туннельные литники литьевых пресс форм
Новости
Литниковые каналы в пресс-формах. Классификация.
Хорошо спроектированная литниковая система является основным фактором получения качественной отливки. Она позволяет добиться нужной температуры и давления впрыска пластика, обеспечить равномерность заполнения полости формы и отсутствие следов течения расплава.
Конструирование пресс-формы всегда начинается с определения оптимальных точек впрыска расплава и выбора типа используемых литниковых каналов. Дело в том, что в месте расположения литника, подающего расплавленный материал в полость формы, после извлечения детали из формы всегда остаётся след. В холодноканальных пресс-формах это след механического отделения литника (отрыва, слома, откусывания или фрезеровки) и его наличие на лицевой поверхности изделия чаще всего недопустимо. Поскольку в термопластавтоматах толкающая и питающая системы расположены с противоположных сторон, подача расплава обычно происходит именно с лицевой стороны отливаемой детали.
Конструктор должен определить одно или несколько мест впрыска, которые с одной стороны обеспечат правильное заполнение полости формы материалом, а с другой – максимально скроют след от питающей «пуповины». К каждой точке впрыска подводится литниковый канал, форма и размер которого расчитываются исходя из параметров конкретной отливаемой детали. При всем многообразии вариантов оформления литниковых каналов, можно выделить пять видов типовых решений:
В таком, самом простом решении, расплав подается непосредственно в полость формы изделия. После извлечения детали довольно массивный центральный литник отделяется механическим способом, оставляя значительный след в самом центре наружной поверхности изделия. Несомненным плюсом прямого канала являются его простота и хорошая заполняемость полости изделия материалом.
Разводящий канал подает расплав сразу в несколько точек полости формы, позволяя отливать несколько изделий в одной пресс-форме. При таком решении питающий литник, как и в случае прямого канала, требует механического отделения после извлечения из формы, однако его размер значительно меньше, и след от его удалнения минимален. В зависимости от конфигурации изделия, выбирается одна из следующих конструкций литника:
Боковой литник (side gate)
Довольно простая конструкция, обеспечивающая хорошее заполнение полости формы расплавом. После отделения, остается небольшой след на боковой поверхности изделия.
Нижний литник (under gate)
Отличается от бокового только тем, что часть литникового канала расположена на плите пуансона и след от литника остается на нижней кромке изделия.
Смещенный литник (tab gate)
След от такого литника такой же, как и при боковом литнике, однако материал, прежде чем попасть в полость формы, должен заполнить небольшую зону смещения, что снижает его скорость, и вызывает дополнительную турбулентность потока. В результате уменьшаются следы течения расплава около места впрыска.
Пленочный литник (film gate)
Используется для изделий плоской формы, после отделения литника остается едва заметный тонкий след.
Веерный литник (fan gate)
Промежуточное решение для плоских деталей между боковым и пленочным литником. Легко отламывается, оставляя тонкий след. Протяженность линии несколько меньше, чем у пленочного.
Дисковый литник (disc gate)
Используется в цилиндрических изделиях для обеспечения равномерного заполнения полости формы и уменьшения следов течения материала. После отделения остается кольцевидный след на внутренней поверхности цилиндрического изделия.
Данное решение позволяет добиться автоматического отделения литника при раскрытии пресс-формы. След от литника небольшой, расположен на внешней поверхности детали либо на внутреннем ребре. Главным недостатком такого решения является сложность выдержки детали под давлением, в связи с быстрым застыванием литника. Конструктивное решение туннельного литника имеет несколько вариаций, отличающихся небольшими деталями.
Применение такого решения возможно только в пресс-формах трехплитной конструкции с отдельной плоскостью разъема для разводящего литника. В этой плоскости происходит распределение потоков расплава с последующей подачей в нужные места полости формы. Благодаря тому, что разводящий литник находится в отдельной плоскости пресс-формы, появляется возможность оформить литник в любой точке (или нескольких точках) поверхности изделия. Поскольку литник извлекается в своей плоскости разъема, он имеет обратный по отношению к детали уклон, и место впрыска представляет из себя небольшую точку на поверхности. Отделение литника происходит автоматически при раскрытии формы, однако появляется проблемя извлечения самого литника из пресс-формы. Плоскость разъема литника недоступна для основной толкающей системы пресс-формы, и поэтому чаще всего литник приходиться извлекать вручную или специальным роботом-автоматом.
