Способ получения толстостенных отливок из полимерного материала

Изобретение относится к литейному производству по получению изделий, в основном, из термопластичного полимера литьем под давлением, преимущественно толстостенных изделий, а также может распространяться на получение изделий из других материалов. Техническим результатом изобретения является предотвращение образования усадочных раковин внутри толстостенных отливок путем управления процессом застывания их материала. Способ получения толстостенных отливок из полимерного материала заключается в том, что в литьевой форме (фиг.5) преобразуют расплав полимерного материала в отливку 8, которая извлекается оттуда и застывает. В процессе застывания отливки 8 ее принудительно отверждают с различной скоростью. Применена литьевая форма с изменяемым объемом своей полости, в которой расположен подвижный поршень с возможностью в процессе литья отодвигаться назад, обеспечивая перемешивание расплава полимерного материала. Изменяемый объем полости литьевой формы обеспечен за счет того, что литьевая форма содержит подвижный поршень. Извлекают отливку из литьевой формы путем ее выталкивания подвижным поршнем. Принудительное отверждение отливки с различной скоростью осуществляется на основе теплоизоляции некоторых ее поверхностей, например, торцов с помощью теплоизоляционного материала 17. Принудительное отверждение отливки с различной скоростью осуществляется на основе подогрева некоторых ее поверхностей. Принудительное отверждение отливки с различной скоростью осуществляется на основе принудительного охлаждения некоторых ее поверхностей. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к литейному производству по получению изделий, в основном, из термопластичного полимера литьем под давлением, преимущественно толстостенных изделий. Техническое решение изобретения может также распространяться и на получение изделий из других материалов.

Известен способ получения толстостенных отливок [1], в том числе из полимерного материала, заключающийся в том, что в литьевой форме преобразуют расплав полимерного материала в отливку, которая извлекается оттуда и застывает. Способ основан на работе машины для литья под давлением с литьевой формой, содержащей подвижную часть с механизмом обрезки отливки, среднюю поворотную часть с механизмом толкания отливки и неподвижную часть.

Однако такой способ не эффективен ввиду того, что в готовой отливке образуется сравнительно много усадочных раковин и внутренние полости отливки получаются с облоем, который нужно затем обрезать путем применения дополнительного оборудования после извлечения отливки из литьевой формы.

Известен более эффективный способ получения толстостенных отливок из полимерного материала [2], заключающийся в том, что в литьевой форме преобразуют расплав полимерного материала в отливку, которая извлекается оттуда и застывает. При этом применена литьевая форма, содержащая механизм обрезки отливки, механизм толкания отливки и механизм прошивки внутренних полостей отливки.

Такой способ-прототип [2] позволяет получать отливки без облоя в их внутренних полостях и с меньшим количеством усадочных раковин внутри материала отливок. Однако наличие этих раковин нежелательно, так как это снижает качество отливок.

Поэтому задачей изобретения является получение технического результата по предотвращению образования усадочных раковин внутри толстостенных отливок путем управления процессом застывания их материала.

Поставленная задача решается тем, что способ получения толстостенных отливок из полимерного материала, заключающийся в том, что в литьевой форме преобразуют расплав полимерного материала в отливку, которая извлекается оттуда и застывает, имеет отличительные признаки: в процессе застывания отливки ее принудительно отверждают с различной скоростью.

Осуществление принудительного отверждения отливки в процессе ее застывания будет способствовать тому, что слои материала отливки будут направленно ориентироваться и будет происходить их направленная усадка. В результате отливка получится с четко выстроенной ориентацией слоев своего материала, без рыхлот, вызванных разрывами связей между холодными и теплыми слоями. Отливки, изготавливаемые по такому способу, будут иметь однородную структуру, стабильную массу, обладать предсказуемыми свойствами, симметричностью структуры относительно любой плоскости или оси, проходящей через центр отливки, что устранит образование усадочных раковин в материале отливок.

Применение различных скоростей принудительного отверждения отливки позволит варьировать упомянутые выше процессы отверждения для отливок различного размера, конфигурации и материала изготовления с целью предотвращения образования в них усадочных раковин.

