Вентиляция литьевой формы: проектирование и обслуживание газоотводов

Необходимость вентиляционных систем в литьевых формах

Вентиляция литьевой формы представляет собой критически важный элемент технологического процесса литья пластмасс под давлением. При впрыске расплавленного полимера в полость формы возникает проблема вытеснения воздуха и образующихся газов, которые при отсутствии должного отвода могут привести к серьезным дефектам готовой продукции.

В процессе литья под давлением в форме присутствуют три основных типа газов, требующих удаления. Первый и наиболее значительный источник - это воздух, уже находящийся в полости формы, литниковых и разводящих каналах до начала впрыска материала. Второй источник - водяной пар, образующийся при контакте недостаточно высушенного полимера с высокими температурами материального цилиндра термопластавтомата. Третий тип газов возникает вследствие термического разложения самого полимера и добавок при переработке, особенно при работе с материалами, склонными к интенсивному газовыделению.

Правильно спроектированная система вентиляции обеспечивает множество технологических преимуществ. Она позволяет снизить давление впрыска, сократить время цикла литья и уменьшить продолжительность выдержки под давлением. Эффективное удаление газов способствует полному заполнению формы, устраняет необходимость в компенсации недостаточной вентиляции за счет повышения температуры материала или снижения скорости впрыска.

Принципы расчета расположения газоотводов

Определение оптимальных мест для размещения вентиляционных каналов требует тщательного анализа траектории движения расплава в полости формы. Газоотводы должны располагаться в зонах, где воздух и летучие вещества имеют тенденцию к накоплению при заполнении формы.

Основные принципы размещения вентиляционных систем включают расположение газоотводов в конечных точках потока расплава, в наиболее удаленных от литника зонах полости. Особое внимание уделяется областям схождения встречных потоков материала, где формируются линии спая, а также участкам с увеличенной толщиной стенки изделия, где повышается вероятность образования воздушных ловушек.

Размеры и геометрия вентиляционных канавок

Геометрические параметры вентиляционных канавок играют определяющую роль в эффективности системы газоотвода. Основная задача заключается в обеспечении свободного выхода воздуха при одновременном предотвращении проникновения расплавленного полимера в вентиляционный канал.

Конструкция стандартной вентиляционной канавки включает две функциональные зоны. Первичная вентиляционная канавка располагается непосредственно у полости формы и имеет критически малую глубину, препятствующую образованию облоя. Вторичная канавка обеспечивает отвод газов от первичной зоны к атмосфере и может иметь значительно большую глубину и ширину.

Типы вентиляционных систем и газоотводов

Современная технология литья под давлением предусматривает применение различных типов вентиляционных систем, выбор которых зависит от конструктивных особенностей изделия, свойств перерабатываемого материала и требований к качеству готовой продукции.

Вентиляция по плоскости разъема

Наиболее распространенный и технологичный метод вентиляции предполагает изготовление канавок непосредственно на плоскости разъема формы. Канавки обрабатываются фрезерованием на стороне полуформы с полостью и имеют строго контролируемую глубину. После фрезерования поверхность канавок полируется абразивным материалом зернистостью 320-400 единиц для обеспечения оптимальных условий газоотвода.

Вентиляция через выталкиватели

Эффективный способ вентиляции труднодоступных зон формы реализуется за счет использования зазоров между выталкивающими элементами и направляющими втулками. На выталкивателях предусматриваются плоские участки или специальные канавки глубиной около 0,025 мм, через которые газ отводится в зону под плитой выталкивателей и далее в атмосферу.

Вентиляция через вставки и компоненты формы

В сложных многокомпонентных формах эффективно используются зазоры между формообразующими вставками, подвижными элементами механизмов бокового действия и другими компонентами оснастки. Этот метод требует точного контроля величины зазоров для обеспечения вентиляции без потери герметичности полости при впрыске материала.

Пористые металлические материалы

Инновационное решение предусматривает применение спеченных пористых сталей с объемной пористостью от 20 до 30 процентов. Материал изготавливается методом порошковой металлургии и содержит систему взаимосвязанных пор диаметром от 7 до 20 микрометров, распределенных по всему объему металла.

Дефекты при недостаточной вентиляции

Неадекватная система вентиляции литьевой формы проявляется в характерных дефектах готовых изделий, которые не только ухудшают внешний вид продукции, но и снижают механические свойства пластмассовых деталей.

Прижоги и дизельный эффект

Наиболее критичным последствием недостаточной вентиляции является образование прижогов на поверхности изделия. Этот дефект возникает вследствие адиабатического сжатия воздуха в замкнутых участках полости формы. При быстром впрыске расплава температура сжатого газа может достигать 400-500 градусов Цельсия, что приводит к локальному обугливанию полимера и образованию темных или черных пятен.