Горячеканальные пресс-формы являются особым видом, поскольку они значительно сложнее и дороже рассмотренных выше холодноканальных реализаций. Конструкция горячеканальной прессформы и её отличия от холодноканальных с одной и двумя плоскостями разъёма подробно описаны в статье Конструкция пресс-форм.
На практике очень часто в одной пресс-форме комбинируются несколько видов различных каналов, особенно если эта пресс-форма многоместная и содержит несколько различных деталей. При таком размещении важно правильно расположить детали в форме и определить конфигурацию разводящего литника. Этим вопросам посвящена статья «Конструкция и виды пресс форм».
Литье под давлением. Введение. Часть 2-я
Рис.1. Схема литьевой машины.
Цикл литья под давлением
Последовательность действий при литьевом формовании, как показано на рис.2, называется циклом литья под давлением. Цикл начинается когда форма смыкается и полимер впрыскивается в полость формы. Когда полость формы заполнена, поддерживают постоянным внешнее давление для компенсации усилий возникающих при сжатии материала. На следующем этапе шнек вращается и подает следующую порцию расплава в переднюю часть цилиндра. При этом шнек отходит назад, что означает, что готова следующая доза расплава для впрыска. Когда изделие достаточно остыло, форму открывают и изделие извлекается.
Рис. 2. Последовательность действий литья под давлением.
Рис. 3. Цикл литья под давлением.
На рис.3 показана последовательность действий при литье. Общее время цикла рассчитывается следующим образом:
Рис. 4. Процесс литья под давлением на pvT- диаграмме.
Рис. 5. Два различных процесса литья под давлением на pvT- диаграмме.
Чтобы проследить за процессом на диаграмме, нужно перенести на нее температуру и давление в соответствующий момент. Диаграмма отражает 4 основных процесса: изотермический впрыск (0-1) с давлением, возрастающим до определенного значения (1-2); изобарный процесс охлаждения (2-3); изохорный процесс охлаждения после застывания литников с падением давления до атмосферного (3-4); и изобарное охлаждение до комнатной температуры (4-5). Точка, в которой начинается окончательное изобарное охлаждение (4), определяет полное сжатие материала. На положение этой точки влияют два основных параметра процесса: температура плавления и максимальное давление, как показано на рис.5. На этом рисунке процесс показанный на рис.4 сравнивается с другим процессом с более высоким противодавлением. Конечно существует великое множество комбинаций условий, при которых получаются качественные изделия, ограниченные лишь максимальными и минимальными температурами и давлениями. На рис.6 показана диаграмма с граничными условиями. Температура плавления ограничена наименьшей температурой, ниже которой наблюдается недолив или неполное заполнение формы, и температурой деструкции материала. Противодавление определяется минимальным давлением, ниже которого наблюдается чрезмерное сжатие, и давлением при котором наблюдается облой. Облой появляется когда сила давления материала в форме превышает давление смыкания формы, что приводит к вытеканию расплава по линии раскрытия формы. Противодавление определяет необходимое усилие смыкания для данной машины. Опытные технологи по переработке пластмасс могут определить необходимую для конкретных целей машину. Технологам с малым опытом бывает трудно подобрать соответствующее противодавлению усилие смыкания формы. Трудно проконтролировать и предсказать форму изделия и остаточное напряжение в нем при комнатной температуре. Например, раковины в готовом изделии возникают в результате сжатия материала во время охлаждения, а остаточное давление может привести к разрушению при определенных условиях. Деформации в конечном продукте обычно вызваны условиями переработки, которые ведут к асимметричному распределению остаточных напряжений по толщине изделия. Два фактора определяют образование остаточных напряжений: охлаждение и напряжение пластического течения. Наиболее важными являются остаточные напряжения, вызванные быстрым охлаждением.
Рис. 6. Диаграмма литья под давлением.
Литьевая машина
Рис. 7. Схема узла пластикации.
