Способ изготовления изделий из термопластов литьем под давлением

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 09) П 1)В 29 Г 1/00 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОСУДАРСО ДЕЛА Е ИЗОБРЕТВИДЕТЕЛЬСТВУ ОПИ САНИН АВТОРСКОМ(21 ) 2759560/23-05,ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТЕРМОПЛАСТОВ ЛИТЬЕМ ПОДДАВЛЕНИЕМ, включающий заполнениерасплавом полимера оформляющих А и бував Яилнмк УЯЯНЙЮОВполостей при одновременном их охлаждении, выдержку под давлением и охлаждение, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения прочности изделий, после заполнения оформляющих полостей расплав полимерапродавливают при температуре не выше температуры плавления или текучести термопласта на 20-250 С идавлении 900-3000 кгс/см 2 через ип ). оформляющие полости, охлаждаемыеот -20 С до температуры начала плавления или .текучести термопласта до.достижения твердого агрегатного сос;тояния полимера по объему изделий.(ч ю сч СО аО О О сЧ (Ч (ч 1 1Использование способа позволит повысить прочность термопласта в изделии в 2-3 и более раэ эа счет создания направленно-ориентированной структуры материала; расширить ассортимент упрочняемых литьевых изде лий за счет увеличения температурного интервала, охлаждения (нагрева)формы с повышением давления литья при обеспечении требуемой прочностной характеристики материала в. иэ- . 10 делии; повысить прочность литьевыхизделий эа счет дополнительного сдвига расплава при течении через оформляющее упрочняемое изделие полость;.расширить диапазон физико-механических свойств и, следовательно, областей использования термопластов,заменить дорогостоящие дефицитныеполимерные материалы на дешевые икрупнотоннажные, например, полиэтилен, сополимеры стирола и т.д,;интенсифицировать процесс литья поддавлением эа счет возможности формования в одной форме упрочненныхконструкционных изделий и неответственных изделий, например товаровнаоодного потребления.Ъб 4 ЗО 18 О Тираж 647 ВНИИПИ ГосударствеНного комитета С по делам изобретений и открытий 3035., Москва, Ж-Раушская наб., аказ 7238/2 ПодписР д. 4/5 ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,фил рСоставитедь Л. Ягодкинаедактор Т. Кугрцшева Техред СЮгунова Корре1043018 ла. 2, Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что при продавливании под давлением 900-1400 кгс/см оформляющие полости охлаждают от -20 цС до 460 С.3Способ по пп.1-2, о т л и ч а ю ц и й с я тем, что при продавлинании расплава через оформляющие полости осуцествляют принудительное поступательное перемещение одного иэ подвижных элементов оформляющих поверхностей в направлении 1Изобретение относится. к переработке пластмасс при изготонлении,в частности, литьем под давлением,.н может быть использовано в автомобилестроении, машиностроении, а также в ряде других отраслей народногохозяйства.Известен способ изготовления иэ+ .делий из термопластов литьем под давлением, включающийпоследовательноенагнетание расплавленного материала.черезлитниковую систему н параллельно расположенные оформляющие полости, выдержку под давлением и охлаждение, согласно которому первую порцию расплава нагнетают сначала в первую полость Формы, охлаждают в ней,затем в сердцевину охлаждаемого из-делия в первой полости и одновременно во вторую полость Формы впрыскивают вторую дозу расплава и т.д. 20(три оФормляющие полости (.11,Недостатком известного способаявляется ненозможность получениявысокопрочных изделий из термопластов, так как многократные впрыски 25в замкнутую оформляющую полость можно производить только при высокихтемпературах расплава и формы, атакже при большой толцине иэделий.Наиболее близким по технической 3 Цсуцности к предлагаемому являетсяспособ изготовления иэделий из термопластон.