что такое противодавление в термопластавтоматах
Этапы работы термопластавтомата
Технология литья предусматривает следующие основные этапы:
Полное время цикла при литье может составлять всего 4 – 5 с. Для малогабаритного тонкостенного литья и доходить до нескольких минут для крупногабаритных толстостенных отливок. Для традиционного литья полное время цикла варьируется от 10 – 12 до 60 – 90 с. В зависимости от толщины и веса изделия, типа термопласта.
Литьевая машина совершает операции в заданной последовательности для обеспечения всех этапов литья, при этом работают нагреватели в 3 – 5 зонах по длине цилиндра, включая сопло, температуры которых устанавливаются дифференцированно. Скорости вращения шнека, скорость впрыска, давление литья и их изменение во времени задаются согласно рекомендациям и уточняются технологом при запуске новой детали. Кроме названных параметров, необходимо задавать величину противодавления, остаточную подушку, величину декомпрессии, момент переключения давления в конце заполнения формы, продолжительность всех интервалов по циклу, температуру формы (индивидуально для матрицы и пуансона) и загрузочной зоны и др.
Для получения качественных изделий и оптимизации технологических параметров литья необходимо знание процессов, происходящих в форме на этапах заполнения, выдержки под давлением и выдержки на охлаждение. На этих этапах формируются структура и свойства пластмассовой детали.
Литье под давлением термопластов / Ю.П. Ложечко (кандидат технических наук), 2010
Как настроить температуру зон нагрева материального цилиндра
При настройке новой, либо уже работающей пресс-формы, оператору приходится сталкиваться со множеством переменных, но есть один параметр, требующий особого внимания, — это настройка температурных зон материального цилиндра.
Работникам, обслуживающим машину, не хочется попусту тратить время и ждать, когда машина прогреется, поэтому они просто задают требуемую температуру по зонам при подготовке к началу работы.
Вопрос в том, что нужно понять, какая температура расплава вам необходима и какой температурный режим зон нагрева цилиндра позволит получить желаемое? Большинство согласятся, что правильная температура расплава — существенный фактор, влияющий на качество изделий и стабильность технологического процесса.
Неправильные настройки температуры приводят к перерасходу материала, браку, вследствие некорректных размеров изделия, коробления, ожогов на поверхности, черных вкраплений, материал может терять свои свойства, а производитель терпит убытки.
Термопластавтоматы имеют 4 или более зон нагрева. Основными являются: передняя, задняя, центральная и зона подачи материала. Также необходимо следить за температурой тела и наконечника сопла (Рис.1). Оператор начинает с выбора целевой температуры расплава. Если ранее данный материал не использовался, необходимо ознакомиться с рекомендациями производителя.
Даже если вы ранее уже работали с подобным материалом, следует изучить инструкцию производителя, ведь ошибка, допущенная в самом начале, может испортить остаток дня и стоить дополнительных денег. Обычно указывается диапазон температур, рекомендуемых к работе: например, для полукристаллических полимеров это 230–265 °С. Следует придерживаться среднего значения, в данном случае 250 °С, оно и является целевой температурой расплава.
Настройка температур по зонам
Следующий этап — настройка температур по зонам. Это уже немного сложнее, так как в процессе наладки необходимо учитывать противодавление, которое является очень важным параметром и заслуживает отдельного обсуждения.
В рамках данного обсуждения предположим, что задано противодавление 4,83 МПа (не гидравлическое давление), так как данный полимер не стеклонаполненный и достаточно термически стабилен. Нельзя установить противодавление 0,34 МПа или 0,69 МПа, так как гидравлические машины имеют коэффициент усиления, о котором нужно помнить и который нужно использовать при настройке противодавления для воспроизводимого процесса. По моему опыту, в 95% спецификаций поставщиков противодавление указано некорректно.
Перед установкой температурного профиля необходимо изучить некоторые нюансы шнека и материала. Это поможет определиться с настройками. Стандартный шнек общего назначения, используемый в нашей индустрии, фактически является совершенно бесполезным, хотя в реальном мире их применение широко распространено.
