Северная Торговая Компания

Украина, г.Чернигов, пр-т Мира 74/1
м/т 067-64-63-882
т/ф 0462-65-15-44
e-mail: stk-electro@yandex.ru

Литниковые системы пресс-форм

В литьевой форме после заполнения ее расплавом термопласта должно образовываться изделие требуемой геометрической формы, заданных размеров, с поверхностью хорошего качества и определенными физико-химическими свойствами. Конструкция литьевой формы оказывает большое влияние на эффективность работы литьевой машины и качество литьевых изделий.

Проектирование и изготовление литьевых пресс-форм является сложной проблемой, при решении которой приходится одновременно учитывать множество факторов: прочность и жесткость отдельных частей формы, способ удаления отливки из формы, удобство обслуживания, отделку и размеры оформляющих частей и т.п. Учитывая обширное разнообразие изделий, получаемых методом литья под давлением, к решению этих задач подходят, опираясь на определенные запросы, предъявляемые к изделию, это несомненно приводит к огромному многообразию конструкций литьевых форм.

Станок Sodick

В то же время в различных конструкциях литьевых форм встречаются одинаковые элементы, которые имеют одно и то же назначение и оказывают решающее влияние на процесс формирования термопластов при литье под давлением. К таким важнейшим элементам литьевых пресс-форм относится литниковая система, посредством которой осуществляется соединение формы с литьевым цилиндром машины и заполнение формы. От конструкции литниковой системы зависит качество поверхностей изделий, их размеры и физико-математические свойства. Тип литниковой системы оказывает большое влияние на конструкцию и особенности работы литьевой формы. Конструкция литьевой формы получается наиболее простой при заполнении полости формы через центральный литник, имеющий форму усеченного конуса. Такой тип литниковой системы часто применяется в одногнездных формах для изготовления изделий типа стаканов, чашек, ящиков и т.п.

Наиболее распространенная литниковая система состоит из центрального литника, разводящих каналов и впускных каналов. Такая система позволяет отливать в одной форме сразу много изделий и применяется при изготовлении самых различных типов изделий.

При литье через точечный литник и безлитниковом литье возможно отделение литника от изделия в процессе разъема формы. Как правило, место отрыва литника не требует последующей механической обработки. При литье по этим схемам сечение впуска делается достаточно малым. Однако конструкция литьевой формы в этих случаях получается более сложной, поскольку при точечном отрывном литнике в форме, как правило, имеется дополнительная промежуточная плита для отрыва литника. При безлитниковом литье предусматриваются специальные конструкции сопел или обогреваемые литниковые каналы, т.е. конструкция литьевой формы еще больше усложняется.

Для некоторых термопластов, имеющих узкий температурный интервал литья, например для полиамидов, а также для материалов, недостаточно термостабильных при высоких скоростях сдвига, применение малых сечений впуска нежелательно. При литье толстостенных изделий малые размеры впуска также не могут применяться, поскольку они ограничивают уплотнение расплава термопласта в форме.

Литниковые каналы

Достойное изготовление пресс-форм возможно при ответственном конструировании литьевых форм, а именно: расчета и оформления литниковых каналов. Чрезвычайно важной проблемой конструирования литьевых форм является расчет и оформление литниковых каналов. Литниковая система сопло – канал – впуск должна обеспечить заполнение полости формы при соблюдении условий литья данного термопласта, а также получение изделия с удовлетворительным внешним видом и требуемыми физико-механическими свойствами. Поэтому к литниковой системе предъявляются очень разнообразные требования. Так, литниковая система должна обеспечивать минимальные потери материала на заполнение литниковой системы, легкость отделения от изделия, определенное соотношение между поверхностью и объемом для уменьшения потерь тепла в стенки формы от расплава полимера и т.д.

Конечно, одновременное выполнение всех этих требований в ряде случаев осуществить трудно. Например, уменьшение размеров впуска для облегчения удаления литника, как правило, приводит к увеличению потерь давления, причем уменьшение толщины литника при литье полистирола всего в 2 раза приводит к увеличению потерь давления почти в 3 раза. При увеличении размеров впуска, наоборот, уменьшаются потери давления, возрастают ориентационные напряжения, а также затрудняется отделение литника от изделия.

Литниковая система и изделие составляют единое целое и обычно удаляются вместе из формы в конце цикла литья. Литниковая система представляет собой систему каналов, по которой расплав полимера полается из литникового цилиндра машины в оформляющую полость формы.

Основными элементами литниковой системы являются центральный литник, разводящий литниковый канал и впускной канал.