Варианты выполнения изобретения:

- применена литьевая форма с изменяемым объемом своей полости, в которой расположен подвижный поршень с возможностью в процессе литья отодвигаться назад, обеспечивая перемешивание расплава полимерного материала;

- изменяемый объем полости литьевой формы обеспечен за счет того, что литьевая форма содержит подвижный поршень;

- извлекают отливку из литьевой формы путем ее выталкивания подвижным поршнем;

- принудительное отверждение отливки с различной скоростью осуществляется на основе теплоизоляции некоторых ее поверхностей;

- принудительное отверждение отливки с различной скоростью осуществляется на основе подогрева некоторых ее поверхностей;

- принудительное (отверждение отливки с различной скоростью осуществляется на основе принудительного охлаждения некоторых ее поверхностей.

Сущность изобретения поясняется иллюстрациями, где на фиг.1 показана общая схема литьевой формы перед началом осуществления способа получения толстостенных отливок из полимерного материала; на фиг.2 - то же, что и на фиг.1, но при впрыскивании в литьевую форму расплава (промежуточное положение поршня); на фиг.3 - то же, что и на фиг.2, но при выталкивании отливки; на фиг.4 - то же, что и на фиг.3, но при освобождении отливки от знака литьевой формы; на фиг.5 показана схема процессов отверждения извлеченной из литьевой формы отливки за счет обеспечения теплоизоляции ее торцов; на фиг.6 показана схема процессов отверждения извлеченной из литьевой формы отливки за счет обеспечения ее нагревания; на фиг.7 показана, для сравнения, схема застывания извлеченной из литьевой формы отливки с применением известных способов [1, 2] получения толстостенных отливок из полимерного материала; на фиг.8 показаны схемы структур связей между слоями материала отливки после ее усадочных преобразований соответственно на схеме М - при произвольном остывании согласно схеме способов по фиг.7; на схеме N - при управляемом ограниченном остывании или дополнительном нагреве по торцам отливки; на схеме О - то же, что и по схеме N, но по периферии отливки; на схеме Р - вид структур связей между слоями материала отливки с ее торца по схеме О.

Для осуществления способа применяют литьевую форму, выполненную, например, в виде пресс-формы для литья под давлением (фиг.1). Она содержит неподвижную разъемную часть 1 и подвижную разъемную часть 2, выполненную с возможностью ее прямого и обратного хода и с расположенной в ней формообразующей полостью 3 изменяемого объема, в которой расположен знак в виде поршня 4, сопрягаемого с ее поверхностью и снабженный как минимум одним штоком 5, который может быть одним целым с поршнем 4. Более одного штока 5 знак может содержать (не показано) в случае, например, усиления его конструкции или в случае литья под давлением изделий с центральным отверстием.

Для лучшего извлечения отливки из пресс-формы поверхность поршня 4 и сопрягаемая с ним поверхность формообразующей полости 3 отличны от цилиндрической формы.

Поверхность поршня 4 и сопрягаемая с ним поверхность формообразующей полости 3 могут быть отличны от цилиндрической формы. Например, они могут быть выполнены (не показано) прямолинейными или с криволинейными сопрягаемыми поверхностями сложной формы.

В торце знака со стороны поршня 4 и в разъемной неподвижной части 1 выполнено как минимум по одному отверстию 6 (на фиг.1-4 показано одно такое отверстие на знаке и два - на разъемной неподвижной части 1). Причем отверстие 6 в торце знака со стороны поршня 4 выполнено на торце штока 5, пропущенного сквозь поршень 4.

Причем знак выполнен с возможностью своего прямого хода Х (на фиг.2 - по стрелке слева) под действием расплава 7, впрыскиваемого под давлением р (на фиг.2 - по фигурной стрелке справа) через неподвижную часть 1 в формообразующую полость 3 подвижной части 2, и с возможностью выталкивания оттуда отливки 8 (фиг.3, 4) при обратном ходе У (на фиг.3 - по стрелке слева).

