Химия и химические технологии/1.Пластмассы, полимерные и синтетические материалы, каучуки, резино-технические изделия, шины и их производство.

Ковалёва Т.В.

Карагандинский государственный технический университет

Моделирование процесса литья под давлением изделий из пластмасс

Процесс литья под давлением является циклическим. Цикл состоит из следующих стадий загрузка сырья в пластикационный цилиндр литьевой машины и подготовка расплава (пластикация), смыкание формы, заполнение формы расплавом, выдержка под давлением в форме, выдержка без давления в форме, раскрытие формы и извлечение изделия.

Температура расплава, поступающего в форму при впрыске (Т_рв), выше, чем температура в сопле (Т_спл) из-за диссипации энергии вязкого течения. Степень перегрева пропорциональна сумме перепадов давлений в каналах сопла и литниковой системы, обратно пропорциональна теплоемкости (с_р) и плотности расплава (ρ_р):

Температура расплава, поступающего в форму при впрыске (Т_рв) определяется по следующей формуле:

,

(1)

В формующей полости давление снижается по мере удаления от места впуска расплава. На рисунке 1 показано изменение давления на входе в формующую полость и в точке, максимально удаленной от впуска, в течение цикла литья. Обе кривые имеют одинаковый характер, однако давление в конце формующей полости создается только после ее заполнения, поэтому на кривой 2 т. а₂ совпадает с т. b₂. Давление, возникающее при течении полимера в полости формы, расходуется лишь на преодоление сопротивления при его течении. Разность между давлением в начале формы Р₁ и в конце формующей полости определяет величину потерь давления в форме при ее заполнении.

На начальном участке кривой 1 в период времени t₁ (участок а₁b₁) давление в форме на входе увеличивается по мере поступления расплава в формующую полость. К моменту b расплав достигает конца формующей полости, и там также начинается рост давления. Но на участке bc скорость роста давления существенно выше, так как происходит уплотнение расплава, продолжающееся до тех пор, пока давление в гидроцилиндре узла впрыска не достигнет заданного значения Р_л (точка с).

Рисунок 1 -. Изменение давления на входе в формующую полость (1) и у ее дальней стенки (2) в течение цикла литья под давлением термопласта

Предельная длина течения расплава в форме при постоянном давлении на входе в сопло составляет:

,

(2)

где ω₀ — объемная скорость заполнения в начальный момент времени, м/с;

В — ширина канала формы, м;

Н_о — высота канала формы, м;

n — показатель степени в реологическом уравнении для формуемого материала;

θ — определенное время течения расплава, с.

Значение θ определяют по формуле:

,

(3)

где Т_о, T_ф и T_T — температуры расплава, формы и текучести материала соответственно, °С;

q — теплота плавления материала, кДж/кг;

С_p — удельная теплоемкость материала. кДж/(кг·град);

а — коэффициент температуропроводности материала, м²/c.

Полная продолжительность охлаждения изделия в форме t_охл представляет собой сумму времени охлаждения под давлением (т. е. времени выдержки под давлением t_в) и охлаждения без давления и может быть рассчитана с учетом ряда допущений по формуле:

,

(4.9)

где Т₀, T_ф, Т_И — температуры расплава, формы и изделия соответственно в момент съема, К,

δ — толщина охлаждаемого изделия, м (для плоского изделия δ=h, для цилиндрического δ=r),

А и С — коэффициенты, определяемые формой изделия (для плоского изделия A=1,27 и С=2, для цилиндра A=1,6 и С=5,76).

Время охлаждения может быть определено и графоаналитическим методом по значению критерия Фурье и средней относительной температуре Θ.

Литература

1) Чанг Дей Хан. Реология в процессах переработки полимеров. – М.: Химия, 1979 –368 с.

2) Крыжановский В.К. Производство изделий из полимерных материалов. – СПб.: Профессия, 2004 – 466 с.

3) Шрамм Г. Основы реологии и реометрии. – М.: Колосс, 2003 –314 с.