литьем под давлением,включающий заполнение расплавомполимера оформляюцих полостей приодновременном их охлаждении, выдержку под давлением и охлаждение Г 2 1.Известный способ предусматриваетизготовление в одной форме нескольких последовательно расположенныхизделий, что обеспечивается применением высоких температур расплава нфорьи. Высокие температуры расплаваи Формы при переработке литьем поддавлением. приводят к низким прочностным характеристиками иэделий, носкольку они увеличивают поднижность политечения материала, а для полых телвращения - принудительное вращениеодной из подвижных оформляющихповерхностей относительно другой.4. Способ по пп.1-2, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что продавливанне полимера осуществляют путемсближения поверхностей оформляющих полостей, заполняемых в объеме,в.1,5-3 раза превышающем объем изделий, и выдавливания избытка материа-.,2мерных звеньев в цепи и, следователь-но, снижают долю ориентированныхструктурных элементов по объему иэделия.Таким образом, известным способомтакже невозможно получать высокопрочные конструкционные изделия иэ термопластов,Целью изобретения является повышение прочности литьевых изделий изтермопластон.Указанная цель достигается тем,,что согласно способу изготовленияизделий из термопластов литьем поддавлением, включающему заполнениерасплавом полимера оформляющихполостей при одновременном их охлаждении, выдержку под давлением и охлаждение, после заполнения оформляю-.щих полостей расплав полимера продавливают при температуре выше температуры плавления или текучеститермопласта на 20-25 ОС и давлении900-3000 кгс/см 2 через оформляющиеполости, охлаждаемюе от -20 ОС дотемпературы начала плавленияилитекучести термопласта до достижениятвердого агрегатного полимера пообъему изделий.При продавливании под давлением900-1400 кгс/см 2 оформляющие полости охлаждают от -20,до +60 ОС.При продавливании расплава черезоформляющие полости осуцествляютпринудительное поступательное перемещение одного из подвижных .элементов оформляющих поверхностей в направлении течения материала, а дляполых тел врацения - принудительноевращение одной иэ подвижных оформляющих поверхностей относительнодругой.Продавливание полимера осуществляют путем сближения поверхностей оформляющих полостей, заполняемых в объеме, в 1,5-3 раза превышаюцем объемиэделий, и выдавливания избытка ма-,териала.На фиг. 1 представлена экспериментальная отливка, получаемая литьем под давлением. Отливка состоит иэ упрочненного иэделия, например, центрального, разводящего и впускного литников и второго литьевого изделия, соединенного с упрочняеьым ,изделием дросселирующим литником с сечением, регулируемым в процессе литья, либо подбираемым.эа счет вставок с поперечным сечением, ориентированным на конкретный диапазон регулирования давления, причем ука- . занное сечение. уменьшают с увеличением давления литья. Кроме того, возможно получение отливка без цент рального и разводящего литников эа счет использования горячеканальных впусков.Литннковая система выполняется с размерами, большими или равными толщине и ширине упрочняемого. изделия, таким образом, обеспечиваются условия течения термопласта в литниковой системе и упрочняемом изделиипри котором материал протекает через:25 литник впуска до тех пор, пока сохраняется живое" сечейие в.упрочняемом иэделии при продавливании расплава.Подобные литниковые системы обеспечивают одновременное формование ЗО.нескольких упрочненных иэделий, расположенных в литьЕвой Форме либо последовательно, либо параллельно.Изготовление упрочненных изделий иэ термопластов заключается в сле- З 5 дующем.Нагретый и гомогенизированный в . материальном цилиндре расплав термопластичного материала не виде 20- 25 С температуры плавления или.