Теряева Т.Н. (сост.) Литье под давлением термопластов

Подождите немного. Документ загружается.

но, определённые для полимера при его испытании и по номо-

грамме.

Для определения минимальной и максимальной температу-

ры переработки наносят две расчётные точки на нижнюю и верх-

нюю границы области переработки, а затем соответственно нахо-

дят два значения напряжений сдвига τ

min

и τ

max

, по которым и

рассчитывают соответствующие температуры.

Температура по зонам нагрева назначается следующим

образом: минимальная назначается в зоне загрузки сырья, мак-

симальная – в зоне дозирования шнека. Повышение температуры

по зонам нагрева шнека проводится примерно на 20 К.

2.2. Определение температуры формы

Температура формы для аморфных полимеров должна быть

ниже температуры стеклования 30-40 К, а для кристаллических

выбирается с учётом скорости охлаждения расплава и требуемой

кристалличности полимера в интервале между температурами

стеклования и плавления полимера.

Скорость впрыска определяется с учётом требований к из-

делию, его конструкции и массы.

2.3. Определение давления литья

Давление литья определяется по формуле

= ΣΔР + Р

= ΔР

+ ΔР

спл

+ ΔР

л с

+ Р

где ΔР

– потери давления в материальном цилиндре литьевой

машины, которые определяются коэффициентом потерь К

1,001,12; ΔР

спл

– потери давления в сопле; ΔР

л с

– потери давле-

ния в литниковой системе формы; Р

– давление в форме.

Уравнение состояния связывает основные характеристики

полимера соотношением









MRTР /













где



- удельный объём полимера при Т и Р, м

/кг;



- объём, за-

нимаемый собственно молекулами полимера, м

/кг; Р – давление,

МПа;



- внутреннее давление, МПа; R – универсальная газовая

постоянная; T – температура, К; M – молярная масса структурно-

го звена полимера, кг / м

Задаваясь значением плотности полимера в изделии и тем-

пературой расплава, определяем давление литья по следующей

формуле

 









Р .

Экспериментально определённые значения констант урав-

нения состояния приведены в табл. 2.1 [15].

Таблица 2.1

Значения постоянных в уравнении состояния

Термопласт

, МПа 10

, м

/кг (R/M), Дж/(кгК)

ПС 180 0,822 79,8

ПК 67 0,61 3,27

ПММА 210 0,734 83

ПЭВП 677 1,11 29,7

ПЭНП 320 0,875 29,7

ПП 160 0,620 19,7

ПА-12 71,7 0,78 4,21

ПА-6 150 0,722 7,33

Потери давления в сопле и литниковых каналах считают по

формулам, учитывающим геометрическую форму канала.

Для цилиндрического канала





RmRl /2









Для прямоугольного канала













hbhbmhl /2









где l – длина канала, м; h и b – глубина и высота прямоугольного

канала, м; m – входовой поправочный коэффициент;



– напря-

жение сдвига при Т

и скорости сдвига, реализуемой в канале,

МПа.

Скорость сдвига в свою очередь для этих же видов каналов

рассчитывается по формулам

 

)

/(13 cRnQn







;





))(/(122

chbhnQn 





где Q – объёмный расход расплава через канал, м

/с; n – показа-

тель степени в реологическом уравнении для данного полимера; c

– число параллельных каналов на расчетном участке.

2.4. Расчёт времени выдержки под давлением

Проводят по уравнениям:

для цилиндрического впускного канала





рф





6,1

76,5

;

для прямоугольного впускного литника

 





)(

2222

рф

hSa











;

для центрального впускного литника с радиусом большим,

чем половина толщины изделия





)(

рф









где r,



, h – размеры впускных литников, м; S – площадь попе-

речного сечения канала, м

; Т

– температура текучести (или

плавления), К; Т

– температура формы, К; Т

рф

– температура

расплава в форме, К; а – коэффициент температуропровод-

ности, м

/с; k

– коэффициент, учитывающий течение расплава в

процессе подпитки: k



V/V

;



– коэффициент формы для

литника, равен 2 для цилиндрического и 1,5 – для щелевого и

кольцевого;



V – объём расплава, нагнетаемый в форму при вы-

держке под давлением, м

; V

– объём впускного литника, м

2.5. Расчёт времени охлаждения

Время охлаждения в форме рассчитывают по формуле [15]

Са

ТТ

охл

















 ,

где Т

, Т

– температуры расплава, формы, изделия соответст-

венно в момент съёма, К;



– толщина охлаждаемого изделия, м;

А и С – коэффициенты, определяемые формой изделия (для плос-

кого изделия А = 1,27 и С = 

; для цилиндра А = 1,6 и С = 5,76).

2.6. Расчёт времени цикла

Время цикла складывается, как и при прессовании изделий,

из времени, определяемого литьевой машиной (œмашинного®

времени) и технологического времени – времени охлаждения из-

делия, которое будет лимитирующим.