Бункер, ленточные нагреватели и шнек аналогичны одношнековому пластикационному экструдеру, только шнек литьевой машины может перемещаться назад и вперед, чтобы обеспечить накопление расплава и его впрыск. Такие шнеки называют шнеками с возвратно-поступательным движением. В целях повышения качества, максимальный ход шнека не должен превышать 3D. Хотя наиболее часто применяемыми шнеками в литьевых машинах являются шнеки пластикации с тремя зонами, как на рис.8, для удаления влаги и газов и мономера обычно используют двухстадийные вентилируемые шнеки. Стандартный двухстадийный шнек показан на рис.9. Обратный клапан установлен в конце шнека и позволяет шнеку работать как плунжер во время впрыска, он также предотвращает вытекание материала обратно в шнековый канал. Обратный клапан и его функции изображены на рис.2 и 7. Качественный обратный клапан пропускает менее 5% расплава обратно в канал шнека во время впрыска и уплотнения. Форсунка в конце узла пластикации располагается напротив центрального литника. Форсунка может быть двух типов: открытого и закрытого. Форсунка открытого типа наиболее проста и требует минимального давления.
Рис. 8. Схема пластикационного шнека.
Рис. 9. Двухстадийный шнек с зоной дегазации.
Рис. 10. Узел смыкания с коленчато-рычажным механизмом.
Узел смыкания
Узел смыкания предназначен для раскрытия формы и для смыкания формы, причем закрыть форму нужно сильно и аккуратно, чтобы избежать облоя во время заполнения формы и выдержки под давлением. Современные узлы смыкания бывают двух типов: механические и гидравлические. На рис.10 показан коленчато-рычажный механизм в раскрытом и закрытом положениях. Хотя реле по существу механическое устройство, оно приведено в действие гидравлическими цилиндрами. Коленчато-рычажный механизм лишь передает свою максимальную силу смыкания, когда система полностью вытянута. На рис.11 представлен гидравлический механизм смыкания формы в раскрытом и закрытом положениях.
Рис. 11. Гидравлический узел смыкания.
Преимуществом гидравлической системы является то, что максимальное усилие запирания может быть достигнуто в любом конечном положении, то есть можно использовать различные размеры форм без сложного дополнительного регулирования системы.
Полость формы
Рис. 12. Литьевая форма.
Рис. 13. Схема расположения литниковых каналов.
На рис.13 (а) показана симметричная система литниковых каналов: все полости заполняются одновременно и одинаково. Недостатком такой системы являются длинные литники, что приводит к повышенному расходу материала и давления. С другой стороны, асимметричная система литниковых каналов, как на рис.13(b), приводит к получению изделий различного качества. Равномерное заполнение форм может быть достигнуто изменением ширины разводящих каналов. Существует два типа систем литниковых каналов: холодная и горячая. Холодные литники удаляются из формы вместе с изделием и удаляются после перемещения формы. Преимуществом такой системы является низкая стоимость формы. В горяче-канальной системе материал поддерживается при его температуре плавления. Материал остается в каналах после впрыска и впрыскивается в форму в следующем цикле.
Горчеканальная система бывает двух типов: с внутренним и внешним обогревом. У литников с внешним обогревом установлены нагревательные элементы вокруг разводящего литника, это обеспечивает постоянство температуры расплава. У каналов с внутренним обогревом нагревательный элемент установлен вдоль центра разводящего канала, при этом расплав полимера более горячий в центре и более холодный возле внешней поверхности канала. Хотя обогреваемая литниковая система значительно удорожает форму, преимуществом такой системы является исключение последующей обработки, а также более низкое необходимое давление литья. Различное расположение обогреваемых каналов показано на рис.14. Нужно отметить, что в системах с обогреваемыми каналами две линии разъема форм, и что раскрытие по второй линии осуществляется только во время ремонта и установки формы.
Рис. 15. Конический центральный литник и точечные впускные каналы.
Рис. 16. Щелевые, тоннельные, дисковые и зонтичные литники.
Пресс-формы
2. Основные элементы конструкции пресс-форм
Рис. 1 Стандартая форма для литья пластмасс.
Как правило, литьевая форма в сборе состоит из набора плит, формообразующих (матриц и пуансонов), холодноканальной или горячеканальной литниковой системы пресс формы, системы выталкивания отформованных изделий, системы охлаждения формы, системы выпаров и набора направляющих элементов. Схематично литьевая форма представлена на рис.1. Технология изготовления прессформы для литья пластмасс подобна технологии штампов или печатных плат. В условиях современного промышленного производства часто необходимо интенсифицировать процесс литья пластмасс. В этом случае изготавливают и используют прессформы для одновременного производства нескольких изделий. Такие пресс формы называют многогнездными (многоместными). Число гнезд обычно бывает кратно двум в энной степени, например 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128. Реже проектируют литьевые формы с другим количеством гнезд, обычно 6, 10, 12, 20, 24, 48, 96. Формы с наибольшим количеством мест (более ста) изготавливают для комплексов, производящих ПЭТ преформы.
