Санкт-Петербург
У всех литьевых машин, несмотря на многообразие их конструкций, можно выделить следующие основные узлы и механизмы:
- литьевой питатель, состоящий из нижекционного и материального цилиндров,
- узел смыкания (приемное устройство), предназначенный для смыкания формы до поступления в нее под определенным давлением резиновой смеси из материального цилиндра и раскрытия формы после вулканизации, а также для предотвращения раскрытия формы в процессе литья,
- привод литьевой машины и системы управления.
Машины для литья под давлением можно классифицировать:
- по объему отливки,
- по принципу действия литьевого питателя (плунжерные, шнек-плунжерные, шнековые с предварительной пластикацией и без нее),
- по виду привода инжекцнонных и прессовым частей (механические, гидромеханические, гидравлические),
- по компоновке инжекционной и прессовой частей (горизонтальные, вертикальные и угловые),
- по числу прессовых узлов (одно- и многопозицнонные),
- по назначению (универсальные и специализированные).
Основными параметрами, определяющими работу литьевых агрегатов, являются следующие:
1. максимальное давление литья — максимальное давление, которое может обеспечить данный литьевой агрегат при впрыске резиновой смеси в форму. От максимального давления в значительной степени зависит скорость впрыска — объем смеси, продавливаемой в форму в единицу времени,
2. Объем впрыска — объем резиновой смеси, впрыснутый в форму за цикл работы,
3. Особенности разогрева материала в литьевом агрегате при его работе.
Работу приемных устройств оценивают в основном по усилию смыкания формы при литье, вулканизации и способу обогрева.
Усилие смыкания формы зависят от давления смеси в форме и площади сечения изготавливаемого изделия в плоскости разъема. Учитывая дополнительное давление смеси вследствие температурного расширения, можно определить ожидаемое распорное усилие. Усилие смыкания формы должно быть больше ожидаемого распорного усилия, чтобы предотвратить образование выпрессовок. Облои (выпрессовки) зависит от удельного давления в форме и чистоты обработки поверхности стыка полуформ.
Плунжерная литьевая машина для литья резины (представлена на рисунке ниже) состоит из литьевого питателя и формы.
В корпусе литьевого питателя расположена литьевая камера с литником. Резиновую смесь загружают в литьевую камеру через загрузочное отверстие 9, когда пуансон 10 отводятся влево (показано пунктиром) штоком 7 и плунжером 6 гидравлического цилиндра 5. Корпус литьевого питателя 8, гидравлический цилиндр 5 по направляющим могут быть отведены влево штоком с плунжером 3, расположенным в гидравлическом цилиндре. С помощью гидравлической системы цилиндра 4 обеспечиваются необходимая сила прижатия литьевого питателя к литьевой форме и отвод его от формы для извлечения из нее готового изделия. Литьевой питатель расположен на опорной плите 1.
Литьевая форма обычно крепится на подвижном столе 12 (или на карусели). Стол колоннами 13 соединен с верхней неподвижной траверсой, на которой установлен гидравлический цилиндр 19 с плунжером 18 и штоком. Форма состоит из полуформ 14 и 16. Верхняя полуформа 16 закреплена на подвижной траверсе 17 с направляющими (на чертеже не показаны), обеспечивающими точное смыкание полуформы, а нижняя 14 на столе. При подаче гидравлической жидкости под давлением в цилиндр 19 обеспечивается необходимая сила смыкания полуформ, а при подаче гидравлической жидкости под плунжер — подъем верхней полуформы.
Раскрытые формы после очистки смазывают (пульверизацией) и смыкают для проведения последующего цикла литья. Электронагрев полуформ и корпуса литьевого агрегата управляется терморегуляторами.
Плунжерные литьевые агрегаты обеспечивают очень высокое давление литья (обычно до 200 МПа), что позволяет проводить литье резиновых смесей обладающих высокой вязкостью (выше 100 единиц по Муни при 100°С), при высоких скоростях впрыска (до 100см3/с).
Резиновую смесь в литьевую камеру подают прогретой до определенной (60—70°С) температуры. Для создания оптимальных условий процесса литья и обеспечения необходимого повышения температуры при впрыске необходимо поддерживать определенными давление литья и скорость впрыска.
Существенным недостатком плунжерных литьевых агрегатов является неудобство их загрузки, невозможность обеспечения равномерного прогрева смеси в корпусе в результате отсутствия перемешивания, а также ограниченность (объемом литьевой камеры) дозы впрыска.
Для облегчения загрузки литьевой камеры плунжерные литьевые питатели сочетают со шнековыми, в которых подаваемая в литьевую каперу смесь подвергается дополнительному перемешиванию и равномерно нагревается за счет внутреннего трения и обогрева от стенок камеры. При использовании литьевых питателей щнекового типа появляется возможность значительно увеличить дозу впрыска резиновой смеси, кроме того, загрузку ее в воронку проводить непрерывно в виде ленты. В таких агрегатах обеспечивается пластикация и перемешивание резиновой смеси перед впрыском, а следовательно, и равномерный прогрев смеси. Температуру смеси можно регулировать обогревом или охлаждением корпуса.
Существенным недостатком литьевых агрегатов шнекового типа является невысокое давление литья (20—30 МПа), создаваемое ими. На таких агрегатах возможна переработка резиновых смесей с малой вязкостью (до 40—50 единни по Мунн при 100oС), предназначенных для изготовления изделий относительно несложной конфигурации. При высоком сопротивлении течению- которое наблюдается при частичном заполнении формы резиновой смесью, увеличиваются обратный поток смеси по виткам шнека и опасность ее подвулканизацни. Для повышения давления литья b уменьшения обратного потока смеси применяют шнековые литьевые питателя с зубчатыми шестернями, находящимися в зацеплении со шнеком. В агрегатах такого типа давление лbтья может достигать 150 МПа.