охл

паузыразмвпрсмтехнмашц











где



см



впр



разм



пазы

– время смыкания формы, впрыска распла-

ва в форму, размыкания формы и паузы между циклами, соответ-

ственно.

Технологические свойства литьевых пластмасс и режимы

формования изделий приведены в приложении 2.

ЗАДАНИЕ 3. Литьё стандартных изделий

Стандартными изделиями являются образцы типа œстан-

дартная лопатка®.

При выполнении этого задания, прежде всего, следует изу-

чить конструкцию литьевой машины и оснастки, порядок их ра-

боты.

Рис. 3. Литьевая ма-

шина ВЛ-40.

Основные характери-

стики литьевой машины

ЛМ-40 (по техническому

описанию) внести в отчёт

по работе:

— номинальный

объём впрыска, см

;

— максимальное

манометрическое дав-

ление, МПа;

— диаметр рабочего плунжера главного гидравлического

цилиндра литьевой машины, мм;

— диаметр плунжера материального цилиндра, мм;

— скорость опускания плунжера, м/мин;

— интервал и точность регулирования давления, темпера-

туры и времени выдержки.

Сделать эскиз литьевой формы, измерить штангенциркулем

с точностью до 0,05 мм размеры оформляющей полости.

Литьё стандартных образцов проводится по плану экспери-

мента.

Исходными значениями для составления матрицы планиро-

вания эксперимента являются рассчитанные значения параметров

литья под давлением. Для составления плана по указанию препо-

давателя выбираются два фактора – технологических параметра

литья под давлением, которые будут изменяться в процессе прес-

сования (например, см. табл. 3.1.). Остальные параметры процес-

са выбираются по средним значениям.

Таблица 3.1.

Исходные данные для составления плана эксперимента

Значения

переменных

Параметр

Значение

нулевого

уровня

Шаг

варьи-

рования

-1 0 +1

Время выдержки под

давлением, с

6 4 6 8

Температура матери-

ального цилиндра, ½С

150 130 150 170

Матрица планирования полного двухфакторного экспери-

мента составляется для выбранных двух параметров литья под

давлением.

Пример приведён в табл. 3.2.

Перед литьем навеску материала М определяют по формуле:

)

100

(







где ρ – плотность материала в изделии, кг/м

; V – объём формуе-

мой детали, м

; k – коэффициент, учитывающих потери материа-

ла (5-10%).

Таблица 3.2.

Матрица планирования эксперимента

Значение переменных в

кодовом обозначении

Значение переменных в

натуральном виде

Номер

опыта

, ½С Х

, с

1. - - 4 130

2. 0 - 6 130

3. + - 8 130

4. - 0 4 150

5. 0 0 6 150

6. + 0 8 150

7. - + 4 170

8. 0 + 6 170

9. + + 8 170

При каждом режиме формуют 6 изделий ( 3 отливки по 2

œлопатки® за одну отливку), а в точке 5 плана (œнулевой®) отли-

вают 10 изделий (5 отливок). Всего должно получиться 58 образ-

цов. Все образцы подписывают в соответствии с планом экспе-

римента, например, для точки плана 1 – 1.1, 1.2, 1.3 и т.д.

Возможно проведение эксперимента при изменении только

одного параметра – температуры расплава. В этом случае внутри

выбранного или рассчитанного интервала переработки выбира-

ется не менее 3 температур (обычно 5) и при каждой из них отли-

вается не менее 10 образцов – œлопаток®.

ЗАДАНИЕ 4. Определение качества литьевых изделий

Качество образцов определяют по внешнему виду; массе

образцов; плотности; усадке; твёрдости; теплостойкости; водо-

поглощению; а также по значениям разрушающего напряжения,

относительного удлинения, модуля упругости, предела текучести

при разрыве образцов (в соответствии с заданием преподавателя).

4.1. Определение качества изделий по внешнему виду.

Тщательно осматривают отлитые образцы, отмечая сле-

дующие дефекты: недолив, утяжины, облой, пузыри в изделии,

коробление.

Недолив проявляется в недооформлении отдельных участ-

ков изделия. Он может быть обусловлен неточной дозировкой,

низкими значениями температуры материала и формы, недоста-

точным давлением впрыска, затруднениями при течении мате-

риала через сопло (сопло забито).

Утяжины – искривления поверхности изделия, вызываемые

низким давлением впрыска, высокой температурой материала и

формы, отсутствие подпитки материалом.

Облой – наличие плёнки материала по линии разъёма фор-

мы, связанное с большой дозой впрыска, высокими значениями

температуры материала, давления, скорости впрыска, а также с

износом формы.

Пузыри в изделии обусловлены повышенной влажностью

материала, малой дозой впрыска, низким давлением впрыска, вы-

сокими значениями температуры материала и скорости впрыска.

Коробление проявляется в искажении формы изделия и в

большинстве случаев является следствием большой усадки мате-

риала, высокими значениями температуры материала и формы.

4.2. Определение эксплуатационных характеристик

Для каждой точки плана проводят определение эксплуата-

ционных показателей изделий на 3-х параллельных образцах в

следующей последовательности:

масса œлопаток® с точностью до 0,01 г;

усадка изделий;

твёрдость по Бринеллю;

плотность гидростатическим методом.

