
4.I. Оцениваем продолжительность охлаждения 1охл (раздел 3.9).
Продолжительность охлаждения 10уД задана правильно, если изделие и литники
твердые, при извлечении из формы не деформируются.
Если это условие не выполняется, последовательно увеличиваем продолжитель-
ность охлаждения 10хл на 15 - 20%.
Фиксируем то 1,,хл, ПРИ котором изделие и литники становятся достаточно твер-
дыми.
4.2. Оцениваем время выдержки под давлением 1впд (раздел 3.6).
Делаем контрольные отливки, последовательно увеличивая 1дПд на 15-20%. Кон-
трольные отливки взвешиваем.
Отмечаем то значение 1дпд, после которого последующее увеличение 1дпд не при-
водит к увеличению веса изделий более, чем на 1,5% . Это значение 1дпд записываем в
технологическую карту.
4.3. Оцениваем внешний вид изделий.
Фиксируем все недостатки (коробление, утяжины, волнистая поверхность, спаи,
пригары и пр.).
Регулируем технологические параметры литья для устранения отмеченных недо-
статков (раздел 11).
При этом необходимо учитывать, что регулировать все параметры одновременно
нецелесообразно. Нужно регулировать параметры последовательно друг за другом,
отмечая достигнутые положительные результаты.
4.4. Оцениваем окраску изделии.
Фиксируем все недостатки (пигментное рассеивание, разводы, изменение цвета из-
делий по сравнению с эталоном и пр.).
241
Регулируем технологические параметры для устранения отмеченных недостатков
(раздел 5.5. 9, 11).
4.5. Оцениваем прозрачность изделий (если они прозрачные).
Фиксируем все недостатки (помутнение, пожелтение, следы течения, снижение ко-
эффициента светопропускания и пр.).
Регулируем технологические параметры для устранения отмеченных недостатков
(раздел 4, 6.9, 9).
4.6. Оцениваем механические свойства.
В случае, если показатели механических свойств не соответствуют требованиям,
регулируем технологические параметры для достижения желаемых результатов (раздел
6.10).
5. Проверяем возможность экономии материала за счет снижения веса изделий
(раздел 11.6)
242
Пример 1
1. Задаем исходные данные
1.1. Характеристики изделия и литниковой системы:
1.1.1. Изделие - коробка (см.пример в разделе "Режимы со сбросом давления")
1.1.2. Размеры изделия:
Дно длиной L, шириной В и толщиной Л (L = 187 мм, В = 187 мм, Л = 2,5 мм)
Боковые стенки высотой Н и толщиной Л (Н = 5 мм, Л = 2,5 мм)
1.1.3. Объем отливки и0ТЛ = 96, 77 см5
1.1.4. Литниковая система:
Форма одногнездная
Литник центральный круглый диаметром </л = 2 мм
Объем литниковой системы ил ~ 3 см’
1.1.5. Общий объем отливки и = 99,77 см3
1.2. Материал: АБС - пластик марки АБС - 2020 (ТУ 6-05-1587-79), неокрашеный
1.3. Характеристики литьевой машины:
Объем отливки и = 125 см3
Усилие запирания формы F1 = 1x10s кг
Давление литья (максимальное) Рл = 1400 кг/см2
Скорость впрыска (максимальная) Qmakc= Ю0 см3/сек
Частота вращения шнека N = 10 - 160 об/мин
Давление пластикации (максимальное) Рпл = 200 кг/см2
Диаметр шнека D = 40 мм
Машина имеет режим со сбросом давления
1.4. Специальные требования к изделию:
1.4.1. По внешнему виду. Внешняя поверхность изделия видовая: не должно быть
волнистой поверхности, коробления и утяжин.
1.4.2. По окраске. Изделие должно быть окрашено в зеленный цвет концентратами
красителей в процессе литья.
1.4.3. По механическим свойствам. Специальные требования по механическим
свойствам отсутствуют (соответствуют свойствам АБС - 2020 по ТУ).
