Литьевая форма Советский патент 1986 года по МПК B29C33/00 

« .

Изобретение относится к устройствам для переработки пластмасс и может быть использовано при изготовлении литьем под давлением высокопрочных изделий из термопластов, применяемых в автомобш1естроении и других отраслях техники.

Известна литьевая форма для изготовления изделий из термопластов, включающая необогреваемые литниковые каналы и последовательно соединенные между собой перепускными каналами оформляющие полости,образованные формующими поверхностями Li

В известной форме размеры сечения впускного и сечение перепускных каналов значительно меньше толщины и сечения формуемых изделий в направлении, перпендикулярном течению термопласта,

В указанной форме невозможно получать высокопрочные изделия, поскольку не обеспечиваются условия для длительного продавливания материала через оформляющие полости изза быстрого застывания расплава во впускных и перепускных каналах.

Кроме того, заполнение нескольких последовательно расположенных полостей обеспечивается только при следующей технологии литья: высокие температуры расплава и формы, которыеJ например, для полиэтилена высокой плотности составляют соответственно 200-220 и 60-80°С. Повышенные температурные условия литья не позволяют-осуществить ориентацию и фиксацию вытянутых полимерных цепей из-за теплового движения последних, в результате чего в изделиях формируется неориентированная структура, обладающая низкими прочностными характеристиками.

г

Повьшение прочностных характеристик термопласта в литьевом изделии могут быть достигнуты при использовании способа, по которому расплав полимера продавливают при температуре не вьше температуры плавления или текучести на 20-25 С и давлении 900-3000 кгс/см через оформляющие полости, охлаждаемые до температуры в интервале от -20°С до температуры начала плавления или текучести термопласта, по достижении твердого агрегатного состояния полимера по объему изделия.

822782

Низкая температура расипава и высокий уровень давления в оформ.пяющих полостях при продавливании полимера обеспечивает выпрямление

5 (ориентацию) клубкообразных полимерных цепей в направлении действия сдвиговых напряжений и фиксацию цепей в ориентированном положении за счет охлаждения полостей. Благодаря

10 применению низкой температуры расплава уменьшается действие теплового движения полимерных цепей, тем самым облегчается их ориентация и фиксация в направлении течения поли 5 мера. Такая структура термопласта обладает повьшенными прочностными характеристиками.

Указанные режимы литья не могут быть реализованы в известной форме из-за быстрого отверждения расплава во впускном и перепускном каналах и прекращения течения материала до отверждения изделия в оформляющих полостях.

25 .

Цель изобретения - повьшение прочности изделий за счет создания .сдвиговых напряжений при продавливании материала через полости до мо2Q мента отверждения изделия.

Указанная цель достигается тем, что в известной форме для изготовления изделий из термопластов, содержащей впускные литниковые каналы и последовательно соединенные между

собой перепускными каналами оформляющие полости согласно изобрете. нию, приведенный размер поперечного , сечения впускного канала равен 1-4 расстояниям между формующими поверхностями первой полости, а отно шение поперечного сечения перепускного канала к наименьшему поперечному сечению предьщущей полости равно ,0, а также тем, что впускной и перепускной каналы снабжены нагревателями.

Понятие приведенный размер R , используемый в теории нестационар-

ной теплопроводности, вытекает из решения задачи применительно к одномерному или двумерному температурным полям, наиболее часто встречающимся при охлаждении литьевых

