Узел пластикации и впрыска

Основные задачи узла пластикации заключаются в расплавлении полимера, сборе расплава в шнековой камере, впрыске расплава в формующую полость литьевой формы и поддержании давления выдержки в процессе охлаждения. Узел пластикации и впрыска показан на рисунке 1 [4].

1 – червяк; 2 – материальный цилиндр; 3 – сопло; 4 – гидропривод впрыска и «подпора»;
5 – привод вращения червяка; 6 – привод перемещения узла пластикации

Рисунок 1.1 – Схематическое изображение узла пластикации [4]

Основными элементами узла пластикации являются:

– бункер;

– материальный цилиндр;

– шнек;

– кольцевые нагреватели;

– обратный клапан (на рисунке не обозначен);

– сопло.

Бункер, кольцевые нагреватели и шнек имеют много общего с соответствующими деталями части одношнекового пластицирующего экструдера, за исключением того, что шнек литьевой машины может совершать возвратно-поступательные движения, обеспечивая накопление расплава и его впрыскивание в форму.

Материальный цилиндр выполняется в виде толстостенной оболочки, в ряде случаев – с гильзой из высококачественной коррозионностойкой стали. На цилиндре устанавливаются кольцевые зонные электронагреватели
(рисунок 2). В стенке цилиндра высверлены глухие отверстия для термопар. Вблизи загрузочного отверстия в цилиндре предусмотрены каналы для охлаждения этой зоны.

1 – внутренняя металлическая обшивка; 2 – изоляция; 3 и 5 – нагревательная проволока; 4 и 6 – изоляция; 7 – металлическая промежуточная обшивка;
8 – внешняя металлическая обшивка; 9 – стягивающие болты; 10 – штепсельный разъем

Рисунок 1.2 – Электрический ленточный нагреватель для терморегулирования материального цилиндра

Разница между температурой нагревателей по зонам пластикационного цилиндра обычно составляет 10-20 ºС, увеличиваясь от зоны загрузки к соплу. Для низковязких материалов температура сопла устанавливается ниже, чем в зоне дозирования, чтобы предотвратить вытекание расплава.

Поскольку с ростом температуры снижается термостабильность расплава, то необходимо учитывать, что продолжительность пребывания материала в пластикационном цилиндре не должна быть больше времени термостабильности расплава при данной температуре.

Устройство шнека (червяка) литьевой машины
(рисунок 1.3) отражает особенности его эксплуатации, заключающиеся в следующем: периодичность вращения; возвратно-поступательный характер движения вдоль оси цилиндра с высоким давлением на расплав в момент инжекции; объем расплава, подготавливаемого к перемещению в форму, должен сохранять гомогенность, которая достигнута при пластикации полимерного материала. Максимальный осевой ход шнека составляет величину, равную трем его диаметрам.

Хотя наиболее распространенным типом шнека, используемого в ЛМ, является трехзонный шнек, осуществляющий пластикацию полимера, на этапе, следующем за расплавлением материала, в целях удаления летучих продуктов и влаги нередко используются двухступенчатые шнеки со штуцером во второй зоне материального цилиндра.

Рисунок 1.3 – Устройство шнека

Как правило, длина шнека приводится как кратное его диаметру D. Длина современных универсальных шнеков составляет 20D.Подобная длина – это следствие растущих требований, предъявляемых к производительности пластикатора, однородности расплава и износостойкости. Такие шнеки могут быть использованы для переработки всех наиболее распространенных видов термопластов и обеспечивают достаточную пластикацию практически во всех возможных случаях.

Гигроскопичные материалы (ПММА, ПС, ПА) могут быть переработаны без предварительной сушки с помощью дегазирующих шнеков. В этом случае пластицирующая способность машины снижается на 15-50% по сравнению с обычными шнеками.

Вращательное движение шнека обеспечивается гидравлическим или электрическим двигателем, а его осевое перемещение – рабочим поршнем (плунжером) с гидравлическим цилиндром.

