Технология горячеканального литья

Peter Unger





                Hot Runner Technology











HANSER
Hanser Publishers, Munich • Hanser Gardner Publication, Cincinnati

    Питер Унгер





                Технология горячеканального литья




       Перевод с английского
       Под редакцией В. Г. Дувидзона







Санкт-Петербург
2009

УДК 678.5:621.74.043
ББК 35.710Англ
     У58







     Унгер П.
У5 8   Технология горячеканального литья: Пер с англ. / Под. ред. В. Г. Дувидзона. —
     СПб.: Профессия, 2009. — 208 с., ил.
        ISBN 978-5-93913-177-3
        ISBN-10: 3-446-40584-4 (англ.)

         Книга является практическим руководством по технологии горячеканального литья и принципам выбора горячеканальных литниковых систем (ГКС). Рассматриваются методы измерения и контроля основных технологических параметров, а также факторы, влияющие на эффективную работу систем. Приведены многочисленные примеры эффективных конструкций компонентов и требования к их техническому обслуживанию.
         Издание будет полезно различным специалистам, работающим в индустрии переработки пластмасс: конструкторам литьевых форм, технологам по литью пластмасс, инженерам по ремонту литьевых форм.

УДК 678.5:621.74.043
ББК 35.710Англ






АП right reserved. Carl Hanser Verlag, Munich/FRG Authorized translation from the original English edition published by Carl Hanser Verlag, Munich/FRG




Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.




Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.








ISBN 978-5-93913-177-3
ISBN-10:3-446-40584-4 (англ.)

                     ©CarlHanserVerlag, Munich/FRG, 2006 © Изд-во «Профессия», 2009

        Оглавление



Предисловие......................................................9
Предисловие к русскому изданию..................................11

1. Введение.....................................................13
1.1. Общие аспекты технологии горячеканального литья............13
1.2. Конструкция ГКС и номенклатура компонентов.................17
1.3. Конструкции отдельных компонентов, используемых в ГКС......19
    Литература..................................................19

2. Основы теплотехники..........................................20
2.1. Теплопередача..............................................20
    2.1.1. Теплопроводность.....................................21
    2.1.2. Конвекция............................................25
    2.1.3. Лучистый теплообмен..................................28
    Заключ  ение................................................32
2.2. Определение количества теплоты и мощности нагрева..........33
2.3. Тепловое расширение........................................34
    Литература..................................................42

3. Краткое описание элементов горячеканальной системы...........44
3.1. Коллектор горячеканальной системы..........................44
    3.1.1. Коллектор с внешим подогревом........................47
    3.1.2. Коллектор с внутренним подогревом....................52
    3.1.3. Изолированные литниковые системы.....................56
    3.1.4. Реологическое конструирование........................58
         3.1.4.1. Натуральная (естественная) балансировка.......58
         3.1.4.2. Численная балансировка........................59
3.2. Отражающие и теплоизолирующие пластины, поверхностные покрытия.........................................................61
3.3. Переходная втулка сопла....................................65
3.4. Литниковая втулка коллектора...............................67
3.5. Распорные шайбы............................................69
3.6. Механизм защиты коллектора от проворачивания...............80
3.7. Поворотные заглушки коллектора.............................81
3.8. Сопла ГКС..................................................83

Технология горячеканального литья

    3.8.1. Общие вопросы..........................................83
    3.8.2. Прямоточные сопла ГКС..................................84
    3.8.3. Открытые многоточечные сопла...........................91
         3.8.3.1. «Вертикальная» конструкция наконечника сопла...91
         3.8.3.2. «Наклонная» конструкция наконечников сопла..... 100
         3.8.3.3. «Горизонтальная» конструкция наконечников сопла .... 101
         3.8.3.4. Литниковое отверстие, подводимое к краю отливки, без наконечников...................................... 104
    3.8.4. Сопла с запорными клапанами...........................106
         3.8.4.1. Сопла с запорными иглами...................... 107
               3.8.4.1.1. Автоматические системы с игольчатыми затворами........................................ 108
                3.8.4.1.2. Управляемые системы с запорной иглой. 110
               3.8.4.1.3. Сопло со скользящим затвором с механическим приводом......................................... 130
                3.8.4.1.4. Сопла специального назначения.........132
         3.8.4.2. Сопла с тепловым затвором..................... 133
    Литература...................................................135

4. Обогрев коллекторов ГКС.......................................138
4.1. Патронный цилиндрический нагреватель........................138
4.2. Конусный патронный нагреватель..............................141
4.3. Патронный нагреватель с резьбой.............................141
4.4. Трубчатый нагреватель ......................................142
4.5. Нагревательная плита........................................144
4.6. «Толстопленочный» нагревательный элемент....................145
4.7. Непрямой обогрев с помощью жидкого теплоносителя............146
4.8. Тепловая трубка.............................................147
4.9. Определение тепловой мощности коллектора ГКС с внешним обогревом........................................................148
    4.9.1. Оценка требуемой тепловой мощности....................148
    4.9.2. Численное определение нагревательной мощности, требуемой для фазы разогрева...........................................149
    Литература...................................................151

5. Обогрев сопел ГКС.............................................152
5.1. Цилиндрический патронный нагреватель........................152
5.2. Спиральные нагреватели......................................153
5.3. Резисторный нагреватель.....................................156

