Plastics_3_2014

w w w . p l a s t i c s . r u 51 СПЕЦТЕМА/ ФОРМОВАНИЕ: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ П Л А С Т И К С № 3 ( 1 3 2 ) 2 0 1 4 Cost-effective molding of thick-walled parts Christian Maier, Josef Giessauf, Georg Steinbichler Injection molding process can be used in various tasks however their cost- effectiveness in some areas such as molding of thick-walled parts like LED lenses for automotive headlamps is sometimes limited. For example cycle time for a lens with a thickness of a few centimeters can be dozens minutes. New technologies of multilayer molding with external cooling allow to increase process output for such products. Ход нового процесса выглядит следую- щим образом: заготовка, которая в течение нескольких циклов охлаждалась до заданной температуры, снова вставляется в пресс- форму и подвергается многокомпонентному формованию. Новая заготовка производится в последовательном или параллельном ре- жиме — в зависимости от количества узлов впрыска. После открытия пресс-формы го- товая деталь и заготовка удаляются, а в гнез- до вновь вставляется базовый элемент, под- вергшийся промежуточному охлаждению. Удаленная заготовка помещается в станцию охлаждения (рис. 3). Данные испытаний Чтобы определить, насколько может со- кратиться время цикла за счет охлаждения вне пресс-формы, немецкая компания Bayer MaterialScience AG провела термические ис- пытания кубической детали из поликарбо- ната толщиной 20 мм (рис. 4). Специалисты произвели сравнение стан- дартного литья с созданием однослойной детали, формования трехслойной сэндвич- структуры и процесса с промежуточным охлаждением. Под каждый метод проектиро- валась деталь с оптимизированным распреде- лением толщины слоев. Толщина заготовки и внешних слоев во второмпроцессе составляла 12 и 4 мм, а в третьем—12,8 и 3,6 мм соответ- ственно. На рисунке 5 показана максималь- ная температура внутри детали с течением времени в рамках литья однослойного изде- лия (сверху), трехслойной сэндвич-структуры (в центре) и формования с промежуточным внешнимохлаждением. Температура расплава составлялал 280°C, температура пресс-формы на внешних слоях и в литье однослойной де- тали— 120°C, а температура пресс-формы на внутренних слоях — 70°C. На рисунке также представлено распределение температуры в детали по прошествии 164 сек. В первом ме- тоде максимальная температура всегда была в центре детали, а в процессах с формирова- нием многослойной структуры точка с самой высокой температурой перемещалась. Критерий расчета времени охлаждения готовой детали был определен следующим образом: температура всех участков должна быть меньше температуры стеклования в 150°C. В процессе с внешним охлаждением удаление заготовки происходило после того, как было завершено формирование наруж- ного затвердевшего слоя толщиной 2,4 мм, но температура в центре все еще составляла 220°C. Как показали испытания, эта тех- нология позволяет сократить общее время охлаждения в пресс-форме наполовину. С учетом того, что для нее требуется столько же гнезд, как и для обычного литья много- слойных структур, производительность увеличивается прямо пропорционально времени охлаждения. На рисунке 6 приво- дится сравнение времени цикла и произво- дительности трех процессов при переработке поликарбоната. Результаты моделирования и испытаний показывают, что в зависимости от геометрии детали время ее охлаждения в пресс-форме можно сократить на 25-50%. На выставке K-2013 компания ENGEL Austria, занима- ющаяся производством литьевых машин, совместно со своими партнерами Bayer MaterialScience и Krallmann Group впервые продемонстрировала потенциал этой техно- логии на примере выпуска оптических линз из поликарбоната (марка Makrolon LED 2245) с рекордно низкой длительностью цикла. Литература 1. Pillwein G. Maschinen- und Prozesstechnik zur Herstellung optischer Bauteile. IKV Seminar: Spritzgiessen hochwertiger optischer Komponenten, Aachen, 2008. 2. Zoellner O. Kunststoffoptiken im Mehrschichtspritzguss. Dissertation, University of Erlangen-Nuernberg, 2012. 3. Klinkenberg C. Clear benefits of multi-layer. Injection World, Edition, October 2012. Время охлаждения, % Производительность, % 1 слой Трехслойная Трехслойная сэндвич- сэндвич- структура структура с промежуточным охлаждением 100 75 50 25 0 Время охлаждения, % 400 300 200 100 0 Производительность, % Рисунок 6. Моделирование времени охлаждения на одно гнездо пресс-формы и расчетная производительность для различных процессов (материал —ПК)