3. Особенности конструкции форм для литья пластмасс
Обычно, прессформа проектируется для последующего производства какого-либо одного изделия из пластика. Кроме этого, существуют так называемые «модульные» формы, конструкция которых предполагает сменные компоненты, позволяющие изменять конструкцию изделий или же полностью заменить изделие на другое. Таким образом, одна и та же прессформа позволяет производить разные виды продукции в разное время. К недостаткам такой технологии можно отнести трудоемкость операций по периодическому изменению конструкции форм, необходимость более тщательного и частого обслуживания таких форм, небольшой ресурс универсальных форм.
Другой путь изготовления различных изделий посредством одной пресс формы – устройство формообразующих на различные продукты в одной многогнездной форме. Используя подобную форму, имеется возможность производства изделий разной конструкции, но из одного материала, за один цикл литья. В данном случае основная задача проектировщика – правильно сбалансировать литниковую систему для равномерного заполнения всех гнезд такой формы и получения качественной продукции.
Если изделия имеют большую площадь и относительно простую конструкцию, то иногда для интенсификации литья под давлением конструируют так называемые «этажные» формы. Эти формы имеют две параллельные плоскости разъема и при многоместной конструкции могут работать на относительно небольших термопластавтоматах. Недостатки таких форм – дорогостоящий горячий канал, увеличенный пакет плит (высота пресс формы), что иногда вызывает необходимость применения нестандартных узлов смыкания ТПА.
Рис. 2 Сложная форма со многими плоскостями разъема.
Качественные литьевые формы выполняются с допуском 0,005 мм. Гарантийный ресурс инструментов от лучших поставщиков исчисляется миллионами литьевых циклов.
4. Основные этапы проектирования прессформы для литья пластмасс.
Проектирование пресс формы обычно включает в себя четыре основных этапа.
4. Виды литниковых систем.
Литниковая система пресс формы предназначена для доставки полимерного материала из материального цилиндра термопластавтомата в формообразующие полости. Выделят два основных класса литниковых систем – холодноканальные и горячеканальные системы.
В случае использования холодноканальной литниковой системы формы, литник не обогревается, а при охлаждении отформованной отливки также охлаждается и выпадает вместе с отливкой при открытии или после открытия формы. Холодноканальные прессформы для литья пластмасс существенно (при многоместных формах – в разы) дешевле горячеканальных аналогов. Холодноканальные литниковые системы надежнее, проще в эксплуатации и дешевле в обслуживании, чем горячеканальные. Однако, все эти достоинства часто перекрываются единственным недостатком – наличием бесполезного литника после каждого цикла литья.
Масса литника резко возрастает с увеличением количества гнезд в форме, и при производстве множества мелких деталей в одной форме, масса литника может превысить массу собственно готовых деталей. Кроме того, наличие массивного литника иногда увеличивает время цикла литья, ухудшая экономические показатели процесса литья, а также приводит к необходимости использовать ТПА большего типоразмера с большим номинальным объемом впрыска за цикл. Холодная литниковая система обычно состоит из центрального литника, разводящих литников и впускных литников. Для получения качественных изделий холодноканальная многоместная должна быть сбалансирована, что не так просто достигается, потому как простой геометрической сбалансированности литниковой системы (равная длина пути полимерного материала от сопла ТПА до формообразующих полостей каждого гнезда) часто бывает недостаточно. Изготовители формующей оснастки применяют специальные регуляторы потока полимера в разводящих литниках.
Рис.3 Многогнездная горячеканальная форма
При использования горячеканальной литниковой системы пресс формы, литник находится в расплавленном состоянии. Разогрев горячеканальной литниковой системы происходит перед запуском формы в работу, и после этого, в течение всего времени выпуска партий изделий, полимерный материал в литнике поддерживают в вязкотекучем состоянии. Как уже было отмечено, горячеканальные системы дороги, сложны конструктивно, сложны в обслуживании – всегда есть вероятности выхода из строя нагревателей, попадание примесей в полость горячего канала, перегорание нетермостойкого полимера и т.д.
