Литье под давлением термопластов

1. 5.3 ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ТЕРМОПЛАСТОВ

1

2.

Литье под давлением – метод формования изделий
из полимерных материалов, заключающийся в нагревании
материала до вязкотекучего состояния и передавливании
его в закрытую форму, где материал приобретает
конфигурацию внутренней полости формы и переходит в
твердое состояние.
Оборудование: плунжерные и червячные
литьевые машины
2

3.

3

4. Основные стадии процесса литья под давлением

:
Получение сырья
Растаривание и хранение
Входной контроль сырья
Подготовка сырья к переработке
Стадия формования
Промежуточный контроль качества изделий
Обработка отформованных изделий
(термическая, механическая)
Контроль готовой продукции
Упаковка продукции
Хранение продукции
4

5. Технологическая схема производства литьевых изделий

5

6.

Литьевая машина (ТПА)
6

7.

СХЕМА ПЛАСТИКАЦИОННОГО ЦИЛИНДРА
7

8.

СХЕМА ЛИТЬЕВОЙ ФОРМЫ
1 – подвижная полуформа; 2 – толкатель; 3 – выталкивающая плита;
4 – выталкиватели; 5 – каналы термостатирования формы; 6 – литниковая
втулка; 7 – центральный литник; 8 – центрирующая втулка; 9 – центрирующая
колонка; 10 – неподвижная полуформа; 11 – сопло литьевой машины;
12 – разводящий литник; 13 – впускной литник; 14 – формообразующая
8
полость

9. Технологические параметры литья под давлением:

• Основание для выбора параметров теплофизические и вязкостные свойства
полимерного материала
• Температурные: Тл (Т1, Т2….), Тф
• Силовые: Рл, Рф, Рпл, Fсм
• Временные:
tвпр, tвпд, tохл, tпл, t цикл, t маш
• Скоростные: Qвпр, Nшн
• Объемные:
V впр

10. ВЫБОР МАРКИ МАТЕРИАЛА

10

11. Уровни вязкости базовых марок полимеров (Па*с)

η1
η2
Самая
низковязкая
101
Очень
низковязкая
η3
η4
Низковязкая
Средневязкая
η5
Высоковязкая
101-102
102 - 103
103-5*103
5 *103 -104
ПТР2
ПТР 3
ПТР 4
ПТР 5
Волокна
η6
Очень
высоковязкая
Самая
высоковязкая
104 -5*104
5*104 106
ПТР 6
Выдувное фор
мование
Покры
тия
η7
Прессование
Каландрование
Литье под давлением
Экструзия
11

12. ВХОДНОЙ КОНТРОЛЬ СЫРЬЯ

Показатели вязкости расплава
Вязкость ньютоновская, вязкость эффективная
и ПТР
12

13. ПОКАЗАТЕЛЬ ТЕКУЧЕСТИ РАСПЛАВА (ПТР)

ПТР =
М 600
t
[г/ 10 мин],
ПТР = f (1/ η)
Корректировка технологических параметров литья по ПТР
ПТР
Вязкость
Формуемость
Рекомендации
Низкий
Высокая
Текучесть
понижена
Повышать температуру
и давление литья
Высокий
Низкая
Текучесть
повышена
Понижать температуру и
давление литья
13

14.

Зависимость ПТР полимеров от содержания влаги
14

15. Корректировка технологических параметров по термостабильности расплава

Показатель
стабильности
Термостабиль
ность
Рекомендации по
технологическим режимам
К
Более 30 мин
Хорошая
При необходимости можно
повышать Тл, Nшн, Рпл,
Qвпр, Тсушки, время сушки
20 - 30 мин
Удовлетворительная
Применяют средние Тл, Nшн,
Рпл, Qвпр, Тсушки
Менее 20 мин
Низкая
Понижают Тл, Nшн, Рпл,
Qвпр, Тсушки,
15

16.

• Подготовка полимера к переработке
• Определяют влажность В, с которой полимер
поступил на переработку и сравнивают с
• допустимой влажностью материала перед
переработкой В, %
Температура сушки, Тс, оС
Продолжительность сушки, tc ( час)
Допустимое время пребывания сухого
материала вне герметичной тары, t увл (час)
16

17.

СТАДИИ ЦИКЛА ФОРМОВАНИЯ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
1. Смыкание литьевой формы
(t см);
2. Набор дозы материала,
нагрев и пластикация (t пл);
3. Впрыск расплава материала
в форму (t впр);
4. Уплотнение расплава
материала (t упл);
5. Выдержка под давлением
(t выд);
6.Охлаждение без давления
(t охл б.д. ≡ t пл);
7. Раскрытие формы (t разм);
8. Извлечение изделия из формы
(t извл. изд. ≡ t паузы)
17

18. Общая продолжительность цикла

• tц (с) = tохл + tмаш + tпауз
• tц определяет производительность
• tохл
• tохл
составляет до 80% от tц
можно рассчитать по формуле:
где h; - половина толщины изделия, м;
α - коэффициент температуропроводности полимера, м2/с
Ти- температура в центре изделия, в момент извлечения
Тм и Тф- температура материала (литья) и формы,
18

19.

ЗАГРУЗКА СЫРЬЯ В ПЛАСТИКАЦИОННЫЙ ЦИЛИНДР
Гранулы или порошок: Гранулы + ,
порошок -
0,3 h1 ≥Ф ≤ 0,85 h1 - хорошо
Ктр о шнек < Ктр о цилиндр
19

20.

СТАДИЯ ПЛАСТИКАЦИИ
20

21.

СТАДИЯ ПЛАСТИКАЦИИ
tпл = tохл – tвпд
Qпл = m отл /tпл
[г/с]
Qпл = Vотл /tпл
[cм3/с]
21

22.

22

23.

23

24.

24

25. ТЕМПЕРАТУРА РАСПЛАВА Тр (или Тм)

Для аморфных полимеров:
• Тмин = Т тек + (15-20) оС
• Тмакс = Т дестр – (15-20) оС
(Для ПС 195 оС)
(Для ПС 240 оС)
• Для кристаллических полимеров:
• Тмин = Т пл + (15-20) оС
(Для ПА-6 230 оС)
• Тмакс = Т дестр – (15-20) оС (Для ПС 280 оС)
25

26.

26

27.

27

28.

28

29.

29

30.

30

31.

СТАДИЯ ЗАПОЛНЕНИЯ ФОРМЫ: Впрыск расплава + Заполнение
формующей полости
Технологические параметры впрыска
Объем дозы расплава (Vвпр), см3 или вес дозы расплава, г
Объемная скорость впрыска(Q), см3/с
Вес отливки G (в г) определяют по формуле:
Gотл = ρ23 С *Vизд23 С * n = ρТр * VиздТр *n
Вес отливки G и ход шнека Н связаны прямо пропорциональной
зависимостью: G *К = Н*Sш * ρТр ,
где К = 1,2 - 1,25, а Sш - площадь сечения наконечника шнека.
Ход шнека : Н = ( G К / (Sш * ρТр) ,
Ход шнека должен быть таким, чтобы после впрыска оставалась
«подушка» = 3 - 5% подготовленного объема расплава
Температура формы (Тф), о С
Давление литья (Рл), бар или МПа
Давление в формующей полости (Рф), бар или МПа
31

32.

Тф должна быть ниже, чем Тформоустойчивости
материала изделия ( по зависимости Е = f (T))
Для аморфных - Тф ниже, чем Тст. ≈ на (30 – 40) ОС;
Для кристаллических – Тф из условия:
макс. скор кр ≈ ½ (Тр + Тф)
32

33.

33

34.

34

35.

ДИАГРАММА «ДАВЛЕНИЕ В ФОРМЕ – ВРЕМЯ»
35

36.

СХЕМЫ ДВИЖЕНИЯ РАСПЛАВА ПРИ ЗАПОЛНЕНИИ ФОРМЫ
36

37.

37

38.

38

39.

39

40.

Давление литья Рл ≥ (Σ∆ Рл.с. + ∆ Рф) + Рф
Рф давление в форме на стадии выдержки, определяет
плотность полимера в изделии, бар или МПа
Давление литья Рл = f (вязкостных свойств
полимера, конфигурации и размеров изделия)
40

41.

41

42. Ориентация в аморфных полимерах

Зависимость характерных времен релаксации θ (1,2), высокоэластической
деформации γ (3,4) и тепловой усадки ∆ (5,6) образцов ПК от скорости
сдвига при 250 ( ) и 280оС (- - -)
42

43.

СТАДИЯ ВЫДЕРЖКИ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Технологические параметры стадии выдержки под давлением
Время выдержки под давлением (tвпд ), с
Давление выдержки (Рф), бар или МПа
На стадии выдержки – подпитка формующей полости расплавом для
компенсации уменьшения объема в результате охлаждения и
обеспечения заданной плотности изделия
P V RТ / М
1,22
1,20
1,18
Vt(p) (cm3/g)
1,16
1,14
охл 2
1,12
1
нагр
hкр
Рф = [RTp / M (V – ω)] - π
1,10
1,08
1,06
1,04
1,02
0
50
100 Т кр нач 150
Ткр кон Тпл нач
Тпл кон
T (°C)
200
250
43

44. Давление формования (давление выдержки)

Режим формования со сбросом
давления
44

45. Время выдержки под давлением tвпд Для аморфных полимеров tвпд = (Ar2 / α) {В – ln [(Tр – Тф)/ (Tтек – Тф)] Для кристаллизующихся полимеров tвпд = (Ar2 / α)

{В – ln [(Tр – Тф)/ (Tкр – Тф)]
45

46. ОХЛАЖДЕНИЕ РАСПЛАВА В ФОРМЕ

• Технологические параметры стадии охлаждения
• Температура формы (Тф), оС
• Время охлаждения (до 80 % от всего цикла):
t охл = А δ2/а [В – ln ((Ти – Тф)/ (Тр – Тф)]
t охл = t охл. под давл. + t охл б. д. = tвыд. + t охл б. д.
Производительность литьевой
машины:
Q = 3600/tцикла [шт / час]
Q = 3600*m изд./tцикла [кг/час]
46

47.

47

48.

Структура отливок из кристаллических полимеров
48