Различные конструкции литниковых систем по их технологическому назначению можно разделить на два типа. Первый тип – так называемая «холодноканальная» система, при которой температура стенок литниковых каналов поддерживается ниже температуры стеклования или плавления термопласта. Вторым типом является так называемая «горячеканальная» система, конструкция которой обеспечивает температуру текучести термопластов. Эта литниковая система применяется реже и только для определенных термопластов.

При выборе типа литниковой системы следует учитывать, что обычная литниковая система по сравнению с гарячеканальной более проста в изготовлении и при эксплуатации, но при ее использовании образуются отходы в виде литников, которые необходимо утилизировать. Кроме того, если продолжительность охлаждения литников больше продолжительности охлаждения изделия, то это приводит к уменьшению производительности при литье по сравнению с горячеканальной системой.

В то же время при горячеканальной системе с несколькими впусками трудно избежать образования застойных зон, где может происходить разложение термопластов с низкой термостабильностью. Горячеканальные конструкции литников выгодно применять в тех случаях, когда для снижения потерь давления приходится делать разводящий литниковый канал с высотой (или диаметром) намного большей толщины изделия (например, при литье тонкостенных изделий с большой протяженностью одной из сторон). В этих случаях продолжительность цикла литья в формах с холодноканальной конструкцией определяется продолжительностью охлаждения литниковой системы, а в формах с горячеканальной конструкцией – продолжительностью охлаждения изделия.

Центральный литник

Для понимания принципов рационального конструирования литниковых каналов при холодноканальной системе следует вначале остановиться на некоторых особенностей течения и охлаждения расплава термопластов в каналах формы.

Пресс-форма

Продолжительность охлаждения материала в канале пресс-формы зависит от так называемого поверхностного фактора, который характеризует отношение поверхности канала к его объему. Чем больше это отношение, тем быстрее охлаждается расплав в канале. Таким образом, поверхностный фактор может служить критерием при сравнении условий охлаждения в различных литниковых каналах: если два канала имеют различное значение поверхностного фактора, то времена охлаждения расплава в этих каналах относятся как квадраты поверхностного фактора.

Расплав термопласта, соприкасаясь с поверхностью канала, образует слой затвердевшего материала, что уменьшает реальное сечение канала на величину оболочки. Толщина оболочки зависит от свойств полимера, температуры формы и расплава полимера, а также от скорости течения. Свойства термопласта влияют также на допустимый интервал температур литья.

Как известно, время охлаждения зависит от температуропроводности полимера; чем больше температуропроводность, тем быстрее охлаждается полимер в канале и тем больше толщина затвердевшего слоя во время течения при прочих равных условиях. Например, полистирол обладает меньшей температуропроводностью, чем полиэтилен высокой плотности, следовательно, размеры литников у него могут быть меньше.

Центральный литник является наиболее простой формой литниковой системы, при которой литниковый канал непосредственно соединяется с полостью формы в месте его наибольшего сечения. При применении литника такого типа возникают незначительные сопротивления при течении расплава термопласта. Поэтому он преимущественно используется для форм, полости которых трудно заполняются, или при переработке высоковязких термопластов и термопластов с низкой термостабильностью расплава. Для толстостенных деталей, которые должны иметь точные размеры, следует также применять центральный литник.

Главным недостатком этого типа литника является то, что после его удаления и обработки детали на ней остаются заметные следы. Центральный литник, в который непосредственно из сопла литьевого цилиндра, представляет собой усеченный конус. Наименьший диаметр центрального литника должен быть больше диаметра отверстия сопла на 0,5-1,0 мм. Диаметр центрального литника обычно выбирается равным или несколько большим толщины изделия.

В том случае, когда центральный литник переходит в разводящий литниковый канал, он имеет продолжение в виде отверстия с обратным конусом, а также отверстие с Z-образной толкающей шпилькой. Благодаря этому образуется поднутрение, которое обеспечивает извлечение центрального литника из литниковой втулки во время раскрытия формы.

Разводящий литниковый канал

Минимизировать потери давления и тепла во время течения расплава полимера можно с помощью форм и размеров разводящих каналов. Опытным путем было доказано, что значительные потери давления могут возникать из-за увеличения длины канала, а также их резких поворотов. Для создания правильной конструкции разводящего канала необходимо обеспечить максимальную поперечную площадь и как следствие улучшиться передача давления, а снижения передачи тепла от расплава возможно достижением минимальной боковой поверхности. Чем выше отношение площади поперечного сечения канала к его периметру, тем лучше конструкция канала.