Для впрыскивания расплава 7 (фиг.2) неподвижная часть 1 снабжена соплом 9, к которому подводится выходная часть литьевой машины (не показано) для подачи расплава 7.

Шток 5 расположен подвижно в направляющей 10, зажатой между вставкой 11 и крышкой 12 разъемной части 1. Вставка 11 в ней охвачена корпусом 13 и снабжена рубашкой 14 охлаждения, куда подается охлаждающая жидкость (не показано).

Разъемная часть 1 выполнена с возможностью своего перемещения с помощью узла смыкания-размыкания литьевой машины (показаны только ее неподвижная и подвижная плиты 15 и 16). Между торцом знака и соплом 9 особенностью устройства (не показано) подвижной плиты 16 образован гарантированный зазор Δ (фиг.1) как элемент гидравлического сопротивления «сопло-заслонка».

Осуществляют литье под давлением с помощью описанной выше пресс-формы следующим образом.

В исходном положении (фиг.1) плит 15 и 16 литьевой машины разъемные части 1 и 2 пресс-формы замкнуты и находятся под давлением, а шток 5 вместе с поршнем 4 находятся в крайнем правом положении.

Затем (фиг.2) к входу пресс-формы подводят агрегат впрыска литьевой машины (не показано), с помощью которого подают через сопло 9 расплав 7 под давлением р. Преодолевая гидравлическое сопротивление, созданное взаимным расположением с гарантированным зазором Δ сопла 9 и поршня 4, ламинарная струя расплава 7, поступая в зазор Δ, ударяет о торец поршня 4, резко меняя свое направление вдоль этого торца. Поэтому вместе с перемещением Х поршня 4 с его штоком 5 под действием давления расплава 7 происходит перемешивание частиц этого расплава (турбулентное его движение), что способствует при заполнении расплавом 7 формообразующей полости 3 устранению отрицательных эффектов «свободной струи», «холодных спаев» в граничных течениях расплава 7, близких к поверхности формообразующей полости 3.

Тепловой режим литья при этом регулируется подачей охлаждающей жидкости (не показано) в рубашку охлаждения 14 и при необходимости вокруг неподвижной части 2 (не показано).

Под действием давления расплава 7 шток 5 переместится в крайнее левое положение. Поршень 4 также занимает крайнее левое положение, образуя необходимый объем формообразующей полости 3, в которой будет находиться горячий расплав.

После этого останавливают подачу расплава 7 через сопло 9. Расплав 7 остывает, затвердевая и образуя в формообразующей полости отливку определенной формы, заданной контуром формообразующей полости 3. Благодаря ранее полученному эффекту турбулетности течения расплава 7, при котором устраняются упомянутые выше отрицательные эффекты, внутри полученной отливки не образуются холодные спаи, значительно уменьшаются газовые и усадочные пористости, раковины, а на ее поверхности, также как и на поверхности формообразующей полости 3, не образуется нагара.

Для извлечения сформованной отливки 8 (фиг.3) осуществляют прямой ход У подвижной разъемной части 2. При этом (фиг.3) поршень 4, оставаясь на месте за счет сцепления отливки 8 с торцом штока 5, выталкивает отливку 8 при движении подвижной части 2, которая располагается на расстоянии от неподвижной части 1. При этом отливка 8 находится между ними, удерживаясь своими выступами в отверстиях 6 торца штока 5 и торца неподвижной части 1.

В заключительной стадии прямого хода подвижной разъемной части 2 (фиг.4), происходит отрыв отливки 8 (фиг.4) от поршня 4 знака, В конце хода подвижной плиты 16 литьевой машины при работе на упомянутое размыкание подвижной части 2 с неподвижной частью 1 выступы отливки 8 выходят из отверстий 6 на торце штока 5, образуя хвостовик в отливке 8, а выступ на неподвижной части 1 еще удерживается в ее отверстии 6. Это может быть реализовано несколькими способами:

- отверстия 6 на торце штока 5 и неподвижной части 1 одинаковые по размерам и форме, но на неподвижной части 1 их больше по количеству (как показано), соответственно усилие удержания отливки 8 там больше;

- отверстий 6 одинаково по количеству (не показано) в упомянутых местах, но на торце штока 5 размер отверстий 6 меньше, следовательно, отливка 8 остается на неподвижной части 1 пресс-формы;

- отверстий на торце штока 5 и меньше по количеству, и они меньше по размеру, чем на плите (не показано), поэтому отливка 8 также остается на неподвижной части 1 пресс-формы.