2. Разрабатываем технологические параметры литья
2.1. Задаем рекомендуемые диапазоны технологических параметров литья для АБС -
пластика неисполненного:
Температура литья Тл(табл.3.3): Тл = 200 - 260 “С
243
Температура формы ТФ (табл.3.3) : ТФ = 60 - 90 °C
Давление литья Рл (табл.3.3): Рл = 800 - 1500 кг/см2
Объемная скорость впрыска Q (табл.3.4): Q = (0,9 - 0,5)QM/IA-r = 90-50 см3/сек
Время заполнения l:l: u/Q =1,1-2 сек
Время выдержки под давлением 1ВПД (рис.3.4): 1ВПД = 4,5 сек
Применяем режим формования со сбросом давления. Давление формования Рф
( табл.3.3): РФ = 300 - 900 кг/см2. По расчету Рф = 380 кг/см2.
Линейная скорость вращения шнека И (табл.5.1.): И = 0,15 - 0,25 м/мин
Частота вращения шнека /V (форм.5.1): N = 71,7 - 119,4 об/мин
Давление пластикации Рпл (табл.5.1): Рпл= 60- 150 кг/см2
Ход шнека Н (форм.3.3):
H = opA7.Sp, = 99,77x1,03x1.2/0,785х42х0.945 = 10,4см= 104мм
Общая продолжительность цикла lu » z0A7J (форм.3.4)
2.2. Оцениваем сложность изделия:
Толщина изделия h — 2,5 мм
Отношение наибольшего пути течения к толщине (по диагонале) L/h = 52.9
Общий объем отливки и = 99,77 см3
По таблице 3.1. изделие относится ко 2-ой группе - средней сложности. Для литья
изделий этой группы применяют средние значения рабочего диапазона температуры
литья Тл. температуры формы Тф. давления литья Рл. объемной скорости впрыска Q,
давления формования Р,,„
2.3. Уточняем технологические параметры литья с учетом сложности изделия и
специальных требований
7'л= 230 ±5"С, ГФ = 75±5»С, Рл= 1100 кг/см2, Q =7 0 см3/сек, 13= 1,4сек.
1ВПД - 4,5 сек. Рф = 380 кг/см2, N = 75 об/мин, Рпл = 60 кг/см2, И = 104 мм
‘охл =- (/z7fl)Lg[0,787(Tn- Гф)/(Тл-Гф)] = - [(1,25х 103)2/0,9х 10-’]Lg[0,787(80-75)/(230-75)] =
= 27,7 сек « 28 сек
Температура нагревательного цилиндра по зонам, начиная с зоны под загрузоч-
ной горловной (схема 5.1а):
ТЗАГГ= 40 - 90 °C, Т,- 1,5x95= 142ПС, Т2 = 230 - 10 = 220»С, Т3= 230°С, Т4 = 230»С
Температура сопла Тс = 230 -10 = 220 °C
3. Разрабатываем технологические параметры подготовки материала к литью
Цех оснащен сушильными установками с предварительным нагревом воздуха и с
последующим его продувом через гранулы.
244
По таблице 4.26 задаем:
Допустимая влажность полимера перед переработкой Вдоп < 0,05%
Температура сушки Тс = 80 ± 5"С
Время сушки 1С = 3 часа
4. Изготавливаем контрольные отливки для корректировки технологических пара-
метров литья
4.1. Оцениваем продолжительность охлаждения 1г)Ул.
При заданном времени охлаждения 10ХЛ = 28 сек изделие и литник твердые, при
извлечении из формы не деформируются.
Поэтому время охлаждения г0ЛЛ = 28 сек допустимо.
Проверяем возможность снижения голл для повышения производительности.
Для этого делаем отливки, последовательно снижая 10ХЛ на 20%. Отмечаем то
время охлаждения 10ХЛ, при котором изделие и литники остаются твердыми.
В нашем случае время охлаждения 10ХЛ можно уменьшить до 23 сек.
4.2. Оцениваем время выдержки под давлением 1Лпд-
Делаем контрольные отливки, последовательно увеличивая 1ВПД на 20%. Кон-
трольные отливки взвешиваем.
Отмечаем то значение 1ВПД, после которого последующее увеличение 1ВПД не при-
водит к увеличению веса изделий более, чем на 1,5%.
В нашем случае 1ВПД нужно увеличить до 9,3 сек. Это значение записываем в тех-
нологическую карту.
4.3. Оцениваем внешний вид изделий:
4.3.1. Поверхность ровная, следы течения (волнистость) отсутствуют.
4.3.2. Наблюдается небольшое коробление.
Причина коробления - разница температур обеих половинок формы.
