Специализированные литьевые машины

Еще десять—пятнадцать лет тому назад ведущие производители литьевого оборудования при определении номенклатуры выпускаемых машин основной упор делали на выпуск серий однотипных машин универсального назначения (термопластавтоматов или реактопластавтоматов), в первую очередь отличавшихся друг от друга двумя основными показателями: усилием смыкания форм и максимальным объемом впрыска. Естественно, что в зависимости от этих двух важнейших характеристик каждая из машин выпускаемой серии имела свои конструктивные особенности.

В настоящее время в связи с резким увеличением количества технологий, реализуемых на литьевом оборудовании, появлением разнообразнейшей робототехники, обслуживающей процесс литья, расширением ассортимента перерабатываемых полимерных материалов многие производители пересмотрели существовавшую многие годы концепцию производства литьевого оборудования. Наряду с серийными машинами они начали в большом количестве выпускать сначала машины, специализированные для реализации конкретной технологии литья, а затем и предназначенные для выпуска одного конкретного изделия, причем на некоторых предприятиях-производителях литьевых машин мощности по производству серийных и специализированных машин в наши дни почти одинаковы.

В связи с многократным ростом количества тары, производимой методом литьевого раздувного формования, выпускаются два вида специализированных машин.

Первые предназначаются для производства литых заготовок — преформ и учитывают как особенности переработки исходного полимера (чаще всего полиэтилентерефталата), так и необходимость использования инструмента с максимально возможным числом гнезд при минимальной продолжительности цикла литья. На следующей стадии производства из литых заготовок методом раздува получают готовую тару, причем обе стадии производства могут быть разделены как во времени, так и по месту их реализации.

Второй вид специализированных литьевых машин, предназначенных для литьевого раздувного формования, объединяет обе стадии процесса: изготовление заготовок и раздув готовых изделий (рис. 3.35). Такая машина состоит из узла пластикации и впрыска 1, ротора 5, обеспечивающего перемещение заготовки и готового изделия с позиции на позицию, и, как минимум, двух узлов смыкания форм. Один из этих узлов 3— более мощный, он обеспечивает смыкание литьевой формы 2, установленной на его двух подвижных (верхней и нижней) плитах. В отличие от стандартных машин обе плиты должны иметь небольшой ход, чтобы после отливки преформы и раскрытия формы обеспечить беспрепятственный поворот ротора с пуансоном 7, на котором была отлита и продолжает оставаться преформа. Ротор поворачивается на 180°. Второй, менее мощный, узел смыкания 4 подводит к пуансону с преформой половины раздувной формы 6 и смыкает их. За;

Рис. 3.35. Схема машины для производства изделий методом литья с раздувом.

тем в преформу подается воздух на раздув, изделие оформляется, охлаждается и после открытия формы вынимается из нее. Одновременно с операцией раздува происходит операция литья очередной преформы. Ротор вновь поворачивается на 180°, и свободный от изделия пуансон снова попадает в литьевую форму. Естественно, что операции литья заготовки и раздува готового изделия строго совмещаются по времени.

Для производства изделий из высоконаполненных материалов используются так называемые компаундирующие литьевые машины. При использовании стандартных машин производство таких изделий происходит в две стадии. Сначала в ненаполненный полимерный материал на экструзионных или иных установках для смешения вводится нужное количество наполнителя, компаунд гранулируется и только после этого поступает в литьевую машину. Для повышения эффективности производства из композиционных материалов на основе дискретно-волокнистых наполнителей созданы машины (рис. 3.36), в которых двухшнековый экструдер 7, выполняющий роль смесителя-пластикатора, непосредственно совмещен с поршневым узлом впрыска 2 литьевой машины. Это.

Рис. 3.36. Схема узла пластикации и впрыска компаундирующей литьевой машины позволяет сделать процесс компаундирования и гомогенизации, протекающий в двухшнековой части узла пластикации и впрыска, непрерывным независимо от периодичности процессов набора дозы и впрыска. На двухшнековом смесителе-пластикаторе предусматриваются зона дегазации 4 и два загрузочных устройства: одно устройство 6 в начале шнеков для подачи полимера и наполнителя, а второе устройство 5 —для ввода наполнителя в уже расплавленный полимер. Между смесителем-пластикатором и узлом впрыска установлен клапан 3, приводимый в действие гидроцилиндром.

