Технологическая карта литья (скачать образцы)

В разрабатываемой технологической карте следует указать:

-       наименование операции;

-       наименование оборудования, модель;

-       наименование формующего инструмента и его краткая характеристика;

-       размеры и объем детали;

-       марка полимерного материала с указанием ГОСТ, норма его расхода;

-       условия подготовки материала к переработке;

-       последовательность рабочих приемов изготовления изделия (содержание переходов)

-       технологические параметры литья.

Варианты образецов заполнения технологической карты для скачивания:

Образец1

Образец2

Если образцы недоступны для скачивания - пишите adv@e-plastic.ru

Условия подготовки полимера к переработке

Определяют влажность В, с которой полимер поступает на переработку. 

В технологическую карту записывают:

- Допустимую влажность В (в % ), с которой полимер может поступать на переработку. При этой влажности достигается нормальная переработка и требуемое качество изделий.

- Температуру сушки Тс (⁰С).

- Продолжительность сушки tс (часы).

- Допустимое время пребывания высушенного материала при атмосферных условиях вне герметичной тары или допустимое время увлажнения t_увл(час)

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДБОРУ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИТЬЯ

формулы и таблицы для расчета параметров можно найти в статье «Выбор литьевой машины»

Технологические параметры литья:

- задают исходя из типа полимера и его свойств (вязкостных и теплофизических)

- существенно зависят от размеров и сложности конфигурации изделий

- как и условия подготовки материала к переработке указывают в технологической карте

- задают на литьевой машине.

Технологическими параметрами литья являются:

- Температура литья (материала) Т_л (°С). Это температура, с которой материал

поступает из нагревательного цилиндра в форму. Температура литья Т_л определяется температурами, которые задают по зонам нагревательного цилиндра (Т₁, Т₂...).

- Температура формы Т_ф. (°С).

- Давление литья Р_л (МПа или кг/см²). Устанавливают в гидроцилиндре литьевой машины. Задают также диаграмму изменения давления Р_л  в течение цикла.

- Объемная скорость впрыска  Q (см/сек) или параметр обратно пропорциональный Q - время заполнения формы t₃ (сек). Задают также диаграмму изменения скорости впрыска по мере продвижения шнека вперед при впрыске материала в форму.

- Время выдержки под давлением t_ВПД (сек).

- Давление формования или давление подпитки Р_Ф (МПа или кг/см2). Этот параметр задают, если применяют режим формования со сбросом давления. Задают также диаграмму изменения давления Р_Ф  в цикле.

- Частота вращения шнека N (об/мин).

- Давление пластикации или противодавление Р_ПЛ (МПа или кг/см2). Задают также диаграмму изменения давления пластикации при наборе порции материала.

- Объем впрыска V_ВПР (см3) или аналогичный параметр - ход шнека Н(см).

- Общая продолжительность цикла t_ц(сек).

1. Температура литья (материала)

Температура литья Т_л  существенно зависит от свойств полимерного материала и задается исходя из условия получения качественного изделия за минимальную продолжительность цикла.

Для каждого полимера имеется рабочий диапазон температуры литья Т_л, выше и ниже которого возникает различного рода брак.

Т литья задается по зонам нагрева материального цилиндра ТПА [1,2]:

Т_I зоны = Т_цил. min = Т  (плавления  текучести)  +(10-30)⁰С;

Т₂  зоны = Т_цил. min +20⁰С;

Т₃ зоны = Т_цил. min +40⁰С;

Т сопла = Т₃ зоны ±(5-10⁰С);

Т_maх литья = Т _{деструкции} – 40⁰С.

Для каждого типа полимера установлен оптимальный интервал температур, зависящий от вязкости и показателя текучести расплава (ПТР), а также типа оборудования, конструкции и веса детали. 

В целях обеспечения стабильности размеров и физико-механических свойств изделий колебание Т_{расплава} в последней зоне материального цилиндра не должна превышать ±5⁰С для кристаллизующихся и ±10⁰С для аморфных полимеров.

