Время впрыска (скорость впрыска)
Время впрыска определяется температурой и давлением расплава в материальном цилиндре, интенсивностью охлаждения отливки в форме, массой отливки, формой изделия, сечением впускных каналов и текучестью термопласта
Время впрыска влияет на внешний вид изделия и его физико-механические свойства.
Скорость и давление впрыска влияет на скорость растекания расплава в пресс-форме.
В большинстве случаев рекомендуется использовать ступенчатую скорость впрыска (по программе медленно-быстро-медленно). Медленно – чтобы предотвратить пригары вблизи литника и при литье разнотолщинных изделий перед входом в узкую часть. Быстро – чтобы материал имел одинаковую температуру при заполнении формы и впрыск производился максимально быстро, что увеличит производительность. Медленно – чтобы не образовывался грат.
Низкая скорость впрыска приводит к тому, что материал быстро охлаждается и хуже заполняет форму (недолив), имеет место большое время заполнения формы, снижается производительность. Получаются более напряженные изделия, т.к. наблюдается более сильная ориентация у стенок и низкое качество поверхности (волнистость, эффект грампластинки, следы стыка потоков материала)
При средней скорости впрыска материал прогревается при прохождении литниковых каналов, уменьшается время впрыска, изделия получаются менее напряженными, т.к. выше температура расплава и больше время релаксации, но увеличивается время охлаждения.
При слишком высокой скорости возможно образованию грата (облоя), дизельный эффект (пригар) в зоне литника и в конце хода течения, потребность в завышении усилия смыкания пресс-формы (выше необходимого), увеличивается время охлаждения и снижается производительность.
В принципе, стремятся производить впрыск насколько возможно быстро.
Время впрыска зависит от изменения температуры и давления расплава в материальном цилиндре.
На осуществление впрыска необходимо израсходовать некоторую мощность:
где
– потери давления в сопле;
– объемная
скорость потока.
Если Δр будет достаточно высокой, то расплав в процессе впрыска будет прогреваться и за счет этого будет лучше заполнять форму.
Если Δр будет иметь очень высокое значение, то расплав будет сильно перегреваться и будет подвергаться деструкции, что нежелательно.
С момента выхода расплава из форсунки он начинает охлаждаться от стенок литниковых каналов и формы. Чем больше время впрыска, тем больше расплав охлаждается, и тем труднее он будет заполнять форму? Особенно в случае тонкостенных изделий. В этом случае, чтобы не допустить застывания расплава до момента полного заполнения формы, необходимо увеличивать температуру расплава и температуру формы, но это влечет за собой снижение производительности машины.
Следует помнить, что при медленном впрыске получаются напряженные изделия, поскольку в силу охлаждения расплава наблюдается увеличение вязкости у стенок формы, которое вызывает увеличение напряжения сдвига, а при этом увеличивается ориентация макромолекул, которые в форме не успевают отрелаксировать. Поэтому изделия могут иметь волнистую поверхность и на поверхности могут быть видны линии спаев. В крайнем случае при очень низких Q могут быть недоливы.
При высоких скоростях впрыска в определенных местах могут возникать подгары, также переливы (облой) и гидроудары.
При высоких скоростях впрыска и при низких температурах расплава напряжения сдвига будут настолько значительными, что возможны разрывы цепи полимера. Но с другой стороны возможно, что энергия сдвига будет расходоваться на нагрев материала. Тогда наблюдается снижение вязкости и разрыв молекулярных цепей в этом случае будет не столь значительным.
Следует учитывать, что скорость впрыска может также сказываться и на качестве внешней поверхности изделия.
Если скорость течения мала, то быстро образовавшийся у поверхности формы отвердевший слой не успевает равномерно перекрываться новым слоем свежего материала. Движение расплава у поверхности формы становится как бы волнообразным (рис. 5.17).
При течении материала в момент заполнения формы расплав движется, как бы растягивая фронтальную поверхность потока расплава, которая, касаясь поверхности формы, в дальнейшем становится неподвижной и образует при этом неподвижный охлаждающийся слой. Этот факт приводит к образованию ряби на поверхности изделия.
Рис. 5.17. Схема образования ряби на поверхности изделия:
1 – фронтальная поверхность, 2 – стенка формы,
3 – пристенный слой с повышенной вязкостью
Если скорость течения велика и скорость образования отвердевшего слоя мала, то у поверхности формы могут не образовываться складки, и при этом поверхность образуется однотонная, гладкая.
Помимо температуры и давления расплава в материальном цилиндре и интенсивности охлаждения отливки в форме, время впрыска также определяется массой отливки, формой изделия, сечением впускных каналов и текучестью термопласта.
Чем выше масса отливки, чем сложнее форма получаемого изделия, чем меньше сечение впускных каналов формы, тем больше должно быть время впрыска.
Чем выше текучесть термопласта, чем выше давление и температура расплава в материальном цилиндре машины, тем меньше будет время впрыска.
Из опыта литьевых цехов известно, что литьевые машины, которые имеют время впрыска от 1 до 3 секунд, обладают удовлетворительными техническими показателями.
Если учесть, что при заполнении формы в начальный период давление в ней мало и им можно пренебречь, то время впрыска может быть определено из следующей зависимости:
где
–
объем впрыскиваемого термопласта;
– кажущаяся
вязкость;
– потери давление в сопле;
–
коэффициент
геометрической формы.
Поскольку в литьевых машинах форсунки имеют круглое сечение, то:
где
–
диаметр сопла;
–
длина
калиброванной части.
Рабочий диапазон объемной скорости впрыска Q для конкретного изделия определяют экспериментально, отливая изделия при нескольких различных Q определяют максимальную Q, начиная с которой образуются пригары, переливы и другие виды брака. Определяют минимальную Q ниже которой начинают образовываться волнистая поверхность, спаи и другие виды брака.