Для производства литьем под давлением изделий с интегральной пеной используют как химические, так и физические порообразователи. При этом можно получать крупногабаритные изделия, отличающиеся малой усадкой, высокой точностью размеров и небольшой плотностью. Для изготовления деталей из вспененных термопластов выпускаются машины с узлами пластикации и впрыска, приспособленными к работе на малых давлениях. В то же время эти узлы должны обеспечивать высокую скорость впрыска и точную дозировку расплава. Высокая скорость впрыска (около 500 мм/с) необходима для того, чтобы предотвратить преждевременное расширение газа в расплаве полимера. Кроме того, высокая скорость впрыска обеспечивает и точность дозировки, так как за время, пока происходит впрыск, может измениться и плотность расплава. Необходимая скорость впрыска достигается на подобных машинах за счет установки на них высокопроизводительных насосов или аккумуляторов давления (подробнее об аккумуляторах давления см. в разделе 4.6.2).

Литье вспененных термопластов осуществляется при пониженных давлениях впрыска, и конструкция узла смыкания форм учитывает эту особенность. Во-первых, площадь поверхности подвижной и передней неподвижной плит и соответственно устанавливаемых на них литьевых форм существенно больше, чем на обычных машинах. А во-вторых, усилие, развиваемое узлом смыкания форм, может быть ниже.

Для производства изделий методом инжекционно-газового литья специализированные машины не выпускаются. Обычные серийные машины доукомплектовываются системой газоочистки (рис. 3.37, а) и соплом специальной конструкции (рис. 3.37, б).

Система газоочистки состоит из двух контуров — газового и гидравлического. В качестве переходных устройств между двумя средами выступают поршневые накопители. Все регулировки производятся только со стороны гидравлического контура. Газовый контур из соображений техники безопасности, как правило, заполняется азотом. Азот в контуре находится под давлением до 45 МПа, однако имеется опыт применения и более высокого дав;

Рис. 3.37. Схема системы газоочистки (а) и специальная конструкция сопла (б).

ления в газовом контуре. Азот подается из стандартного баллона 1 и предварительно сжимается в поршневом накопителе 10. Объем газа при выбираемом в зависимости от технологических нужд давлении может быть установлен в самых широких пределах. Это дает возможность настроить систему газоочистки на любой размер отливаемого изделия в пределах возможностей данной машины. Предварительно сжатый газ через клапан пропорционального управления 7 скапливается и доводится до нужного давления во втором поршневом накопителе 6. Подготовка газа проводится во время набора дозы, а потому не влияет на время цикла литьевой машины. С помощью клапана пропорционального управления 5 посредствам регулировки давления жидкости, создаваемого насосом 9, регулируется давление газа. В систему также входят гидравлический ресивер 8, обратные клапаны 3, клапан пропорционального управления 4 и газовый редуктор давления 2. Пунктир на схеме, представленной на рис. 3.37, а, условно разделяет гидравлический и газовый контуры системы. Ввод газа начинается при определенном положении шнека через специальный клапан и сопло, как это показано на рис. 3.37, 6.

При производстве изделий из некоторых полимеров, например из полиуретана, в качестве сырья используется не гранулированный полимер, а два жидких низкомолекулярных компонента, которые, смешиваясь в определенных пропорциях, в литьевой форме вступают в химическое взаимодействие друг с другом, образуя при этом твердое полимерное изделие. Из-за низкой вязкости реагентов давление впрыска обычно невелико даже при большой скорости впрыска. Поскольку скорость прохождения химической реакции высокая, цикл литья изделий получается достаточно коротким.

Рис. 3.38. Принципиальная схема узла подготовки реагентов и впрыска машины для реакционного литья.

На рис. 3.38 изображена принципиальная схема узла подготовки реагентов и впрыска машины для литья изделий по описываемой технологии (для реакционного литья). Операция пластикации в данном процессе отсутствует. Узел снабжен двумя дозирующими цилиндрами 1 и 4 поршневого типа. Один из цилиндров обеспечивает подачу в смесительную головку (на схеме не показана) реагента А, а другой — реагента Б. Из смесительной головки материал поступает в узел впрыска 3, а оттуда — в литьевую форму 2. Используются узлы впрыска поршневого типа, выполненные в виде копильника с поршнем, имеющим гидравлический (как на рис. 3.38) или механический привод. Этот узел устанавливается непосредственно на выходе из смесительной головки или на определенном расстоянии от нее, он связан с выходом из смесительной головки обогреваемым трубопроводом (рис. 3.39), соединенным с загрузочным патрубком 2. По мере набора порции впрыска поршень 4 копильника 1 отводится назад. После набора дозы подача материала прекращается и материал в режиме постоянной скорости впрыска через сопло 3 подается в форму 5. Узел впрыска может быть выполнен как неподвижным (тогда форма подается к нему механизмом смыкания форм), так и подвижным.

