Проблемы литья под давлением и контроль температуры литниковых каналов

Литье под давлением — это производственный процесс, обычно используемый для изготовления изделий от пластиковых безделушек и игрушек до автомобильных деталей кузова, чехлов для сотовых телефонов, бутылок для воды и контейнеров. По существу, многие пластмассовые изделия, которые мы используем в повседневной жизни, отлиты под давлением. Это быстрый процесс создания большого количества одинаковых пластиковых деталей. Возможность выполнения разной формы и размера, достигаются при использовании литья под давлением. Последовательно расширяются границы дизайна, что позволяет использовать существенные альтернативы традиционным материалам благодаря большому разнообразию изделий и их легкому весу.

Термопластавтомат предназначается для производства полимерных изделий литьем под давлением и состоит из трех основных компонентов — загрузочного бункера, шнека и нагреваемого цилиндра. Пластиковые гранулы загружаются в оборудование с помощью бункера. Пластик, который помещается в бункер, обычно имеет порошковую или гранулированную форму. Затем материал расплавляется за счет фрикционного действия поршневого шнека и работы кольцевых или полукольцевых электронагревателей. Затем расплавленный пластик впрыскивается через сопло в полость пресс-формы — это может показаться довольно простым процессом, но литье под давлением на самом деле является очень сложным видом производства. Находясь в полости пресс-формы, материал охлаждается и затвердевает до конфигурации полости. Когда деталь затвердеет, подвижная плита, на которой установлена ​​форма, открывается, и деталь выталкивается с помощью выталкивающих штифтов.


Проблемы литья под давлением и контроль температуры литниковых каналов ТЭН 24

Размеры машины для литья под давлением могут варьироваться от 5 тонн зажимного усилия до более чем 6000. Чем больше тоннаж, тем больше машина. Фактически, машины для литья под давлением классифицируются на основе тоннажа, или, точнее, силы зажима или давления.

Термопластавтомат может оснащаться литниковой системой, которая в свою очередь делится на три типа: холодноканальная, горячеканальная и комбинированные. Самые сложные и высококачественные изделия можно изготовить, используя горячеканальные системы литников. О нюансах работы с ними и поговорим.

Температурный режим, при котором проходит обработка полимеров в литниках влияет на качество конечного продукта. Также термическая составляющая в литнике при формовке повлияет и на температуру расплавленного полимерного сырья в полости пресс-формы, а в дальнейшем  на время затвердевания и внешний вид готового изделия. При нарушении температурного режима во впускном литнике может образоваться пробка из застывшего материала, что приведет к остановке производства. Терморежим, распределение тепла по каналам литника, способ контроля и регулировки температуры важно учитывать при выборе конструкции деталей ГКС и системе регулировки температуры.

Термопласты являются термически нестабильными материалами, поэтому повышая термические значения во время производства, следует сократить время нахождения расплава в таких условиях. Но, здесь может возникнуть вторая проблема в виде снижения стабильности процесса и качества готовой продукции. Неравномерное воздействие температуры на расплавленный полимер увеличивает риск деструкции материала. Особенно часто такая проблема возникает в условиях длительного литьевого цикла, который характерен для производства деталей с толстыми стенками.


Проблемы литья под давлением и контроль температуры литниковых каналов ТЭН 24


Перегревание расплавленного полимера, которое возникает из-за слишком высокого температурного воздействия или увеличенного времени пребывания в нагреваемых зонах приводит к изменениям характеристик полимерного изделия. Перегрев может сопровождаться неприятным запахом, а на изделии будут видны темные пятна, штрихи, разводы... также можно заметить деструкцию и несоответствие заявленным размерам.

Немалые проблемы могут возникнуть при замене цвета полимерного сырья. На стенках каналов литника могут образоваться неподвижные слои полимера иного цвета. Также полимер может откладываться и на некоторых типах сопел. Процесс замены полимеров разного цвета должен определяться распределением температуры в литниках.