теку-,4 О чести и давлении литья 900-3000 кгс/сьР в течение одного хода шнека нагнетают, например,. через цейтральный литник ,(фиг. 1 ), разводящий канал и впускное отверстие (или ГОРячО 45 канальный впуск) в -первую полость Формы, оформляющей упрочняемое изделие, до ее заполнения, контролируемого датчиком температуры, про- . давливают через указанную полость . при одновременном охлаждении последней в температурном .интервале ,от -20 Сдо температуры начала плавбления или текучести термопласта, и дросселирующее отверстие во вторую полость формы до достиженияР твердого агрегатного состояния материала по всему объему упрочняемого изделия, которое контролируется, . например, по прекращению поступательного перемещения шнека, после чего Я) изделие (отливка) удаляется из формы. Контроль поступательного,движения шнека осуществляется датчиком 1 перемещения, например, реохордного типа.65 При литье упрочненных иэделий,с давлением литья 900-1400 кгс/см температуру оформляющих полостей формы поддерживают в интервале до -20 до +60 С.На стадии продавливания расплава между полостями,оформляющими изделия, создают перепад давления, кото-. рый повышают с увеличением давления литья за сет уменьшения поперечно.го сечения дросселирующих отверстий. Для того, чтобы расплав термопласта при течении через дрссселирующее отверстие не перешел в твердое состояние раньше, чем по всему объему упрочняемого изделия, дросселирующие элементы, например сменные вставки, обогревают, например, с помощью . термических электронагревателей дотемпературы., не превышающей темпе-. ратуру начала плавления или текучести конкретного .термопласта.Таким образом, использование при продавливании через оформляющую полость расплава с температурой не выше 20-25 С температуры плавления или текучести и давлении литья 900- 3000 кгс/см при одновременном ох 2лаждении литьевой Формы в темпера-,турном интервале от -20 С до .темпе ратуры начала плавления или текучести, увеличение перепада давления между полостями за счет уменьшения поперечного сечения дросселирующего отверстия позволяют обеспечить высокие напряжения сдвига при течении расплава, достижение направленно- ориентированной структуры по всему объему упрочняемого литьевого иэде-: лия.Повьааенные прочностные характеристики литьевых изделий по предлагаемому способу обусловлены равно-. мерным распределением внешнего силового воздействия по фронту застывшего материала и формированием однородной по сечению иэделияпредельно вытянутой в направлении литья молеку-лярной и надмолекулярной структуры материала.Предлагаемым способом в одной форме можно получать несколько различных упрочненных литьевых изделий, конкретное их число определяется соотношением суммы объемов формуемых изделий и мощностью узла впрыска. литьевой машины.Расплав при температуре не выше 20 - 25 С температуры плавления или текучести и давлении литья 900-3000 кгс/см нагнетают за один ход шнека через центральный б и разводящий 5 литниковые каналы в оформляющую упрочняемое иэделие полость 1 до ее полного заполнения (фиг. 2 и 3), продавливают через указанную полость и обогреваемое дросселирующее отверстие 3 в полости 2, оформляющее второе иэделие,причем одновременно с продавливанием расплава осуществляют принудительное перемещение одного из элементов 7 оформляющих поверхностейв направлении течения материала, 5например, с помощью гидроцилиндра 8до достижения .твердого агрегатногосостояния материала по всему объемуупрочняемого иэделия. Принудительное перемещение одного из элементов 7 оформляющей поверхности од-новременно с продавливанием распла-ва позволяет дополнительно сдвигатьи, следовательно, ориентироватьтермопластичный материал в центральной части по сечению упрочняемогоизделия в направлении течЕния материала. Контроль достижения твердогоагрегатного состояния материала пообъему урочняемого изделия осуществляют либо по прекращению движенияэлемента 7 оформляющей поверхности,либо, если элемент 7 остановился,а шнек еще движется поступательно,продавливая расплав через изделие,по остановке шнека.