calcal.ru

Калькулятор литья под давлением

Комплексный инструмент для инженеров-технологов и наладчиков ТПА. Расчёт усилия смыкания по площади проекции и давлению в полости, объёма впрыска и диаметра шнека, времени цикла, охлаждения по уравнению Фурье, проектирование пресс-формы (число гнёзд, литники, каналы) и калькуляция себестоимости детали.

Загрузка калькулятора...
3,5+ млн т/год
Объём литья пластмасс в РФ
5 000+
Перерабатывающих предприятий
50-5000 тс
Диапазон усилий ТПА
~35%
Доля полипропилена (PP)

Литьё под давлением в России

Россия входит в число крупнейших потребителей термопластавтоматов в Европе. Объём переработки пластмасс литьём под давлением в стране превышает 3,5 млн тонн в год. В отрасли работают более 5 000 предприятий -- от крупных заводов (СИБУР, Казаньоргсинтез, Нижнекамскнефтехим) до средних и малых производств по всей стране. Основные перерабатываемые полимеры: полипропилен (PP) -- около 35%, полиэтилен (PE) -- 25%, АБС, полиамид, поликарбонат. Парк оборудования включает ТПА усилием от 50 до 5000 тонн производства Haitian, Engel, KraussMaffei, Тедерик, а также отечественные разработки. Наш калькулятор охватывает основные расчёты для настройки процесса литья.

Основные этапы процесса литья:

  • Пластикация: Шнек вращается и плавит гранулы полимера в цилиндре. Температура расплава зависит от материала: PP 200-280 C, ABS 220-270 C, PC 270-320 C. Время пластикации перекрывается временем охлаждения.
  • Впрыск: Шнек движется поступательно и впрыскивает расплав в полость формы под давлением 50-200 МПа. Скорость впрыска 50-200 мм/с. Продолжительность 0,5-5 секунд в зависимости от объёма.
  • Выдержка под давлением (подпитка): Поддержание давления для компенсации усадки при затвердевании. Давление подпитки составляет 40-80% от давления впрыска. Длительность 3-15 секунд.
  • Охлаждение и извлечение: Деталь остывает до температуры извлечения (60-120 C). Форма раскрывается, толкатели выталкивают деталь. Охлаждение -- самая длительная фаза цикла (50-70% общего времени).

💡Совет технологу

При выборе ТПА запас усилия смыкания должен составлять 10-20%. Загрузка цилиндра (отношение объёма впрыска к максимальному) оптимальна в пределах 30-70%. При загрузке менее 20% расплав деградирует из-за длительного пребывания в цилиндре, а при более 80% страдает однородность пластикации.

🔒
Усилие смыкания

Площадь проекции, давление в полости, подбор тоннажа ТПА.

💉
Впрыск

Объём впрыска, масса, диаметр шнека, загрузка цилиндра.

❄️
Охлаждение

Уравнение Фурье, толщина стенки, температуропроводность.

💰
Себестоимость

Материал, машино-час, амортизация формы, процент брака.

Ключевые параметры литья под давлением

Основные технологические параметры, определяющие качество изделий и эффективность процесса литья термопластов.

01. Усилие смыкания

F = P * A

Усилие смыкания (тс) -- ключевой параметр подбора термопластавтомата. Определяется произведением давления в полости формы (30-100 МПа) на площадь проекции всех гнёзд на плоскость разъёма. Недостаточное усилие приводит к раскрытию формы и образованию облоя. Стандартный ряд ТПА: 50, 80, 100, 160, 250, 400, 650, 1000, 1600, 2500, 4000 тс.

02. Объём впрыска

V = V_дет + V_лит + V_подуш

Объём впрыска складывается из объёма деталей во всех гнёздах, объёма литниковой системы (холодный канал 10-30%, горячий канал ~0%) и подушки (5-15%). Загрузка цилиндра должна быть 30-70% от максимального объёма впрыска. Диаметр шнека подбирается из стандартного ряда: 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100 мм.

03. Время цикла

t_цикла = t_впр + t_выд + t_охл + t_ф

Время цикла определяет производительность. Типичные значения: впрыск 0,5-5 с, подпитка 3-15 с, охлаждение 5-60 с (зависит от толщины стенки), открытие/закрытие формы 2-8 с. Охлаждение -- доминирующая фаза (50-70%). Сокращение цикла даже на 1 с даёт значительный экономический эффект при массовом производстве.

04. Охлаждение

t ~ s2 / (pi2 * a)

Время охлаждения пропорционально квадрату толщины стенки. Удвоение толщины увеличивает время охлаждения в 4 раза. Температуропроводность полимеров: PP 0,096, PE 0,11, ABS 0,12, PA 0,073 мм2/с. Эффективное охлаждение формы (конформные каналы, бериллиевая бронза) сокращает цикл на 20-40%.

05. Пресс-форма

Оптимальное число гнёзд

Число гнёзд определяется балансом между стоимостью формы и производительностью. Стандартные варианты: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 гнезда. Диаметр литника ~ 0,5-0,7 толщины стенки. Диаметр канала ~ 1,5*s + 1,5 мм. Горячий канал экономит материал (нет литников), но увеличивает стоимость формы на 30-50%.

