UA | RU

Лиття полімерів під тиском - формування виробу

При формуванні пластикований матеріал проходить під тиском через сопло, литникову систему та заповнює порожнину прес-форми. Під час упорскування маси у форму відбуваються витоку матеріалу по черв'яку (зворотний потік). Розміри цих витоків залежать від тиску лиття, температури матеріалу, а також температури матеріального циліндра (зокрема, від способу його обігріву). Встановлено, що при підвищенні тиску лиття, температури матеріалу та ходу хробака витоку збільшуються. При рідинному обігріві циліндра, коли його температура нижче температури маси, що переробляється, витоки невеликі. При електричному обігріві матеріального циліндра витоку може досягати 30% від обсягу основний порції. Протікання матеріалу під час упорскування слід враховувати під час встановлення дози матеріалу. Вироби з фенопластів формують у нагрітій формі при 140-200°C. Як зазначалося вище, маса, що надходить з матеріального циліндра, у літниковій системі та формі додатково нагрівається. Нагрівання та затвердіння матеріалу, а також приплив нових порцій матеріалу з матеріального циліндра впливають на зміну тиску у формі під час формування.

Після затвердіння матеріалу в литникових каналах прес-форма ізолюється від матеріального циліндра, і подальше затвердіння основної маси відбувається без припливу нових порцій .

На підставі наведеного вище можна представити діаграму теплового балансу лиття під тиском реактопластів (мал. 1).

При будь-якій температурі форми кількість теплоти, що підводиться до маси, що впорскується, в матеріальному циліндрі і виникає за рахунок екзотермічної реакції, залишається постійним. Виділення теплоти в соплі циліндра та літниковій системі зі збільшенням температури форми дещо збільшується.

На стадії формування має бути забезпечене оптимальне заповнення форми розплавом, без утворення облею, що залежить від таких параметрів, як тиск у формі, температура матеріалу та форми, швидкість упорскування, тривалість підживлення та ін. Температура ливарної форми не може бути використана як об'єкт регулювання та управління процесом лиття в циклі, оскільки є інерційним параметром.

Діаграма теплового балансу лиття під тиском фенопластів
Мал. 1. Діаграма теплового балансу лиття під тиском фенопластів
Qц - теплота, що підводиться до маси у матеріальному циліндрі;
Qекз - теплота, що виділяється при екзотермічній реакції;
Qл - теплота, що виникає за рахунок тертя в соплі та литниковій системі;
Qф - теплота, що підводиться до форми

Тиск формування – найбільш інформативний та безінарційний параметр процесу. Тиск як параметр може регулюватися протягом більшої частини формування.

Швидкість упорскування для автоматичного керування може бути ефективно використана спільно з регулюванням тиску. За відсутності такого зв'язку регулювання однієї швидкості упорскування недостатньо. Це тим, що період заповнення форми є початковим у процесі формування. У цей час головну роль грає швидкість упорскування. Однак швидкість упорскування не може вирішального та остаточного впливу на наступні стадії формування, що змінюється за певним законом. Якщо тиск лиття встановлено занадто низьким, то при впорскуванні воно дуже швидко досягається і форма заповнюється з швидкістю, що постійно змінюється, що призводить до значних коливань маси виливки. Те саме відбувається при рівності тиску впорскування і тиску підживлення, тобто. за відсутності перемикання тиску. Це звичайні режими лиття реактопластів, які часто застосовуються на практиці.

Під час ущільнення розплаву головним є режим підживлення, що регулюється, з уповільненим зростанням тиску у формі. На рис. 2 показано перевагу регульованого режиму лиття (криві 2) порівняно з нерегульованим режимом (криві 1), при якому відбувається різке наростання тиску у формі та утворення зазорів у площині роз'єму прес-форми, що призводить до утворення облію. Цей облой іноді прилипає до поверхні роз'єму форми, через що перед наступним упорскуванням форма закривається нещільно. Оскільки при заповненні краще високий тиск, а в період ущільнення знижений, то в більшості випадків слід проводити перемикання, уникаючи пікового наростання тиску (криві 1,1'). При регульованому режимі (криві 2,2') тиск у формі плавно змінюється. Для цього при досягненні тиску у формі близько 2 МПа здійснюють перемикання з режиму упорскування на режим підживлення, тоді тиск і швидкість на розплав значно зменшується. Такий регульований режим значно знижує утворення зазору у формі та відповідно облої, що у свою чергу дає економію у витраті матеріалу та забезпечує стабільний автоматичний режим лиття.

Порівняння нерегульованого та регульованого режимів лиття під тиском реактопластів
Мал. 2. Порівняння нерегульованого (криві 1, 1') та регульованого (криві 2, 2") режимів лиття під тиском реактопластів за тиском у формі (__________) та
здатності матеріалу вироби пропускати вологу чи повітря (---------)

Важливе значення має момент перемикання тиску. При занадто пізнім перемиканні з'являються максимуми гідравлічного тиску, які викликають також високий тиск у формі. При надто ранньому перемиканні тиск у формі піднімається із запізненням і повільно, що може призвести до передчасного відкидання раніше впораного матеріалу. Керування перемиканням можна здійснювати залежно від ходу хробака, часу та тиску. Перемикання по ходу черв'яка може бути здійснене в будь-якому випадку, проте воно не усуває помітного коливання маси виливки.

Переключення тиску у формі зменшує коливання маси виливки, але потребує встановлення у формі датчика тиску.

Після перемикання велику роль відіграє час підживлення. Для реактопластів підживлення можливе до моменту затвердіння литника.

Іншим важливим моментом на стадії формування є взаємозв'язок у часі зміни тиску та в'язкості.

У термопластавтоматі де тиск упорскування створюється за допомогою черв'яка, тиск і швидкість упорскування тісно пов'язані один з одним. На різних стадіях лиття тиск та швидкість упорскування регулюються відповідно клапанами регулювання тиску та швидкості в гідросистемі. На практиці оптимальне значення тиску впорскування, швидкості та часу зазвичай визначають емпірично. У разі амінопластів і фенопластів тиск упорскування встановлюється в межах 100-150 МПа, а швидкість упорскування становить більше 50мм/с при одноразовому впорскуванні дози матеріалу масою 20-200 г. Далі матеріал витримують у формі при тиску меншому або рівному тиску впорскування, поки не його зворотне витікання з литникової втулки форми і усадка відформованого виробу не стане мінімальною. Зазвичай цей час становить 5-20 секунд.

На стадії затвердіння необхідно забезпечити необхідний ступінь затвердіння матеріалу у виробі; вона залежить від температури форми та розплаву, часу нагрівання центральних шарів тонкостінних виробів та швидкості затвердіння матеріалу. Від циклу до циклу зазначені фактори практично не змінюються, тому регулювання температурних режимів у цьому випадку не потрібне. Однак при зміні партії сировини або характеристик виробу необхідно регулювати процес затвердіння.