Периоды формования

Процесс формования состоит из трех периодов (рис. 4.29):

Рис. 4.29. Диаграмма изменения давления P и температуры T в литьевой форме: τ з – период заполнения формы, τ н – период нарастания давления, τ сп – период спада давления, τ впд – время выдержки под давлением, τ вбд – время выдержки без давления; т. А – заполнения форы, т. С – гидроудара, т. D – максимального давления, т. Е – окончание выдержки под давлением.

- периода впрыска расплава и заполнение оформляющей полости литьевой формы (τ _з) –точка А;

- периода нарастания давления (τ _н ) и уплотнения материала за счет втекания новых порций расплава под давлением. Точка D – точка максимального давления. В данный момент за счет термической усадки при охлаждении давление уравновешивается притоком новых порций материала.

- периода спада давления (τ _сп ) – это период интенсивного охлаждения и усадки материала. Характеризуется уменьшением давления в форме и увеличением перепада давления по ее длине. В этот период входит и время выдержки без давления (τ _вбд).

Время выдержки под давлением (τ _впд); состоит из периода нарастания давления и части периода спада давления. В точке Е литник “перемерзает” (стеклование материала в литниковом канале) и приток новых порций материала прекращается. Давление литья отключается и давление в детали резко падает. В точке К форма раскрывается, происходит съем изделия из формы.

Технологические параметры впрыска:

- температура расплава на входе в форму;

- скорость заполнения и время полного заполнения формы.

Эти параметры сильно зависят от конфигурации, размеров и формы литникового канала. Изменение параметров впрыска возможно путем регулирования температуры формы, давления в гидроцилиндре впрыска и скорости осевого перемещения шнека (времени впрыска).

Процесс заполнения полости литьевой формы расплавом термопласта сопровождается его охлаждением при соприкосновении с внутренней оформляющей поверхностью формы, т.к. температура расплава выше, чем температура стенок формы. На стенках формы образуется пристенный слой с толщиной стенки δ из высоковязкого неподвижного материала (рис. 4.30). Внутри этого канала течет расплав. По мере заполнения толщина пристенного слоя в ранее заполненной части формы постепенно возрастает.

Рис. 4.30. Схема формирования пристенного слоя при заполнении формы расплавом:

1 – сопло; 2 – литниковая втулка; 3 – форма; 4 – пристенный слой полимера;

5 – фронт течения расплава

Характер движения расплава по формующей полости связан с конструкцией формы. Так при литье плоских изделий с постоянной толщиной через литник, лежащий в плоскости формы, заполнение идет последовательным движением расплава по уровням, равноудаленным от литника с влиянием стенок на распределение скоростей в потоке (рис. 4.31).

Процесс заполнения формующей полости литьевой формы расплавом термопласта возможен в двух режимах.

Первый режим. Если сечение литникового канала равно толщине изделия, то при заполнении формы поток перемещается последовательным растягиванием пристенной пленки и продвижением новых порций вдоль неподвижных слоев уже застывшего полимера на стенке формы (фронтальный

Рис. 4.31. Схема перемещения фронта потока при заполнении формы типа “диск”

режим) (рис. 4.32). Скорость частиц в центре (точка К) потока полимерного материала выше, чем скорость фронта. Частицы материала входят в форму с большей скоростью, чем движется фронт потока. При приближении к фронту потока скорость частиц, движущихся параллельно общему направлению течения, постепенно снижается, а при достижении фронта становится, равной его скорости. Частица смещается по линии к стенке формы; соприкасаясь с ней, затормаживается и некоторое время скользит вдоль стенки, увлекаемая движением вышележащих слоев. Этот эффект приводит к ориентации пристенного слоя в направлении заполнения формы расплавом. Продвижение фронта потока по форме сопровождается нарастанием давления на тех участках формы, которые поток прошел, что приводит разглаживанию волн, образовавшихся на поверхности.

Рис. 4.32. Схема движения фронта расплава при заполнении формы

Второй режим. Если толщина впуска литникового канала намного меньше толщины стенки изделия (точечные впуски), то процесс заполнения идет с высокой скоростью; расплав полимера поступает в полость формы в виде отдельной струи, которая хаотически пульсируя, продвигается вперед (струйный режим) (рис. 4.33). Струйное заполнение формы отражается на качестве поверхности изделия и на его свойствах: плохая свариваемость струи с последующим потоком расплава приводит к образованию поверхностных дефектов и не прочных мест в изделии. Струйный эффект снижается при увеличении температуры расплава или формы.

Рис. 4.33. Стадии заполнения формы при струйном режиме: а – укладка струи в полости формы; б – уплотнение отрезков струи в полости формы

Технологические параметры выдержки под давлением:

- давление в литьевой форме;

- время выдержки под давлением.

Давление в форме – это регулируемый параметр. На давление в форме оказывает влияние такой регулируемый параметр, как давление в гидроцилиндре. Соответствующее ему давление расплава в инжекционном цилиндре перед шнеком называют давлением подпитки (давление дожатия).

Время выдержки без давления зависит от толщины стенки изделия, его формы, от температуры литьевой формы, т.е. от скорости охлаждения изделия.

Кроме этих регулируемых технологических параметров качество отливок зависит от конструкции машины, свойств материала (вязкость в интервале температур переработки, термостабильность и др.). Взаимосвязь параметров формования приведена в таблице 4.2. Режимы литья под давлением наиболее распространенных типов термопластов приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.2 - Взаимосвязь регулируемых параметров литья под давлением термопластов

Таблица 4.3 - Технологические режимы подготовки сырья и переработки термопластов методом литья под давлением, термообработки изделий из них

Жирный шрифт – вакуумная сушка

На представленных технологических диаграммах (рис. 4.34) даютсятемпературные профили формования при литье под давлением распространенных термопластов от бункера до литьевой формы, зависимость усадки изделия У, % от давления инжекции Р_инж и скорости движения шнека при впрыске расплава в форму V_н, мм/с. Также в диаграммах приводятся графики рекомендуемых соотношений между толщиной стенки изделия δ, длиной литниковых каналов L и усадкой У, %.

