Новый способ создания усилия смыкания формы при литье под давлением

Рассмотрим кратко традиционную схему литья под давлением изделий из термопластов, при которой цикл литья состоит из следующих основных стадий (рис. 1):

1. — смыкание формы;
2. — впрыск (заполнение формы и уплотнение расплава);
3. — охлаждение под давлением от ТПА (подпитка);
4. — охлаждение без давления от ТПА с падением давления в форме Рф до нуля;
5. — охлаждение без давления от ТПА при Р_ф = 0;
6. — размыкание формы;
7. — остановка ТПА перед новым впрыском.

Усилие F_разм, которое пытается разомкнуть сомкнутую форму, равно, как известно, произведению давления расплава внутри формы Рф на площадь S проекции отливки на плоскость смыкания.

F_разм = Р_ф · S.

Поэтому Fразм в процессе литья изменяется в соответствии с изменением Р_ф и достигает максимального значения в конце стадии впрыска 2 (см. рис. 1). При традиционной схеме узел смыкания ТПА замыкает форму перед впрыском и держит ее закрытой при постоянно высоком усилии смыкания F_см вплоть до завершения окончательного охлаждения без давления и раскрытия формы. При этом значение F_см для гарантии от раскрытия формы устанавливают, как правило, на 15 % больше, чем максимальное значение F_разм, которое, в свою очередь, при неизменном давлении литья и, соответственно, значении Рф тем больше, чем больше значение S.

При тщательном рассмотрении процесса литья представляется заманчивым найти способ отказаться от большого усилия смыкания, создаваемого ТПА для гарантированного преодоления большого усилия размыкания, которое возникает при литье крупногабаритных изделий, когда требуются ТПА с усилием 2000 тс и более. Под «крупными» здесь подразумеваются в первую очередь габариты проекции отливки на плоскость смыкания. Примерами подобных изделий могут служить внутренняя обшивка двери легковой машины, бампер автомобиля «Газель» или поддон для палет.

Предлагаемая новая схема формирования усилия смыкания формы предусматривает использование литьевой формы с механическими замыкающими элементами, когда усилие ее смыкания может быть в десятки раз меньше, чем при традиционной схеме (рис. 2). В этом случае после смыкания формы, установленной на небольшом ТПА, срабатывают механические замыкающие элементы, которые воспринимают усилие размыкания формы и удерживают ее от раскрытия на протяжении всего цикла литья, не требуя высокого усилия смыкания, создаваемого большим ТПА.

Подобный прием давно известен и используется при литье термопластов и реактопластов в так называемых выносных формах, где замыкающие элементы, предотвращающие открытие форм в течение всего цикла литья, могут быть различного типа — в виде рычажного, клинового или байонетного замков и др. [1]. При этом подача выносных форм к узлу впрыска осуществляется с помощью линейного конвейера или роторного механизма. Однако сам принцип замыкания форм ранее не использовался в целях литья крупногабаритных изделий на малом ТПА, как это предлагается в настоящей работе, когда раскрытие формы и выталкивание отливки осуществляется самим ТПА после снижения давления в форме до нуля и открытия замыкающих элементов.

При организации производства крупногабаритных литьевых изделий по предлагаемой технологии необходимо сконструировать и дополнительно оснастить каждую литьевую форму замыкающими элементами той или иной конструкции, выдерживающими усилие размыкания.

Для сравнения двух схем смыкания формы — традиционной и предлагаемой — возьмем для примера изделие из полипропилена (ПП) с габаритными размерами 750×700×4 мм, где 750×700 мм — площадь проекции отливки на плоскость смыкания, а 4 мм — толщина изделия, откуда вытекает, что площадь S будет равна 5250 см² при объеме изделия 2100 см³. Тогда усилие размыкания при максимальном давлении в форме 400 кг/см² составит:

400 · 5250 = 2 100 000 (кгс) = 2100 (тс).

В этом случае для гарантированного преодоления этого усилия при традиционной схеме понадобился бы ТПА с усилием смыкания 2400 тс, тогда как в предлагаемом варианте будет достаточно ТПА с усилием смыкания всего лишь 300 тс (см. таблицу) при одном и том же давлении литья 600 кг/см² в предсопловом пространстве узла впрыска ТПА.

Очевидно, что расходы на использование большого ТПА с его габаритами, весом и стоимостью будут в десятки раз больше, чем суммарные затраты на малый ТПА и запирающие элементы литьевой формы, оснащение которыми вместе с их приводом несколько увеличивает стоимость форм, но не более чем на 25–30 %. Это в том случае, если в парке оборудования имеются и те, и другие ТПА. А если нет больших, то и малые ТПА смогут решить задачу литья крупногабаритных изделий и тем самым позволят выполнить «потенциально прибыльный заказ», с чего, собственно, и началась настоящая статья.

Следует заметить, что для реализации новой схемы создания усилия смыкания наиболее подходят бесколонные ТПА, которые позволяют устанавливать на них крупногабаритные формы при умеренном усилии смыкания, требующемся только для закрытия формы. Возможно также использование четырехколонных двухплитных и трехплитных ТПА, если их межколонное пространство допускает размещение крупногабаритной формы.
Приведенный пример показывает, что новая технология имеет ряд преимуществ:

• в 5–10 раз ниже вес и стоимость ТПА;
• в 4–5 раз ниже энергопотребление;
• по предварительным оценкам, себестоимость крупногабаритных изделий при достаточно большом размере их партии в 1,5 раза ниже за счет снижения энергопотребления, отчислений на амортизацию оборудования, капитальных затрат на технологическую подготовку производства и затрат на техническое обслуживание и ремонт ТПА.

Выводы

1. Предложенная новая технология литья пластмасс с формами, имеющими замыкающие элементы, позволяет при производстве крупногабаритных изделий заменить большие дорогие ТПА для литья крупногабаритных изделий на ТПА с уменьшенными в 5–10 раз усилием смыкания, весом и стоимостью, а также в 4–5 раз энергозатратами.
2. Использование менее мощных ТПА в той или иной степени (в зависимости от размера партии изделий) снижает себестоимость литьевой продукции.
3. Технологические режимы при литье по новой технологии совпадают с режимами для традиционного литья.
4. Можно также предположить, что производительность литья и качество изделий, изготовленных по предлагаемой технологии, не будут хуже, чем у полученных по традиционной.

Автор был бы благодарен тем читателям, кто воспользуется новым решением и поделится результатами его практического применения.

Литература

1. Езжев А. С., Осипов Н. В. Механизация и автоматизация переработки пластмасс на принципе выносной пресс-формы. – М.: Машиностроение, 1971.–159 с.
2. Ложечко Ю. П. Литье под давлением термопластов. – 2-е изд. – СПб: ЦОП «Профессия», 2019. – 240 с.

Опубликовано в журнале «Полимерные материалы» № 6 (301) 2024 г., с. 26-28.