Шнек состоит из трех секций (Рис. 2):
Рассмотрев основы конструкции шнека, перейдем к рассмотрению особенностей полимеров, влияющих на процесс плавления материала. Термопластичные пластмассы могут быть аморфными или полукристаллическими. Аморфные материалы, такие как АБС и HIPS, плавятся постепенно, как масло, и легко размягчаются. Полукристаллические же полимеры, такие как полипропилен, полиэтилен и нейлон тают как лед и остаются твердыми до достижения температуры плавления. Также они имеют скрытую теплоту плавления, то есть требуют определенного количества энергии, чтобы достигнуть точки плавления, а затем еще дополнительной порции энергии, чтобы расплавиться. Для плавления полукристаллических пластмасс зачастую требуется вдвое больше энергии, чем для плавления аморфных. Например, для плавления полистирола необходимо около 370 кДж/кг, в то время как для полипропилена — 580–700 кДж/кг. Получается, что расплавить полукристаллический полимер гораздо сложнее, чем аморфный.
Таким образом, при настройке температуры зон нагрева цилиндра необходимо учитывать и особенности конструкции шнека и свойства материала.
Как же все это работает?
Задача состоит в том, чтобы после получения расплава поддерживать его температуру на том же уровне. Расплав не находится в передней зоне цилиндра, в теле или наконечнике сопла продолжительное время, но если их температура отличается от целевой, то это может повлечь различные дефекты на поверхности отливок, такие как помутнение, разводы, неравномерность глянца и другие.
Настройка температуры тела и наконечника сопла — весьма трудоемкая задача, так как в большинстве случаев приходится сталкиваться с некорректной работой нагревательных элементов, температурных контроллеров, плохой изоляцией термопар и другими проблемами, которые делают корректную настройку температур практически невозможной.
Необходимо установить целевую температуру, сделать пару циклов, сформировать очередную дозу и максимально отодвинуть назад узел впрыска. Для сопла следует использовать максимально длинную термопару. Подождите пока температура стабилизируется, извлеките термопару примерно на 5 см и сделайте повторный замер температуры. Повторяйте данную манипуляцию до тех пор, пока термопара полностью не окажется внутри сопла. Если наблюдается отклонение температуры более чем на 10 °С, то необходимо искать причину и устранять ее. Если же температура относительно стабильна, то нужно определить разницу с целевой температурой и отрегулировать заданное значение соответственно.
Литье под давлением: как настройки противодавления влияют на дозу впрыска.
Увеличение дозы впрыска путем поднятия противодавления может вызвать ряд проблем другого характера.
Выше показано, что увеличенное противодавление позволяет получить большее количество пластика в зоне дозирования при той же самой дозе впрыска. Но это может повлечь за собой чрезмерное давление в пресс-форме. Как следствие, износ линии контакта матрицы и пунсона и появление облоя на изделиях.
Существует огромное количество инструментов работы с современными термопластавтоматами. Чаще всего, процессы кажутся очень простыми, особенно если вы меняете только один параметр. Но проблема заключается в том, что когда вы меняете один параметр в контроллере, то он влияет одновременно на другие процессы и параметры.
У вас может возникнуть вопрос, зачем же нужно противодавление?
Причины, по которым необходимо использовать противодавление:
Как противодавление контролирует дозу впрыска, и как изменения в противодавления влияют на процесс литья? Литье в целом и технология – это не просто понимание и знание термопластавтомата. Хороший технолог знает, как себя поведет пластик. В данном случае, технологи должны понимать, что расплавленный пластик при противодавлении может уплотняться.
Например, при комнатной температуре или в твердом состоянии плотность ПНД составляет 0,957 г/см3, в то время как плотность в расплавленном состоянии составит 0,759 г/см3, или меньше чем 80% от плотности в твердом состоянии. Это означает, что молекулы полимера располагаются дальше друг от друга в расплавленном состоянии, а при типичном противодавлении расплавленный ПНД может быть сжат. Типичное противодавление (пластика, не гидравлического давления) для большинства материалов варьируется от 300 до 1500 фунтов на кв. дюйм (20-103 Бар). С помощью таких параметров можно уплотнить расплав.
