Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Производство пластиков. Часть 6

Современная гидравлическая машина с компьютерным управлением может иметь до дюжины различных ступеней, запрограммированных для обеспечения соответствующего профиля. Современная поршневая формовочная машина выполняет те же функции, что и электрические, но не гидравлические насосы. Эти машины намного эффективнее используют энергию (что может оправдать их более высокую начальную стоимость). Следующий этап обработки: поддержание необходимого давления, которое подается сразу после заполнения, чтобы обеспечить время для полного затвердевания. Если давление сбрасывается раньше, большее давление внутри полости позволит пластику «утекать» обратно, что приведет к потере контроля в полости, уменьшению веса детали и к ряду проблем с качеством (обратите внимание, что в тонкостенных деталях с коротким циклом иногда желательно допускать небольшую утечку, чтобы снять накопленные напряжения, тем самым сводя к минимуму тенденцию к деформации после окончания процесса производства. После того как давление падает, начинается вращение шнека, чтобы подготовить следующую порцию для впрыска. Между этими этапами винт вращается, подготавливая материал для следующего впрыска.

Скорость вращения шнека должна быть такой, чтобы материал накапливался непосредственно перед открытием формы. Винт при этом воздействует на материал и выделяет тепло от трения. На современном уровне развития этих технологий пока еще не существует хорошего способа измерить температуру накопленного материала. Если после накопления материала наблюдается значительное время пребывания в цилиндре, любая разница температур между пластиком и окружающим металлом будет движущей силой для передачи тепла. Это, в свою очередь, приведет к неравномерной температуре, а для продукта высочайшего качества желательно иметь максимально равномерную температуру. Следующий этап — закрытие формы, после чего процесс повторяется. Временной интервал называется «продолжительностью цикла» и является мерой производительности оборудования (также она зависит от формы и материала). Размеры самих машин определяют несколькими критериями, но чаще всего следующими. Первый — это пропускная способность: количество пластика, которое может быть впрыснуто в полость формы за один ход винта, действующего как плунжер.

Далее обратим внимание на усилие зажима: величину силы, доступной для удержания половин формы вместе под давлением впрыска, которая измеряется в тоннах. Практическое правило, которое обычно используется в промышленности, – это около 1 тонны зажимного усилия на каждый квадратный сантиметр площади проектируемой поверхности детали. Также подразумевается проекционное измерение, то есть в трёх измерениях для большинства частей. При этом если плоская пластина должна быть отформована, площадь формования – это просто длина, умноженная на ширину, а фактическое требуемое усилие зажима зависит от обрабатываемого материала, а также от температуры и давления впрыска. Также давление в полости уменьшается по мере того, как форма охлаждает пластик. Внешний размер детали определяется полостью, а внутренний размер определяется внутренней частью, сердцевиной. Давление в полости уменьшается по мере того, как материал охлаждается, но при этом давление в сердцевине увеличивается, когда пластик сжимается. Это затрудняет извлечение детали и может привести к ее повреждению. Чтобы избежать этой проблемы, в конструкции детали предусмотрен соответствующий угол уклона. Тяговое усилие необходимо для бесперебойного и экономичного процесса формования, однако с точки зрения дизайнеров, это почти всегда считается минусом.

И одна из проблем здесь заключается в том, что рекомендуемый угол уклона в один градус вызывает отклонение размеров, поэтому дизайнер должен указать ряд геометрических параметров, иначе при обработке можно всё испортить. Усадка пресс-формы буквально представляет собой разницу между размером полости и соответствующим размером детали, которая вышла из этой полости. Усадка выражается в процентах, миллиметрах на миллиметр или, в англо-американской системе, дюймах на дюйм. Эта разница в размерах существует из-за коэффициента теплового расширения (фактически сжатия при охлаждении материала) в сочетании с любыми изменениями размеров из-за фазовых изменений в материале в диапазоне температур, используемых при обработке этого материала (этот вопрос рассматривается подробно в специальной литературе). Очевидно, что усадка формы не является скоростью усадки. Существует скорость усадки, но она, вероятно, представляет больший интерес для усадки после пресс-формы, чем для самого процесса.