Контрольные вопросы к лекции

1. Каково назначение мундштуков литьевой машины?

2. Какие разновидности мундштуков литьевых машин существуют?

3. Какова особенность конструкции мундштуков открытого типа (свободного истечения)?

4. Каковы особенности конструкции запирающихся мундштуков?

5. Какие разновидности клапанов запирающихся мундштуков существуют?

6. Какие требования предъявляются к работе механизма запирания формы литьевой машины?

7. Что представляет собой традиционный узел смыкания литьевой машины?

8. Какова функция литьевой формы в процессе получения полимерных изделий методом литья под давлением?

9. По каким основным признакам классифицируют формы для литья под давлением?

10. Каковы достоинства и недостатки холодноканальных форм литьевых машин?

11. Каковы особенности конструкции холодноканальных литьевых форм?

12. Что представляет собой литниковая система холодноканальной литниковой формы?

Лекция №23

Дефекты литьевых деталей из полимерных материалов и способы их устранения

Дефекты структуры деталей из полимерных материалов (ПМ), изготовленных литьем под давлением, не только нарушают декоративные свойства (прозрачных деталей), но и часто приводят к ухудшению механических характеристик ПМ.

К характерным внутренним дефектам литьевых деталей из ПМ (исключая несплошности) относятся струйность, холодные пробки, эффект грампластинки и холодные спаи.

На основании опыта, накопленного компанией Demag Plastics Group, приводятся наиболее вероятные причины возникновения подобных дефектов и способы их предупреждения.

Струйность (иначе - свободная струя) представляет собой дефект в виде застывшей струи расплава, отличающейся по цвету от остального материала.

Такой дефект образуется, когда фронт расплава формируется не на впускном литнике. Особенно часто это происходит, когда поток расплава, поступая в пресс-форму для толстостенной детали, непосредственно не вступает в контакт со стенкой пресс-формы или каким-либо препятствием. «Пролетая» сквозь литник, расплав остывает на относительно холодной оформляющей поверхности, а затем на него наслаивается следующий поток расплава, при этом между слоями не формируется однородной связи. Эти дефекты могут оказаться полностью или частично скрытыми внутри отформованной детали.

Помимо ясно различимых визуально поверхностных дефектов это явление также ведет к возникновениюостаточных напряжений в детали и также к ее короблению при охлаждении, что в целом отрицательно сказывается на ее качестве.

В большинстве случаев предотвратить появление струйности только путем изменения технологических параметров литья невозможно. Для этого необходимо тщательно продумать расположение и геометрическую форму литниковой системы.

Холодные пробки представляют собой частицы застывшего расплава вблизи центрального литника, которые могут быть, как видимы снаружи, так и скрыты внутри детали.

Этот дефект появляется, когда расплав остывает в сопле материального цилиндра или в центральном литнике из-за их недостаточной температуры. Поскольку первая порция расплава поступает в пресс-форму в области литника, то дефект образуется именно здесь. Способы предотвращения холодной пробки могут быть связаны как с оптимизацией температурного режима, так и с конструктивными мероприятиями (рис. 23.1).

Рис. 23.1 Плохо продуманный участок перехода от сопла к пресс-форме (слева) приводит к образованию холодной пробки. Увеличение площади обогрева сопла и соответственно повышение его температуры позволяет избежать этого дефекта, а конусность отверстия впрыска в сопле облегчает отрыв пробки (справа).

Бороздки (эффект грампластинки) представляют собой протяженные выступы на поверхности деталей, расположенные в направлении, поперечном направлению течения расплава ПМ в пресс-форме, и чаще всего - в конце пути потока расплава.

Первопричиной возникновения этого дефекта является низкая скорость впрыска и течения расплава, вследствие чего расплав слишком быстро застывает на поверхности формы и тормозит движение потока, фронт которого искажается (рис. 23.2). Образующиеся при этом бороздки, очень напоминающие мелкие бороздки граммофонной пластинки, уже не могут быть разглажены при выдержке под давлением. Предупреждению этого дефекта будут способствовать конструкторско-технологические мероприятия, направленные на увеличение текучести расплава ПМ и скорости его впрыска.

Рис. 23.2 Искажение фронта потока из-за слишком малой скорости впрыска может вызвать появление дефектов в виде бороздок на поверхности детали (эффект грампластинки).