Полимеры с низкой термостабильностью имеют узкий рабочий диапазон температуры литья, что осложняет их переработку.

Температура материала влияет на производительность. 

Чем выше температура литья Т_л, тем больше продолжительность цикла и тем ниже производительность литья.

При переработке низкотекучих (высоковязких) партий материала для обеспечения заполнения формы целесообразно повышать температуру литья Т_л.

При переработке тонкостенных изделий (небольшая толщина h) и крупногабаритных с большими путями течения (большие отношения L/h) для обеспечения заполнения формы можно повышать температуру литья Т_л.

2. Температура формы

Для каждого полимера имеется рабочий диапазон температуры формы Т_ф, выше и ниже которого возникает различного рода брак.

При переработке конструкционных полимеров требуются высокие температуры формы Т_ф, для чего применяют нагрев формы.

Температура формы Т_ф влияет на продолжительность цикла литья и, следовательно, на производительность. 

Чем ниже температура формы Т_ф, тем больше разность температур литья и формы (Т_л - Т_ф) и больше скорость охлаждения изделия. При этом продолжительность охлаждения уменьшается, а производительность увеличивается.

При переработке тонкостенных изделий (небольшая толщина h) и крупногабаритных с большими путями течения (большие отношения L/h) только очень резкое повышение температуры формы Т_ф (близкое к температуре стеклования Тс или к температуре максимальной скорости кристаллизации Т_м) способствует заполнению материалом формы. 

Повышение температуры формы является менее эффективным параметром для улучшения формуемости материала, чем повышение температуры материала.

3. Давление литья

Давление литья Р_л  существенно зависит от вязкостных свойств полимера (текучести), конфигурации и размеров изделия.

Для каждого полимера имеется рабочий диапазон давления литья Р_л, выше и ниже которого возникает различного рода брак.

Повышение давления литья  Р_лтребуется:

- При переработке высоковязких полимеров (поликарбонатов, полисульфонов, полифениленоксидов, полифениленсульфидов);

- При литье низкотекучих партий полимеров для обеспечения заполнения формы;

- При литье тонкостенных изделий (небольшая толщина К) или крупногабаритных с большими путями течения L/h. Такое литье характеризуются повышенными гидравлическими сопротивлениями, что затрудняет их заполнение. При литье таких изделий повышение давления литья Р_л может привести к заполнению формы.

Таблица: Параметры литья некоторых полимеров.

4. Объемная скорость впрыска (время заполнения)

Технологические параметры литья зависят от размеров и конфигурации изделий!

В зависимости от толщины h литьевые изделия условно можно разделить на три группы: 

Первая группа - изделия тонкостенные сложной конфигурации. 

Вторая группа – изделия общего назначения средних размеров. 

Третья группа - изделия толстостенные простой конфигурации.

Таблица по выбору объемной скорости впрыска

Для литья изделий первой группы, которые имеют повышенное гидравлическое сопротивление заполнению формы, применяют верхние значения рабочего диапазона технологических параметров литья: температуры литья Т_л, температуры формы Т_ф, давления литья Р_л, объемной скорости впрыска Q. Для литья изделий этой группы применяют низковязкие марки полимера, которые обладают хорошей формуемостью и легко заполняют формы сложной конфигурации.

Для литья изделий третий группы, которые имеют пониженное гидравлическое сопротивление заполнению формы, можно применять нижние значения рабочего диапазона технологических параметров литья: температуры литья Т_л. температуры формы Т_ф, давления литья Р_л, объемной скорости впрыска Q. Для литья изделий этой группы можно применять высоковязкие марки полимера, которые имеют повышенную молекулярную массу и повышенную ударную прочность.

Объемная скорость впрыска Q или параметр обратно пропорциональный Q - время заполнения t₃ существенно зависят от характеристик литьевого оборудования, конфигурации и размеров изделия.

t_з=V/Q,

где

V – объем отливки, см³

Q – объемная скорость впрыска, см³/c

Объемная скорость впрыска Q влияет на внешний вид изделия!