Каналы делятся на такие типы: круглый, квадратный, полукруглый, прямоугольный и трапецеидальный. Полукруглые и прямоугольные типы каналов менее желательны в применении, т.к. по сравнению с ними круглые и квадратные каналы имеют большее отношение площади к периметру. Однако при квадратном типе канала его литник трудно удалять из формы. Поэтому на практике применяют трапецеидальный тип канала с углом около 10 °, объем которого приблизительно на 25% больше объема круглого канала при соответствующих размерах.

Наилучшим типом канала, конечно, является круглый. Но его нужно делать в обеих половинах формы, что не всегда осуществимо. Может быть применен канал, имеющий трапецеидальное сечение с некоторым скруглением. Объем такого канала всего на 14% больше объема круглого канала. Самыми простыми в изготовлении являются каналы с трапецеидальным сечением, поскольку они выполняются только в одной половине формы.

Наиболее трудным есть определение размеров поперечного сечения разводящего литникового канала. При решении этого вопроса приходится учитывать свойства термопласта; массу, толщину размеры изделия; расстояние от полости формы до центрального литника; условия охлаждения каналов и т.п. Поперечное сечение каналов должно быть достаточным для заполнения формы, прежде чем материал затвердеет в канале, а также для уплотнения материала в форме. Исходя из этого, поперечное сечение каналов редко делается диаметром, меньшим 3 мм (этот размер применяется в основном при небольшой длине канала). Чем длиннее канал, тем больше сопротивление, а, следовательно, тем больше должно быть поперечное сечение канала.

В то же время поперечное сечение канала не должно быть таким большим, чтобы оно влияло на продолжительность цикла литья, хотя это и случается при литье очень тонких изделий. По этой причине нежелательно делать каналы диаметром более 10 мм. Только для жесткого поливинилхлорида и полиметилметакрилата в виде исключения применяют каналы диаметром до 12,5 мм, что связано с высокой вязкостью при литье под давлением.

Расположение разводящих литниковых каналов

пресс-форма - расположение литниковых каналов

При конструировании многогнездных литьевых форм большое значение имеет оптимальное расположение разводящих литниковых каналов, которое зависит от ряда факторов: числа гнезд, формы и размеров изделия, конструкции литьевой формы, типа впускного литникового канала.

Правильное расположение литниковых каналов, прежде всего, должно обеспечивать минимальные потери давления, а это возможно, если длина каналов будет минимальной. Правильным расположением литниковых каналов обеспечиваются минимальные потери давления, достигается это благодаря минимальной длине каналов.

Гнезда в форме требуется располагать так, чтобы условия течения расплава полимера от сопла ко всем гнездам формы и путь до всех гнезд формы были одинаковы. Симметрия гнезд в форме дает возможность одновременно заполнять все гнезда и одинаково подпитывать их во время выдержки под давлением. Этому условию удовлетворяет схема расположения гнезд, показанная на рис. 1.а.

Схема расположения гнезд, показанная на рис. 1.б, не может гарантировать равноценные условия по заполнению всех гнезд без специальной балансировки впускных каналов.

Для получения деталей с одинаковыми физико-механическими свойствами и размерами разводящие литниковые каналы ко всем гнездам в многогнездных формах должны иметь одинаковую длину.

При разной длине литниковых каналов температура полимера и давление в полости одинаковых гнезд отличаются, и это приводит к получению изделий с неодинаковыми свойствами.

Переход от разводящего литникового канала к впуску

пресс-форма - расположение литниковых каналов

Несомненно, значимой составляющей литниковой системы выступает переход от разводящего литникового канала к впускному литниковому каналу. Протекая по центральной зоне литникового канала, температура расплава остается довольно высокой из-за низкой теплопроводности затвердевшего при контакте с холодной поверхностью канала слоя термопласта.

Поэтому идеальное расположение впускного канала – по линии центра разводящего канала (для обеспечения прохода расплава из центральной части канала). Это может быть достигнуто при круглом разводящем канале (рис. 2.а).

Исходя из этого, трапецеидальный разводящий канал является неподходящим, поскольку трудно расположить впуск по центру потока расплава.

Переход от разводящего канала к впуску в виде конуса нецелесообразен, поскольку при этом увеличиваются потери давления и скорость течения повышается прежде, чем расплав термопласта попадет во впускной канал.

Использование перехода в виде конуса нерационально, т.к. это влечет за собой повышение потерь давления, а также увеличивается скорость течения расплава еще до того как он попадет во впускной канал.

Наилучшей формой перехода считается полукруглая, с радиусом, равным половине диаметра разводящего канала (рис. 2.б).