55 изделий различных конфигураций, например соответственно типа бруса или пластины бесконечной длины. Решение задачи охлаждения какого-лив общем виде записьюается бо тела как ° 1 ( ftO Q -С-ехр безразмерная температура, включающая температуру расплав формы и конца процесса застыванияJ С, В и а - постоянные; время процесса заст вания размер. Для пластины (одномерная задача R является толщиной. Для бруса (двумерная задача) ЬЦ определяют п формуле где R, ширина Аластины, ее толйщна, откуда RI R а . Под термином приведенный размер R понимают такую толщину пластины R, при которой длительность застывания пластины и бруса при прочих условиях равны между собой. Приведеннь размер R позволяет с позицией одновременности процессов застывания полимера во впускном канале и оформляющей полости определять соотношения мелзду размерами впускного литника и изделия по формуле (2). При этом предполагается, что приведенные, размеры поперечных ,сечений каналов до впускного литника (центральный и разводяощй литниковые каналы) выполнены большими .чем R впускного канала, либо при меньших размерах указанных каналов создают дополнительные тепловые условия, не позволяющие застывать полимеру в этих каналах раньше, чем во впускном. Таким образом, соотношение разме ров и сечений впускного и перепускного каналов и оформляющих полостей обеспечивает условия, при которых материал в процессе течения через оформляю1цие полости до момента отверждения изделий в полостях, пред8шествующих последней полости, нахо-дится под действием сдвиговых напряжений, что обуславливает повышение прочности формируемых изделий в (3-5) и более раз за счет выпрямления полимерных цепей и фиксации их в ориентированном состоянии. Изделие, получаемое в последней полости, имеет низкие прочностные характеристики, соответствующие паспортным данным конкретного термошхаста, поскольку при его формовании операция продавливания материала не per1изуется из-за отсутствия перепускного канала в конце полости. На фиг.1 и 2 представлены конструкции литьевых форм для изделий типа тела вращения или коробки; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.2; на фиг. 5-6 - отливки модельных изделий типа пластины; на фиг.7 - график зависимости прочности литьевого изделия от соотношения приведенного размера R поперечного сечения впускного канала и толщины изделия а также от отношения сечения канала f, к сечению f. репускного изделия. Литьевая форма (фиг,1 и 2) для изготовления упрочненных изделий типа тела вращения или коробки содержит пуансон 1, матрицу 2,оформляющий знак 3, центральный и шатровый каналы 4 и 5 и замкнутого контура впускной канал 6, первую оформляющую полость 7 с расстояниями между формующими поверхностями (У и и наименьшим поперечным сечением f., , перепускной литниковый канал 8 с поперечным сечением fj, образованный сменными обогреваемыми вставками 9 различных поперечных сечений, размещенными в пуансоне 1 и матрице 2, вторую оформляющую полость 10, соединенную с полостью 7 перепускным каналом 8. Впускной литниковый канал 6 образован сменными вставками 11, установленными в пуансоне и матрице 2. Для индивидуального обогрева впускного и перепускного каналов 6 и 8 соответственно во вставках 11 и 9 по контзфу каналов равномерно размещены нагревателя 12, изолированные от пуансона 1 и матрицы 2 прокладками 13 из теплоизоляционного материала. Для контроля

температуры пуансона 1 и матрицы 2 в различных его частях установлены датчики температуры (не показаны) . Дл 1цфкуляции охлаждающей среды в форме предусмотрены каналы 14 системы охлаждения. Подача расплава в форму осуществляется материальным цилиндром 15 литьевой машины шнекового или поршневого типа.

Отливки модельных изделий (фиг.З и А) состоят из впускного литника 16 с размерами поперечного сечения R и Rj упрочненных изделий 17 и 18 толщиной c{J 5Ji (фиг.З) и 6 (фиг.4) и сечением f (минимальное сечение изделия по фиг.4) в направлении, перпендикулярном течению материала, соединенных мелсду собой перепускным литником 19 с поперечным сечением f последнего изделия 20, связанного с упрочненным изделием 18 перепускным литником 19. После формования отливки изделия 17, 18 и 20 отделяются по контуру одно от другого механическим путем в местах перепускных литников 19, а также от впускного литника 16.

Литьевая форма (фиг.1) работает следующим образом.

Материальным цилиндром 15 литьевой машины расплав полимера при температуре не вьпое температуры плавления или текучести на 20-25 С и давлении литья 900-30000 кгс/см нагнетают через центральный, шатровый 5 и впускной каналы 4,5 и 6 в первую оформлякицую полость 7 до ее заполнения, контролируемого, например, датчиком температуры. Полости -7 и 10 охлаждают в интервале от -20 С до температуры начала плавления или текучести путем подачи в каналы 14 системы охлаждения формы хладоагента или теплоносителя соответственно холодильной термостатирующей установкой или маслянным термостатом. По заполнении полости 7 расплав продавливают через нее и перепускной канал 8 во вторую полость 10 до тех пор, пока материал не застынет в сечении, где толщина изделия наименьшая (сечение ,

