Узлы пластикации и впрыска

Основное внимание в этом разделе будет сосредоточено на конструкциях узлов пластикации и впрыска шнекового типа, так как в настоящее время они наиболее распространены и обладают следующими преимуществами перед узлами поршневого типа:

• — более высокая пластикационная производительность;
• — равномерный прогрев полимера, так как он находится в непрерывном движении и постоянно перемешивается;
• — прогрев и пластикация полимера происходят не только за счет поступления тепла от нагревателей, расположенных на материальном цилиндре, но и из-за выделения тепла при вращающемся шнеке за счет внутреннего трения расплава в результате работы, совершаемой при перемешивании;
• — пластицированный расплавленный полимер впрыскивается в форму при относительно низком давлении;
• — полимер хорошо окрашивается при введении концентрата красителя в бункер литьевой машины, так как в процессе пластикации обеспечивается высокая однородность расплава;
• — смена перерабатываемого полимера может быть осуществлена быстрее, чем при использовании узла пластикации поршневого типа;
• — за время вращения шнека режим нагрева, давления и сдвига гранул, а затем и расплава полимера постоянен, а вязкость расплава снижается благодаря тому, что макромолекулы полимера ориентируются вдоль направления сдвига.

Материальные цилиндры

Материальный цилиндр узла пластикации представляет собой прямой цилиндр, который достаточно плотно охватывает шнек.

Материальные цилиндры либо изготавливаются однослойными толстостенными, либо в них вставляются гильзы (двухслойные цилиндры). Обе конструкции имеют свои преимущества. Однослойные цилиндры целиком выполняются из дорогих высоколегированных азотированных сталей, однако технология изготовления такого цилиндра значительно проще, чем двухслойного. Для изготовления внешнего слоя цилиндра со вставной гильзой могут быть использованы более дешевые стали, чем для самих гильз, которые, как и однослойный цилиндр, выполняются из высоколегированных азотированных сталей. Таким образом, стоимость металла при изготовлении двухслойных цилиндров меньше. Однако дополнительная механическая обработка гильзы и ее посадка без зазора в цилиндр поднимают стоимость составных цилиндров. На ряде предприятий для изготовления двухслойных цилиндров применяется также центробежное литье из двух материалов, но и этот технологический процесс удорожает изготовление цилиндра.

В итоге основным преимуществом двухслойного цилиндра является его большая прочность при работе под внутренним давлением, которое в момент впрыска на современных литьевых машинах может достигать 250 МПа и более. Однако на большинстве современных машиностроительных предприятий предпочитают производить машины с однослойными материальными цилиндрами.

Твердость внутренней поверхности материального цилиндра должна быть меньше поверхностной твердости шнека. Оптимальная величина радиального зазора между шнеком и цилиндром составляет для шнеков эазного диаметра:

Увеличение радиальных зазоров по сравнению с приведенными вызывают появление обратных потоков расплава полимера и соответственно снижение пластикационной производительности литьевой машины.

По длине материальный цилиндр можно разделить на две зоны: зону загрузки с отверстием для питания и рабочую зону цилиндра. В зоне загрузки перерабатываемый материал подается на шнек. Чтобы избежать преждевременного подплавления полимера и связанных с этим постепенного уменьшения поперечного сечения загрузочного отверстия и прилипания разогретого материала к первым виткам шнека, зона загрузки должна интенсивно охлаждаться.

Для поддержания необходимой температуры в рабочей зоне материальных цилиндров машин, предназначенных для переработки термопластов, на цилиндрах устанавливаются ленточные кольцевые электронагреватели. Обычно обогрев разделен на несколько зон, причем температура каждой из этих зон может независимо регулироваться. Количество зон обогрева зависит от отношения длины шнека к его диаметру и технологических особенностей переработки тех полимеров, для которых предназначается данная машина. В качестве электронагревателей могут использоваться как омические, так и индукционные, однако омические нагреватели (рис. 3.6) имеют большее распространение.

При переработке реактопластов используются также материальные цилиндры с жидкостным (чаще всего масляным) обогревом. Такие цилиндры имеют наружную рубашку для циркуляции теплоносителя.

Применение электронных регуляторов, устанавливаемых в каждой зоне обогрева, позволяет удерживать температуру материальных цилиндров в пределах устанавливаемого диапазона.

Передняя часть материального цилиндра для крепления сопла снабжается резьбой или фланцем. В качестве элементов резьбового соединения применяются метрические или трапецеидальные резьбы с мелким шагом. Применение резьб с мелким шагом обусловлено необходимостью получения герметичного стыка и исключает самоотвинчивание в процессе работы.

Рис. 3.6. Схема ленточного кольцевого омического нагревателя:

• 1 — внутренняя металлическая обшивка; 2, 4, 6 — слои изоляции;
• 3,5 — нихромовая проволока; 7 — промежуточная металлическая обшивка;
• 8 — внешняя металлическая обшивка; 9 — стягивающие винты;
• 10 — штепсельный разъем

Материальный цилиндр крепится к корпусу механизма пластикации и впрыска при помощи фланца или закладных колец (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Схемы крепления материального цилиндра к корпусу механизма пластикации и впрыска:

а — с помощью фланца; б — с помощью закладных колец В период эксплуатации литьевой машины периодически возникает необходимость в демонтаже и монтаже шнека. Стандартная компоновка литьевых машин делает эти операции достаточно сложными, так как расстояние между концом материального цилиндра и неподвижной плитой узла смыкания форм не позволяет вытащить шнек вперед, как это предусматривает конструкция большинства узлов пластикации и впрыска. Для облегчения данной операции обычно обеспечивается возможность поворота материального цилиндра на 45—90° относительно вертикальной оси. В качестве примера рассмотрим следующую конструкцию (рис. 3.8). Материальный цилиндр 1 установлен в поворотной цапфе 3 с помощью разрезного закладного кольца 7 и гайки 2. Так как от шнека через полимер крутящий момент может передаваться на материальный цилиндр, то для его фиксации предусматривается продольная проточка, в которую входит головка винта 8, выполняющая в данном случае роль шпонки. Вдоль оси поворотной цапфы имеется отверстие А, соединяющее бункер с загрузочным отверстием материального цилиндра.

Рис. 3.8. Схема узла поворота материального цилиндра.

Для поворота цилиндра со шнеком демонтируется муфта 5, предназначенная для передачи крутящего момента от привода к шнеку. Затем проворачиваются сухари 4, которые при работе машины обеспечивают неподвижность поворотной цапфы относительно станины 6 узла пластикации и впрыска. Затем осуществляется поворот цилиндра для демонтажа шнека. Штифт 9 не мешает повороту, так как во время эксплуатации машины он не должен стоять в своем гнезде, а предназначается для дополнительной фиксации цапфы во время транспортировки и монтажа литьевой машины.

Как уже говорилось, во избежание залипания материала в загрузочном отверстии зона, расположенная рядом с этим отверстием, должна охлаждаться. Обычно используется водяное охлаждение, для чего в корпусе, удерживающем материальный цилиндр, предусматривается специальная полость А, как это показано на рис. 3.9.

Рис. 3.9. Схема охлаждения зоны вблизи загрузочного отверстия.