Технология горячеканального литья
Покупка
Тематика:
Металлургия. Литейное производство
Издательство:
Профессия
Автор:
Унгер Питер
Перевод:
Дувидзон Владимир Григорьевич
Год издания: 2009
Кол-во страниц: 208
Дополнительно
Вид издания:
Практическое пособие
Уровень образования:
ВО - Кадры высшей квалификации
ISBN: 978-5-93913-177-3
Артикул: 125458.01.01
Книга является исчерпывающим обзором современного состояния технологии горячеканальных литниковых систем. Описаны принципы конструирования оптимальных ГКС и варианты их использования в литье под давлением. Рассматриваются основы работы с горячими каналами и примеры эффективных конструкций. В книге рассмотрены методы измерения и контроля основных технологических параметров, а также факторы, влияющие на эффективность работ ГКС. Приведены примеры эффективных конструкций и требования к их техническому обслуживанию. Издание будет полезно конструкторам, инженерам, технологам индустрии переработки пластмасс.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Peter Unger Hot Runner Technology HANSER Hanser Publishers, Munich • Hanser Gardner Publication, Cincinnati
Питер Унгер Технология горячеканального литья Перевод с английского Под редакцией В. Г. Дувидзона Санкт-Петербург 2009
УДК 678.5:621.74.043 ББК 35.710Англ У58 Унгер П. У5 8 Технология горячеканального литья: Пер с англ. / Под. ред. В. Г. Дувидзона. — СПб.: Профессия, 2009. — 208 с., ил. ISBN 978-5-93913-177-3 ISBN-10: 3-446-40584-4 (англ.) Книга является практическим руководством по технологии горячеканального литья и принципам выбора горячеканальных литниковых систем (ГКС). Рассматриваются методы измерения и контроля основных технологических параметров, а также факторы, влияющие на эффективную работу систем. Приведены многочисленные примеры эффективных конструкций компонентов и требования к их техническому обслуживанию. Издание будет полезно различным специалистам, работающим в индустрии переработки пластмасс: конструкторам литьевых форм, технологам по литью пластмасс, инженерам по ремонту литьевых форм. УДК 678.5:621.74.043 ББК 35.710Англ АП right reserved. Carl Hanser Verlag, Munich/FRG Authorized translation from the original English edition published by Carl Hanser Verlag, Munich/FRG Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав. Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги. ISBN 978-5-93913-177-3 ISBN-10:3-446-40584-4 (англ.) ©CarlHanserVerlag, Munich/FRG, 2006 © Изд-во «Профессия», 2009
Оглавление Предисловие......................................................9 Предисловие к русскому изданию..................................11 1. Введение.....................................................13 1.1. Общие аспекты технологии горячеканального литья............13 1.2. Конструкция ГКС и номенклатура компонентов.................17 1.3. Конструкции отдельных компонентов, используемых в ГКС......19 Литература..................................................19 2. Основы теплотехники..........................................20 2.1. Теплопередача..............................................20 2.1.1. Теплопроводность.....................................21 2.1.2. Конвекция............................................25 2.1.3. Лучистый теплообмен..................................28 Заключ ение................................................32 2.2. Определение количества теплоты и мощности нагрева..........33 2.3. Тепловое расширение........................................34 Литература..................................................42 3. Краткое описание элементов горячеканальной системы...........44 3.1. Коллектор горячеканальной системы..........................44 3.1.1. Коллектор с внешим подогревом........................47 3.1.2. Коллектор с внутренним подогревом....................52 3.1.3. Изолированные литниковые системы.....................56 3.1.4. Реологическое конструирование........................58 3.1.4.1. Натуральная (естественная) балансировка.......58 3.1.4.2. Численная балансировка........................59 3.2. Отражающие и теплоизолирующие пластины, поверхностные покрытия.........................................................61 3.3. Переходная втулка сопла....................................65 3.4. Литниковая втулка коллектора...............................67 3.5. Распорные шайбы............................................69 3.6. Механизм защиты коллектора от проворачивания...............80 3.7. Поворотные заглушки коллектора.............................81 3.8. Сопла ГКС..................................................83
