Литьевая форма

 

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 .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

132 6 12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 2939423/23-05 (22) 12.06.80 (46) 30.03.86. Вюл. В 12 (72) В.В..Абрамов, А.В. Веселов, В.С. Тхай, Н.И. Рысин и В.В. Кузнецов (53) 678.057 (088.8) (56) 1. Патент Франции У 1165676, кл. В 29 С 1968. (54)(57) 1. ЛИТЬЕВАЯ ФОРМА для изготовления иэделйй из термопластов, содержащая впускные каналы и последовательно соединенные между собой, перепускными каналами оФормляющие полости, отличающаяся

„„SU„, 982278 тем, что, с целью повышения прочно.сти изделия за счет создания сдвиговых напряжений при продавливании материала через полости до момента отверждения иэделия, приведенный размер поперечного сечения впускного канала равен 1-4 расстояниям между Формующими поверхностями первой полости, а отношение поперечного сечения перепускного канала к наименьшему поперечному сечению предыдущей полости равно 0,01-1,0.

2. Форма по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что впускной и пе репускные каналы снабжены нагревателями.

982278

Изобретение относится к устройствам для переработки пластмасс и может быть использовано при иэготовлении литьем под давлением высокопрочных изделий иэ термопластов, применяемых в автомобилестроении 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 !.1).

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 длнтельного 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, которые, например, для полиэтилена высокой плотности составляют соответственно 200-220 и бО-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 струк. тура, обладающая низкими прочностными характеристиками.

Повышение прочностных характеристик термопласта в питьевом изделии могут быть достигнуты при использовании способа, по которому расплав полимера продавливают при температуре не выше температуры о „ плавления или текучести на 20-25 С и давлении 900-3000 кгс/см2 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 иэделия.

5 !

О

45!!изкая температура расплава и высокий уровень давления в оформляющих полостях при продавливании полимера обеспечивает выпрямление (ориентацию) "клубкообразных" полимерных цепей в направлении действия сдвиговых напряжений и фиксацию цепей в ориентированном положении за счет охлаждения полостей. Благодаря применению низкой температуры расплава уменьшается действие теплового движения полимерных цепей, тем самым облегчается их ориентация и фиксация в направлении течения полимера. Такая структура термопласта обладает повышенными прочностными характеристиками.

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

Цель изобретения — повышение прочности изделий за счет создания сдвиговых напряжений при продавливании материала через полости до момента отверждения изделия.

Указанная цель достигается тем, что в известной форме для изготовления иэделий иэ термопластов, содержащей впускные литниковые каналы и последовательно соединенные между собой перепускными каналами оформляющие полости согласно изобретению, приведенный размер поперечного сечения впускного канала равен 1-4 расстояниям между формующими поверхностями первой полости, а отношение поперечного сечения перепускного канала к наименьшему поперечному сечению предыдущей полости равно 0,01-1,0, а также тем, что впускной и перепускной каналы снабжены нагревателями.

Понятие приведенный размер используемый в теории нестационар ной теплопроводности, вытекает из решения задачи применительно к одномерному или двумерному температурным полям, наиболее часто встречающимсч при охлаждении литьевых изделий различных конфигураций, например соответственно типа бруса или пластины бесконечной длины. Решение задачи охлаждения какого-ли982278 бо тела в общем виде записывается как а

Q С ego(-6 ) где (} — - безразмерная температура, включающая температуру расплава, формы и конца процесса застывания, С, В и а †.постоянные

Л с — время процесса застывания, R — - размер.

Для пластины (одномерная задача)

R„ является толщиной. Для бруса (двумерная задача) R, определяют по формуле

1 1 1

+ 2 1 2 1 2

P. (2) где К, — ширина пластины, R ее толщина откуда

К Rm

Я2+q

Под термином приведенный размер

К„ понимают такую толщину пластины R, при которой длительность застывания пластины и бруса при прочих условиях равны между собой.

Приведенный размер R позволяет с позицией одновременности процессов застывания полимера во впускном канале и оформляющей полости определять соотношения между размерами впускного литника и изделия по формуле (2). При этом предполагается, что приведенные, размеры поперечных

;сечений каналов до впускного литника (центральный и разводящий 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 размеров и сечений впускного и перепускного каналов и оформляющих полостей обеспечивает условия, при которых материал в процессе течения через оформляющие полости до момента отверждения изделий в полостях, пред25

35 вый каналы 4 и 5 и замкнутого

5

t5

20 шествующих последней полости, находится под действием сдвиговых напряжений, что обуславливает повышение прочности формируемых иэделий в (3-5) и более раз за счет выпрямлення полимерных цепей и фиксации их в ориентированном состоянии.

Иэделие, получаемое в последней полости, имеет низкие прочностные характеристики, соответствующие паспортным данным конкретного термопласта, поскольку при его формовании операция продавливания материала не регчиэуется из-за отсутствия пере-. пускного 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 иэделий типа пластины; на фиг.7 — график зависимости прочности литьевого изделия от соотношения приведенного размера R поперечного сечения впускного канала и толщины изделия

d, а также от отношения сечения перепускного канала f к сечению f .. изделия.