Холодный спай представляет собой место встречи в пресс-форме двух подохлажденных потоков расплава ПМ (рис. 23.3), в результате чего это место в литьевой детали становится ослабленным. Холодный спай выглядит на поверхности литьевой детали как царапина или канавка. Расположение таких дефектов всегда соответствует направлению движения потоков расплава.

Рис. 23.3 Встреча двух потоков расплава ПМ позади оформляющих знаков приводит к образованию холодного спая - тем менее выраженного, чем ближе угол слияния потоков к 0°. Холодный спай заканчивается там, где на дальнейшем пути течения оба потока объединяются в один поток.

Эти дефекты появляются там, где происходит разделение и слияние потока расплава, например, при обтекании расплавом оформляющего знака в пресс-форме (рис. 23.3). При наличии в ПМ красителей на таких участках происходит изменение цвета из-за различий в направлениях ориентации расплава. Чем меньше угол, под которым происходит слияние фронтов отдельных частей потока, тем менее заметна будет линия холодного спая.

В большинстве случаев путем конструктивно-технологических мероприятий не удается полностью избежать появления холодных спаев, однако можно сделать эти дефекты менее бросающимися в глаза или «перенести» их в менее напряженное и (или) менее заметное место детали.

К характерным поверхностным дефектам литьевых деталей из ПМ относятся свили.

Поверхностные дефекты литьевых деталей из полимерных материалов (ПМ) в виде свилей сильно ухудшают декоративные свойства деталей, что приводит к их отбраковке и, соответственно, к экономическим потерям. Основными причинами происхождения свилей в деталях из ПМ, полученных литьем под давлением, являются повышенная влажность и термическая деструкция ПМ, неравномерное смешивание ПМ с красителем и присутствие коротковолокнистого наполнителя. Ниже, на основании опыта, накопленного компанией Demag Plastics Group, приводятся наиболее вероятные причины возникновения подобных дефектов и способы их предупреждения.

Свили из-за влаги (точнее - из-за повышенной влажности ПМ) выглядят как блестящие длинные полосы на поверхности литьевых деталей и характерны для достаточно влагоемких ПМ - полиамидов (ПА), АБС-пластика, полиметиилметакрилата (ПММА). САН-пластика (сополимера стирола и акрилонитрила), полибутилентерефталата (ПБТ). При плавлении недостаточно подсушенных ПМ в материальном цилиндре термопластавтоматов (ТПА) наблюдается образование пузырьков водяного пара, которые в процессе литья выходят на поверхность детали и лопаются, вызывая появление U-образных полос.

Зачастую трудно различить, какие свили на поверхности готовой детали вызваны присутствием влаги в расплаве, а какие - обугливанием. Для определения причины образования полос имеется простой тест. Расплав нужно впрыскивать сквозь литьевое сопло очень медленно. При этом появление пузырьков на поверхности жгута при медленном выдавливании расплава будет ясным указанием на присутствие воды в ПМ. Обычно в таком случае для того, чтобы избежать появления свилей, достаточно бывает соответствующей сушки гранул ПМ.

Свили от красителя в виде неравномерно окрашенных полос или плавных переходов от одного цвета к другому на поверхности литьевых деталей из ПМ возникают в результате неравномерного смешивания красителя с основным ПМ и/или термического разложения красителя. При этом причинами термической деструкции красителя могут быть не только повышенная температура расплава ПМ и/или длительное время его пребывания в ТПА, но и резкое повышение температуры в результате выделения тепла от внутреннего трения в расплаве при его быстром впрыске сквозь узкое сечение литниковых каналов литьевой формы. Полосы могут располагаться как вблизи, так и вдали от центрального литника, а иногда, причем очень отчетливо, проявляются после обтекания потоком расплава острых кромок. Кроме того, при подборе красителя необходимо убедиться в его физической и химической совместимости с основным полимером и другими компонентами ПМ.

Свили от пригаров на поверхности литьевых деталей являются следствием термической деструкции расплава ПМ и выглядят как серебристые или разной насыщенности коричневые полосы.