Для предотвращения передачи давления на полимер, находящийся в винтовом канале червяка, на его головной части устанавливается наконечник с обратным клапаном (рисунок выше). Это, во-первых, позволяет при впрыске сохранить неизменным подготовленный к инжекции объем расплава, и,во-вторых, исключить полностью или в значительной степени образование встречного, обратного потока расплава, снижающего пластикационную способность шнека. Обратный клапан изображен на рисунке 1.4. Если используется клапан высокого качества, то в канал шнека при впрыске возвращается не более 5% расплава.

Рисунок 1.4 – Конструкции наконечников с обратным клапаном

Сопло (мундштук) расположено на конце узла пластикации и в момент впрыска плотно прижимается к литниковой втулке.

Проточный канал мундштука по возможности должен быть обтекаем и при впрыске плотно прилегать к литьевой головке, что предотвратит вытекание расплава через зазор между мундштуком и литниковой втулкой формы. При этом следует иметь в виду, что радиус сферы мундштука всегда меньше, чем радиус сферы литниковой втулки, и, кроме того, диаметр отверстия мундштука должен быть меньше диаметра канала литниковой втулки (рисунок 1.5).

Конструкции мундштука зависят от свойств перерабатываемого полимерного материала.

Различают мундштуки свободного истечения и мундштуки с клапаном.Первые рекомендуется использовать в том случае, когда вязкость полимерного расплава настолько высока, что в процессе дозирования расплав из мундштука не выступает. За счет возможности декомпрессии в большинстве случаев используется мундштук свободного истечения, применение которого благоприятно с точки зрения реологии. Таким образом, наиболее простым является открытое сопло; при его использовании достаточно обеспечить лишь минимальное давление впрыска.

а) b) с)

а – больший радиус мундштука – масса застревает между литниковой втулкой и мундштуком; b – радиусы одинаковы, однако отверстие мундштука больше, чем отверстие литниковой втулки, литник не извлекается из литьевой формы; с – правильное конструктивное решение

Рисунок 1.5 – Схематическое отображение мундштука с различными радиусами

На рисунке 1.6 представлено схематическое изображение мундштука свободного истечения.

а) для расплавов средней вязкости с цилиндрическим каналом истечения; б) с каналом истечения с обратной конусностью

Рисунок 1.6 – Мундштук свободного истечения

При переработке некоторых полимеров (например, ПВХ и полиформальдегида) применение такого мундштука обеспечивает возможность отвода выделяющихся газов[4,6].

Узел смыкания

Задача узла смыкания в литьевой машине состоит в том, чтобы открывать и закрывать форму, а также обеспечивать плотное запирание формы, что исключает вытекание расплава при ее заполнении и в процессе формообразования. В современных машинах чаще всего используются узлы смыкания одного из трех наиболее распространенных типов: механический, гидравлический или комбинированный (сочетающий первые два способа).

На рисунке 1.7 представлен рычажно-коленчатый механизм в положениях с открытой и закрытой литьевой формой. Хотя эта система, по сути, является механическим устройством, она приводится в действие гидравлическим приводом. Преимущество использования рычажно-коленчатого механизма состоит в том, что к моменту полного смыкания литьевой формы главные рычаги механизма располагаются по одной, осевой, линии, и в этом положении создается максимальное расчетное усилие смыкания.

1 – задняя плита; 2 – рычажно-коленчатая система; 3 – подвижная плита;
4 – направляющая колонна; 5 – неподвижная плита; 6 – литьевая форма;
7 – гидравлический цилиндр

Рисунок 1.7 – Узел смыкания с коленчато-рычажным механизмом

На рисунке 1.8 представлено схематическое изображение гидравлического узла смыкания в открытом и закрытом положениях. Преимущество гидравлической системы заключается в том, что в любом положении формы достигается максимальное усилие смыкания, а также в том, что система может работать с литьевыми формами разных размеров, не требуя сложной регулировки [5].

1 – клапан предварительного наполнения; 2 – бак с рабочей жидкостью;
3 – главный цилиндр; 4 – цилиндр возвратного хода; 5 – цилиндр ускоренного хода;
6 – направляющая колонна;7 – подача рабочей жидкости гидравлической системы

Рисунок 1.8 –Гидравлический узел смыкания [5]