Продолжительность технологического цикла
Продолжительность технологического цикла складывается из машинного времени - времени смыкания формы и времени на размыкание формы, и времени формования (технологического времени) - времени впрыска, выдержки под давлением, выдержки на охлаждение:
где
–
машинное время;
–
технологическое
время.
где
–
половина толщины изделия, м;
–
коэффициент
температуропроводности полимера,
м²/сек;
–
температура
в центре изделия, при которой возможно
извлечение этого изделия из формы, ºС;
–
температура
литья, ºС;
–
температура
формы, ºС.
Время цикла формования определяется временем пластикации материала, временем впрыска материала в форму и выдержки под давлением, временем охлаждения изделия в форме.
Время пластикации зависит от теплопроводности полимера и характеристик нагревательного цилиндра, скорости вращения шнека и его геометрии. На общее время цикла почти не влияет.
Время впрыска и выдержки под давлением зависит от температуры формы, температуры расплава, скорости впрыска и геометрии литниковых каналов.
Время охлаждения определяется температурой расплава, формы и объемом отливки. Вносит наибольший вклад в общее время цикла и составляет 60-80% от продолжительности технологического цикла.
6 Краткие выводы
В отдельных главах и разделах этой книги были даны подробные разъяснения по опти¬мизации процесса литья под давлением В качестве кратких выводов действуют ниже¬следующие основные правила В конкретном случае нужно внимательно прочесть все детали, описанные в подробных разъяснениях
Скорость впрыска
По возможности нужно производить впрыск быстро, те так быстро, как это позволяют геометрия литого изделия и материал Это же правило действует для впрыска ступенями (медленно - быстро - медленно).
Ограничение давления впрыска
Ограничение давления при впрыске должно быть осознанно установлено на 10 - 15% выше, чем получающееся по расчетам давление впрыска
Высота давления выдержки
Давление выдержки должно составлять 40 - 60% от получающегося по расчетам давле¬ния впрыска
Длительность выдержки под давлением
Требующееся время выдержки под давлением должно определяться из веса формуемо¬го изделия и режима давления внутри пресс-формы
Время охлаждения
Время охлаждения должно быть установлено настолько длительным, чтобы литое изде¬лие остыло до температуры беспроблемного извлечения из формы. Расчет времени ох¬лаждения учитывает толщину стенок изделия, теплопроводность и удельную теплоем¬кость расплава, а также температуру стенок пресс-формы.
Скорость вращения шнека
В принципе, скорость вращения шнека должна быть установлена настолько медленной, чтобы дозирование укладывалось во время охлаждения Обычно время пластикации должно быть на 10% короче, чем время охлаждения
Противодавление шнека
В принципе, противодавление должно быть задано всегда Для легкотекучих материа¬лов рекомендуется более низкое противодавление, чем для труднотекучих. Если вводит¬ся суперконцентрат красителя или пигментная паста (те концентрат красителя), должно быть задано более высокое противодавление.
Величина хода дозирования
Оптимальная величина хода дозирования находится в пределах 1,5- 2,5 диаметров (Д) шнека В зависимости от материала и времени цикла этот диапазон может также состав¬лять 0,5-4Д
Декомпрессия шнека
Ход декомпрессии шнека должен задаваться в зависимости от материала, скорости вра¬щения шнека, противодавления и хода дозирования и, как правило, составлять 5 - 10% отхода дозирования. Скорость декомпрессии нужно выбирать настолько малой, насколь¬ко позволяет время между концом дозирования и концом времени охлаждения
Остаточная подушка массы
В принципе, нужно практически всегда работать с остаточной подушкой массы
• для термически чувствительных материалов с меньшей подушкой, чем для нечувстви¬тельных,
• при больших диаметрах шнека с большей подушкой, чем при меньших диаметрах шнеков.
Точка переключения на выдержку под давлением
Нужно переключаться на выдержку под давлением как можно позже, оптимально - при объемном наполнении формы При неодинаково наполняемых многогнездных пресс- формах и асимметричном наполнении нужно переключаться несколько раньше (при¬мерно при 90 - 95% от объемного наполнения)
Вид переключения
Наиболее употребительным является переключение, зависящее от хода шнека, а наибо¬лее точным - переключение, зависящее от давления внутри пресс-формы
Температура фланца (зоны подачи материала)
Температура фланца должна соответствовать рекомендованной температуре сушки ма¬териала
Температура стенок пресс-формы
Чем выше выбирается температура стенок пресс-формы, тем лучше становятся внутрен¬ние свойства литого изделия и тем лучше качество поверхности. Чем ниже температура стенок пресс-формы, тем быстрее охлаждение и тем короче возможное время цикла. Итак, нужно искать компромисс между требования качества изделия и рентабельностью производства
Усилие смыкания
Усилие смыкания должно задаваться минимально на 10% выше, чем требующееся уси¬лие удержания. Усилие смыкания желательно определять через "дыхание" пресс-фор¬мы
Температура цилиндра
У большинства материалов температура цилиндра от фланца до головки должна уста¬навливаться возрастающей
Первое исключение - полиамид, у которого уже в зоне загрузки нужно выбирать такой же уровень температуры, как в головке
Второе исключение, независимо от материала, - применение барьерного шнека, у кото¬рого в зоне загрузки следует выбрать более высокие температуры, чем в головке
Контроль готовой продукции, обработка и хранение.
После получения готового изделия оно поступает на стадию контроля готовой продукции с помощью ленточный транспортера.
Использование транспортеров особенно эффективно при непрерывном производстве корпусных литьевых или выдувных изделий.