На Фиг. 3 показан вариант осущест- .вления способа для изделия типа те-ла вращения, например, цилиндра(втулка, муфта и т.д.). За один ходшнека расплав при .указанных режи- ЗОмах нагнетают через горячеканальный центральный б и разводящий 5литники в первую оформляющую упрочняемое изделие 1 лолость до ее полного заполнения, контролируемого, .35например, термопарой, установленнойв конце полости формы, продавливаютчерез указанную полость и обогреваемое дросселирующее отверстие 3 вовторую, оформляющую неупрочненное изОделие 2 полость. Одновременно с йро-цессом продавливания расплава осуществляют вращение одного из элементов (формующего знака ) 7 оформляющей поверхности, напРимер с помощью 45гидродвигателя 8, до достижения.твердого агрегатного состояния мате. риала по всему объему упрочняемогоизделия 1. Контроль конца процессаобеспечивают либо по прекращении.вращения оформляющего знака 7, либо, есОли вращение знака прекратилось,а шнек еще движется, . - по остановкешнека.Получают упрочненные литьевые изделия 1 текстурированные как в направлении течения, так и в тангенциальном направлении, что весьма важнодля изделий, работающих.под внутренним давлением, например муфты длятрубопроводов. Принудительное вра- Щ щение оформлякщего знака 7 позволяет сдвигать и ориентировать материал в направлении, перпендикулярном направлению течения термопласта.На фиг4 и 5 представлены варианты реализации способа, согласно которым расплав при указанных, режимах нагнетают через горячеканальный литник 5, .обогреваемое дросселнрующее отверстие 6 в оформляющую полость с общим объемом, превышающим объем упрочняемого изделия в 1,5-3 раза, затем перемещают одну из оформляющих поверхностей Формы к другой, например, с помощью гидроцилиндра 4 дожатия, смонтированного между опорной плитой и крепежным фланцем, до достижения твердого агрегатного состояния материала по всему объему и заданной толщины изделия.При этом избыток материала выдавливают через обогреваемые горячеканальный литник 5 и дросселирующее отверстие б либо в материальный цилиндр 14 (фиг. 4), либо открывают клапан 10 приводом 9 (фиг. 5 ) и рас. - плав через обогреваемое дросселирующее отверстие 8 выдавливают в пОлость, Формующую второе неупрочняемое изделие. Контроль достижения заданной толщины упрочняемого изделия и твердого агрегатного. состояния материала по всему объему изделия осуществляют датчиком перемещения ,реохордного типа. Для случаев, когда заданная толщина упрочняемого изделия 1 (фиг. 4 и 5 ) уже получена в результате сближения оформляющих поверхностей, а твердое агрегатное сос.тояние материала не достигнуто, то одновременность получения заданной толщины и.достижения твердого агрегатного состояния материала по всему объему упрочняемого иэделия обеспечивается регулированием скорости перемещения подвижной формующей поверхности и варьированием усилий воздействия на расплав эа счет изме-. нения расхода и давления гидравлической жидкости, подаваемой в гидроцилиндр 4 дожатия. В табл. 1-4 представленыданные прочностных испытаний по разрушаю-щим напряжениям литьевых изделий, полученных предлагаемым способом из различных термопластов, на примере стандартных образцов ".лопатка" (тип У, ГОСТ 11262-68): полиэтилен высокой плотности (табл. 1 ), полипропилен (табл, 2), полиамид 12 /ПА/ (табл. 3), сополимер формальдегида /СФД 7 (табл. 4 ).хе 1 о 1 х 3хоя а Нэооэ цмОоа акооцуп Оон-х 1-1о 1с-Ьо оо о Ьс мь о бЬф СЧ 1 О СЧ 1.13 11:оо1 1о ов оЬс Ю й-Ь "Ь о о во М Ц) о о о со СО СО ооСО1 41- -4 с3 1оОо о о ь о СО(Ч й ф с с со о о о:11 о о. о оМ чзэс чЬф Ф .Ф 00 СО СОс 4 с тЧ 13 3В 111 оо1 о о о о о о а о Ф М СМ СЧн ГЧ М фЬЪ с о о о о 1 1. 1 1 о о о о 1 н Ь о о 1 ан 1 Р (Ч СЧ 1 1 1 1 11о о ооо о о о