|
На узлы
пластификации машин литья под давлением возложена важнейшая часть
процесса литья.
Механизм пластификации
способствует тому,
чтобы подведенный материал:
- загружался,
- уплотнялся,
- подплавлялся и
- расплавлялся.
Количество
тепла, необходимое для расплавления, вводится, с одной стороны,
нагретыми стенками цилиндра и, с другой стороны, внутренним и
внешним трением (диссипацией) при подаче материала. Исходят из того,
что на стенке цилиндра образуется пленка расплава. Она растет по
своей толщине, пока не будет соскоблена подающим гребнем шнека, его
„активным" ребром. Эта пленка собирается перед ребром в витке шнека,
пока там не образуется завихрение расплава. Завихрение расплава
становится шире в направлении витков шнека, уменьшая ширину зоны
остающегося твердым материала до тех пор, пока в витках шнека в
конечном итоге не будет находиться только рапсплав (полная
гомогенизация расплава полимерного материала).
При
литье под давление термопластов преимущественно применяются
стандартные, так называемые трехзонные шнеки (см. рис. 1). Длина
шнека при литье под давлением чаще всего лежит в диапазоне 18D – 22D. Отличительным признаком этого универсального шнека для
термопластов является разделение шнека на следующие три зоны:
Зона загрузки (10D) втягивает материал, находящийся в состоянии
сыпучего твердого вещества, из воронки для материала. Вращением
шнека он подается дальше. Подача твердого материала обуславливается
различными условиями трения гранулята на шнеке и цилиндре. Уже после
немногих витков шнека материал начинает подплавляться. В начале зоны
загрузки имеется чистая подача твердого материала, так что высота
профиля шнека должна быть выбрана соответственно большого размера,
так как удельный объем гранулированного твердого материала больше,
чем объем его расплава.
Зона компрессии (6D) сжимает материал, подведенный из зоны
загрузки, и он продолжает расплавляться. Условием для этого является
плавно уменьшающаяся высота профиля шнека.
Зона дозирования (4D – 5D) гомогенизирует расплав и нагревает материал до
окончательной температуры выпуска расплава. Высота профиля в этой
зоне остается постоянной.
С
помощью стандартного шнека (зона загрузки около 50%, зона компрессии
около 30% и зона дозирования около 20% длины шнека) может
перерабатываться без проблем большинство материалов. Для большинства
материалов при технически возможном ходе шнека 4 - 5
D значение около 0,5D,
или 10% от максимального объема дозировки следует рассматривать как
минимальное значение для объема дозировки шнека. Максимальное значение для объема дозировки шнека
находится, в
зависимости от материала, в пределах ЗD-4D,
или 65-90% максимального объема дозировки, базируясь на максимальном
ходе шнека 4,5D-5D
при длине шнека 20D. Работа на верхнем пределе хода дозирования действует
отрицательно на качество литых изделий. Длинный ход дозирования
снижает долю энергии конвекции, и теплоотдачи, и энергии диссипации
(внутреннее и внешнее трение материала) в подведенной энергии на
расплавление. В этом заложена опасность того, что сформируется
неравномерный профиль температуры по длине шнека, и это нарушит
стабильность процесса. Кроме того, при больших ходах дозирования и
впрыска есть опасность, что комочки твердого материала, находящиеся
в задней секции шнека, и наполненные воздухом пустоты при впрыске
проникают слишком далеко вперед. Несмотря на возможное высокое
противодавление шнека воздух больше не может уходить в направлении
отверстия подачи сырья. Он уплотняется в зоне компрессии и приводит
к серым или черным полосам в литом изделии.
Под временем пребывания материала в цилиндре понимают время,
которое нужно гранулам для прохода от отверстия подачи сырья в
цилиндр до выхода в полость формы уже в виде расплава. При больших
ходах шнека и коротком времени цикла есть опасность слишком
короткого времени пребывания расплава в шнековом цилиндре и тем
самым получения недостаточно однородного расплава. При малых ходах
шнека и относительно длин ном времени циклов при определенных
обстоятельствах получается слишком длительное время пребывания
расплава в цилиндре, которое может привести к термическому
разложению материала, ухудшающему качество литого изделия, а также
стабильность процесса. Следует также отметить, чем больше диаметр
шнека, тем больше также и требующееся время пребывания расплава в
цилиндре, чтобы достичь сравнимой однородности. Причиной для этого
является, среди прочего, высота профилей гребня у больших шнеков,
что влечет другое соотношение наполнительного объема в витках шнека
к теплопроводящей поверхности цилиндра.
Время дозирования
- это время, е течение которого головка шнека проходит ход
дозирования против направления впрыска, и в освобождающемся
пространстве скапливается пластифицируемый вращением шнека материал.
Противодавление
шнека (давление пластификации) является давлением расплава перед
головкой шнека, против которого шнек работает во время фазы
пластикации, подавая расплав в передний сектор шнека. Регулировкой
противодавления шнека меняется давление массы в шнековом цилиндре,
благодаря чему втянутый с гранулятом воздух, находящийся в участке
зоны загрузки, вытесняется в направлении загрузочного отверстия.
Качество перемешивания расплава можно улучшить с помощью более
высокого противодавления, Однако выбор слишком высокого
противодавления ведет к более низкой производительности по
пластикации. Легкотекучие материалы нуждаются в более низком
противодавлении, чем труднотекучие. Противодавление не только
помогает гомогенизировать материал, но при пластикации оно придает
шнеку равномерное сопротивление, чтобы дозировать постоянное
количество материала (стабилизация и воспроизводимость времени
дозирования и объема дозировки). В качестве рекомендации для
противодавления можно предложить следующее: в начале настройки
должны быть установлены нижние пределы значений. Если время
пластикации немного колеблется, то давление повышают примерно на
50%. Правильно установленное противодавление создает однородную
массу, что улучшает и воспроизводимость работы затвора обратного
потока головки шнека.
В
принципе, скорость вращения шнека независимо от материала
должна устанавливаться настолько медленной, чтобы процесс
пластикации закончился незадолго до конца времени охлаждения.
Слишком высокая скорость дозирования может привести к неоднородности
в пластицированной массе и к слишком высокой теплоте трения в массе.
Снижение скорости вращения шнека непосредственно перед концом
дозирования заметно снижает колебание в конечном положении
дозирования и, тем самым, также колебания в весе литого изделия. |
