Довольно часто конструкция изделия с деталями из полимерных материалов (ПМ) заставляет искать нетривиальные решения при проектировании литьевой формы. Например, изделие «дорожный знак» состоит из трех рефлекторов, и поэтому для их изготовления наиболее целесообразна трехгнездная литьевая форма с горячеканальной системой (ГКС), имеющей три горячеканальных инжектора с запирающими клапанами. Равномерность заполнения всех трех гнезд является основной задачей при проектировании литьевой формы.

При изготовлении высококачественных оптических деталей из ПМ для автомобилестроения особое значение приобретает необходимость тщательной взаимной настройки применяемого технологического оснащения и технологических параметров литья под давлением. Поиск таких решений и конкурентная борьба производителей объективно способствуют повышению уровня автоматизации процесса и качества литьевых деталей из ПМ.

Одним из основных поставщиков дорожных знаков, автомобильных фар, фонарей и подобных изделий, в конструкцию которых входят детали из ПМ, является компания Gerba, которая совместно более чем с сотней других производителей установила внутриотраслевые стандарты качества и в настоящее время является одним из лидеров производства подобной продукции. За последние 15 лет средняя масса таких изделий уменьшилась в 3 раза, а объем применяемых материалов — на 80 %. Вместе с тем оптические свойства, например, дорожных знаков улучшились, а стойкость к ветровым нагрузкам возросла. Выпускаемая продукция адаптирована к специализированным требованиям для каждого вида транспорта. Для этого компания Gerba разработала индивидуальные решения, включая даже крепежные детали, облегчающие монтаж.

Продукция компании нашла применение в автомобилях практически всех классов от ведущих производителей: Audi, BMW, Bentley, Jaguar, Land Rover, Mercedes, Mini, Porsche и VW.
 

Факторы, влияющие на качество рефлекторов

Рефлекторы (см. рис. 1 и таблицу) для изделия «дорожный знак» (фото у заголовка) изготавливаются из полиметилметакрилата (ПММА) со сравнительно низким объемным показателем текучести расплава, равным 3 см3/10 мин. Поэтому ГКС должна быть рассчитана на высокое давление литья и иметь соответствующую литьевой форме компоновку. ПММА обладает хорошей светопроницаемостью (коэффициент пропускания света — 92 %), а также имеет высокую стойкость поверхности к царапанию.

Поверхности рефлекторов, имеющие рельеф в виде множества призм, подвергаются вакуумной металлизации. Это, с одной стороны, улучшает отражающую способность, а с другой — защищает рефлектор от влаги, которая, осаждаясь на поверхности, ухудшает оптические свойства. Однако в результате металлизации возможные литьевые дефекты: места холодных спаев, воздушные и другие включения — усиливают свое негативное воздействие на отражающую способность рефлекторов. В световом потоке проявляются такие дефекты, как облой и следы на месте стыка формообразующих поверхностей. Поэтому особое значение приобретает одновременное заполнение оформляющих полостей в литьевой форме, поскольку оптические свойства рефлектора зависят от структуры рельефной поверхности, формирующейся в конце литьевого цикла на стадии выдержки под давлением. Температура фронта расплава ПМ в конце процесса заполнения оформляющей полости не должна быть слишком низкой. Для обеспечения этого условия в конструкции литьевой формы использована ГКС компании HASCO Hasenclever с запирающими клапанами.

Характеристики детали, литьевой формы и производства

Около 3 млн рефлекторов в год производится на полностью автоматизированном производственном комплексе, спроектированном компанией Arburg и состоящем из литьевой машины марки Allrounder 630S с усилием смыкания 2750 кН, робота-манипулятора и станции контроля и упаковки рефлекторов (рис. 2). Полная автоматизация технологического процесса обеспечивается применением пневматического контроллера HASCO Z240, шестизонного температурного контроллера HASCO Z126/6/16/N, температурного контроллера Gesellschaft и установки для сушки ПМ модели Colortronic.