При низких скоростях впрыска Q (большое время t₃) поток расплава в форме сильно охлаждается. Поэтому изделия могут иметь волнистую поверхность и на поверхности могут быть видны линии спаев. В крайнем случае при очень низких Q могут быть недоливы.

С повышением объемной скорости впрыска Q или уменьшением времени заполнения t₃ переходим в рабочий диапазон, в котором исчезают рассмотренные виды брака.

При дальнейшем увеличении объемной скорости впрыска Q выше рабочего диапазона на поверхности изделия в определенных местах могут возникать подгары из-за местного резкого сжатия материала. 

При высоких скоростях впрыска возникают также переливы (облой) и гидроудары.

Для улучшения формуемости материала в тонкостенные изделия (небольшие h) целесообразно увеличивать Q. При литье крупногабаритных изделий с большими путями течения (L/h) увеличение Q способствует заполнению формы. Это связано с тем, что с увеличением Q уменьшается время заполнения формы и охлаждение материала в форме. Поэтому неизотермичность процесса заполнения оказывает меньшее влияние и расплав легче заполняет форму.

Рабочий диапазон объемной скорости впрыска Q для конкретного изделия определяют экспериментально, отливая изделия при нескольких различных Q определяют максимальную Q, начиная с которой образуются пригары, переливы и другие виды брака. Определяют минимальную Q ниже которой начинают образовываться волнистая поверхность, спаи и другие виды брака.

5. Давление формования

Давление формования Р_ф существенно зависит от конфигурации и размеров изделия. Давление формования Р_ф задают в период нарастания давления, если применяют режим формования со сбросом давления. Подробнее о назначении и применении режимов со сбросом давления.

Давление формования Р_ф определяет подпитку материалом формы в течение времени выдержки под давлением t_ВПД и по этой причине качество и вес готовых изделий. 

При низком давлении формования Р_ф подпитка материалом формы недостаточна и качество изделий низкое. Образуются утяжины и пустоты, происходит коробление изделий.

С повышением давления формования Р_ф подпитка материалом формы в течение t_ВПД увеличивается и исчезают рассмотренные виды брака. Давление формования Р_ф переходит в рабочий диапазон, где получается хорошее качество поверхности изделий.

При высоком давления формования Р_ф и увеличением подпитки вес изделий возрастает. Чрезмерно высокое давление формования Р_ф является причиной переуплотнения материала и излишнего веса изделий. Это приводит к перерасходу материала. При большом давлении формования возникают также большие внутренние напряжения.

С увеличением толщины h усадка материала в форме возрастает. Поэтому требуется увеличение подпитки и давления формования Р_ф. С увеличением отношения длины пути течения к толщине L/h перепад давления в форме возрастает. Это может привести к тому, что в конце формы давление будет низким и в этом месте могут образовываться утяжины. Для устранения этого недостатка давление формования Р_ф целесообразно повышать с увеличением отношения L/h.

6. Время выдержки под давлением

Время выдержки под давлением t_ВПД главным образом зависит от диаметра литника d_л (высоты литника h_л) или диаметра впуска d_в. Диаметр d_л (высота h_л) или d_в определяет продолжительность охлаждения материала в литнике или во впуске. Поэтому определяют возможное время перетока материала из нагревательного цилиндра в форму под давлением (время подпитки), т.е. наибольшее время - t_ВПД.

При небольшом времени t_ВПД подпитка материалом формы недостаточна и в изделии образуются утяжины и пустоты, может происходить также коробление изделий. По мере увеличения времени t_ВПД вес изделия увеличивается.

Однако после некоторого значения t_ВПД  вес изделия перестает расти. Увеличивать время t_ВПД, выше этого значения не следует. Если повышать давление литья Р_л, то вес изделия увеличивается, но время t_ВПД остается практически одинаковым.

Рекомендации по примерному времени выдержки

Примеры определения t_ВПД.

Первый. Литник имеет круглое сечение проходного канала с диаметром d_л =2,2

мм. По кривой 1 определяем t_ВПД= 4,5 - 6 сек.