В результате поршень 4 со штоком 5 занимает свое исходное положение по отношению его расположения в пресс-форме (фиг.1).

Окончательный съем отливки 8 с торца неподвижной части 1 (фиг.4) происходит либо вырыванием материала из отверстий 6 под действием прикладываемой силы, вручную или с помощью автоматического приспособления (не показано), либо за счет усадки материала отливки 8, когда размер выступа в отверстиях 6 уменьшается, и он свободно выходит оттуда с образованием выступов на торце отливки 8.

После извлечения отливки 8 из пресс-формы разъемные части 1 и 2 смыкаются под действием литьевой машины и находятся под давлением согласно фиг.1. Далее цикл работы пресс-формы повторяется.

Другой способ извлечения отливки 8 из пресс-формы заключается в обеспечении свободного ее выпадения под действием силы тяжести. В этом случае подвижная часть 2 конструктивно имеет возможность в конце хода размыкания пресс-формы разъединять две свои половины (не показаны), и освобожденная отливка 8 беспрепятственно падает вниз, например, в специальную технологическую тару. Размыкание и смыкание таких половин подвижной части 2 пресс-формы может осуществляться с помощью любых известных механических, гидравлических или пневматических приводов (не показаны).

Возможен также способ извлечения отливки с помощью поршня 4, например усилием пружины сжатия, расположенной за поршнем 4 (не показано). Цикл работы пресс-формы с таким подпружиненным поршнем аналогичен, как и для пресс-формы без него (фиг.1-4).

Возможен и способ извлечения отливки путем подачи в формообразующую полость 3 за поршнем 4 сжатого воздуха по воздушному каналу (не показано). В результате поршень 4 возвращается в исходное положение.

Как вариант реализации такого способа, возможно поступление сжатого воздуха по воздушному каналу (не показано), выполненному непосредственно в штоке 5, через обратный клапан (не показан), расположенный в поршне 4.

В этом случае, сжатый воздух через открывающийся обратный клапан будет воздействовать напрямую на отливку 8, выталкивая ее из формообразующей полости 3.

Возможен также способ извлечения отливки 8 с помощью специальных толкателей (не показаны), пропущенных через поршень 4 или через шток 5 поршня 4 и поршень 4. Когда подвижная часть 2 пресс-формы при раскрытии отводится влево (фиг.3), такие толкатели под действием своего механизма привода (не показан) выталкивают отливку 8.

После извлечения отливки в процессе застывания отливки ее принудительно отверждают с различной скоростью.

Такое принудительное отверждение отливки 8 осуществляется либо на основе подогрева (фиг.5), либо охлаждения (фиг.6) некоторых ее поверхностей.

Например, может ограничиваться или предотвращаться конвекционное отведение тепла с менее ответственных поверхностей отливки 8, например, обеспечением теплоизоляции ее торцов, например, с помощью теплоизоляционного материала 17.

В данном случае принудительного отверждения остывание поверхности по периферии отливки 8 (позиция А по фиг.5) происходит быстро, со скоростью, обусловленной температурой окружающей среды, а остывание торцов предотвращено применением теплоизоляционного материала 17. В результате (позиция В по фиг.5) образуются холодные и теплые зоны в отливке. Частицы материала под действием усадочных сил F стремятся к центру отливки 8, увлекая за собой частицы, расположенные непосредственно у изолированных поверхностей (торцов). За счет равенства температур и, соответственно, текучести не застывшего расплава внутри и у торцов, материал без обрывов внутренних связей постепенно устремляется к центру отливки 8. Ее торцы приобретают вогнутую внутрь форму (позиция С по фиг.5), а раковин внутри изделия не образуется (позиция D по фиг.5). Т.е. образование возможных внутренних полостей (усадочных раковин) внутри отливки 8 замещается вогнутостью ее торцевых поверхностей, которые при необходимости дорабатываются механически для достижения требуемых размеров отливки 8.