ПЭНП (рис. 4.34а) перерабатывается легко, при охлаждении способен к кристаллизации с изменением твердости, чувствителен к равномерности распределения температуры в форме. Место входа охлаждающей воды в форму следует располагать рядом с литниковыми каналами, а ее отвод – как можно дальше. Заполнение формы быстрое, поэтому необходима ее эффективная вентиляция.	ПЭВП (рис. 4.34б) – по сравнению с ПЭНП имеет большую степень кристалличности и менее текуч в расплаве, но позволяет получать изделия с меньшей толщиной стенки при более высокой жесткости.
ПП (рис. 4.34в) – кристалличность до 60 %, температура переработки для некоторых марок до 280 0С, инжекционное давление до 140 МПа. Вязкость расплава в большей степени зависит от скорости сдвига, чем от температуры. С повышением давления ПТР растет; охлаждается в форме быстро. Процесс ведут при высоких температурах цилиндра и низком давлении.	ПС (рис. 4.34г) – легколетуч в расплаве, позволяет получать тонкостенные жесткие изделия, чувствителен к перегреву.
УПС (рис. 4.34д) отличается от ПС несколько меньшей текучестью и большой усадкой.	АБС-пластик (рис. 4.34е) относится к конструкционным маркам, имеет большую вязкость в расплаве, труднее перерабатывается в тонкостенные изделия.
ПММА (рис. 4.34ж) имеет невысокую термостабильность, чувствителен к перегреву, требует подсушки и тщательного контроля температуры. При впрыске расплава в холодную форму возможно образование пузырей; переходы в форме должны быть плавными, а их число минимальным.	ПВХ (рис. 4.34з) перерабатывается без особых затруднений, но весьма чувствителен к соблюдению температурного режима и особенно перегреву. Вязко-текучее состояние нестабильно, может сопровождаться автокаталитической деструкцией с изменением цвета от слоновой кости до темно-вишневого. Длительность пластикации должна быть минимальной.
ПА (рис. 4.34и, рис. 4.34к) – кристаллические, гигроскопичные термопласты с высокой текучестью расплава. При плавлении объем возрастает до 15%. Термостабильность невысокая, поэтому длительность пластикации ограничена. При перегреве в расплаве образуются пузыри. Требует обязательной тщательной сушки. Желателен предварительный подогрев. Давление литья до 100 МПа. При литье наполненных ПА возможна ориентация частиц измельченного волокна. Желателен отжиг изделий.
ПК (рис. 4.34л) – относится к теплостойким полимерам, характерна высокая вязкость расплава, термостабилен. Вязкость в основном зависит от температуры. Температура формы до 100 0С. Гигроскопичен, требует длительной сушки и предварительного подогрева, в том числе и бункере ЛМ.	ПОМ(рис. 4.34м)
ПЭТФ(рис. 4.34н)	ПТБФ(рис. 4.34о)
ПОМ, ПЭТФ, ПТБФ, (рис. 4.34м, рис. 4.34н, рис. 4.34о) относятся к полимерам с повышенной термостойкостью. Требуют тщательной сушки до содержания влаги < 0, 01%. Термостабильны. Вязкость расплавов средняя и низкая с увеличением температуры снижается. Тонкостенность изделий нередко достигается последующим раздувом (ПЭТ-бутылки).

Параметры технологических режимов уточняются в каждом отдельном случае экспериментально в зависимости от материала, конструкции формы, габаритных размеров и конфигурации изготовляемых изделий. При отработке технологических режимов опытным путем устанавливают зависимости между различными факторами, определяющий процесс литья, например текучестью материала, температурой и давлением литья, длительностью цикла и другими факторами, указанным в табл. 4.2. Обычно, отработку режимов проводят на трех партиях сырья с различной текучестью. Рекомендуется начинать отработку режимов с определения интервала температур расплава и интервала давления литья. При нижних пределах этих параметрах на отливке будут появляться недоливы, а верхних пределах – переливы или признаки перегрева массы: пузыри, потемнения. В пределах полученных интервалов температур, давлений и длительности циклов. На основе опытных данных на каждое изделие составляется технологическая карта. При работе на литьевой машине необходимо строго соблюдать установленный режим, варьировать значения параметров процесса только в установленных пределах в соответствии с технологической картой. Работу машины следует поддерживать в определенном ритме. Изменение ритма вызывает нарушения режима. Поэтому при регулировании работы машины нельзя быстро менять параметры процесса, а, изменив тот или иной параметр, необходимо дать машине возможность войти в ритм. Лишь после этого можно приступить к изменению следующего параметра. Автоматический режим работы литьевой машины позволяет стабильно выдерживать установленные параметры литья. Литьевые машины с управляющим вычислительным комплексом самонастраиваются автоматически при изменении свойств материала, конструкции изделия и формы.

На современных литьевых машинах с управляющим вычислительным комплексом возможна организация режимов формования, влияющих на качество изделий. К таким режимам относятся: режим литья со сбросом давления и с регулируемой скоростью впрыска.

Для стабилизации размеров и снятия внутренних напряжений, образующихся при изготовлении изделий, целесообразно применять термообработку не позднее, чем через 24 ч после изготовления при режимах, указанных в табл. 4.3.