Теоретическая подготовка. Давление, действующее на материал в форме, оказывает влияние на качество готового изделия, повышая плотность отливки и снижая величину усадки изделия

Давление, действующее на материал в форме, оказывает влияние на качество готового изделия, повышая плотность отливки и снижая величину усадки изделия. В формующей полости величина давления на материал непостоянна и снижается от входа в форму (от впускного литника) к задней стенке, т.т. зависит от конфигурации и размеров изготовляемого изделия.

На передачу в форму давления влияет расстояние от впуска до стенки и периметр сечения оформляющей поверхности (или изделия) перпендикулярного направлению течения расплава:

где – давление в форме в любой точке х, МПа; – давление материала у впуска в форму, МПа; К – коэффициент, зависящий от геометрических размеров формы и вязкости расплава; х – расстояние точки замера давления от выпуска, м; П – периметр поперечного сечения изделия, м; – температура впрыскиваемого расплава, .

Рис. 1. Схема многогнездной формы: 1 – неподвижная часть формы; 2 – тяга; 3 – матрица; 4 – центральный стержень; 5 – изделие; 6 – подвижная часть формы; 7 – плита съема изделий.

Для определения среднего удельного давления в форме, по которому можно найти усилие, действующее в направлении размыкания формы, предлагается зависимость

Среднее давление в форме можно также определить по формуле:

Здесь К – коэффициент, зависящий от длины изделия и перерабатываемого материала; - давление расплава на впуске в форму.

Для очень больших деталей (радиус 20см) из полистирола ; радиус детали ; радиус ; радиус . Для деталей из других менее вязких материалов значение К увеличивается (но не может быть больше 1) на , а для более вязких уменьшается на .

Среднее давление в форме может быть также рассчитано из уравнения состояния:

где – оптимальный удельный объем расплава в форме, :

– объем формы при Т_ф, м³; – масса изделия, полученного при оптимальных технологических режимах, кг; – см. табл. «Константы уравнения состояния»(практическая работа №9)

Общие потери давления (в МПа) после сопла, т.е. сопротивление течению в каналах формы. Складываются из потерь давления на отдельных участках:

где , , , – потери давления, соответственно, в центральном, разводящем, впускных литниковых каналах и в формующей полости.

Таблица

«Диапазоны величин удельного давления для различных литьевых машин»

Потери давления (в МПа) в центральном литнике:

Здесь – длина центрального литника, м; – средний радиус литника, м; – напряжение сдвига на стенке литникового канала (в МПа), которое определяется по кривой течения для расплава перерабатываемого материала при температуре литья и скорости сдвига 𝛾 (в с^-1)

где Q – объемный расход (объемная скорость течения), :

– объем впрыскиваемого материала, м³; – время впрыска, с.

Потери давления (в МПа) в разводящем литниковом канале определяют аналогично:

где – эквивалентный радиус для некруглых каналов, м:

– площадь поперечного сечения канала, м²; П – периметр, м:

n – число гнезд (или число ответвлений).

Потери давления (в МПа) во впускном канале:

где – удельное усилие сдвига по периметру впуска, ;

где , – длина периметра и площадь поперечного сечения впуска (принимаются по предварительно принятым размерам).

Снижение потерь давления в литниковой системе осуществляется путем изменения их длины или диаметра. Эффект снижения потерь давления может быть достигнута также путем повышения температуры расплава. Центральный литниковый канал выполняют обычно в виде усеченного конуса с углом для удобства извлечения литника из канала. Поэтому

Рис. 2. Схема простой (а) и разветвленной (б) литниковых систем:

1 – центральный литниковый канал; 2 – впускной литниковый канал; 3 – распределительный литниковый канал; 4 – гнездо формы; индексом А обозначен литник (л)

Обычно глубина разводящих каналов должна быть больше толщины стенки изделия :

Это позволит материалу в литнике охлаждаться меньше, чем в изделии, что обеспечит возможность дополнительной подачи материала в форму (подпитка) во время охлаждения изделия и, следовательно, уменьшит усадку изделия.

Поперечное сечение подводящих каналов выполняют обычно в виде трапеции с углом наклона боковых сторон и шириной . Средний радиус центрального литника должен быть примерно таким, чтобы площадь поперечного сечения центрального литника равнялась площади поперечного сечения разводящих каналов (рис. 2)

Если литник будет толстым, то расплав в нем долго не будет застывать, в форме будет сохраняться высокое давление за счет подпитки расплавом. Соответственно, время цикла будет удлиняться. Наоборот, тонкий литник быстро застывает, подпитка формы расплавом будет недостаточна, уменьшится масса изделия, увеличивается его усадка.

Размеры поперечного сечения литниковых каналов рассчитывают следующим образом:

1. для канала цилиндрической формы

2. для канала прямоугольной двухместной формы при

3. для канала прямоугольной одноместной формы при

где для аморфных полимеров

для кристаллизующихся полимеров:

При и угле трапеции при расчете размеров центрального литника в простой литниковой системе и выпускных литниках в разветвленной литниковой системе; ; при расчете размеров центрального литника и распределительных каналов (при наличии впусков) в разветвленной системе; температура стеклования или плавления полимеров; коэффициент.

Длина трапециевидного впускного канала ; длина цилиндрического впускного канала .