Кремінський І.А.

Хмельницький національний  університет

Зменшення часу циклу виготовлення виробів при литті пластмас під тиском

В процесі проектування прес-форм для пластмасових виробів часто постає задача, що полягає у зменшенні часу циклу при литті. Скорочення циклу виготовлення виробів  сприяє збільшенню обсягу виробництва, зростанню продуктивності праці, призводить до зниження витрат виробництва та збільшення накопичень.

Вирішення цієї задачі розглянемо на прикладі проливу виробу типу «Коробка для CD-дисків» (рис. 1).

Для розв’язання поставлених задач і отримання достовірних результатів досліджень використано програмний продукт Autodesk Moldflow Adviser 2012 компанії Autodesk, який здатний пролити виріб використовуючи необхідні параметри, надати наочність та оптимізувати процес пролиття.

Рисунок 1 – «Коробка для CD-дисків»

Для проведення процесу проливання було обрано поліпропілен ME261U міжнародної компанії Borealis. Властивості матеріалу показані у таблиці 1.

Початкові дані для аналізу показані у таблиці 2.

Визначаємо тривалість часу повного циклу, с:

 ,                                                    (1)

де  – тривалість часу змикання прес-форми,  = 5 с;

 – тривалість часу вприску полімеру,  = 1 с;

 – тривалість часу охолодження, с.

Таблиця 1 – Властивості поліпропілену ME261U

Назва показника

Значення показника

Одиниці вимірювання

Густина розплаву

0,87

г/см3

Модуль пружності

1560

МПа

Температура плавлення

162

оС

Питома теплоємність

2300

Дж /кг оС

Теплопровідність

0,19

Вт/м оС

Температуропровідність

0,86 10-7

м2/c

Температура прес-форми при литті

20…80

оС

Температура розплаву при литті

220…260

оС

Абсолютна максимальна температура розплаву

300

оС

Таблиця 2 – Початкові дані для аналізу

№

Назва величини

Значення

Одиниці вимірювання

1

Максимальний тиск вприскування розплаву у прес-форму

200

МПа

2

Температура прес-форми

50

оС

3

Температура розплаву

240

оС

4

Час змикання прес-форми

5

с

5

Діаметр впускного каналу

1,5

мм

За наближеною формулою розраховуємо тривалість часу охолодження виливка у прес-формі:

,                                      (2)

де α – коефіцієнт температуропровідності, α = 0,86·  м2/c;

δ – товщина стінки виробу, δ = 0,0015 м;

tф – середня за цикл температура формотвірних поверхонь, tф = 50 оС;

tп – початкова температура розплаву полімеру,  tп = 240  оС;

tк = tф + (8…25) – температура у середині стінки виробу в момент розкривання прес-форми,  tк = 75  оС.

= 5,98с.

Звідси, тривалість часу повного циклу:

 = 5,98 + 5 +1 = 11,98 с.

При моделюванні процесу пролиття виробу «Коробка для CD-дисків» в середовищі Autodesk Moldflow Adviser було розраховано, що час циклу виготовлення дорівнює τц = 13,51 с (рис. 2), що на 11,3 % більше ніж аналітичним способом.

А якщо порахувати на всю партію виробів, то ця різниця є неприйнятною.

Рисунок 2 – Час циклу

Різниця полягає в тому, що тривалість охолодження стінки при аналітичному розрахунку складає τох = 5,98 с, а при аналізі програмним продуктом  τох = 7,58c.

Розглянувши формулу часу охолодження виробу (2), бачимо, що аналітична формула є універсальною і вона не може точно дати результат охолодження для потрібного нам виробу, вона не враховує складність самої форми виробу, на відміну від програмного продукту, який прораховує усі конструкційні елементи виробу, та дає відносно точні результати.

Для зменшення часу охолодження виробу можна зробити наступне:

1)                           Змінюючи температуру розплаву за допомогою Autodesk Moldflow Adviser розрахувати, як буде змінюватися  час охолодження.

2)                           Проаналізувати як впливає температура прес-форми на час охолодження.

Провівши аналіз для діапазону температур розплаву полімеру зводимо отримані результати у таблицю 3.

Здійснивши аналіз для діапазону температур прес-форми зводимо отримані результати у таблицю 4.

Таблиця 3 – Вплив зміни температури

розплаву на час циклу лиття

Температура розплаву полімеру,

̊С

Час циклу,

с

220

13,43

230

13,47

240

13,51

250

13,76

260

13,80

Робимо висновок, що зміна температури розплаву практично не впливає на час циклу лиття виробу. При мінімальній температурі розплаву 220 ºС час циклу лиття зменшується лише на 0,6 %.

Таблиця 4 – Вплив температури прес-форми

на час циклу лиття виробу

Температура прес-форми,

̊С

Час циклу,

с

20

12,05

30

12,51

40

13,01

50

13,51

60

14,22

70

14,97

80

16,18

 

 

За отриманими результатами моделювання процесу проливу представлено графік залежностей (рис. 3).

Дивлячись на графік можна зробити висновок, що температура прес-форми суттєво впливає на час циклу виготовлення виробу. При зменшенні температури прес-форми до  мінімальної t = 20 ºС час циклу зменшується на 10,8 %. Хоча на перший погляд здається, що це малий показник, але в умовах серійного та масового виробництва це більш ніж достатньо.

Рисунок 3 – Порівняння результатів часу

циклу виготовлення виробу