Коричневые полосы разной интенсивности окраски вызваны окислением или термическим разложением расплава, а серебристые полосы свидетельствуют о наличии повышенного внутреннего трения в расплаве ПМ в зонах шнека, затвора обратного потока, сопла материального цилиндра, литниковых каналов малого сечения или острых кромок оформляющей полости литьевой формы. Часто термическая деструкция ПМ происходит в том случае, когда ТПА в течение длительного времени простоял с нагретым материальным цилиндром.

Если полосы обнаруживаются только в районе центрального литника, то это, как правило, связано с тем, что в горячем распределительном литнике или в литьевом сопле не поддерживается оптимальный температурный режим.

Из-за термической деструкции расплава ПМ его текучесть может увеличиться настолько, что произойдет перелив деталей.

Свили от стекловолокон возникают в результате нарушения их равномерности распределения в расплаве ПМ. Поверхность стеклонаполненных литьевых деталей из ПМ может быть различной - от матовой или шероховатой до частично блестящей с металлическим отливом, особенно в местах холодных спаев, где происходит слияние потоков расплава, огибающих оформляющие знаки в пресс-форме.

Когда впрыск расплава со стекловолокном производится медленно, a темпеpaтypa пресс-формы невелика, и расплав быстро отвердевает на оформляющей поверхности пресс-формы, возможен выход стекловолокна на поверхность детали с ухудшением ее текстуры.

В месте объединения двух потоков расплава (холодный спай) ориентация волокон в направлении, перпендикулярном направлению течения, приводит к неравномерности структуры, появлению хорошо видимого шва и, кроме того, ухудшению прочностных характеристик детали. Это явление еще более отчетливо проявляется в тех случаях, когда режим подготовки расплава в материальном цилиндре ТПА не оптимален и не удается добиться равномерного распределения стекловолокон и расплаве ПМ, поэтому необходимо согласование всех технологических параметров.

Следует заметить, что и упорядоченная ориентация расплава ПМ может вызывать появление дефектов на поверхности деталей в виде полос, напоминающих стеклянные волокна

Кроме названных дефектов, распространены следующие виды брака литьевых изделий.

1. Недолив выражается в неполном оформлении изделия. Основной его причиной является недостаток материала, поступающего в литьевую форму (из-за низкой температуры формы или расплава и, следовательно, пониженной текучести расплава, а также по причине засорения литникового и разводящих каналов).

2. Перелив вызывает образование грата в месте смыкания формы. Он возникает при неправильной работе дозирующего устройства, перегреве расплава и литьевой формы, недостаточном усилии смыкания формы.

3. Стыковые швы — видна кривая линия спая отдельных потоков, механическая прочность резко снижена в месте спая. Основными причинами образования стыковых швов являются: сниженная температура расплава или формы, неудачная конструкция формы, приводящая к охлаждению отдельных потоков расплава до момента их слияния (вследствие чего не происходит полного сваривания), а также недостаточное удельное давление расплава.

4. Вздутия на поверхности и пузыри (пустоты) в массе изделия наблюдаются при повышенном содержании летучих, которые вспучивают мягкую поверхностную пленку при перегреве расплава, сопровождающимся частичной деструкцией и значительным газовыделением. Поверхность вздутия образуется также при недостаточном охлаждении изделия.

5. Усадочные раковины — значительные углубления на поверхности изделий — возникают вследствие повышенной усадки при перегреве массы и недостаточном поступлении расплава (снижено удельное давление расплава или мало сечение впускных каналов). Иногда поверхностные раковины появляются при неравномерном распределении температуры в форме и при дефектах в ее вентиляции.

6. Коробление готовых изделий возникает из-за значительных напряжений внутри изделия, обусловленных большой разностью температур в отдельных частях формы, а также при недостаточной выдержке изделия в литьевой форме, отчего оно извлекается недостаточно жестким.

7. Трещины образуются вследствие значительных остаточных напряжений в изделии, а также при его прилипании к стенкам формы.

8. Риски, царапины, сколы на поверхности изделий возникают при неисправном состоянии оформляющей поверхности формы и неаккуратном обращении с готовыми изделиями.

9. «Мороз» — узоры, напоминающие зимнюю разрисовку оконных стекол. Основная причина их появления — попадание влаги в форму при недостаточной сушке гранулята и дефектов в вентиляции формы.