Способ устранения рассматриваемого дефекта - регулировка подачи охлаж-
дающей воды в обей половинки формы (см. раздел “Коробление”).
4.3.3. Утяжины отсутствуют.
4.4. Оцениваем окраску изделий.
Около литника наблюдаются слабо различимые разводы.
Для устранения разводов (см. раздел “Рекомендации по технологии литья при
окрашивании полимеров концентратами красителей”, табл.11.1):
а) последовательно уменьшаем объемную скорость впрыска Q на 15-г20%
б) последовательно увеличиваем число оборотов шнека W на 20%
245
Разводы исчезли при:
Q = 60 см-’/сек (время заполнения 13 =1,7 сек)
N = 90 об/мин
5. Проверяем возможность экономии материала за счет снижения веса изделий
(см. раздел “Излишний вес изделий”)
Последовательно уменьшаем давление формования Рф на 15%. При этом оцени-
ваем внешний вид изделий по короблению и утяжинам.
В нашем случае при Рф = 330 кг/см2 внешний вид изделий сохраняется удовлетво-
рительным.
При Рф = 270 кг/см2 появляются утяжины.
Давление формования задаем равным Рф = 330 кг/см2.
При этом вес изделий снизился на 1,5%.
246
Пример 2
1. Задаем исходные данные
1.1. Характеристики изделия и литниковой системы:
1.1.1. Изделие - стекло прибора
1.1.2. Размеры изделия:
Длина L = 280 мм, ширина В = 40 мм, толщина h = 1,35 мм
1.1.3. Объем отливки о0ТЛ = 15,12 см3
1.1.4. Литниковая система:
Форма двухгнездная
Центральный литник, разводящие литники, впуски.
Впуски трапециевидной формы. Высота сечения h = 0,8 мм.
Объем литниковой системы ил » 5 см5
1.1.5. Общий объем отливки и = 2х 15,12+5 = 35,24 см-’
1.2. Материал: полистирол блочный (общего назначения) марки ПСМ-1 15
(ТУ 6-05-1871-79), прозрачный, неокрашеный
1.3. Характеристика литьевой машины:
Объем отливки и = 63 см!
Усилие запирания формы F-, = 5х I О4 кг
Давление литья (максимальное) Рл- 1200 кг/см2
Скорость впрыска (максимальная) QmAkc~ 60 см3/сек
Частота вращения шнека N = 10 - 150 об/мин
Давление пластикации (максимальное) Рпл = 200 кг/см2
Диаметр шнека О = 35 мм
Машина имеет режим со сбросом давления
1.4. Специальные требования к изделию:
1.4.1. По внешнему виду. Изделие видовое и входит в сборку с другими деталями:
не должно быть коробления.
1.4.2. По прозрачности. Прозрачность нужно сохранить (не должно быть замут-
нения из-за внутренних напряжений).
1.4.3. По механическим свойствам. Специальные требования по механическим
свойствам отсутствуют (соответствуют свойствам ПСМ-115 по ТУ).
2. Разрабатываем технологические параметры литья
2.1. Задаем рекомендуемые диапазоны технологических параметров литья для поли-
стирола блочного (общего назначения) иенаполиеиного:
247
Температура литья Тл (табл. 3.3): Тл = 170 - 270 °C
Температура формы Тф (табл.3.3) : Тф = 20 - 70 "С
Давление литья Рл (табл.3.3): Рл = 450 - 1200 кг/см2
Объемная скорость впрыска Q (табл.3.4):
Q = (0,97 - 0,9)2ЛМОТ-= 58,2 -54 см3/сек
Время заполнения /3: u/Q = 0,61 - 0,65 сек
Время выдержки под давлением гвад(рис.3.4): 1ВПД = 2,5 сек
Применяем режим формования со сбросом давления. Давление формования Рф
(табл.3.3): Рф = 300 - 600 кг/см2.
Линейная скорость вращения шнека И (табл.5.1.): V = 0,07 - 0,10 м/мин
Частота вращения шнека /V (форм.5.1): N = 38,2 - 54,6 об/мин
Давление пластикации Рпл (табл.5.1): Рпл = 20 - 60 кг/см2
Ход шнека Н (форм.3.3):
Н = vpK/Sp, = 35,24х 1,06х | ,2/0,785x3,52х0,96 = 4,86 см = 48,6 мм
Общая продолжительность цикла tu ~ 1ОХЛ (форм.3.4)
2.2. Оцениваем сложность изделия:
Толщина изделия Л = 1,35 мм
Отношение наибольшего пути течения к толщине L/h = 155,6
Общий объем отливки и = 35,24 см3
Форма двухгнездная
По таблице 3.1. изделие относится к Пой группе - изделия сложные. Для литья из-
делий этой группы применяют верхние значения рабочего диапазона температуры
литья Тл. температуры формы Тф. давления литья Рл. объемной скорости впрыска Q.
давления формования Рф.
2.3. Уточняем технологические параметры литья с учетом сложности изделия и
специальных требований
Тл = 250 ± 5“С, Тф= 60 ± 5"С, Рл = 1 100 кг/см2, Q = 55 см3/сек, t3 = 0,64 сек,
1впд~ 2’5 сек, Рф = 350 кг/см2, N = 45 об/мин, Р= 40 кг/см2, Н= 48,6 мм
‘охл = -(h2/a)Lg[0.m(.T„- Т,„)/(Т7-Тф)]=-[(0,675х 10 3)2/lx 10-’]Lg[0,787(75-60)/(250-75)] =
= 5,3 сек.
Температура нагревательного цилиндра по зонам, начиная с зоны под загрузоч-
ной горловиной (схема 5.1а):
Тззгп = 40 - 90 "С, Т, = 1,5х 100 = 150"С, Т, = 250 - 10 = 240°С, Т3 = 250»С,
Температура сопла Тс-= 250 - 10 = 240"С
248
5. Разрабатываем технологические параметры подготовки материала к литью
Цех оснащен полочными шкафами с обогреваемым корпусом.
Возможна подсушка материала перед литьем.
По табл.4.2а задаем:
Температура подсушки Тс= 75 ± 5°С
Время подсушки lc= I час
Толщина слоя Л = 3 см
4. Изготавливаем контрольные отливки для корректировки технологических пара-
метров литья
4.1. Оцениваем продолжительность охлаждения 10ХЛ.
При заданном времени охлаждения 10ХЛ = 5,3 сек центральный литник не успевает
охлаждаться, остается сравнительно мягким и деформируется при извлечении изделия
из формы.
В данном случае время охлаждения 10ХЛ определяется продолжительностью
охлаждения центрального литника.
Для определения необходимого 10ХЛ последовательно увеличиваем продолжи-
тельность охлаждения на 20%.
При времени охлаждения 10ХЛ = 7,6 сек центральный литник успевает охлаждаться
и становится достаточно твердым.
В этом случае возможен съем изделий в автоматическом режиме.
4.2. Оцениваем время выдержки под давлением 1ВПД.
Делаем контрольные отливки, последовательно увеличивая 1ВПД на 20%. Кон-
трольные отливки взвешиваем.
Отмечаем то значение 1ВПД, после которого последующее увеличение 1ВПД не при-
водит к увеличению веса изделий более, чем на 1,5%.
В нашем случае 1ВПД нужно увеличить до 3 сек. Это значение записываем в техно-
логическую карту.
4.3. Оцениваем внешний end изделий:
4.3.1. В конце изделия на внешней кромке образуется пожелтение (пригар).
Для устранения этого дефекта (см.раздел “Пригар”) последовательно снижаем
объемную скорость впрыска Q на 15-20%.
При Q = 47 см3/сек пожелтение сохраняется.
При Q= 41 см;/сек пожелтение исчезает.
Но в конце детали на поверхности изделия появились следы течения (волнистая
поверхность).
249
Этот дефект появился в результате того, что форма стала заполняться на двух ре-
жимах (см. раздел "Волнистая поверхность”).
Для того, чтобы достигнуть заполнение формы по всей длине в режиме постоян-
ной скорости течения (исключить режим убывающей скорости течения), последова-
тельно повышаем температуру материала Т^на 5 - 10°С.
При повышении температуры до 260°С следы течения (волнистая поверхность) ис-
чезают.
4.3.2. Наблюдается небольшое коробление.
Причина коробления - разница температур обеих половинок формы.
Способ устранения рассматриваемого дефекта - регулировка подачи охлаж-
дающей воды в обей половинки формы (см. раздел “Коробление” ).
4.4. Оцениваем прозрачность изделий.
В начале изделия у впуска имеется помутнение из-за возникновения больших
внутренних напряжений и переуплотнения материала.
Для снижения внутренних напряжений и переуплотнения материала последова-
тельно снижаем давление формования Рф на 10 - 15% (табл.6.3).
При Рф = 300 кг/см2 помутнение исчезает.
250
Пример 3
1. Задаем исходные данные
1.1. Характеристики изделия и литниковой системы:
1.1.1. Изделие - корпусная деталь электроинструмента
1.1.2. Размеры изделия:
Толщина Л = 3 мм, максимальная длина течения L = 300 мм
1.1.3. Объем отливки иОгл ~ Ю8 см3
1.1.4. Литниковая система:
Форма двухгнездная
Центральный литник, разводящие литники, впуски
Впуск трапециевидной формы. Высота сечения Л = 2 мм.
Объем литниковой системы и к 14 см3
1.1.5. Общий объем отливки и = 2x108+14 = 230 см3
1.2. Материал: полиамид 6 стеклонаполненный марки ПА6 - 210 КС
(ОСТ 6-1 1-498-79), окрашеный
1.3. Характеристика литьевой машины:
Объем отливки
и = 250 см3
F3 = 1,6х105 кг
Рл = 1800 кг/см2
Qwkc= 150см3/сек
N = 20 - 300 об/мин
’пл = 200 кг/см2
D = 50 мм
Усилие запирания формы
Давление литья (максимальное)
Скорость впрыска (максимальная)
Частота вращения шнека
Давление пластикации (максимальное) Pt
Диаметр шнека
Машина имеет режим со сбросом давления
1.4. Специальные требования к изделию:
1.4.1. По внешнему виду. Изделие видовое и входит в сборку с другими деталями:
не должно быть коробления и утяжин.
1.4.2. По механическим свойствам. Специальные требования по механическим
свойствам отсутствуют (соответствуют свойствам ПА6 - 210 КС по ОСТ).
2. Разрабатываем технологические параметры литья
2.1. Задаем рекомендуемые диапазоны технологических параметров литья для поли-
амида - б стекпопаполнеииого:
Температура литья Тл (табл.3.3, раздел 8): Тл = (235 - 270) °C + (10 - 20)°С
Температура формы Тф (табл.3.3, раздел 8): Тф = 60 - 100 °C
251
Давление литья Рл (табл.3.3, раздел 8):
Рл = (800 - 1400)кг/см2 + (100 - 200) кг/см2
Объемная скорость впрыска Q (табл.3.4, раздел 8):
Q = (0,9 - 0,5)ешх-сх(0,8 - 0,5) = (135 - 75)х(О,8 - 0,5)
(коэффициент 0,8 - 0.5 учитывает снижение Q при литье стеклонаполненного
полимера)
Время заполнения (,: u/Q = 230/(135 - 75)х(0,8 - 0,5) = (1,7 - 3,1 )/(0,8 - 0,5)
Время выдержки под давлением (ага(рис.3.4): 1ВПД = 10 сек
Применяем режим формования со сбросом давления. Давление формования РФ
(табл.3.3, раздел 8):
Р.,, = (500 - 700) кг/см2 + (500 - 150) кг/см2
Линейная скорость вращения шнека V (табл.5.1.): V = 0,05 - 0,07 м/мин
Частота вращения шнека N (форм.5.1): N = 19,1 - 26,8 об/сек
Давление пластикации Рпл (табл. 5.1): Рлл- 10-20 кг/см2
Ход шнека Н (форм.3.3):
Н = upK/Spt = 230х 1,391x1,2/О,785х.52х 1,286 = 15,2 см = 152 мм. где
р =0,7x1,13+0,3x2= 1,391 г/см’
р, = 0,7x0,98+0,3x2 = 1,286 г/см’
(0,7 и 0,3 - содержание полимера и стекловолокна,
1,13 и 0,98 - плотность полимера в твердом и расплавленном состоянии.
2 - плотность стекловолокна)
Общая продолжительность цикла 1ц = 10ХЛ (форм.3.4)
2.2. Оцениваем сложность изделии:
Толщина изделия Л = 3 мм
Отношение наибольшего пути течения к толщине L/h = 100
Общий объем отливки и = 230 см’
Форма двухгнездная
По таблице 3.1. изделие относится ко 2-ой группе - средней сложности. Для литья
изделий этой группы применяют средние значения рабочего диапазона температуры
литья Тл. температуры формы Г,,, давления литья Рл. объемной скорости впрыска Q,
давления формования Л;,.
2.3. Уточняем технологические параметры литья с учетом сложности изделия и
специальных требований
Тл= 260 ±5"С, Т,,,= 80 ± 5“С, Рл= 1200 кг/см2, Q = 75 см’/сек, 13 = 3,1 сек,
252
1впа~ '0 сек' Рф = 600 кг/см2. N = 25 об/мин. Рпл = 20 кг/см2, Н = 152 мм
'олл = -{h2/a)L^.m(Tn- ТФ)!(ТЛ-Т,/>)]=-[(!,5xl02)2/0.97xl0-’]£g[0.787(100-80)/(260-80)] =
= 24,6 сек = 25 сек.
Температура нагревательного цилиндра по зонам, начиная с зоны под загрузоч-
ной горловиной (схема 5.16):
Тзлгр = 40-90 “С, Г, = 225 + 5 = 230"С, Т,= 260- 10 = 250°С, Т?= 260»С. Т4= 260°С
Температура сопла Тг= 260 - 5 = 255°С
3 . Разрабатываем технологические параметры подготовки материала к литые
Цех оснащен полочными шкафами с обогреваемым корпусом.
По таблице 4.2а задаем:
Допустимая влажность полимера перед переработкой ВДоп = 0,1 - 0,2%
Температура сушки Время сушки Толщина слоя Тс= 80 ± 5"С 1е = 9 часов h = 2,5 см
Вакуум 0,67- 1,3 кПа
4. Изготавливаем контрольные отливки для корректировки технологических пара-
метров литъп
4.1. Оцениваем продолжительность охлаждения 10хл.
При заданном времени охлаждения 10УЛ = 25 сек центральный литник не успевает
охлаждаться, остается сравнительно мягким и деформируется при извлечении из фор-
мы. Это затрудняет автоматический съем изделий.
Кроме того, при /0ЛЛ = 25 сек утолщенные места на изделии под крепеж не успе-
вают охлаждаться.
Для определения необходимого 10хл последовательно увеличиваем продолжитель-
ность охлаждения на 20%.
При l0YJj = 30 сек рассмотренные дефекты исчезают. Возможен съем изделий в ав-
томатическом режиме.
4.2. Оцениваем время выдержки под давлением 1ВПД.
Делаем контрольные отливки, последовательно увеличивая 1ВПД на 20%. Кон-
трольные отливки взвешиваем.
Отмечаем то значение /д;щ, после которого последующее увеличение 1ВПД не при-
водит к увеличению веса изделий более, чем на 1,5%.
В нашем случае 1ВПД нужно увеличить до 12 сек. Это значение записываем в техно-
логическую карту.
4.3. Оцениваем внешний виО изделий
4.3.1. На поверхности изделий наблюдаются серебристые полосы.
Причина дефекта - повышенная влажность материала перед литьем.
Для устранения серебристых полос уменьшаем влажность материала (см. раздел
“Серебристые полосы”).
Для этого:
Увеличиваем температуру сушки Тс= 85 ± 5°С
Увеличиваем время сушки 1С = 12 часов
Вторым - более эффективным способом устранения серебристых полос является
переход на сушку более прогрессивным способом - в сушильных установках с предва-
рительным нагревом воздухом и с последующим его продувом через гранулы.
По таблице 4.26 задаем:
Температура сушки Тс = 80 ± 5“С
Время сушки (,-= 5 часов
4.3.2. Наблюдается небольшое коробление
Для снижения коробления (см.раздел “Коробление", табл.| 1.1):
Уменьшаем температуру формы Тф = 75 ± 5"С
Уменьшаем давление формования Р® = 550 кг/см2
4.4. При сборке в местах крепежа возникает растрескивание (охрупчивание; изде-
лий.
Причина растрескивания - разрушение стекловолокна при переработке (см. раздел
5).
Для устранения растрескивания создаем более "мягкий” режим переработки мате-
риала.
Для этого:
Увеличиваем высоту впуска h = 2.5 мм
Объёмную скорость впрыска О снижаем на 15°о. О = 65 см3/сек.
Увеличиваем время заполнения (;) = 3.5 сек