Вследствие сложности конструкции и возможности подвулканизации смеси применение литьевых машин шнекового типа в производстве резиновых изделий методом литья под давлением ограничено.
Достоинствами шнековых и плунжерных литьевых питателей обладают шнек- плунжерные литьевые питатели.
Шнек плунжерный литьевой питатель состоит из вращающегося шнека, расположенного в корпусе литьевого цилиндра, снабженного каналами для термостатирующей жидкости, электродвигателя, редуктора и силового гидравлического цилиндра, который обеспечивает осевое перемещение шнека в корпусе литьевого цилиндра. Резиновая смесь в виде ленты с катушки подается в загрузочную воронку, где захватывается витками шнека и перемещается в сторону запорного клапана в переднюю часть литьевого цилиндра. Преодолевая сопротивление клапана, резиновая смесь под определенным давлением, обусловленным противодавлением в силовом гидроцилиндре и входовым сопротивлением литникового устройства (сопла), накапливается в передней части литьевого цилиндра. При этом шнек, по мере накопления смеси в передней части литьевого цилиндра, движется в осевом направлении, перемещая шток с поршнем.
После накопления в передней части литьевого цилиндра необходимой порции резиновой смеси вращение шнека прекращается. Для впрыска резиновой смеси в литьевую форму, в гидравлическом силовом цилиндре, создается давление, под действием которого шнек, работая как плунжер, перемещаясь в литьевом цилиндре, продавливает смесь через литниковые каналы в полость литьевой формы. Запорный клапан препятствует обратному движению смеси по виткам шнека.
В литьевых агрегатах шнек-плунжерного типа резиновая смесь подвергается интенсивному перемешиванию и нагреву за счет тепла стенок цилиндра и внутреннего трения. В шнек-плунжерных литьевых питателях создается высокое давление литья (до 200 МПа).
Для равномерного разогрева смеси и ее гомогенизации рекомендуется применять червяки (шнеки) с переменной глубиной нарезки (степень сжатия червяка 1,1—1,5) и отношения длины червяка к его диаметру 8—10. Литьевые машины шнек-плунжерного типа выпускают с различными объемом отливки и давлением литья, диаметром и частотой вращения червяка. При (использовании таких машин становится возможным изготавливать изделия любых размеров.
Качество изделий, изготавливаемых литьем под давлением, зависит от конструкции литьевой формы и ее качественного выполнения.
Литьевые формы классифицируются:
- в зависимости от их установки на машине (на стационарные, с запасным комплектом вкладышей и формы со съемной средней частью),
- по положению разъема,
- по числу оформляющих гнезд — одногнездные и многогнездные,
- по числу разъемных деталей,
- по способу и степени автоматизации и механизации удаления изделий из формы.
Число гнезд в форме и параметры литниковой системы определяют с учетом габаритов и конструкции отливаемого изделия, основных параметров литьевого питателя и приемного устройства (давления литья, дозы впрыска, усилия смыкания формы, размеров нагревательных плит), а также литьевых свойств резиновой смеси (вязкости, плотности, степени усадки). Суммарный объем всех формуемых деталей с учетом объема литников и возможных выпрессовок должен быть меньше максимального объема впрыска литьевой машины.
Расположение изделий (гнезд) в форме должно быть таким, чтобы путь течения резиновой смеси в форме был минимальным в результате возможного увеличения гидравлического сопротивления и склонности резиновых смесей к подвулканизации.
Литниковая система не должка иметь встречных потоков, острых углов и завихрений. Она должна обеспечивать удаление воздуха из гнезд, извлечение изделий из формы их последующую отделку с минимальными затратами труда.
Цикл работы машины, если в приемном устройстве находится одна форма будет включать следующие операции:
- подвод и отвод литьевого питателя от формы,
- впрыск резиновой смеси в форму,
- заполнение литьевого цилиндра,
- раскрытие и закрытие формы,
- извлечение изделия из формы,
- вулканизацию изделия.
Продолжительность вулканизации резиновой смеси в форме обычно больше продолжительности заполнения формы или извлечения изделий из нее. Поэтому для повышения производительности машины приемные устройства выполняют многопозицнонными, с различным расположением замыкающих (зажимных) устройств.
Число позиций в приемных устройствах может быть различным (обычно кратным 2) для некоторых машин оно достигает 24. Работа многопозиционной машины характеризуется темпом — временем от начала одного впрыска до начала другого.
Применение метода литья под давлением способствует существенному повышению производительности труда благодаря уменьшению трудовых затрат при получения заготовок и обработке готовых изделий, повышению производительности оборудования и автоматизации процессов.
Себестоимость изделий, выпускаемых в большом количестве методом литья под давлением, несмотря на высокую стоимость форм и литьевых машин обычно ниже себестоимости изделий, получаемых вулканизацией в прессе. Основное снижение себестоимости происходит за счет сокращения расхода резиновых смесей и трудовых затрат. Для получения высококачественных изделий методом литья под давлением необходимо строго выдерживать технологические процессы (приготовление резиновых смесей, процесс литья) и тщательно контролировать качество применяемого сырья и полуфабрикатов. Даже незначительные отклонения вязкости и продолжительности подвулканизации резиновых смесей могут явиться причиной различных дефектов на литьевом изделии.
По физико-механическим показателям литьевые вулканизаты обычно аналогичны прессовым.
Точность размеров литьевых изделий выше, чем прессовых. Отмечается повышение работоспособности резинометаллических изделий, полученных литьем под давлением, по сравнению с прессовыми, что объясняется повышением прочности связи резины с арматурой.