Чтобы продемонстрировать этот эффект, необходимо рассмотреть его на примере обычной проблемы каждого производственного участка. Эта проблема – неполный впрыск. Самая распространенная ситуация, когда весь процесс литья идет стабильно, а затем после добавления нового красителя или смены некоторых параметров, появляются периодические неполные впрыски.
Некоторые технологи считают, что повышение температуры может исправить ситуацию. Может показаться, что при повышении противодавления повышается температура, так как неполные впрыски прекращаются. Высокая температура понижает вязкость, способствуя исчезновению дефекта неполных впрысков. Но это не так. Да, детали полностью пролиты, но это не из-за повышенной температуры или низкой вязкости, а из-за того, что в ту же дозу впрыска вместили большее количество пластика (большая плотность). Если плотность выше, то при одинаковом объеме впрыска, будет больше пластика. Таким образом, мы понимаем, что повышение температуры – это не причина. Причина состоит в изменении плотности. Доза впрыска меняется без каких-либо изменений положения шнека.
Чрезмерное давление на гнезда пресс-формы изнашивает линию контакта матрицы и пуансона и, как следствие, вызывает появление облоя на изделиях.
Все эти действия создают чрезмерное давление на гнезда пресс-формы, изнашивая линию контакта матрицы и пуансона. Как следствие, возникает дефект в виде облоя. Теперь у вас появилась проблема побольше. И в заключение, всегда думайте наперед, и каждый раз перед тем, как менять параметры процесса, задайте себе четыре вопроса:
Важность стабильности в процессе впрыска
Желаете производить стабильный продукт независимо от цикла, и летом, и зимой, на любом термопластавтомате? Соблюдайте стабильность впрыска!
Выберите переменные, которые вы хотели бы контролировать и расставьте их по приоритету. Хотелось бы прийти к консенсусу относительно того, какие переменные рассматривать. Согласно одной стратегии нужно контролировать как можно больше переменных, но мало кто может интерпретировать такое количество данных. Согласно стратегии доктора Деминга: чем меньше – тем лучшее. Первым в списке для производства стабильного продукта оказалось время заполнения. Время заполнения определяется, как время от начала впрыска до момента, когда шнек достигает точки переключения на выдержку под давлением, заполняя гнездо на 90–99,9% от общего объема изделия. Это «результат», но еще не конечная точка.
Почему контроль времени заполнения важен? Изначально это важно потому, что вязкость пластика меняется в процессе цикла. Чтобы получать идентичные изделия на выходе, необходимо, чтобы расплав равномерно и каждый раз стабильно растекался и заполнял детали. Если вязкость меняется, то и диаграмма текучести, и баланс заполняемости тоже изменится. Изделия не будут идентичными. Стабильность заполнения минимизирует изменение вязкости. Таким образом, контроль времени заполнения, не просто важен, а является критическим. Прежде чем мы перейдем к тому, как контролировать время заполнения, хотелось бы рассмотреть причины изменения вязкости. Некоторые причины можно устранить, а некоторые контролировать невозможно:
Принимая во внимание все эти колебания вязкости, нужно понимать, что поддерживание стабильности времени заполнения сможет минимизировать их, в результате чего вы получите стабильный процесс и идентичные качественные изделия. Несмотря на то, что материал может быть изначально разной вязкости, его подача с одинаковой скоростью сдвига минимизирует эту разницу и поможет сделать процесс литья более стабильным.
Чтобы найти подходящее значение Δ P для каждого термопластавтомата (да, оно будет отличаться), вам необходимо понять насколько больше заданное давление, чем реальное пиковое давление во время впрыска. Этот принцип одинаков что для гидравлических, что для электрических термопластавтоматов. Заданное давление должно быть выше, чем пиковое (не переходное) давление во время впрыска. Пиковое давление может быть таким же, как давление на выдержке, но иногда может и не совпадать. Вопрос в том, насколько выше должно быть допустимое или заданное давление по сравнению с пиковым давлением, чтобы машина смогла контролировать время загрузки.