Что влияет на температуру полимера в нагреваемых литниковых каналах?

Самый важный источник тепла при переработке полимеров является диссипация температуры в расплаве. Возникает такое тепло от двух механизмов: сдвигов течения и сжатия материала.

Скорость, при которой выделяется тепло q в расплавленной полимерной массе при сдвиговом течении для единицы объема, составляет:

q= η ŷ² ,

где  – η эффективная вязкость (зависимая от скорости сдвига, температуры и давления),  ŷ - скорость сдвига.

Подъем температуры ∆Т полимерной массы при адиабатическом сжатии  неопределенного объема с одновременным повышением давления на величину P можно вычислить по следующей формуле:

∆ T = ∆ P / (  Cp),

где  – Р средний показатель плотности расплавленного полимера, Сp – средняя удельная теплоемкость расплавленного полимера в условиях постоянного давления.

Диссипация в полимере, вызванная сдвиговым течением, является большим вкладом для общего теплового баланса при литье материала. Наибольшее количество тепла выделяется во время пластикации и впрыска, т. к. скорость сдвига здесь очень высока.

Диссипация, появившаяся от сжатия, на разных зонах ГКС будет разниться. Из-за изменений давления полимерной массы в период литьевого цикла диссипация будет меняться во времени.

По каналам литника и в полости пресс-формы расплав на этапе загрузки протекает из-за увеличения перепадов давления по всей системе. Диссипация, возникшая от сжатия на этих этапах, практически не влияет на температуру полимера, т. к. давление в участках потока близко к атмосферным показателям. Удаляясь от фронта потока влияние диссипации возрастает.

Температура полимера в ГКС поддается воздействию температур материала, которые еще находятся в материальном цилиндре, где из-за шнековой пластикации и сжатия при повышении давления характерна высокая неравномерность температур.

К общему тепловому балансу относится и тепло, которое вырабатывают нагревательные элементы, размещенные в ГКС и коллекторе. Для горячеканального литья в современном оборудовании используются электронагреватели.

Теплопотери в формах горячеканального литья могут происходить по разным причинам: теплопроводность, конвекция, теплоизлучение. Охлаждение расплавленной массы может происходить из-за ее расширения по причине снижения давления.

Чтобы выйти на стабильный режим температуры при работе ГКС после остановки литьевого процесса, нужно выдержать некоторое время, которое будет зависеть от рабочей температуры, размеров и веса пресс-формы и других факторов рабочего процесса.

Нарушение баланса температуры расплава  от цикла к циклу может быть вызвано разными причинами: колебаниями реологических характеристик полимера, нестабильностью добавляемого вторпродукта и т.д. Из-за этого также меняется и уровень диссипации во время пластикации и впрыска.

Немаловажное значение в производстве изделий хорошего качества в формах с ГКС имеют способы контроля и регулировки температуры. Для замера температуры в основном используются термопары.

Неравномерный нагрев материала в коллекторных каналах имеет не такое сильное влияние на стабильное течение литья и качество получаемой продукции, как температура ГК сопла. Для контроля температуры коллектора применяют в основном только один термодатчик. Но, когда обрабатываются полимеры с низким уровнем термической стойкости, тонкостенные изделия или детали высокой точности необходимо независимое контролирование температуры каждого сопла ГКС.


Проблемы литья под давлением и контроль температуры литниковых каналов ТЭН 24


Сбои контроля температуры в конструкциях, где термодатчики были встроены изначально, могут быть связаны с утечкой тока, который в свою очередь может интерпретироваться системой управления, как изменение температуры.

У литниковых каналов, где нагрев производится внешними источниками тепла, после выхода на рабочую температуру работа электронагревателей сводится к предотвращению перехода тепла от полимерной массы к внутренним поверхностям канала. Неравномерный прогрев стенок канала приводит к тому, что теплообмен усложняется: на некоторых участках тепло от полимера переходит деталям формы, а в других — в обратном направлении.