Такой способ управляемого охлаждения отливок полезен еще и потому, что слои материала отливок постепенно ориентируются и происходит направленная усадка их материала. Отливка 8 получается с четко выстроенной ориентацией слоев, без рыхлот, вызванных разрывами связей между холодными и теплыми слоями. В результате детали, изготавливаемые по такому способу, имеют однородную структуру, стабильную массу, обладают предсказуемыми свойствами, симметричностью структуры относительно любой плоскости или оси, проходящей через центр отливки 8.

Как вариант реализации способа, некоторые поверхности отливки 8 можно не изолировать, а нагревать (фиг.6), поддерживая тем самым податливость поверхностного слоя, например, у торцов отливки 8, достаточной для увлекания усадочными силами к ее центру. Позиции Е-Н процессов отверждения отливки 8 по такому варианту аналогичны позициям A-D процессов отверждения отливки 8 по фиг.5.

При таком варианте отверждения отливки 8 нагреву могут подвергаться ее поверхностные участки путем воздействия тепловым излучением, обдувом нагретым газом, смыванием нагретой жидкостью, контактом с нагретым телом, а также объемно во внутренней зоне отливки, например, воздействием излучением сверхвысокой частоты.

В иных случаях, например, при изготовлении и/или выдержке изделий в помещении с высокой температурой возможен вариант охлаждения некоторых поверхностей отливки с нагревом других или без нагрева.

Для случаев, когда особые требования предъявляются к торцам, а не к периферийной поверхности или когда требуется изменение свойств материала путем ориентации слоев материала поперечно оси, нагрев или теплоизоляция может осуществляться не у торцов, а по периферии отливки. В этом случае будет образовываться седлообразная форма торцов отливки 8.

Для лучшего понимания описанного выше эффекта по устранению усадочных раковин, для сравнения на фиг.7 показана схема застывания извлеченной из литьевой формы отливки 8 с применением известных способов [1, 2] получения толстостенных отливок из полимерного материала.

После извлечения отливки 8 (позиция I по фиг.7) в ней начинается процесс застывания наряду с неизбежным процессом усадки материала. Неоспоримо, что изменение температур, а соответственно, и скорость усадки по всему объему отливки 8 происходит неравномерно: поверхностные слои остывают быстрее, чем в центре отливки (позиция J по фиг.7). Процесс усадки обуславливает «стягивание» частиц материала к геометрическому центру отливки 8 под действием внутренних усадочных сил F.

При произвольном остывании отливки вся наружная поверхность быстрее твердеет, образуя «корку», которая не способна деформироваться под действием усадочных сил и теплый еще материал внутри отрывается в нескольких местах от холодной корки, образуя внутри крупные полости (пустоты) и мелкие поры (позиции К, L по фиг.7), несмотря даже на то, что заполнение расплавом полости литьевой формы производится в полной мере без попадания газов и образования пустот.

В отличие от отливки 8 (фиг.7), полученной по известным способам [1, 2], в отливках, полученных по изобретенному способу (фиг.5, 6), таких пустот (усадочных раковин) не образуется и качество отливки улучшается.

Идеализированно, структура связей между слоями материала после усадочных преобразований схематично может выглядеть следующим образом (фиг.8). Схема М - произвольное остывание согласно фиг. 7 по известным способам [1, 2], Схема N - ограниченное остывание или дополнительный нагрев по торцам согласно изобретенному способу, Схема О - то же, по периферии, Р - то же, что позиция О, вид с торца отливки 8.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР N 161555, кл. B22D 17/10, 1988.

2. Патент RU 2010667 C1, МПК B22D 17/22, приоритет от 1990.12.13, опубликован 1994.04.15 /прототип/.

