Расчет основных параметров процесса литья под давлением

Расчет основных параметров процесса литья под давлением

1.1. Определить оптимальный удельный объем, массу и плотность изделий

Мacca изделия, его плотность могут быть повышены увеличением давления формования, а также за счет снижения температуры впрыскиваемого материала. При повышении температуры переработки расплав будет расширяться и, следовательно, при впрыске в форму займет больше места, а значит, изделие будет получаться менее плотным.

Зависимость между давлением, температурой и удельным объемом (величиной, обратной плотности) на стадии формования и уплотнения расплава полимера может быть выражена видоизмененным уравнением Ван-дер-Ваальса:

;

.

Здесь P – давление, МПа; v – удельный объем, м³/кг; T – средняя температура, К; ρ – плотность при температуре переработки, кг/м³; π – коэффициент, характеризующий силу межмолекулярного взаимодействия, МПа; ω – коэффициент, характеризующий пространство, занимаемое молекулами, м³/кг;

,

где R’ – коэффициент, характеризующий молекулярную структуру полимера, кДж/(кг^.К); R=8,31 кДж/(кмоль^.К) – универсальная газовая постоянная; М – мольная масса структурной единицы полимера, кг/моль (табл.2).

Из уравнения Ван-дер-Ваальса следует, что для сохранения постоянной плотности расплава с повышением   температуры его, следует повышать пропорционально давление. При измене­нии параметров процесса литья под давлением масса отливаемого изделия может колебаться, и по отклонению от  оптимальной массы можно судить о качестве отливаемого изделия. По этому уравнению можно также определить усадку (уменьшение объема) материала в процессе охлаждения, задавшись значе­ниями температуры и давления.

Уравнение состояния позволяет рассчитать оптимальный удельный объем и плотность изделия, полученного при оптималь­ной температуре и давлении, что дает возможность контролиро­вать качество изделия по его массе. Позволяет также определить возможную объемную усадку:

1.1. Определить удельный объем, массу и плотность изделия из полиметилметакрилата при температуре переработки и комнатной температуре. Объем формы  - из табл. 1.

Решение. Берем среднее давление в форме P=30 МПа, T=473 К,

R’ - из табл. 1. Тогда

м³/кг.

 кг/м³.

            Примем обозначения G_и и v_и – масса и объем изделия, ρ_p и G_p – плотность и масса расплава в форме. Имеем:

 кг.

            При комнатной температуре и атмосферном давлении

 м³/кг.

1219,5 кг/м³;  м³.

1.2 .Определить давление, действующее на материал

Давление, дей­ствующее на материал в форме, вследствие непрерывных потерь на отдельных стадиях процесса (в цилиндре, сопле, литниковых каналах), ниже давления, создаваемого первоначально шнеком. Давление в форме обеспечивается давлением в гидросистеме машины Р, с учетом потерь давления в цилиндре и сопле. Давление литья Р_л  (в МПа):

,

где P_r – давление жидкости в гидроцилиндре, по манометру, МПа; D_ц – диаметр гидроцилиндра, м; d_ш – диаметр шнека, м.

ГОСТом установлен следующий основной ряд диаметров гидроцилнндров: 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 60; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800 и 1000 мм.

Для диаметров штоков: 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 60; 80;  100;  125;  160; 200; 250; 320; 400; 500; 630 и 800 мм.

Учитывая потери давления:

P_л=Р_м+ΔР_м,

где Р_м – давление впрыска, МПа.

Если литьевая машина находится в исправном состоянии, то

Р_м=КР_л,

где К – коэффициент, зависящий от перерабатываемого материала (табл.1).

Потери давления в пластикационном цилиндре могут быть с достаточной точностью подсчитаны по формуле:

,

где  - потери давления в пластикационном цилиндре, МПа;  - давление на материал в цилиндре, МПа;  - объем отливаемого изделия, м³;  - максимально возможный объем отливки на данной машине, м³; a, b, c – коэффициенты, зависящие от перерабатываемого материала.

            Пример выполнения 1.2. Рассчитать давление, создаваемое шнеком при впрыске расплава, если D_ц= 320 мм = 0,32 м, d_ш= 80 м = 0,08 м, P_r=5 МПа.

МПа.

            1.3 Расчет диаметра шнека из условия необходимого объема впрыска за цикл v_и:

,

где v_р – расчетный объем полимера, подготовленного в шнековом пластикаторе к впрыску (равен объему цилиндрической камеры, находящейся перед шнеком с диаметром D₁₎; К – коэффициент, учитывающий утечки и сжатие полимера при впрыске;

,

где К₁ – отношение хода шнека к диаметру, т.е. К₁=.

Кроме того, ,

где D₂ – диаметр шнека, определяемый из условия обеспечения заданной пластикационной производительности.

            Диаметр поршня гидроцилиндра

.

            Значение D_п корректируют по стандартному ряду диаметров. По значению D_п1 определяют:

.

            По полученным значениям D₁, D₂, D₃ устанавливают номинальный диаметр шнека D_п – наибольшее из трех значений, скорректированное по стандартному ряду. Затем определяют фактическое давление литья P_ф при номинальном диаметре шнека D_н и диаметре поршня D_п:

.

            Ход шнека H_ш уточняют по D_н:

.

            Пример выполнения 1.3. Определить диаметр и ход шнека для литьевой машины с объемом впрыска 2,54 см³. Исходные данные и расчетные коэффициенты: v_и = 2,54^.10^{-6 м3}, q_пл = 14 кг/ч, P_л = 35,5 МПа = 35,5^.10⁶ Па, P_r = 5 МПа = 5^.10⁶ Па, К = 1,25, К₁ = 1,7.

= 2.3^.10^{-2 м.}

= 2,87^.10^{-2 м.}

= 0,092 м.

            По стандартному ряду диаметров принимаем D_п1 = 0,1 м.

= 0,12 м.

По наибольшему из найденных значений D₁, D₂, D₃ принимаем номинальный диаметр шнека D _н = 9^.10^{-2 м.}

= 0,6^.10^{-2 м.}

=3,47^.10⁶ Па = 3,47 МПа.