Дополнительно определяют теплостойкость по Вика; ориен-

тацию отлитых стандартных образцов; разрушающее на-

пряжение, относительное удлинение при разрыве.

4.2.1. Определение плотности отлитых образцов

Образцы, отлитые при разных режимах, взвешиваются с

точностью до 0,01 г на технических весах. Среднее значение за-

носится в табл. 4.1.

4.2.2. Определение усадки отлитых образцов

Расчётная усадка отлитых изделий определяется после вы-

держки не менее суток по формуле:

расч

=(L-L

)/L Å100%,

где L – размер оформляющей части пресс-формы, мм; L

размер изделия, мм. Среднее значение заносится в табл. 4.1.

4.2.3. Определение твёрдости по Бринеллю

Твёрдость по Бринеллю определяется на твёрдомере и рас-

считывается по формуле:



 , Па

где Р – сила, приложенная к шарику, Н; D - диаметр шари-

ка, м; h – глубина внедрения шарика в поверхность стандартного

изделия, м.

Среднее значение заносится в табл. 4.1.

4.2.4. Определение плотности

Плотность отлитых стандартных изделий определяют сле-

дующим образом. Образцы обвязывают нитью и взвешивают на

аналитических весах сначала в воздухе, а затем – в жидкости.

Жидкость выбирают по следующим условиям: полимер не дол-

жен растворяться в ней, плотность жидкости должна быть мень-

ше плотности полимера (изделие должно тонуть в жидкости).

Чаще всего для полимеров используют воду (плотность больше

1) или этиловый спирт (плотность меньше 1). При взвешивании в

жидкости необходимо, чтобы изделие или образец полностью на-

ходился в жидкости, а на его поверхности не было воздушных

пузырьков. Расчёт плотности проводят по формуле:

ММ







, кг/м

где – М

– масса образца на воздухе, г; М

– масса образца в

жидкости, г; ρ

– плотность жидкости, кг/м

Среднее значение заносится в табл. 4.1.

4.2.5. Определение теплостойкости по Вика

Теплостойкость по Вика определяют на приборе Вика как

температуру, при которой игла под заданной нагрузкой внедрит-

ся в образец на глубину 1 мм.

Полученные результаты заносят в табл. 4.1.

4.2.6. Определение степени ориентации макромолекул

Степень ориентации макромолекул в отлитых образцах оце-

нивают по величине усадки стандартных изделий. Для её опреде-

ления наносят бритвой или иглой на рабочую часть œлопатки®

две риски на расстоянии примерно 40 мм друг от друга. Штан-

генциркулем с точностью до 0, 01 мм измеряют расстояние меж-

ду рисками. Размеченные образцы помещают на стальную пла-

стину, покрытую плёнкой из фторопласта, а затем – в термостат,

предварительно нагретый до температуры Т

и выдержать в те-

чение 30 мин.

Для аморфных полимеров Т

= Т

+ 20 ½C, для кристалличе-

ских Т

= Т

пл

– 10 ½C. Затем образцы извлекают из термошкафа,

охлаждают на воздухе до комнатной температуры и вновь изме-

ряют расстояние между рисками. Данные измерений заносят в

табл. 4.2.

Таблица 4.2

Степень ориентации макромолекул

Расстояние между рисками, мм

Степень ориентации, l

ор

(до нагревания) l

(после нагревания)

каждого

образца l

ор i

среднее

значение l

ор ср

Степень ориентации оценивается величиной усадки l

ор

, вы-

званной дезориентацией:

100







ор

, %

4.2.7. Определение разрушающего напряжения и

относительного удлинения при разрыве литьевых образцов

Разрушающее напряжение (σ

) и относительное удлинение

при разрыве литьевых образцов (ε) в форме лопаток определяют-

ся на разрывной машине и рассчитываются по формулам:





; 00, %

где: Р – усилие разрыва образца, Н; S – площадь поперечного се-

чения рабочей зоны образца, м

; Δl – абсолютное удлинение об-

разца, мм; l

– дина рабочей зоны образца.

4.2.8. Обработка результатов эксперимента

Полученные данные обрабатываются с помощью програм-

мы œПФЭ 2®, в результате чего определяются коэффициенты

уравнений регрессии, связывающие значения свойств литьевых

образцов с параметрами литья под давлением. Для полученных

уравнений регрессии определяется адекватность эксперимен-

тальным данным и строятся графические интерпретации.

Анализ уравнений позволяет определить наличие влияния

исследованных параметров литья на свойства изделий, опреде-

лить оптимальные режимы формования.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомится с правилами техники безопасности при

выполнении лабораторной работы.

2. Получить задание у преподавателя (тип полимера, пе-

ременные факторы при литье под давлением).

3. Выполнить задания 1-3 в соответстии с настоящии ука-

заниями.

4. Оформить результаты работы в виде отчета по каждо-

му из заданий.