Литьевая форма (фиг.1 и 2) для изготовления упрочненных иэделий типа тела вращения или коробки содержит пуансон 1, матрицу 2,оформляющнй знак 3, центральный и шатроконтура впускной канал 6, первую оформляющую полость 7 с расстояниями между формующими поверхностями

8„ и 8 и наименьшим поперечным сечением f„, перепускной литниковый канал 8 с поперечным сечением f 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 1 1 и 9 по контуру каналов равномерно размещены нагревателя 12, изолированные от пуансона 1 и матрицы 2 прокладками 13 иэ теплоизоляционного материала. Для контроля

982278 температуры пуансона 1 н матрицы 2 в различных его частях установлены датчики температуры(не показаны). Для циркуляции 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 4) состоят из впускного литника

16 с размерами поперечного сечения

R „ и R упрочненных изделий 17 и

18 толщиной d „б, (фиг.З) и 6 „ =8 (фиг.4) и сечением f (минимальное сечение изделия по фиг.4) в направлении, перпендикулярном течению материала, соединенных между собой перепускным литником 19 с поперечным сечением f последнего изделия

20, связанного с упрочненным изделием 18 перепускным литником 19.

После Аормовання 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 выше температуры плаво ления 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 оформляющую полость 7 до ее заполнения, контролируемого, например, датчиком температуры. Полости

-7 и 10 охлаждают в интервале от о

-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 f фиг.4).

Таким образом, операция продавливания совмещена со стадиями выдержки под давлением и охлаждения отливки в форме. Установка допол-

Результаты прочностных испытаний модельных изделий (фиг.З) из ПЭВП на одноосное растяжение (фиг.5)

50 свидетельствует о том, что граничными условиями, обеспечивающими повышение прочности не менее чем в 3 раза, являются R„= (! 4) 81 и

55 N = — = (0,01-1). Выполнение R

fg

1 меньше 6 Д. и И больше 1 и меньше 0,1 приводит к резкому падению прочности вспедствие уменьшения длитель5 !

О

15 .20

45 нительных нагревателей 12 вокруг впускного и перепускного каналов

6 и 8 обеспечивает более длительное функционирование каналов 6 и позволяет выполнить приведенный размер

R „ сечения канала 6 меньшим, чем .

8, . Время продавливания контролируется упрочняемым изделием в полости

7 (для многогнездных форм- изделиями в последующих полостях, например по фиг.3 и 4 вторым изделием 18), поскольку приведенный размер R„ сечения впускного канала 6 заведомо больше или равен максимальному расстоянию с!„ между формующимн поверхностями, а местные обогревы перепускного и впускного каналов 8 и 6 обеспечивают тепловые условия для течения материала до тех пор, пока не произойдет отверждение полимера по сечению f< упрочняемого иэделия в полости 7. Замкнутый контур впускного и перепускного 8 каналов

6 и 8 позволяет продавливать термопласт по всему кольцевому сечению изделия и равномерно ориентировать материал вдоль его образующей. По удалении отливки иэ формы иэделия отделяют механическим путем от впускного литника и одно от другого в области перепускных литников.

Литьевая форма (фиг.2) работает следующим образом.

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

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

Изделия отделяют от литников и одно от другого механическим путем.

982278 ности действия сдвиговых напряжений, вызванного более ранним отвержденнем термопласта во впускном канале

6, чем в сечении f„ изделия 17.

Дальнейшее увеличение величины R u г

N, т.е. больше соответственно 48 и

1, не повышает прочйостные характе- ристики 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 н 8 обеспечйвает изготовление упрочненных изделий из термопластов с узкими интервалами плавления или текучести.

При формовании нескольких последовательно расположенных упрочненных изделий в одной форме (фиг.3) отношение N уменьшают в сторону последующих полостей в пределах интервала (0,01-1). Для получения одного упрочненного изделия достаточно выполнить приведенный размер R и равным (1-2)8, (фиг.1), а отношение N — в пределах от 0,01 до 0,2, поскольку дальнейшее увеличение соотношений R u N не приводит к

1О существенному повышению прочности, но при этом расход полимерного материала возрастает из-за резкого увеличения размеров впускного 6 и перепускного 8 каналов 6 и 8.

fS Согласно изобретению мо но изготовлять высокопрочные литьевые изделия из термопластов, а широкое их применение в народном хозяйстве даст существенный экономический эффект

20 за счет замены дорогостоящих полимерных материалов на дешевые и многотоннажные, например полиэтилен.

982278

Фиг.b (КГС Car ою) в 1

f290) 085 Q l

Редактор Т. Янова

Заказ 1629/5

Ьв

f 1990

Составитель

Техред Л.Олейник Корректор Е. Сирохман

Тирах 640 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r, Укгород, ул. Проектная,4