Конструкция литьевой формы и ГКС

Литьевая форма была спроектирована компанией Gerba с помощью пакета программ Catia V5. Разработка системы охлаждения и ГКС, включая реологические и температурные расчеты, выполнена компанией HASCO совместно с институтом пластмасс в г. Люденшайде. Стандартные элементы, ГКС и приборы управления поставлены компанией HASCO. Сборку и наладку литьевой формы провела компания Gerba. Литьевая форма для производства рефлекторов - трехгнездная с рядным расположением оформляющих полостей и естественной балансировкой горячеканальной системы. Значения рабочих температур литьевой формы (60 °С) и горячеканальной системы (230 °С) были выбраны минимально допустимыми для перерабатываемого ПМ, чтобы максимально уменьшить время охлаждения, а следовательно, и цикла.

Несмотря на трудности, связанные с применением запирающих клапанов, горячеканальный коллектор был сбалансирован естественным образом с одинаковыми длинами путей течения расплава и диаметрами впускных литниковых каналов (рис. 3), расчет которых проводился с использованием программы MoldFlow и был подтвержден на практике. Синхронное срабатывание клапанов обеспечивает равномерные условия заполнения всех гнезд, благодаря чему отпадает необходимость в последовательном управлении клапанами.

Система пневматического запирания с игольчатыми клапанами состоит из пневмоклапанов типа HASCO Z107/l/3/20,5 с радиальной балансировкой и юстировкой в осевом направлении. Каждый клапан диаметром 3 мм доработан в рабочей зоне до 2 мм и в нагретом состоянии заглубляется на 0,2 — 0,3 мм в поверхность детали. Скругления на торцевой поверхности клапана позволяют получить визуально приемлемый отпечаток. Движение клапана происходит в инжекторах типа HASCO Techni Shot Z3340/ 50x100 с однородным температурным полем. Наконечники инжекторов этой серии изготовлены из специального твердого сплава с высокой теплопроводностью и износостойкостью. В начальный момент движения происходит предварительное центрирование клапанов, что позволяет увеличить срок службы литьевой формы за счет уменьшения износа впускного канала (рис. 4). Кроме того, увеличивается длина посадки клапана, что предотвращает подлив расплава.

Благодаря тщательной подгонке диаметра литниковых каналов в коллекторе были сведены к минимуму потери давления. Бандажный нагреватель с регулируемой температурой препятствует застыванию расплава в литниковой втулке, что благоприятно сказывается на качестве изделия. Плавающие опоры между коллектором и инжекторами обеспечивают беспрепятственное тепловое расширение коллектора и уменьшают силовые нагрузки. Горячеканальный коллектор типа HASCO Н4010 с поворотными стальными элементами имеет высокую стойкость и долговечность и сохраняет герметичность при давлениях литья вплоть до 2000 бар.

Благодаря оптимальной геометрии разводящих каналов обеспечивается плавное течение расплава при минимальных напряжениях сдвига и предотвращается термическая деструкция ПММА. Равномерный нагрев коллектора осуществляется гибким трубчатым нагревателем прямоугольного сечения (тип Z1138). Заданное температурное поле коллектора поддерживается двумя независимыми электрическими цепями автоматического регулирования. Полированные алюминиевые отражатели и воздушный зазор величиной 15 мм, обеспечиваемый титановыми опорами, минимизируют потери тепла, а небольшие необогреваемые зоны в районе впрыска расплава ПММА окончательно оптимизируют температурные условия. Термостойкие и влагозащищенные контакты нагревателей увеличивают срок эксплуатации ГКС, а взаимозаменяемость компонентов обеспечивает удобство обслуживания и ремонт литьевой формы.

В процессе непрерывной работы на литьевой форме с ГКС выполнено 2 млн циклов литья. При этом не было отмечено износа компонентов ГКС. По сравнению с предыдущими подобными литьевыми формами достигнуты явные преимущества в скорости литья, необходимом давлении литья и температурных режимах. Время цикла уменьшено на 40 %.

Заключение

Три рефлектора, входящие в состав изделия «дорожный знак», наиболее целесообразно изготавливать из ПММА в трехгнездной литьевой форме с горячеканальной системой компании HASCO, имеющей три горячеканальных инжектора с запирающими клапанами. При этом достигнута равномерность заполнения всех трех гнезд, которая была основной задачей при проектировании литьевой формы.

www.newchemistry.ru