Технология горячеканального литья 3.8.1. Общие вопросы..........................................83 3.8.2. Прямоточные сопла ГКС..................................84 3.8.3. Открытые многоточечные сопла...........................91 3.8.3.1. «Вертикальная» конструкция наконечника сопла...91 3.8.3.2. «Наклонная» конструкция наконечников сопла..... 100 3.8.3.3. «Горизонтальная» конструкция наконечников сопла .... 101 3.8.3.4. Литниковое отверстие, подводимое к краю отливки, без наконечников...................................... 104 3.8.4. Сопла с запорными клапанами...........................106 3.8.4.1. Сопла с запорными иглами...................... 107 3.8.4.1.1. Автоматические системы с игольчатыми затворами........................................ 108 3.8.4.1.2. Управляемые системы с запорной иглой. 110 3.8.4.1.3. Сопло со скользящим затвором с механическим приводом......................................... 130 3.8.4.1.4. Сопла специального назначения.........132 3.8.4.2. Сопла с тепловым затвором..................... 133 Литература...................................................135 4. Обогрев коллекторов ГКС.......................................138 4.1. Патронный цилиндрический нагреватель........................138 4.2. Конусный патронный нагреватель..............................141 4.3. Патронный нагреватель с резьбой.............................141 4.4. Трубчатый нагреватель ......................................142 4.5. Нагревательная плита........................................144 4.6. «Толстопленочный» нагревательный элемент....................145 4.7. Непрямой обогрев с помощью жидкого теплоносителя............146 4.8. Тепловая трубка.............................................147 4.9. Определение тепловой мощности коллектора ГКС с внешним обогревом........................................................148 4.9.1. Оценка требуемой тепловой мощности....................148 4.9.2. Численное определение нагревательной мощности, требуемой для фазы разогрева...........................................149 Литература...................................................151 5. Обогрев сопел ГКС.............................................152 5.1. Цилиндрический патронный нагреватель........................152 5.2. Спиральные нагреватели......................................153 5.3. Резисторный нагреватель.....................................156
Оглавление 7 5.4. Тепловая трубка...........................................158 5.5. Косвенный обогрев с использованием жидкой среды...........158 5.6. Внутренний обогрев. Общие положения.......................161 5.7. Косвенный нагрев..........................................164 5.7.1. Теплопроводящее Торпедо.............................164 5.7.2. Теплопроводящее сопло...............................167 Литература.................................................171 6. Измерения и контроль температуры...........................173 7. Поведение материалов при механических нагрузках............174 7.1. Влияние концентраторов напряжений при статической нагрузке.174 7.2. Эффект возникновения концентраторов напряжений при динамической нагрузке..................................................176 Литература.................................................178 8. Коррозия и износ...........................................179 Литература.................................................182 9. Резьбовые соединения и выбор материала для работы при высоких температурах...................................................183 Литература.................................................185 10. Основные аспекты технологии переработки полимеров..........186 10.1. Характеристики расплава, вязкость, перепад давления......186 10.2. Термическая устойчивость.................................189 10.3. Уменьшение молекулярного веса (на примере ПБТ)...........190 10.3.1. Термическое разложение.............................191 10.3.2. Механодеструкция...................................192 10.3.3. Окислительная деструкция...........................192 10.3.4. Гидролитическая деструкция.........................192 Литература.................................................193 11. Техническое обслуживание и хранение литьевых форм с ГКС....194 Литература.................................................195 12. Конструкции специальных ГКС литьевых форм..................196 12.1. 300-гнездная ГКС для изготовления корпусов транзисторов из армированного ПБТ..............................................196