фиг.4). ,

Таким образом, операция продавливания совмещена со стадиями выдержки под давлением и охлаждени отливки в форме. Установка дополнительных нагревателей 12 вокруг впускного и перепускного каналов 6 и 8 обеспечивает более длительное

5 функционирование каналов 6 и позволяет выполнить приведенный размер R сечения канала 6 меньшим, чем (5 . Время продавливания контролируется упрочняемым изделием в полости

0 7 (для многогнездных форм- изделиями в последующих полостях, например по фиг.З и 4 вторым изделием 18), поскольку приведенный размер R сечения впускного канала 6 заведомо

5 больше или равен максимальному расстоянию сГ между формующими поверхностями, а местные обогревы перепускного и впускного каналов 8 и 6 обеспечивают тепловые условия для

0 течения материала до тех пор, пока не произойдет отверждение полимера по сечению fу упрочняемого изделия в полости 7. Замкнутый контур впускного и перепускного 8 каналов

5 6 и 8 позволяет продавливать термопласт по всему кольцевому сечению изделия и равномерно ориентировать материал вдоль его образуннцей. По удалении отливки из формы изделия

0 отделяют механическим путем от

впускного литника и одно от другого в области перепускных литников.

Литьевая форма (фиг.2) работает следующим образом.

5 При нагнетаний расплав полимера после центрального канала 4 разделяется на два потока по разводящим каналам 5 и через впускные каналы 6 поступает в оформляющие полости 7.

0 После операции продавливания материала через полости 7 до момента отверждения упрочненных изделий в указанных полостях 7 форма размыкается и отливка удаляется из формы.

5 Изделия отделяют от литников и одно от другого механическим путем.

Результаты прочностных испытаний модельных изделий (фиг.З) из ПЭВП на одноосное растяжение (фиг,5) свидетельствует о том, что граничными условиями, обеспечивающими повы- шение прочности не менее чем в 3 раза, являются R (1-4) о, и

5 N (0,01-1). Вьтолнение R

i

меньше i и N больше 1 и меньше 0,1 приводит к резкому падению прочности вследствие уменьшения длительности действия сдвиговых напряжений вызванного более ранним отверждением термопласта во впускном-канале 6, чем в сечении f изделия 17. Дальнейшее увеличение величины R и N, т.е. больше соответственно и 1, не повьппает прочнЬстнме характеристики и связано с ростом расхода материала на впускной и перепускной каналы 6 и 8.

Установка дополнительных нагревателей 12 (фиг.1 и 2) у впускного и вокруг перепускного каналов 6 и 8 обеспечивает изготовление упрочненных изделий из термопластов с узкими интервалами плавления или текучести.

При формовании нескольких последовательно расположенных упрочненных изделий в одной форме (фиг.З) отношение N уменьшают в сторону

последующих полостей в пределах интервала (0,01-1), Для получения одного упрочненного изделия достаточно выполнить приведенный размер R равным (1-2)(9 (фиг.1), а отношение N - в пределах от 0,01 до 0,2, поскольку дальнейшее увеличение соотношений R и N не приводит к существенному повьш1ению прочности, но при этом расход полимерного материала возрастает из-за резкого увеличения размеров впускного 6 и перепускного 8 каналов 6 и 8.

Согласно изобретению мочно изготовлять высокопрочные литьевые изделия из термопластов, а широкое их применение в народном хозяйстве даст существенный экономический эффект за счет замены дорогостоящих полимерных материалов на дешевые и многотоннажные, например полиэтилен.

А-К

я,

1. ЛИТЬЕВАЯ ФОРМА для изготовления издел}1й из термопластов, содержащая впускные каналы и последовательно соединенные между собой, перепускными каналами оформляющие полости, отличающаяся :тем, что, с целью повышения прочности изделия за счет создания сдвиговых напряжений при продавливании материала через полости до момента отверждения изделия, приведенный размер поперечного сечения впускного канала равен 1-4 расстояниям между формующими поверхностями первой полости, а отношение поперечного сечения перепускного канала к наименьшему поперечнс гу сечению предыдущей полости равно 0,01-1,0. 2. Форма по П.1, отличающаяся тем, что впускной и перепускные каналы снабжены нагревателями.

Спишз

20 JyJ / L 7T//