Второй. Литник имеет трапециевидное сечение проходного канала с высотой

h_л = 2,5 мм. По кривой 2 определяем t_ВПД=14 - 18 сек.

Рабочий диапазон времени выдержки под давлением t_ВПД для конкретного изделия определяют экспериментально по весу отлитого изделия. Делают 4-5 отливок, последовательно увеличивая t_ВПД. Отмечают то значение t_ВПД после которого последующее увеличение t_ВПД не приводит к заметному изменению веса изделия. Это значение t_ВПД ограничивает верхний рабочий диапазон.

7. Частота вращения шнека. Давление пластикации.

Частота вращения шнека N и давление пластикации Р_пл главным образом зависят от технологической задачи пластикации, а именно: пластикация ненаполненных полимеров, окрашивание полимеров концентратами красителей непосредственно при литье, пластикация смесей полимеров.

Частота вращения шнека изменяется от 10 об/мин до 100-150 об/мин. Давление пластикации изменяется от 10 до 150 кг/см2.

С увеличением частоты вращения шнека N и давления пластикации Р_пл смесительный эффект при пластикации возрастает.

8. Объём впрыска (ход шнека)

Объем впрыска Q_ВПР или аналогичный параметр - ход шнека Н зависят от размеров изделия и плотности полимерного материала.

Вес отливки G (в г) определяют по формуле:

G = V * p                           

где    V - объем отливки, см3;

р- плотность полимера (в г/см3) при комнатной температуре (20 ⁰С),

Вес отливки G  и ход шнека H связаны прямо пропорциональной зависимостью:

G*К=Н*S*p₁                                      

где    S - поперечное сечение шнека, см2; 

p₁ - плотность полимера (в г/см3) при температуре литья

К - коэффициент, учитывающий утечки материала в обратном направлении при впрыске, а также уплотнение материала в форме и подушку материала перед шнеком в конечном положении, K=1,2-1,25. Конкретный ход шнека (коэффициент K) уточняют при отработке технологического режима на конкретной литьевой машине. Коэффициент К зависит от технологического состояния оборудования, особенно запирающего клапана на конце шнека. Если ход шнека задают меньше требуемого значения, возникают недоливы, пустоты, утяжины, коробление изделий.

Ход шнека должен быть таким, чтобы к концу периода выдержки под давлением перед шнеком оставалось не менее 3 - 5% объема подготовленного к впрыску материала. Шнек не должен доходить до своего крайнего положения. Только в этом случае обеспечивается передача давления в форму в течение времени выдержки под давлением

t_ВПД и переток материала для подпитки.

Справочные данные по плотности некоторых полимеров

9. Общая продолжительность цикла

Общая продолжительность цикла t_ц литья включает:

машинное время

- время подвода и отвода узла пластикации

- время впрыска

- время выдержки под давлением

- время охлаждения в форме

время сухого цикла

- время смыкания и размыкания формы

Продолжительность охлаждения t_охл- основной технологический параметр, который влияет на производительность литья П. Производительность П обратно пропорциональна времени охлаждения t_охл.

Продолжительность охлаждения t_охл зависит от температуры материала (литья) Т_л и температуры формы Т_ф, толщины изделия Н и теплофизических свойств полимерного материала (коэффициента температуропроводности а).

Чем ниже температура материала Т_л тем быстрее охлаждается изделие t_охл и выше производительность литья.

Температура формы Тф влияет на скорость охлаждения материала в форме. Чем ниже температура Тф. тем больше скорость охлаждения. При этом время охлаждения уменьшается t_охл а производительность П увеличивается.

Самое сильное влияние на продолжительность охлаждения t_охл оказывает толщина изделия h. Продолжительность охлаждения t_охл пропорциональна квадрату толщины изделия h. Например, если изделие с толщиной h₁ охлаждается за время t то изделие с толщиной в два раза больше охлаждается за время t₂ которое в четыре раза больше, чем t. Для повышения производительности нужно, по возможности, уменьшать толщину изделия h.