Оглавление

7

5.4. Тепловая трубка...........................................158
5.5. Косвенный обогрев с использованием жидкой среды...........158
5.6. Внутренний обогрев. Общие положения.......................161
5.7. Косвенный нагрев..........................................164
    5.7.1. Теплопроводящее Торпедо.............................164
    5.7.2. Теплопроводящее сопло...............................167
    Литература.................................................171

6.  Измерения и контроль температуры...........................173

7.  Поведение материалов при механических нагрузках............174
7.1. Влияние концентраторов напряжений при статической нагрузке.174
7.2. Эффект возникновения концентраторов напряжений при динамической нагрузке..................................................176
    Литература.................................................178

8.  Коррозия и износ...........................................179
    Литература.................................................182

9.  Резьбовые соединения и выбор материала для работы при высоких температурах...................................................183
    Литература.................................................185

10. Основные аспекты технологии переработки полимеров..........186
10.1. Характеристики расплава, вязкость, перепад давления......186
10.2. Термическая устойчивость.................................189
10.3. Уменьшение молекулярного веса (на примере ПБТ)...........190
    10.3.1. Термическое разложение.............................191
    10.3.2. Механодеструкция...................................192
    10.3.3. Окислительная деструкция...........................192
    10.3.4. Гидролитическая деструкция.........................192
    Литература.................................................193

11. Техническое обслуживание и хранение литьевых форм с ГКС....194
    Литература.................................................195

12. Конструкции специальных ГКС литьевых форм..................196
12.1. 300-гнездная ГКС для изготовления корпусов транзисторов из армированного ПБТ..............................................196

Технология горячеканального литья

12.2. Коллектор ГКС для многослойного «сэндвич»-литья..........198
12.3. Коллектор ГКС с равномерным заполнением..................201
12.4. Сопла ГКС для минимальных межосевых расстояний гнезд в литьевой форме...............................................202
    Литература.................................................203
Основные сокращения............................................204
    Физические величины........................................204
    Математические обозначения.................................204
    Греческие символы..........................................204
    Обозначения полимерных материалов..........................205

Предисловие

Технология горячеканального литья получила свое развитие с начала 1930-х годов в США Разработка новой технологии для переработки термопластов была направлена прежде всего для достижения следующих целей:
   • обеспечение автоматизации процесса формования;
   • устранение дополнительных операций после переработки за счет замены обычных литьевых форм с литниковыми каналами на формы без них;
   • получение более экономичной технологии литья под давлением.
   Преимущества использования технологии горячеканального литья были в скором времени замечены. В связи с этим начался быстрый рост процессов разработок, который достиг на сегодняшний день высокого уровня технического «ноу-хау».
   Как и у многих новых технических изобретений, путь развития горячеканальных систем (далее ГКС) был долгим и тернистым. В течение продолжительного времени разработчики горячеканальных систем ожидали от поставщиков полимерных материалов создания такой марки материала, которую можно было бы использовать в ГКС, поскольку в некоторых случаях применение данной технологии вызывало термическую деструкцию расплава материала и этим представляло повод к спорам и критике.
   Поэтому создание собственных ГКС производителями полимеров, в том числе и в коммерческих целях, не стало неожиданностью. Это привело к появлению новых конструкций, таких как запирающееся сопло (BASF), изолированный литниковый канал (DuPont) и косвенно нагреваемая теплопроводная торпеда (Hoechst), которые стали важными элементами на пути развития и усовершенствования технологии горячеканального литья.
   В настоящее время конструктора и изготовители литьевых форм, производители и переработчики полимерных материалов, а также поставщики ГКС объединяют свои усилия и постоянно обмениваются опытом для предотвращения или сведения к минимуму рисков, связанных с применением ГКС. Однако было бы неверно возлагать все бремя ответственности на одного из участников. Скорее всего разработка новых технологий и областей применения должна быть продуктом партнерства и взаимообмена.
   Проведенные в университетах фундаментальные исследования также внесли важный вклад в современное состояние технологии.
   Настоящая книга намеренно не фокусирует свое внимание на современном состоянии технологии горячеканального литья. При изучении более старой технической литературы можно удивиться тому, сколько прогрессивных идей и проектов уже разработано в прошлом, однако они были забыты или не признавались в течение долгого времени. С другой стороны, некоторые идеи были ошибочны и привели к неудачам из-за нехватки опыта. Отдельные идеи рассматриваются автором в этом издании для придания особого значения старому правилу «Учиться на опыте». Накопление опыта прежде всего основывается на анализе неудачи и получении соответствующих выводов. Поэтому читатель не должен удивляться, найдя в книге «старомодные» или устаревшие проекты.

Технология горячеканального литья

Это — лишь один из вариантов сохранения и передачи опыта. Без практического опыта трудно прийти к новым разработкам и изобретениям.
   В данном издании описаны и прокомментированы также и другие темы, относящиеся к технологии горячеканального литья, такие как тепловые аспекты, специфика поведения пластмасс, коррозия металлов под действием расплава полимера и пр. По другим темам, например численные расчеты коллекторов ГКС, приводятся ссылки на специальную и более подробную литературу.
   Представленные в предлагаемой книге комментарии, отчеты и теоретические выкладки не всегда совпадают с представлениями других экспертов. Это происходит вследствие того, что практика применения данной технологии дифференцирована в зависимости от областей применения. Поэтому автор приглашает читателей поделиться с ним своим опытом, чтобы помочь улучшить будущие издания этой книги.
Питер Унгер
Peter Unger