Системы с внутренним обогревом в поперечном сечении канала могут характеризоваться большой температурной разницей. Так как системы внутреннего нагрева имеют высокую нестабильность температур полимерного расплава, их очень редко используют для производства сложных изделий, а также элементов с температурной нестабильностью.

Нестабильность температуры также наблюдается и при косвенном нагреве, где тепло от нагревательного элемента находящегося в коллекторе поступает к полимеру в канале за счет длинных сердечников с высокой степенью теплопроводности.

У систем с комбинированным внутренним нагревом и изоляцией внешнего канала наблюдается снижение падения температур расплава в канале и повышение температурной стабильности вне его.

В ГКС с разветвляющимися литниковыми каналами расплав может иметь нестабильную температуру из-за несимметричного распределения температуры материала после его расхождения по «веткам». Чтобы устранить эту проблему используют развилки специальной конструкции или смесители.

Равномерность тепловой подачи к системам с электронагревом зависит от шага намотки нагревательной спирали. При равномерном распределении намотки спирали наблюдается высокий уровень неравномерного распределения тепла по длине канала с наибольшим показателем температуры в центральной части нагревателя. Чтобы обеспечить равномерное распределение тепла используют нагреватели с логарифмически намотанной спиралью.

У систем с ГК соплами без запоров управлять температурой расплава важно еще во впускном литниковом канале. Если полимер остыл еще во впускном канале до значений ниже его текучести, литьевая полость отключается от цилиндра и подпитка прекращается.

В основном на распределение тепла во впускном канале влияет поведение полимера в процессе охлаждения и конструкция ГК сопла, к которому относят еще нагревательный элемент и температурный датчик, а также длина и диаметр впускного литника.

Образование нитей, которые тянутся от готового изделия при раскрытии формы, обусловлено тепловым и реологическим поведением полимера и температурными изменениями в зоне впускного литника при охлаждении отливки. Нити обычно образовываются при обработке медленно затвердевающих материалов. Чтобы устранить нити следует ускорить охлаждение и понизить температуру сопла.

Устранить проблему температуры впускного литника можно используя ГК сопла с наконечником в виде иглы, который будет подавать тепло во впускной литник и в зону входа в полость формы.

Немаловажно значение в управлении термического состояния расплава имеет размещение термодатчика. Если датчик находится далеко от соплового нагревателя, повышается тепловая инертность системы, а если датчик размещен далеко от литника — усложняется регулировка тепла в зоне впуска.

Для обеспечения качественного регулирования термической составляющей во впускном литнике в зоне впуска должно быть предусмотрено охлаждение. Эффективность охлаждающего канала зависит от его расположения, он располагаться близко к литнику впуска.

Как износ формы влияет на температуру полимера в литниковом канале

Пресс-форма при работе ТПА часто переносит различные нагрузки, которые в сочетании с агрессивной средой могут провоцировать коррозию, быстрый износ и мн. др. При износе температура по каналам распределяется неравномерно и управлять ней очень сложно.

Коррозию может вызывать длительный контакт материала и добавок с формой. Наиболее подвергаются коррозии сплавы цветных металлов, из которых производят сопла. Негативно воздействует еще и влага.

Абразивный износ появляется при частых работах с полимерами высокой твердости. Особенно при работе с такими веществами страдает иглообразный наконечник, поэтому его изготавливают из специальных типов стали и наносят покрытие. Все же рекомендуется использовать наконечники съемного типа, чтобы их было легко заменять.

Сбои в температурном режиме ГК формы могут быть связаны с солевыми налетами образовавшихся на стенках каналов охлаждения, особенно на тех, которые находятся близко к зоне впуска литьевой полости. Литьевую форму необходимо периодически чистить.

Заказать электронагреватели для горячеканальных систем и коллектора вы можете на сайте «ТЭН24» прямо сейчас. Заполняйте форму или свяжитесь с нашим менеджером по телефону, чтобы мы смогли подобрать для вас самый лучший вариант.





Возврат к списку


.