Технология горячеканального литья 12.2. Коллектор ГКС для многослойного «сэндвич»-литья..........198 12.3. Коллектор ГКС с равномерным заполнением..................201 12.4. Сопла ГКС для минимальных межосевых расстояний гнезд в литьевой форме...............................................202 Литература.................................................203 Основные сокращения............................................204 Физические величины........................................204 Математические обозначения.................................204 Греческие символы..........................................204 Обозначения полимерных материалов..........................205
Предисловие Технология горячеканального литья получила свое развитие с начала 1930-х годов в США Разработка новой технологии для переработки термопластов была направлена прежде всего для достижения следующих целей: • обеспечение автоматизации процесса формования; • устранение дополнительных операций после переработки за счет замены обычных литьевых форм с литниковыми каналами на формы без них; • получение более экономичной технологии литья под давлением. Преимущества использования технологии горячеканального литья были в скором времени замечены. В связи с этим начался быстрый рост процессов разработок, который достиг на сегодняшний день высокого уровня технического «ноу-хау». Как и у многих новых технических изобретений, путь развития горячеканальных систем (далее ГКС) был долгим и тернистым. В течение продолжительного времени разработчики горячеканальных систем ожидали от поставщиков полимерных материалов создания такой марки материала, которую можно было бы использовать в ГКС, поскольку в некоторых случаях применение данной технологии вызывало термическую деструкцию расплава материала и этим представляло повод к спорам и критике. Поэтому создание собственных ГКС производителями полимеров, в том числе и в коммерческих целях, не стало неожиданностью. Это привело к появлению новых конструкций, таких как запирающееся сопло (BASF), изолированный литниковый канал (DuPont) и косвенно нагреваемая теплопроводная торпеда (Hoechst), которые стали важными элементами на пути развития и усовершенствования технологии горячеканального литья. В настоящее время конструктора и изготовители литьевых форм, производители и переработчики полимерных материалов, а также поставщики ГКС объединяют свои усилия и постоянно обмениваются опытом для предотвращения или сведения к минимуму рисков, связанных с применением ГКС. Однако было бы неверно возлагать все бремя ответственности на одного из участников. Скорее всего разработка новых технологий и областей применения должна быть продуктом партнерства и взаимообмена. Проведенные в университетах фундаментальные исследования также внесли важный вклад в современное состояние технологии. Настоящая книга намеренно не фокусирует свое внимание на современном состоянии технологии горячеканального литья. При изучении более старой технической литературы можно удивиться тому, сколько прогрессивных идей и проектов уже разработано в прошлом, однако они были забыты или не признавались в течение долгого времени. С другой стороны, некоторые идеи были ошибочны и привели к неудачам из-за нехватки опыта. Отдельные идеи рассматриваются автором в этом издании для придания особого значения старому правилу «Учиться на опыте». Накопление опыта прежде всего основывается на анализе неудачи и получении соответствующих выводов. Поэтому читатель не должен удивляться, найдя в книге «старомодные» или устаревшие проекты.
Технология горячеканального литья Это — лишь один из вариантов сохранения и передачи опыта. Без практического опыта трудно прийти к новым разработкам и изобретениям. В данном издании описаны и прокомментированы также и другие темы, относящиеся к технологии горячеканального литья, такие как тепловые аспекты, специфика поведения пластмасс, коррозия металлов под действием расплава полимера и пр. По другим темам, например численные расчеты коллекторов ГКС, приводятся ссылки на специальную и более подробную литературу. Представленные в предлагаемой книге комментарии, отчеты и теоретические выкладки не всегда совпадают с представлениями других экспертов. Это происходит вследствие того, что практика применения данной технологии дифференцирована в зависимости от областей применения. Поэтому автор приглашает читателей поделиться с ним своим опытом, чтобы помочь улучшить будущие издания этой книги. Питер Унгер Peter Unger
