Рубрика: Пресс-формы и штампы
Литниковая система — путь, по которому расплав полимера проходит от сопла термопластавтомата до формообразующей полости. От её конструкции зависят качество заполнения, внешний вид изделия, время цикла, расход материала и даже возможность полностью автоматизировать производство. Принципиально существуют два подхода: холодноканальный, при котором литник застывает и удаляется с каждой отливкой, и горячеканальный, при котором материал в каналах всё время остаётся жидким. Разберём устройство обоих вариантов, их сильные и слабые стороны и правила выбора.
Хорошая литниковая система должна решать сразу несколько задач. Она обеспечивает заполнение всех гнёзд одновременно и с одинаковым давлением, минимизирует потери давления и температуры расплава, не создаёт зон перегрева и застоя, позволяет передать давление выдержки на стадии подпитки, легко отделяется от изделия и оставляет на нём минимальный след. Кроме того, она должна расходовать как можно меньше материала, не превращаясь при этом в «узкое горлышко» процесса.
Все элементы литниковой системы — центральный литник, разводящие каналы и впуски — рассчитываются с учётом вязкости расплава, объёма изделия, толщины его стенок и требуемого времени впрыска.
В холодноканальной системе каналы выполнены непосредственно в плитах пресс-формы и охлаждаются вместе с ней. Расплав, заполнив полость, застывает и в каналах. При раскрытии формы литник извлекается вместе с изделием или отдельно от него, а затем отправляется в дробилку или в отходы.
| Тип впуска | Особенности | Применение |
|---|---|---|
| Боковой | Простой в исполнении, требует ручного или механического отделения | Большинство технических деталей |
| Веерный | Расширяющийся впуск, равномерный фронт течения | Плоские широкие детали, снижение коробления |
| Туннельный | Выполнен под разъёмом, отрезается автоматически при выталкивании | Мелкие детали в автоматическом цикле |
| Точечный | Малое сечение, отрыв литника при раскрытии трёхплитной формы | Корпусные детали с впуском в центре |
| Кольцевой и дисковый | Заполнение по всему периметру отверстия | Втулки, трубчатые детали, соосность |
| Прямой | Литник подходит непосредственно к изделию | Крупные толстостенные одногнёздные изделия |
В многогнёздной форме важно, чтобы все гнёзда заполнялись одновременно. Для этого применяют естественно сбалансированную схему разводки, когда путь от центрального литника до каждого гнезда одинаков, либо искусственную балансировку подбором сечений впусков. Несбалансированная система приводит к переуплотнению одних гнёзд и недоливу других, а также к разбросу размеров деталей.
Главные плюсы холодноканальной системы — простота, надёжность, невысокая стоимость формы и лёгкая смена цвета или материала. Она не требует контроллеров нагрева и почти не требует специального обслуживания. Минусы — расход материала на литник, который в многогнёздных формах с мелкими деталями может превышать массу самих изделий, увеличение времени цикла из-за охлаждения толстого литника, необходимость отделения и переработки литников, а также потери давления в длинных каналах.
В горячеканальной системе каналы проходят внутри обогреваемого коллектора, и расплав в них не застывает. Материал подаётся через обогреваемые сопла непосредственно к изделию или к короткому холодному литнику. После выталкивания изделия в каналах остаётся расплав, который будет впрыснут в следующем цикле.
Открытое сопло проще и дешевле, но оставляет на изделии небольшой след и может давать нити или подтекание материала. Сопло с игольчатым запором механически перекрывает впуск после заполнения. След получается аккуратным, почти незаметным, появляется возможность каскадного впрыска, когда сопла открываются последовательно, — это позволяет управлять положением линий спая на длинных изделиях. Запорные системы дороже и требуют привода — пневматического, гидравлического или электрического.