1. Способ получения толстостенных отливок из полимерного материала, заключающийся в том, что в литьевой форме преобразуют расплав полимерного материала в отливку, которая извлекается оттуда и застывает, причем в процессе застывания отливки ее принудительно отверждают с различной скоростью на основе или теплоизоляции некоторых ее поверхностей, или на основе подогрева некоторых ее поверхностей, или на основе принудительного охлаждения некоторых ее поверхностей, отличающийся тем, что при теплоизоляции некоторых поверхностей отливки ограничивают или предотвращают конвекционного отведение тепла с менее ответственных поверхностей отливки, а при подогреве некоторых ее поверхностей воздействуют на них или тепловым излучением, или обдувом нагретым газом, или омыванием нагретой жидкостью, или контактом с нагретым телом, или же излучением сверхвысокой частоты во внутренней зоне отливки и при принудительном охлаждения некоторых поверхностей отливки нагревают другие ее поверхности.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что теплоизоляция или подогрев некоторых поверхностей отливки осуществляется по периферии отливки.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к устройству и способу для изготовления преформ (14) с поднутрением, причем готовые преформы имеют область горлышка с резьбой и примыкающий к области горлышка корпус преформы с геометрией, увеличенной по сравнению с полостью пресс-формы для литья под давлением.

Группа изобретений относится к устройству и способу инжекционного формования вспененных полимеров. Способ включает образованную литьевой формой полость, присоединенную к устройству ввода полимера, которое вводит расплавленный полимер под давлением с газом, так чтобы полимер вспенивался внутри полости литьевой формы.

Изобретение относится к способу и устройству для инжекционного формования. Устройство содержит открываемую форму с полостями для инжекционного формования изделий.
Изобретение относится к трубному производству, а именно к способам изготовления предохранительных деталей для защиты внутренних и наружных концов труб, в том числе безрезьбовых и резьбовых концов труб нефтяного сортамента.

Изобретение относится к области стеклоформующего производства. .

Изобретение относится к пресс-форме для изготовления держателей. .

Изобретение относится к способу и устройству для инжекционного формования открывного приспособления из пластика на отверстии, образованном на листе упаковочного материала.

Изобретение относится к технологической оснастке для переработки полимерных материалов в изделия с различного рода выступами и поднутрениями. .

Изобретение относится к области переработки пластмасс и может быть использовано при получении изделий с поднутрениями. .
Изобретение относится к области нанесения полиуретановых покрытий на конструкционные детали, наиболее подверженные износу, в частности на установочные и уплотнительные кольца, применяемые в грунтовых насосах землесосных снарядов и драг, в нефтяных и других насосах для жидких и текущих сред, а также для нанесения на прочие детали механизмов и машин.

Изобретение относится к литейному производству по получению изделий, в основном, из термопластичного полимера литьем под давлением, преимущественно толстостенных изделий, а также может распространяться на получение изделий из других материалов. Техническим результатом изобретения является предотвращение образования усадочных раковин внутри толстостенных отливок путем управления процессом застывания их материала. Способ получения толстостенных отливок из полимерного материала заключается в том, что в литьевой форме преобразуют расплав полимерного материала в отливку 8, которая извлекается оттуда и застывает. В процессе застывания отливки 8 ее принудительно отверждают с различной скоростью. Применена литьевая форма с изменяемым объемом своей полости, в которой расположен подвижный поршень с возможностью в процессе литья отодвигаться назад, обеспечивая перемешивание расплава полимерного материала. Изменяемый объем полости литьевой формы обеспечен за счет того, что литьевая форма содержит подвижный поршень. Извлекают отливку из литьевой формы путем ее выталкивания подвижным поршнем. Принудительное отверждение отливки с различной скоростью осуществляется на основе теплоизоляции некоторых ее поверхностей, например, торцов с помощью теплоизоляционного материала 17. Принудительное отверждение отливки с различной скоростью осуществляется на основе подогрева некоторых ее поверхностей. Принудительное отверждение отливки с различной скоростью осуществляется на основе принудительного охлаждения некоторых ее поверхностей. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Наверх