Впускной литниковый канал

Наиболее важным элементом литниковой системы является впускной литниковый канал, т.е. тот канал относительно малого размера, через который расплав термопласта входит в полость формы. Размеры впуска зависят от многих факторов: свойств термопласта, толщины изделия, объема полости формы, температуры расплава и формы, точности размеров изделия и т.п. Поэтому определение оптимальных размеров впуска является очень трудной задачей.

При чрезмерном уменьшении размеров поперечного сечения впускного канала облегчается отделение литника от изделия, но затрудняется заполнение расплавом полости формы в связи с увеличением потерь давления. Кроме этого, чересчур уменьшенная высота впускного канала, может приводить к затвердеванию в нем расплава до того как завершиться необходимое для создания монолитного изделия уплотнение полимера в форме во время выдержки под давлением. В таком случае в изготавливаемых изделиях образовываются внутренние пузырьки и наружные усадочные раковины.

При излишнем увеличении поперечного сечения впускного канала осложняется механическая обработка места впуска. Чересчур увеличенная высота впускного канала, может привести к удлинению цикла литья вследствие возрастания времени выдержки под давлением (при малом времени выдержки под давлением может происходить вытекание расплава термопласта из полости формы в сторону литниковой системы, что также приводит к дефектам изделий). Таким образом, размеры поперечного сечения впускного канала влияют на условия заполнения формы и время выдержки под давлением.

Размеры впуска оказывают влияние и на механические свойства литьевых изделий. Например, ударная вязкость полистирола при высоких температурах литья с увеличением размера впуска при высоких температурах литья с увеличением размера впуска изменяется в небольшой степени, а при низких температурах литья – почти на 40 %.

Наибольшее распространение при литье термопластов получили впускные каналы с круглым и прямоугольным поперечным сечениями. Предпочтение следует отдать прямоугольным впускным каналам, так как высота и ширина могут меняться независимо друг от друга. При этом изменяя высоту впуска, можно регулировать время выдержки под давлением, а изменяя ширину – условия течения расплава при заполнении формы. При увеличении диаметра круглого впуска происходит одновременное снижение потерь давления и увеличение продолжительности выдержки под давлением.

Общим правилом есть то, что длина впускных каналов должна быть по возможности малой: чем короче впускные каналы, тем меньше потери давления при заполнении формы.

При определении размеров поперечного сечения впускного канала необходимо учитывать протекание двух процессов – заполнение формы и уплотнение расплава полимера в форме. При заполнении формы расплавом определяющим является скорость сдвига, которая при впуске литникового канала может достигать большой величины.

Увеличение скорости течения еще более сужает температурный интервал переработки полимера, который ограничен с одной стороны, минимальной температурой литья, а с другой стороны, температурой разложения термопласта. Поэтому скорость сдвига при течении расплава термопласта должна быть меньше, чем уже температурный интервал переработки полимера.

Если известны скорости сдвига, при которых интервал переработки составляет не менее 40°С ,то можно рассчитать для допустимых скоростей сдвига при заполнении формы минимальные размеры впускных каналов. Изменением поперечного сечения впускного канала можно регулировать не только скорость течения, при которой расплав полимера входит в полость формы, но также и время, в течение которого расплав должен оставаться во впуске не затвердевшим, что необходимо для уплотнения полимера в форме.

Большая глубина впускного канала приводит к излишнему уплотнению расплава полимера, высокой степени ориентации в изделии и большим внутренним напряжением в зоне впуска; при малой глубине впуска в результате недостаточного уплотнения могут возникнуть раковины на поверхности или пузыри внутри изделия. Поэтому необходимо найти нечто среднее.

Для изделий с толстыми стенками проблема уплотнения очень важна, поэтому, вначале следует выбирать глубину впускного канала, тогда ширина впускного канала становится определяющим размером для выбора скорости течения.

Точечные впускные каналы

Внутреннее трение в высоковязком расплаве термопласта, проходящего через впуск при относительно высокой скорости, приводит к повышению температуры расплава, которое может быть рассчитано теоретически и измерено экспериментально. Нагрев термопласта используется в так называемых точечных впусках, т.е. впускных литниковых каналах малого сечения.

пресс-форма - точечный впускной канал

Поскольку сечение впуска мало, то охлаждение расплава и его затвердевание в этом впуске происходят очень быстро. Благодаря этому устраняется излишнее переуплотнение полимера в форме, и получаются изделия с меньшими внутренними напряжениями. Кроме того, вследствие быстрого затвердевания полимера во впуске снижается остаточное давление изделия из формы. Отделение литника от изделия происходит очень легко и в большинстве случаев может осуществляться автоматически во время разъема формы.