Горячеканальная система заметно увеличивает стоимость формы. Она сложнее в обслуживании: нагреватели и термопары выходят из строя, требуется квалифицированный персонал. Смена цвета занимает больше времени, так как материал нужно полностью вымыть из коллектора. Термочувствительные полимеры, например ПВХ и некоторые сорта полиоксиметилена, требуют специальных конструкций без зон застоя, иначе возможна деструкция материала.
| Параметр | Холодные каналы | Горячие каналы |
|---|---|---|
| Стоимость формы | Ниже | Выше |
| Литниковый отход | Есть, иногда значительный | Отсутствует или минимален |
| Время цикла | Определяется охлаждением литника | Короче |
| Автоматизация | Требуется отделение литника | Полная |
| Смена цвета и материала | Быстрая | Медленнее |
| Обслуживание | Простое | Требует квалификации |
| След на изделии | Заметный, нужна обработка | Минимальный |
| Термочувствительные полимеры | Без ограничений | Нужны специальные решения |
Существует компромиссный вариант: горячий канал подаёт расплав к нескольким точкам, от которых короткие холодные каналы ведут к группе гнёзд. Это позволяет сократить отход и цикл по сравнению с полностью холодной системой и при этом не устанавливать отдельное сопло на каждое гнездо. Такое решение популярно в многогнёздных формах для мелких деталей. Ещё один вариант — одиночное горячее сопло вместо литниковой втулки, которое убирает центральный литник и уменьшает массу отхода и ход раскрытия формы.
Выбор определяется экономикой проекта и техническими требованиями к изделию. Рассмотрите следующие вопросы.
Недолив дальних гнёзд — увеличение сечения разводящих каналов или балансировка. Застревание литника — проверка уклонов и полировки каналов, работы съёмника литника. Видимый след впуска — перенос впуска на нелицевую сторону или переход на туннельный впуск.
Нити и подтекание из сопла — корректировка температуры наконечника и декомпрессии шнека. Застывание впуска — повышение температуры сопла, проверка нагревателей. Деструкция материала — снижение температуры, устранение зон застоя. Протечки между коллектором и соплами — проверка теплового расширения и затяжки.
Сечения каналов подбирают не на глаз. Слишком тонкий разводящий канал застывает раньше, чем полость успеет уплотниться, и давление выдержки перестаёт передаваться к изделию — появляются утяжины и нестабильность размеров. Слишком толстый канал увеличивает расход материала и время охлаждения. Практическое правило для холодных каналов: диаметр разводящего канала должен быть не меньше максимальной толщины стенки изделия плюс запас на текучесть материала, а впуск — составлять около половины–двух третей толщины стенки в месте подвода.
Для многогнёздных форм и сложных изделий литниковую систему проверяют компьютерным моделированием. Расчёт показывает распределение давления и температуры, время заполнения каждого гнезда, положение линий спая и воздушных ловушек, величину сдвиговых напряжений во впуске. По результатам корректируют сечения, число и положение впусков ещё до изготовления формы, что исключает дорогие доработки закалённых деталей.
Для горячеканальных систем дополнительно рассчитывают тепловой баланс: мощность нагревателей по зонам, тепловое расширение коллектора и его положение в рабочем состоянии, площадь контакта с холодными плитами. Коллектор при нагреве удлиняется на десятые доли миллиметра, и если это не учесть, сопла сместятся относительно впусков или возникнут протечки.
Холодноканальная система обслуживается вместе с формой: каналы очищают от остатков полимера, следят за полировкой и состоянием кромок впуска, которые изнашиваются быстрее остальных поверхностей, особенно при литье стеклонаполненных материалов. Для впусков в таких формах выгодно предусматривать сменные вставки.
Горячеканальная система требует отдельного регламента. Перед запуском проверяют сопротивление нагревателей и исправность термопар, после остановки — не допускают длительной выдержки материала при рабочей температуре. При смене материала коллектор полностью вымывают. Периодически наконечники сопел снимают для осмотра и очистки, а при износе заменяют. Ведение журнала неисправностей по зонам позволяет вовремя заметить деградацию нагревателей и спланировать их замену до отказа в разгар смены.
Холодноканальная система проста, надёжна и экономична в изготовлении — она хороша для малых и средних серий и частой смены материала. Горячеканальная дороже, но позволяет сократить отход и цикл, улучшить внешний вид и полностью автоматизировать процесс, что выгодно на больших тиражах. Комбинированные решения позволяют найти баланс. Конструкторы «ВМС» помогут подобрать оптимальную литниковую систему и изготовят пресс-форму под ваш объём выпуска.