Неполное заполнение формы

Газовая подушка в недовентилируемых участках формы создает противодавление, препятствующее полному заполнению полости. Результатом становятся недоливы, незаполненные элементы рельефа, неполное формирование тонкостенных участков изделия.

Дефекты линий спая

В зонах схождения встречных потоков расплава при отсутствии должной вентиляции воздух препятствует полному соединению потоков материала. Образующиеся линии спая имеют пониженную прочность, видимые следы на поверхности и могут служить концентраторами напряжений.

Засорение вентиляционных каналов

В процессе эксплуатации литьевой формы вентиляционные каналы подвержены постепенному засорению различными отложениями, что приводит к снижению эффективности газоотвода и возобновлению дефектов, связанных с недостаточной вентиляцией.

Механизмы засорения

Основными факторами, вызывающими засорение вентиляционных каналов, являются отложения продуктов термического разложения полимеров и добавок. Летучие органические соединения, выделяющиеся при переработке пластмасс, конденсируются на относительно холодных поверхностях вентиляционных канавок, образуя липкий налет. С течением времени этот налет уплотняется и полимеризуется, формируя твердые отложения.

Особенно интенсивное засорение наблюдается при переработке материалов с высоким содержанием летучих компонентов, таких как поликарбонат, полиоксиметилен, поливинилхлорид. Применение добавок огнезащитного действия, красителей, модификаторов существенно увеличивает скорость образования отложений в вентиляционных каналах.

Признаки засорения

Первым признаком снижения эффективности вентиляции становится появление легких прижогов в зонах, ранее не имевших подобных дефектов. Увеличение частоты недоливов, ухудшение качества линий спая, необходимость корректировки технологических параметров в сторону снижения скорости впрыска - все эти факторы указывают на необходимость очистки вентиляционной системы.

Техническое обслуживание систем вентиляции

Регулярное техническое обслуживание вентиляционных систем литьевых форм является необходимым условием поддержания стабильного качества выпускаемой продукции и продления срока службы технологической оснастки.

Очистка стандартных вентиляционных канавок

Очистка канавок на плоскости разъема формы выполняется механическим способом с применением медной или латунной проволочной щетки. Использование медной щетины предпочтительно, поскольку медь имеет меньшую твердость по сравнению со сталью формы и не вызывает повреждения поверхностей. Очистка производится движениями вдоль канавки с последующим удалением загрязнений сжатым воздухом.

Для удаления устойчивых отложений применяются специализированные очистители для пресс-форм на основе органических растворителей. После нанесения очистителя необходима выдержка в течение 10-15 минут для размягчения отложений с последующей механической очисткой и промывкой.

Обслуживание вентилируемых выталкивателей

Выталкиватели с вентиляционными канавками обладают свойством самоочистки за счет возвратно-поступательного движения. Тем не менее, рекомендуется периодическая очистка поверхности выталкивателей протиранием ветошью, смоченной в очистителе. Важно контролировать величину зазора между выталкивателем и направляющей втулкой, не допуская его увеличения вследствие износа.

Очистка пористых металлических вставок

Пористые материалы требуют специализированных методов очистки. Механическая очистка щеткой неэффективна, поскольку не обеспечивает проникновения в глубину пористой структуры. Рекомендуемые методы включают ультразвуковую очистку в растворителе, термическую очистку при температуре 250-300 градусов Цельсия для выгорания органических отложений, продувку обратным потоком сжатого воздуха.

Современные решения в области вентиляции форм

Развитие технологий литья пластмасс стимулирует разработку инновационных решений в области вентиляции литьевых форм, направленных на повышение производительности процесса и качества готовой продукции.

Активные вентиляционные клапаны

Современные системы активной вентиляции включают специальные клапаны, устанавливаемые в теле формы и соединенные с полостью посредством вентиляционных канавок. В момент заполнения формы клапан находится в открытом положении, обеспечивая свободный выход газов. При контакте расплава с клапаном происходит его автоматическое закрытие под действием давления материала, предотвращающее образование облоя.

Системы вакуумной вентиляции

Для изделий особо высокого качества применяются системы вакуумирования полости формы перед впрыском материала. Вакуумный насос создает разрежение в полости через специальные каналы, практически полностью удаляя воздух до начала заполнения. Этот метод особенно эффективен для оптических изделий, линз, прозрачных деталей, где недопустимы любые включения воздуха.

Компьютерное моделирование вентиляции

Современное программное обеспечение для моделирования процессов литья позволяет на стадии проектирования формы точно определить зоны концентрации воздуха и оптимизировать расположение вентиляционных систем. Численное моделирование учитывает реологические свойства материала, температурные условия, скорость заполнения и другие параметры процесса.

Часто задаваемые вопросы