Предисловие к русскому изданию Вот мы и дождались — на наши прилавки, в наши руки попала книга, полностью посвященная вопросам конструирования и эксплуатации горячеканальных систем литьевых форм. Экономическая ситуация в России на рынке деталей из пластмасс, полученных по технологии литья под давлением, неотвратимо подталкивает всех его участников к сокращению времени цикла литья и расхода материала на деталь, т. е. снижению их трудоемкости изготовления. Объективно лучшее решение указанных задач дают литьевые формы с ГКС. Несомненным успехом книги являются описания процессов тепло- и массо-переноса при работе коллекторов и сопел ГКС. Информация, помещенная в книге, поможет конструкторам литьевых форм и технологам по литью произвести выбор и грамотно эксплуатировать ГКС, а также принять идеологически правильные действия: • заниматься ли самим разработкой и изготовлением элементов ГКС или покупать у специализированных фирм; • если делать ГКС самим, то на каком техническом уровне; • выработать критерии выбора фирмы-производителя/поставщика ГКС. Хотя книга выпущена издательством HANSER в 2006 году, часть материалов в ней относится к 90-м годам прошлого века. За последние 15 лет технологии ГКС получили бурное развитие. Только в Европе успешно предлагается продукция около полусотни фирм-изготовителей ГКС, регулярно повышающих уровень продукции. Поэтому часть информации безусловно устарела: много места уделяется так называемым изолированным литниковым системам (предшественникам ГКС) и «поются дифирамбы» ГКС с внутренним нагревом (устаревший вариант ГКС). Однако нередко иностранные фирмы, производители ГКС и литьевых форм, пытаются до сих пор сбрасывать на наш рынок устаревшие или снятые с произодства технические решения ГКС для литьевых форм. Также в эксплуатации находится значительный парк импортных литьевых форм 1980— 1990-х годов выпуска, большая часть из которых с ГКС. Поэтому вся книга является актуальной для отечественного пользователя. У издания на русском языке есть и свои местные проблемы освоения. Во-первых, отсутствуют ответы на все вопросы, которые волнуют конструкторов и технологов. Во-вторых, так называемые «трудности перевода». Дело в том, что устоявшейся терминологии для элементов ГКС нет ни в технической литературе, ни в самой профессиональной среде конструкторов и технологов. Например, ключевым понятиям «nozzle» и «manifold» в нашей литературе соответствуют как минимум три значения: «nozzle» — «сопло, дюза, инжектор»; «manifold» — «коллектор, распределительный блок, дистрибутор». Поэтому для части читателей некоторые термины будут звучать непривычно. Редакция не переписывала книгу, а лишь передала авторское видение вопроса в переводе на русский язык. Все, кто не согласен с изложенным содержанием, могут смело написать свою книгу на эту тему. Несомненно, книга нужна и полезна. Надеюсь, что она поможет быстрыми темпами освоить и повсеместно внедрить передовой зарубежный опыт, сделать
Технология горячеканального литья применение ГКС в литьевых формах обычным и общепринятым для отечественной отрасли переработки пластмасс литьем под давлением. С какими вопросами знакомит читателя эта книга: • глава 1 рассказывает, в чем суть применения ГКС; • глава 2 описывает проблемы и законы теплопередачи в ГКС; • глава 3 раскрывает особенности конструирования коллекторов и сопел; • главы 4 и 5 посвящены нагревателям коллекторов и сопел; • глава 6 — несколько слов о терморегуляторах; • главы 7, 8 и 9 дают представление о требованиях к материалам для элементов ГКС; • глава 10 напоминает о проблемах технологии литья пластмасс под давлением; • глава 11 уделяет пристальное внимание вопросам хранения литьевых форм с ГКС; • глава 12 иллюстрирует применение ГКС для весьма нестандартных ситуаций. Издательство «Профессия», верное призыву классика художественной литературы «Сеять разумное, доброе, вечное», в очередной раз осуществляет выпуск лучшей профессиональной технической литературы. Эта книга —первая среди запланированных по теме ГКС. Мы имеем уникальную возможность на основе европейского опыта, довольно подробно и доступно изложенного в ней, освоить технологию ГКС и встать в строй современных «продвинутых» европейских «moldmakers», которые не только применяют ГКС, но и понимают «что, как и почему». Успехов Вам, конструкторы и технологи! Отрасль литья пластмасс под давлением ждет от Вас инновационных решений, и горячеканальное литье — одно из них! Научный редактор русского издания В. Г. Дувидзон
