Как работают шариковые винтовые передачи, используемые в машинах для литья под давлением?

Шариковый винт (часто называемый «ходовым винтом») винт») литьевой машины Это его основной компонент, часто называемый «сердцем» машины. Его работа — сложный процесс, объединяющий физику, механику и термодинамику.

Проще говоря, его основная задача — транспортировать, расплавлять, сжимать и гомогенизировать твердые пластиковые гранулы, а затем впрыскивать расплавленный пластик в полость формы под достаточным давлением и скоростью.

Чтобы лучше понять принцип его работы, можно разделить его рабочий цикл на следующие этапы: Полный рабочий цикл шарико-винтовой передачи литьевой машины. В полном цикле впрыска шарико-винтовая передача выполняет в основном два действия: вращение и осевое перемещение. Её рабочий цикл можно разделить на три этапа:

1. Стадия вращения (пластикации/дозирования)

Цель: транспортировка, нагрев, расплавление и гомогенизация твердых пластиковых гранул в бункере.

Действие: Ходовой винт вращается с высокой скоростью внутри цилиндра, но не движется вперед (в это время цилиндр впрыска в задней части ходового винта сбрасывает давление, позволяя ходовому винту втягиваться за счет силы реакции пластика во время вращения).

Процесс операции:

Подача и транспортировка: пластиковые гранулы попадают из бункера в цилиндр. Вращение шнека, подобно вращению винта в гайке, использует наклонную плоскость резьбы для непрерывного продвижения пластиковых гранул вперёд.

Сжатие и плавление: конструкция шнека разделена на три секции (сзади вперед): секция подачи, секция сжатия и секция дозирования.

Секция подачи: Глубина резьбы относительно большая, в основном используется для стабильной транспортировки твердых гранул.

Участок сжатия: глубина резьбы постепенно уменьшается. Здесь пластик подвергается сильному сжатию и сдвигу, при этом нагревательная спираль, расположенная снаружи цилиндра, также нагревает его. Под совместным действием «тепла сдвига» и «внешнего нагрева» твёрдый пластик быстро плавится, переходя в вязкотекучее состояние. Фактически, более 80% тепла плавления приходится на тепло сдвига, генерируемое вращением шнека.

Дозирующая секция: Глубина резьбы самая малая. Её основная функция — дальнейшая гомогенизация температуры и состава расплава, что обеспечивает однородность качества расплава, хранящегося на входе.

Результат: равномерно расплавленный пластик выталкивается в переднюю часть шнека (в сопло), а накопленное давление (противодавление) толкает весь шнек назад, резервируя фиксированное количество расплавленного материала для следующего впрыска.

2. Стадия осевого перемещения (впрыск/удержание давления)

Цель: Впрыскивание расплавленного пластика, сохраненного на предыдущем этапе, в полость формы с высокой скоростью и высоким давлением.

Действие: Винт прекращает вращение и под мощным напором цилиндра впрыска с высокой скоростью движется вперед как поршень.

Процесс операции:

Впрыск: шнек движется вперёд с чрезвычайно высокой скоростью, впрыскивая расплавленный пластик, находящийся в передней части, через сопло, литник и литник в закрытую полость формы. Этот процесс необходимо завершить в кратчайшие сроки, чтобы расплавленный материал одновременно заполнил все углы полости.

Выдержка под давлением: Когда полость близка к заполнению, скорость впрыска замедляется, переходя к этапу выдержки под высоким давлением. Шнек продолжает медленно двигаться вперёд, используя чрезвычайно высокое давление для восполнения объёма, освободившегося в результате охлаждения и усадки пластика, предотвращая появление таких дефектов, как усадочные следы и недостаточное количество материала в изделии.

3. Перезагрузка (подготовка к следующему циклу)

Цель: подготовить расплав для следующего цикла литья под давлением.

Действие: После завершения выдержки под давлением шнек прекращает осевое движение и снова начинает вращаться (возвращаясь к первой стадии) для следующей пластикации и дозирования. В этот момент форма открывается, выталкивает продукт и затем закрывается, ожидая следующего впрыска.

Основные конструктивные особенности шарико-винтовой передачи

Для выполнения перечисленных выше сложных задач шариковый винт спроектирован с большой точностью:

Соотношение длины к диаметру (L/D): отношение длины шарико-винтовой передачи к её диаметру. Большее соотношение L/D обеспечивает лучшую пластификацию и более равномерную температуру. Обычные соотношения находятся в диапазоне от 18:1 до 25:1.

Степень сжатия: отношение объёма первой резьбовой канавки в секции подачи к объёму последней резьбовой канавки в секции дозирования. Она определяет степень сжатия пластика и имеет решающее значение для эффективности плавки. Для разных пластиков требуются разные степени сжатия.

Трехступенчатая конструкция: как упоминалось выше, секция подачи, секция сжатия и секция дозирования выполняют каждая свою соответствующую функцию, составляя основу для эффективной работы ходового винта.

Подводя итог, можно представить работу шнека литьевой машины следующим образом:

Это похоже на «мясорубку»: вращаясь, она перемалывает, режет, смешивает и транспортирует материалы.

Это похоже на «поршень» или «шприц»: при движении вперед он впрыскивает обработанную «жидкость» под высоким давлением.

Он также является «генератором тепла»: за счет собственного вращательного сдвига он генерирует большую часть тепла, необходимого для плавления пластика.

Это гениальное сочетание «ротационной пластикации» и «осевого впрыска» позволяет шнеку литьевой машины эффективно и точно завершать процесс преобразования твердых гранул в прецизионные пластиковые изделия.