Настройка Δ P
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ, прежде чем мы перейдем к подробностям: не выполняйте данные действия без должной подготовки. Существует ряд опасностей, как для персонала, так и для оборудования, если описанная процедура будет не понята и выполнена некорректно. Эта процедура подразумевает использование высоких температур и высокого давления. Если вы не уверены в своих действиях на любом этапе, остановитесь и обратитесь за помощью.
Это значит, найдена подходящая Δ P для определенной машины. Учитывайте, что вы можете не подобрать правильный параметр Δ P, так как не все термопластавтоматы выдают достаточное давление впрыска для установки Δ P. Напоминание: перед каждым впрыском необходимо убедиться, что короткий впрыск выполняется с подушкой!
Таблица значений Δ P на гидравлической инжекционно-литьевой машине
Как только вы установили требуемое значение Δ P для термопластавтомата, сделайте заметку на контроллере, чтобы облегчить дальнейшую эксплуатацию и настройку.
Дозирование термопластов
Для дозирования термопластов в материальном цилиндре, необходимо выполнение шести корневых условий, которые обеспечат оптимальную загрузку, плавление, перемешивание и набор дозы.
Выбор целесообразного диаметра шнека.
Вероятность ухудшения качества изделий из пластмассы зависит от времени нахождении полимера в нагревательном цилиндре. При большом ходе дозирования шнека, пребывание расплава в цилиндре будет слишком кратковременно. При малом ходе дозирования, длительное время пребывание полимера под нагревом может привести к термическому повреждению гранул. Понятно, что загружая один и тот же объем сырья, шнек меньшего диаметра сделает больший путь дозирования, чем шнек, у которого диаметр больше.
Противодавление пластикации (реактивное давление)
В случае, если ход дозирования слишком большой, то реактивное давление уже не может «вытолкнуть» воздух из расплава в направлении бункера, потому что воздух уплотнился в зоне компрессии. Увеличение реактивного давления улучшает перемешивание расплава, противопоставляет шнеку равномерное сопротивление и этим обеспечивает стабильный набор дозы.
Скорость вращения шнека
Наилучшее однородное перемешивание массы и невысокая теплота трения в расплаве обеспечивается медленной скоростью вращения шнека. Если требуется высокая скорость вращения шнека, то есть нужно короткое время пластикации, то возникает опасность, что конечное положение шнека к концу процесса дозирования не будет постоянным.
Декомпрессия (отвод шнека) до и после пластикации
Отвод шнека снижает давление в расплаве и устанавливает одинаковое положение запорного кольца в затворе. Благодаря этому, затвор закрывается своевременно, и каждый цикл стабильно прекращается обратное течение расплава в цилиндре.
Исправность затвора обратного потока
Нагрев материального цилиндра и охлаждение фланца
Нагрев цилиндра обеспечивается очень точным заданием температурного режима. При малом весе изделия устанавливаются низкие температуры в зоне загрузки и зоне компрессии. Важной является температура фланца. В этой зоне питания шнека определяется уровень трения между гранулами и стенкой цилиндра. Для осушенных полимеров с высокой температурой переработки полезна высокая температура фланца. Тогда дозирование становится равномернее и скоротечнее.
Рекомендуемый минимальный и максимальный объемы дозирования при литье пластмасс приведены в указаниях по переработке полимерных материалов.
197375, Санкт-Петербург, ул.Ново-Никитинская, 5
+7 (812)301-75-77
+7 (812)300-61-60
ООО “Эрмий”, 2020, Все права защищены
Письмо директору
Политика конфиденциальности
Данный сайт несет исключительно информационный характер и не является публичной офертой, определяемой положением ст. 437 Гражданского кодекса РФ.