Главное достоинство горячих каналов – отсутствие каких-либо затвердевших литников, выпадающих вместе с готовыми изделиями при каждом литьевом цикле (хотя иногда предусматривают небольшие технологические литники и в горячеканальных системах). Кроме экономии пластика и отсутствия отходов, использование горячеканальных систем позволяет применять ТПА с меньшим объемом впрыска, уменьшить время пластикации (дозировки, загрузки) полимера и время охлаждения отливки.
Однако не стоит забывать, что горячеканальные пресс формы требуют более интенсивного охлаждения и больших затрат электроэнергии. Обычно горячий канал литьевой формы состоит из коллектора и горячеканальных сопел (инжекторов). В современных формах повсеместно используют нормализованные сопла горячих каналов. Коллекторы же могут быть и специально спроектированы. Все еще часто применяют так называемые теплопроводящие сопла, не имеющих собственных нагревателей, а обогревающихся за счет горячего коллектора. Такие сопла изготавливают из специального теплопроводящего сплава – бериллиевой бронзы (бериллиевой меди, бериллий латуни). Это устаревшая, хотя и более дешевая конструкция, имеет следующие недостатки: сложно регулировать температуру по зонам горячего канала, вредные для здоровья материалы сопел (запрещены к использованию во многих странах).
5. Основные системы выталкивания (сброса) отформованных изделий
Системы сброса готовых изделий подразделяются на механические и пневматические (обычно конструируются в комбинации с механическими). В случае особо сложных деталей отливки выемка изделий из формы бывает возможна только в ручную или при помощи робота.
Наиболее часто использующиеся виды механических выталкивателей:
Представленные выталкиватели могут применяться в комплексе, как при одностадийном, так и при многостадийном выталкивании отливок. Также применяют разнообразные нестандартные толкатели.
6. Другие системы, входящие в состав современных форм
Кроме представленных в конструкцию прессформы для литья пластмасс под давлением входят еще некоторые системы.
· Система охлаждения пресс формы обычно состоит из множества прямых, кольцевых или спиральных каналов для охлаждающей жидкости и требует тщательного расчета проектировщика. В качестве жидкости обычно применяют подготовленную термостатированную воду, реже – раствор гликоля. Охлаждающая жидкость может иметь разную температуру в разных контурах охлаждения формы.
· Система выпоров (вентилирования) предназначена для свободного выхода воздуха и формообразующих полостей формы. В некоторых случаях роль вентиляционных каналов выполняют зазоры между деталями формообразующих полостей прессформы.
· Система направляющих и центрующих элементов формы состоит из комплекта направляющих втулок и колонок, разного рода зацепов, ползунов, центрующих плит и т.п. Система предназначена для правильного и четкого смыкания полуформ и получения качественных изделий с правильной геометрией без грата (облоя).
7. Состояние российского рынка пресс-форм.
На сегодняшний день приходится признать, что подавляющую часть используемой литьевой технологической оснастки составляют импортные пресс-формы. Из отечественных производителей прессформ можнго выделить несколько относительно крупных компаний в Москве и Санкт-Перербурге, некоторые из которых являются дочерними предприятиями иностранных компаний. Остальные российские производители не играют заметной роли на рынке форм для литья пластмасс. Существуют российские компании «изготовители» формующей оснастки, которые занимаются главным образом покупкой форм на дешевых азиатских рынках для последующей продажи производителям пластмассовых изделий в России.
Главными регионами поставок литьевых форм на отечественный рынок являются: Юго-Восточная Азия (в том числе КНР, Тайвань, Южная Корея), Восточная Европа (в том числе Польша, Чехия, Латвия), страны СНГ, Западная Европа (в том числе Италия, Португалия, Германия). На рынке России работает несколько «представителей-частников», то есть представителей компаний в лице одного-единственного человека, зачастую мало знакомого со спецификой литья. Этот случай, безусловно, нельзя назвать оптимальным вариантом всвязи с туманностью последующего обслуживания недешевой оснастки.
ПластЭксперт рекомендует: Статья о том, как выбрать изготовителя прессформы для литья пластмасс?
Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на
Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на
Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий