Технология переработки из расплавов аморфных и кристаллизующихся веществ (стр. 5 из 9)

Заполнение тонкостенных изделий с толщиной стенки менее 1 мм может быть связано с серьезными проблемами, но если они решены, такие изделия хорошо уплотняются. Наоборот толстостенные изделия с толщиной стенки более 5-6 мм легко заполнить, но сложно уплотнить. Для получения качественных толстостенных изделий часто применяют специальные технологии литья.

Рис. 6. Профиль давления для расчета 4. Пунктиром показано изменение давления в узле впрыска на стадии заполнения

Утолщение в области впуска легко уплотняется, наличие утяжек в такой области обычно свидетельствует об ошибках в конструкции литниковой системы. Любые утолщения в других частях изделия следует рассматривать как области, где возможно недоуплотнение.

В реальных литьевых изделиях наряду с утолщениями часто присутствуют тонкостенные участки. Использование повышенных давлений выдержки в таких изделиях может приводить к переуплотнению тонкостенных областей.

При конструировании изделия необходимо учитывать, что высокие ребра, малое расстояние между ребрами могут значительно затруднять отвод тепла от формующей поверхности. В областях с затрудненным отводом тепла повышается объемная усадка полимера, что приводит к утяжинам и др. дефектам.

Влияние литниковой системы на уплотнение

Конструкция холодноканальной литниковой системы оказывает большое влияние на процесс уплотнения. При этом самыми важными факторами, влияющими на уплотнение изделия, являются толщина впускного литника (определяется диаметром вписанной в его сечение окружности), его длина, а также конструкция области перехода от разводящего литника к впускному. При застывании впускного литника, который является самой тонкой частью литниковой системы, подпитка изделия прекращается. Тонкий и длинный впускной литник – типичная причина появления утяжек. Толщина впускного литника должна определяться таким образом, чтобы избежать появления дефектов, как при заполнении, так и при уплотнении изделия. Все факторы, затрудняющие отвод тепла от впускного литника и увеличивающие время застывания впускного литника, способствуют улучшению уплотнения. К таким факторам можно отнести: изготовление деталей пресс-формы, оформляющих впуск, из материала с пониженной теплопроводностью (легированная сталь), оформление впуска отдельной вставкой, наличие воздушных зазоров между этой вставкой и плитами пресс-формы.

Длинный переход от разводящего литника к впускному способствует быстрому охлаждению расплава перед впуском и затрудняет заполнение и уплотнение. Переход должен быть предельно коротким, но не должен содержать острых углов, способствующих появлению неустойчивого течения расплава на стадии впрыска.

При выборе конструкции туннельного литника необходимо учитывать ее влияние на процесс уплотнения. Рекомендуется отдавать предпочтение конструкциям туннелей без длинного перехода к впускному литнику с длиной впускного литника менее 2 мм.

При использовании материалов с высокой вязкостью (поликарбонат и др.) для обеспечения хорошего уплотнения изделия, толщина впускного литника может достигать толщины изделия. Для получения хорошего внешнего вида изделия в таких случаях могут применяться специальные устройства отделения литника с нагревом.

В некоторых случаях при большой толщине впускного литника и преждевременном снятии давления выдержки может наблюдаться обратное течение полимера из литьевой полости в литниковую систему. Результатом может быть недоуплотнение области вблизи впуска.

Для хорошего уплотнения изделия разводящие и центральный литники должны иметь достаточную толщину (определяется диаметром окружности, вписанной в сечение). Как правило, толщина разводящего литника должна превышать толщину изделия минимум на 1.5 мм [32]. Тонкие разводящие литники применяются для материалов, не требующих хорошего уплотнения. К таким материалам относятся некоторые типы ТЭП.

При конструировании литниковой системы необходимо избегать любых пережимов (сужение литьевого канала) и ступенек, которые способствуют быстрому охлаждению полимера и значительно затрудняют передачу давления в литьевую полость (рис. 7). Форма сечения литникового канала влияет на процесс уплотнения. Наиболее эффективны сечения в форме круга, скругленной трапеции, трапеции. Увеличение длины литниковой системы приводит к ухудшению уплотнения.

В пресс-форме с горячеканальной литниковой системой давление выдержки легко передается в изделие, поэтому хорошее уплотнение изделия можно получить при меньшем давлении выдержки. При этом распределение объемной усадки по изделию становится более равномерным. Поэтому можно утверждать, что горячеканальный литник способствует повышению качества изделия.

Рис. 7. Конструкции литников, затрудняющие процесс уплотнения а) тонкий впускной литник, б) длинный впускной литник (> 1 мм), в) длинный переход от разводящего литника к впускному, г) и е) туннельные литники с длинным переходом к впускному литнику, д) туннельный литник с длинным впускным литником (>2 мм), ж) – з) – пережимы, и) ступеньки

Если литниковая система содержит горячеканальные и холодноканальные литники, процесс уплотнения определяется конструкцией холодноканальной части.

Влияние системы охлаждения пресс-формы на уплотнение

При конструировании пресс-формы необходимо учитывать влияние системы охлаждения на процесс уплотнения. В холодноканальной пресс-форме недопустимо расположение охлаждающего канала вблизи впуска (подобные рекомендации встречаются в литературе), «пересечение» литника охлаждающим каналом. В настоящее время существуют два подхода к конструированию системы охлаждения: первый предполагает обеспечение равномерного охлаждения изделия, во втором равномерность уплотнения изделия достигается за счет его неравномерного охлаждения.

Влияние неравномерного уплотнения на коробление

Неравномерное распределение объемной усадки по изделию – одна из основных причин коробления. Коробление изделий из аморфных материалов (ПС, УПС, АБС, САН, ПММА, ПК, ПФО и т.д.), имеющих малую усадку, существенно меньше коробления из ненаполненных кристаллизующихся материалов (ПЭ, ПП, ПА 6, ПА 66, ПА 610, ПБТ и т.д.). При повышении жесткости изделия за счет увеличения основной толщины, введения ребер, использования материала с большим модулем упругости, коробление уменьшается.

Рис. 8. Объемная усадка и коробление для изделия «Светофильтр» (расчет в MPI/Flow, MPI/Warp): а) изделие с утолщением по периметру, горячеканальная литниковая система, б) изделие без утолщения, горячеканальная литниковая система, в) изделие с утолщением по периметру, горяче-холодноканальная литниковая система. Цифрами показаны значения объемной усадки и максимального коробления. Величины деформаций модели при изображении коробления увеличены в 8 раз.

Рассмотрим влияние неравномерного уплотнения на коробление на примере изделия «Светофильтр автомобильной фары», получаемого двухцветным литьем из поликарбоната. В компьютерном анализе моделировался процесс литья только одной части изделия с использованием материала одного цвета. Изделие имело основную толщину 2.5 мм и утолщение по периметру до 4-5 мм. Расчет показал: если впуск полимера производится в центральную часть изделия (рис. 8а), то при давлении выдержки 40 МПа высокая объемная усадка в области утолщения приводит к большому короблению (4.0 мм). Применение более высокого давления выдержки в данном случае невозможно, т.к. при повышении давления в центральной части изделия возникает переуплотнение.

На рис. 8б представлены результаты расчета для изделия без утолщения. В этом случае уплотнение изделия улучшается, величина коробления уменьшается до 2.8 мм.

Для конструкции с утолщением наименьшее коробление (1.7 мм) получается при впуске в утолщение (рис. 8в). Такой впуск обеспечивается литниковой системой, содержащей горячеканальную и холодноканальную части. Реализация данного технического решения (изготовление пресс-форма и литье выполнялось в ОАО «Автосвет, г. Киржач) позволило получить изделие высокого качество.

Технологии литья, улучшающие уплотнение

Уплотнение литьевых изделий может быть улучшено при использовании специальных технологий литья. К таким технологиям относятся литье с подпрессовкой (компрессионное формование или литье с изменяющейся геометрией литьевой полости), литье с газом, литье с водой, горячеканальное литье с независимым управлением профилем давления выдержки (технология «Dynamic feed» фирмы Synventive Molding Solutions) и др. Для изделий простой формы (прямоугольный параллелепипед, пластина, диск и др.) качественное изделие может быть получено и при недоуплотнении материала, если обеспечивается только одно направление усадки. Данная технология может быть реализована за счет неравномерного «одномерного» охлаждения полости формы [31 – 33].

3.2 Разновидности процесса литья

3.2.1 Литье тонкостенных изделий

Одним из наиболее эффективных методов снижения себестоимости изделия является уменьшение толщины стенки изделия, позволяющее уменьшить расход материала и цикл литья. Однако толщина стенки менее 1 мм и время цикла литья 5-10 сек накладывают особые требования к материалу, оборудованию и пресс-форме. Поэтому говорят о технологии тонкостенного литья [34 – 38].

Можно выделить 3 типа изделий, для литья которых применяется технология тонкостенного литья. К первому типу относятся изделия из термически стабильных материалов, таких как полиэтилен, полипропилен, полистирол и др., толщиной менее 1 мм. Указанные материалы используются для изготовления упаковки, одноразовой посуды. Низкий уровень механических свойств данных материалов обычно не позволяет снизить толщину менее 0.5-0.6 мм.