Рис. 3.39. Схема узла впрыска:

о — набор дозы: б — момент впрыска Один из возможных вариантов схемы смесительной головки изображен на рис. 3.40. Головка показана в момент подачи реагентов на смешение. Она состоит из металлического корпуса с цилиндрической смесительной камерой 3 и инжекционными соплами 2, инжектора 4 и плунжера 1 для очистки смесительной камеры. Реагенты, попадая в головку со скоростью 100—200 м/с, подаются в смесительную камеру, где струи реагентов соударяются друг с другом и со стенками цилиндрической полости, образуя турбулентные потоки со множеством завихрений, разбиваются на большое число взаимопроникающих слоев (страт) с развитой поверхностью контакта.

Для реализации процесса инжекционного прессования могут использоваться обычные серийные машины при внесении в их программное обеспечение некоторых дополнений. Однако для этих целей разработаны и специальные машины, схема одной из которых приведена на рис. 3.41.

Механизм запирания такой машины состоит из подвижной плиты с пуансоном 5, промежуточной плиты 9 с закрепленным на ней гидроцилиндром смыкания 11 и гидроцилиндра дожатая 12, обеспечивающего создание необходимого усилия прессования. Шток 7гидроцилиндра смыкания перемещает крестовину 6, которая имеет специальные пазы для рычагов (упоров) 8, предназначенных для передачи усилия формования. Величину зазора между обеими половинами формы регулируют гайкой 10.

Материал предварительно подготавливают в шнековом пластикаторе 1, откуда он подается в инжекционный цилиндр 2. Инжекционный цилиндр снабжен специальной головкой 3, включающей сердечник 15 и седло 17. Сердечник имеет отверстия для соединения внутренней полости инжекционного цилиндра с литниковой втулкой 14. С одной стороны сердечник притерт к седлу, а с другой — имеет сменный наконечник 13.

Рис. 3.40. Схема смесительной головки.

Сердечник может перемещаться под действием двух гидроцилиндров 4. При впрыске материала в форму под действием инжекционного поршня 18 головка 3 прижимается к литниковой втулке 14, сердечник 15 находится в крайнем верхнем положении. После окончания впрыска материала в незамкнутую форму сердечник 15 под действием цилиндров 4 опускается вниз. Наконечник 13 закрывает отверстие литниковой втулки 14, вытесняя остатки материала в головку цилиндра. При этом нижняя часть сердечника садится в седло 17, прекращая.

Рис. 3.41. Схема машины для инжекиионкого прессования.

доступ материала из цилиндра в головку. Головка отрывается от литниковой втулки, сжимая пружину 16.

Формование материала в форме происходит под действием гидроцилиндра дожатия 12, который через рычажную систему передает усилие, необходимое для формования изделия.

В последние годы получило значительное развитие так называемое многокомпонентное литье. С его помощью можно получать многоцветные изделия с четкими границами разных цветов; кроме того, отдельные элементы изделия при многокомпонентном литье могут быть выполнены из различных (но совместимых) полимерных материалов. Одним из примеров многокомпонентного литья может служить производство изделий, сердцевина которых выполнена из одного материала, а внешний слой — из другого (рис. 3.42). Иногда подобную технологию называют сэндвич-литьем. Для производства подобных изделий литьевая машина снабжается двумя узлами пластикации и впрыска, которые с помощью специальных переходников подсоединяются к одному соплу, снабженному устройством для переключения потоков расплава полимеров, подаваемых из разных узлов впрыска. В приведенном на рис. 3.42 примере роль переключателя выполняет управляемый игольчатый клапан 1. На данной схеме материал из узла А впрыс;

кивается в литьевую форму, образуя наружный слой изделия (см. рис. 3.42, а). Затем отводится вправо игольчатый клапан, и из узла Б производится впрыск материала, образующего сердцевину изделия (см. рис. 3.42, б). Затем игольчатый клапан снова переводится в крайнее левое положение; в работу вновь подключается узел А, добавляющий остатки расплава в форму, которые полностью обволакивают материал сердцевины изделия (см. рис. 3.42, в).

Приведенная схема двухкомпонентного литья является далеко не единственной, однако характерной. Дело в том, что конструк;

Рис. 3.43. Варианты расположения узлов пластикации и впрыска на машинах для двухкомпонентного литья.

ция литьевого оборудования, предназначаемого для многокомпонентного литья, принципиально отличается от традиционного наличием нескольких (в настоящее время до семи) узлов пластикации и впрыска, а также особым устройством применяемых сопел.

Примеры вариантов расположения узлов пластикации и впрыска на машинах для двухкомпонентного литья приведены на рис. 3.43, а—г, а на машинах для трехкомпонентного литья — на рис. 3.44, а—в.