В то же время применение точечных впусков может приводить к деструкции термопласта или образованию в полости формы тонкой формы и приводящей к дефектам поверхности изделия. Применение точечных впусков обычно ограничено толщиной изделия, и они используются, как правило, при толщине изделия не более 3 мм. Очень важным размером точечного впуска является его длина; она должна быть минимальной, чтобы потери давления во впуске не были высоки. Как правило, длина впуска равна 0,8 мм.

Впуск должен быть расположен точно по центру разводящего канала, чтобы охлажденные внешние слои термопласта во впуск не попадали.

В случае прямоугольного сечения впуска ширина его должна быть на 1,5 мм меньше ширины разводящего канала. При прямоугольном сечении впуска его минимальная высота составляет 0,65 мм; при высоте 0,75-1,2 мм обеспечивается лучшее заполнение формы и достаточно быстрое затвердевание впуска. Не следует использовать впуски с высотой более 1,3 мм.

Для удаления точечных отрывных литников в формах предусматривается промежуточная плита.

Экспериментально установлено, что для более вязкого материала диаметр точечного впуска должен быть больше, а длина впускного канала меньше, чем для менее вязкого.

На рис. 3.а приведена конструкция точечного впуска, который применяется при литье различных по массе и размерам изделий из полистирола.

Безлитниковые системы

При безлитниковом литье применяется «горячеканальная» конструкция литников, при которой в каналах поддерживается температура, обеспечивающая текучесть расплава в центральной части литникового канала. Безлитниковое литье имеет определенные достоинства: меньше отход термопласта, поскольку отсутствуют литники; не требуется операция удаления литника; в некоторых случаях уменьшаются внутренние напряжения в изделиях. Безлитниковое литье может использоваться при любых формах, но не всех типов термопластов.

Для использования безлитниковой системы необходимо чтобы термопласт обладал хорошей текучестью при низких температурах, низкой удельной теплоемкостью и перерабатывается в широком температурном интервале. Этим требованиям лучше всего удовлетворяют полиэтилен и полистирол. Полипропилен, полиметилметакрилат, полиамиды также используются при безлитниковом литье, но в меньшей степени.

При безлитниковых системах трудно избежать образования «застойных зон» в местах поворота каналов. В этих зонах в результате длительного нагрева может происходить разложение термопласта. Поэтому безлитниковые системы не следует применять для полимеров с низкой термостабильностью (например, полиформальдегид, сополимеры на основе формальдегида, полиамид 6,6 и др.).

пресс-форма - безлитниковые системы

Безлитниковая система может быть выполнена в двух вариантах. В первом (рис. 4.а) расплав термопласта подается в полость формы через удлиненное сопло, плотно прилегающее к форме, и через впуск с круглым поперечным сечением.

Во втором варианте расплав, прежде чем попасть в точечный впуск, проходит через форкамеру, предварительно заполненную термопластом. При этом уменьшается поверхность соприкосновения сопла и формы, в результате чего достигается более стабильная температура расплава, чем в первом варианте.

Наиболее целесообразно применение форкамеры при литье тонкостенных изделий, когда время цикла мало. В этом случае удается предотвратить затвердевание термопласта в форкамере. Увеличение объема форкамеры (рис. 4.б) позволяет избежать затвердевания материала.

Опасность затвердевания становится еще меньше, если во время пребывания литьевой формы в раскрытом состоянии материал остается на сопле (рис. 4.в). В этом случае уменьшается время контакта термопласта с относительно холодными стенками формы.

Применение сопел из бронзы, обладающей большей теплопроводностью, позволяет уменьшить толщину слоя термопласта в форкамере. При этом частично затвердевший тонкий слой термопласта, оставаясь в сопле, успевает размягчиться за время нахождения формы в раскрытом состоянии. В конструкциях с неподвижным соплом из бронзы изготавливают только наконечник сопла, а переходник, на который передается нагрузка, - из стали. Сопла, целиком изготовленные из бронзы, можно применять в конструкциях с подвижным соплом.

Конструкция с несколькими впусками находит применение при литье тонкостенных изделий в многогнездных формах в одним впуском в полость формы или в одно- и много- гнездных формах с несколькими впусками в полость формы.

От литьевого цилиндра к соплам расплав подводится через каналы, расположенные в плите, температура которой равна температуре цилиндра. Плита имеет электронагреватели, систему контроля температуры и изолируется от остальных частей формы.

Предлагаем два способа заказа пресс-формы: по электронной почте stk-electro@yandex.ru или по телефонам м/т 067-64-63-882, 095-408-41-39, т/ф 0462-65-15-44. После изготовления можете получить пресс-форму в любом городе Украины (Ромны, Кривой Рог, Бердичев и пр.).