1. Введение 1.1. Общие аспекты технологии горячеканального литья Горячеканальная литниковая система обеспечивает транспортировку расплава термопласта от литьевой машины к оформляющим полостям литьевой формы с минимальными потерями. Она объединена с литьевой формой и является ее частью. В отличие от традиционных затвердевающих литников в ГКС расплав остается внутри системы в рабочем состоянии в течение по крайней мере одного цикла литья [1]. Этот способ литья еще известен как «безлитни-ковое литье» [2]. ГКС действует по принципу сообщающихся сосудов: независимо от поперечного сечения литникового канала и его длины расплав всегда подается непосредственно к впускному литниковому отверстию. Поэтому система обеспечивает возможность заполнять все полости (гнезда) в форме одновременно. В дополнение к этому часто используются конструкции, позволяющие управлять обогревом всей ГКС. Между ГКС и остальной частью литьевой формы существует значительный температурный градиент. Например, температура переработки полиоксиметилена (РОМ) составляет 200 °C, а температура пуансона и матрицы — 90 °C. Поэтому следует стремиться к оптимальной термоизоляции формы, хотя это и не всегда возможно. Ниже перечислены остальные аспекты, которые нужно учитывать, применяя ГКС в литьевых формах: • Нет необходимости в извлечении литников из формы, а значит, сокращается цикл литья (для охлаждения литников требуется дополнительное время по сравнению с самой деталью). • Происходит снижение затрат на удаление литников из формы, их транспортировку, вторичную переработку, хранение, предварительную сушку и т. д. Однако следует помнить, что вторичная грануляция приводит к ухудшению свойств материала, а также опасно недооценивать и риск попадания в него загрязнений. • ГКС позволяет уменьшить объем впрыска за счет экономии материала на литники, что дает возможность использовать литьевую машину меньшего типоразмера как по объему впрыска, так и по пластикационной производительности. • Отсутствие литников в отливке уменьшает ее площадь проекции на плоскость разъема. Следовательно, уменьшается усилие запирания литьевой машины.
1. Введение • Горячеканальная технология литья предоставляет максимально допустимую свободу конструирования, так как становится возможным подведение впускного литника практически в любое место. • В отличие от традиционных литьевых форм, при использовании ГКС не требуется охлаждение литников и уровни потери давления, даже при крайне малых скоростях течения расплава, незначительны. • Увеличение поперечного сечения канала в ГКС (с учетом максимально допустимого времени пребывания расплава в нагретом состоянии) снижает напряжения сдвига в расплаве. • На сегодняшний день без использования ГКС невозможно представить каскадное литье соплами с запорными иглами (управляемый впуск), «сэнд-вич»-литье, литье вспененных термопластов, многоцветное литье, литье в двухэтажных и многогнездных «семейных» литьевых формах. • Область выходного отверстия сопла ГКС характеризуется следующими параметрами: — конструкция контактных поверхностей должна обеспечить эффективную термоизоляцию; — необходимо использование материала, подходящего по теплопроводности (в зависимости от требований применяют материалы с высокой или низкой теплопроводностью); — необходимо индивидуальное охлаждение впускных литников сопел (независимый контур охлаждения). Принятие этих мер позволяет увеличить время выдержки под давлением в цикле литья и оказывает положительное влияние на качество отливки. Кроме того, снижается литьевая усадка. • Стоимость литьевой формы с ГКС будет значительно выше, особенно для сопел с запорными клапанами. • По сравнению с традиционными литьевыми формами потребление электроэнергии для ГКС выше вследствие теплопотерь. Если же рассматривать энергозатраты, включая необходимые на вторичную переработку литников, то общий баланс будет в пользу ГКС. ♦ Более высокая стоимость форм с ГКС по сравнению с традиционными литьевыми формами обычно всегда оправдана для больших объемов производства деталей из пластмасс. • Для минимизации термических и механических повреждений расплава необходимо обеспечить высокую степень равномерности распределения температур. В общем случае для этого требуется жесткий контроль установившейся температуры. Термопары не должны размещаться в областях повышенного теплоотвода или просто «в тех местах, где имеется свободное место» (см. гл. 4, рис. 4.26). Неправильное размещение термопар с большой степенью вероятности приведет к термическому разложению расплава. Необходимо соблюдать базовое правило: термопары следует располагать таким образом, чтобы производились замеры температурных максимумов, т. е. в непосредственной близости от источника тепла.