10. Расслоение наступает при повышенном содержании влаги в литьевом материале и при наличии отвердевших литников, не совмещающихся с основным материалом. Если отслоение выражено в виде очень мелких блесток, его называют серебристостью.

11. Разнотонность — неодинаковая поверхностная окраска изделия — объясняется недостаточно одинаковым окрашиванием или разложением красителя из-за его термической нестойкости или перегрева расплава.

12. Размерный брак — отклонение от номинальных размеров, превышающее установленный допуск; наблюдается при чрезмерной усадке или неудачной конструкции литьевой формы.

Таким образом, основными мерами предупреждения брака являются:

• исправное состояние оборудования;

• соблюдение технологического режима;

• стандартность сырья.

Перечень возможных дефектов литьевых изделий и способы их устранений дополняют сведения, приведенные в таблице 23.1.

Таблица 23.1 Возможные дефекты литьевых изделий и способы их устранения

Дефект Причина дефекта Способ устранения

Полосы и продолговатые Влажность материала Подсушка сырья

пузыри на поверхности

изделия

Матовые пятна на повер- Перегрев расплава Понижение температуры распла-

хности изделия ва; полирование литниковых ка-

налов

Темные полосы на по- Местный перегрев материала; на- Понижение температуры распла- верхности изделия личие мертвых зон в цилиндре и ва; ликвидация мертвых зон

сопле

Темные разводы и воз- Своевременно не удален попав- Повышение давления пластика- душные пузыри ший в цилиндр воздух ции

Пустоты в изделии Сильный нагрев (в результате сжа- Улучшение условий выхода воз-

тия) воздуха, попавшего в форму духа из полости формы; умень- шение скорости впрыска и сни-

жение температуры материала

Местный пережог детали Сильный разогрев попавшего Тоже

в форму воздуха, сжатие его и,

как следствие, пережог материала

Загрязнение изделия Попадание в материал посторон- Контроль за чистотой материала,

них частиц или наличие задиров поступающего в бункер; проверка

на поверхности цилиндра, порш- поверхностей, соприкасающихся

ня или червяка с материалом

Пленка или пятна на по- Соприкосновение расплава с мае- Проверка чистоты инжекционно- верхности изделия лом, чрезмерная смазка формы го цилиндра; очистка формы,

уменьшение смазки

Волнистая поверхность Охлаждение расплава в процессе Повышение температуры мате- удаленной от литника течения риала и скорости впрыска

части изделия

Линии на поверхности Нарушение течения материала, Проверка режима заполнения

детали неравномерное заполнение фор- формы; при необходимости — из-

мы менение размеров литников и их

расположения

Пузыри в виде белых Высокая температура цилиндра и Снижение температуры цилинд-

включений низкое давление литья, недоста- ра, повышение давления литья и

точное время выдержки материа- времени выдержки под давлени-

ла в форме под давлением ем, увеличение размеров литни-

ков или литниковых каналов

для снижения потерь давления

Швы и складки около Излишне быстрое охлаждение Повышение температуры формы литника расплава на участке вблизи лит- вокруг литника, увеличение раз-

ника меров литниковых каналов

Сварные швы Чрезмерное охлаждение распла- Повышение температуры формы и

ва при заполнении формы материала, скорости впрыска, дав-

ления литья, изменение расположения

литника (для изменения направления

течения расплава)

Отслаивание наружного Включение посторонних материа- Очистка цилиндра и сопла от по- слоя детали лов. Избыточное значение разно- сторонних материалов

сти температур расплава и формы ,

Грат на изделии Недостаточное усилие запирания Увеличение усилия запирания

формы, нарушение параллельно- формы или снижение скорости

соприкасающихся поверхно- впрыска и давления формования; проверка

стей форм правильности затяжки

колонн при образовании грата с

одной стороны изделия; умень-

шение загружаемой порции мате­

Продолжение таблицы 23.1

_л

риала; проверка параллельности соприкасающихся поверхностей формы; уменьшение вторичного . давления формования

Затруднения при съеме Неправильный режим литья, не- Уменьшение давления литья, уве-

изделий, деформация из- правильная конструкция формы личение конусности стенок фор-

делий при съеме мы или сердечников, полирова-

ние поверхности формы, обеспе-

чение воздушных зазоров, сталкн-

вание изделий воздухом (во избе-

жание образования вакуума)