06. Себестоимость

C = C_мат + C_маш + C_форма

Себестоимость детали складывается из материала (40-60%), машинного времени (20-35%) и амортизации формы (10-25%). Цены материалов в России: PP 130-180 руб/кг, ABS 200-280 руб/кг, PA 350-500 руб/кг, PC 400-600 руб/кг. Стоимость форм: от 500 тыс. руб. (2 гнезда) до 10+ млн руб. (многогнёздные горячеканальные).

Ключевые формулы литья под давлением

Основные расчётные соотношения для проектирования технологического процесса литья термопластов.

ПоказательФормула
Усилие смыканияF = P * A * n * k
Объём впрыскаV = n*V_дет + V_лит + V_подуш
Время охлажденияt = s2/(pi2*a) * ln(4(Tm-Tw)/(pi(Te-Tw)))
Время циклаT = t_впр + t_выд + t_охл + t_ф + t_выт
ПроизводительностьQ = 3600/T * n
СебестоимостьC = C_мат + C_маш/Q + C_ф/N
ЧАСТЫЕ ВОПРОСЫ

Часто задаваемые вопросы

Усилие смыкания рассчитывается по формуле: F = P * A * n * k, где P -- среднее давление в полости формы (МПа), A -- площадь проекции детали на плоскость разъёма (см2), n -- число гнёзд, k -- коэффициент запаса (1.1-1.2). Давление в полости зависит от материала: PP 25-50 МПа, ABS 35-70 МПа, PA 40-90 МПа, PC 50-100 МПа. Площадь проекции включает площадь деталей и литниковой системы. Если площадь проекции 4 деталей по 50 см2 = 200 см2, давление 40 МПа: F = 40*200/10 = 800 кН = 81.5 тс, с запасом 1.1 -- 90 тс, выбираем ТПА 100 тс.
Объём впрыска складывается из объёма деталей (V_дет * n_гнёзд), объёма литниковой системы (для холодного канала 10-30% от объёма деталей, для горячего канала ~0%) и подушки (5-15% от суммарного объёма). Загрузка цилиндра (отношение фактического объёма впрыска к максимальному) должна быть 30-70%. При загрузке менее 20% расплав деградирует из-за длительного пребывания в нагретом цилиндре. При более 80% недостаточна однородность пластикации. Стандартные диаметры шнеков: 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80 мм. Максимальный ход шнека обычно 3-5 диаметров.
Время цикла включает: впрыск (0.5-5 с) -- заполнение полости расплавом; выдержку под давлением (подпитка, 3-15 с) -- компенсация усадки; охлаждение (5-60 с) -- застывание до температуры извлечения; открытие/закрытие формы (2-8 с) -- механические перемещения; выталкивание (0.5-3 с) -- извлечение детали. Охлаждение -- самая длительная фаза (50-70% цикла). Пластикация (плавление новой дозы) обычно перекрывается охлаждением. Типичный цикл: тонкостенные детали 8-15 с, средние 20-40 с, толстостенные 40-120 с.
Время охлаждения рассчитывается по аналитическому решению уравнения Фурье для плоской пластины: t = (s2 / (pi2 * a)) * ln((4/pi) * (Tm - Tw)/(Te - Tw)), где s -- толщина стенки (мм), a -- температуропроводность полимера (мм2/с), Tm -- температура расплава, Tw -- температура формы, Te -- температура извлечения. Ключевая зависимость: время ~ s2. Удвоение толщины увеличивает время охлаждения в 4 раза. Температуропроводность полимеров: PP 0.096, PE 0.11, ABS 0.12, PA 0.073 мм2/с. Снижение температуры формы и повышение температуры извлечения сокращают время охлаждения.
Число гнёзд определяется балансом между производительностью и стоимостью формы. Минимальное число гнёзд: n_min = V_год / (3600/t_цикла * T_год), где V_год -- годовой объём, t_цикла -- время цикла (с), T_год -- доступный фонд времени (часов/год, обычно 6000-7000 ч при 3-сменной работе). Число гнёзд округляется до стандартного: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64. Стоимость формы растёт примерно пропорционально числу гнёзд. Горячий канал экономит материал (нет литников), но удорожает форму на 30-50%. При серийности менее 50 тыс. шт/год обычно выгодны 1-4 гнезда, при 50-500 тыс. -- 4-16, при более 500 тыс. -- 16-64.
Себестоимость = материал + машино-час + амортизация формы. Материал: масса детали с учётом литников (для холодного канала +10-30%) и брака (+2-5%), умноженная на цену за кг. Цены полимеров в России: PP 130-180, ABS 200-280, PA 350-500, PC 400-600 руб/кг. Машино-час: стоимость станко-часа ТПА (1500-5000 руб/ч в зависимости от тоннажа) делённая на производительность (шт/ч). Амортизация формы: стоимость формы (500 тыс. -- 10+ млн руб) делённая на ресурс (300 тыс. -- 1 млн циклов). Типичная структура: материал 40-60%, машино-час 20-35%, форма 10-25%.
Основные дефекты: утяжины (sink marks) -- вмятины в толстых сечениях, устраняются увеличением давления подпитки и времени выдержки; облой (flash) -- тонкий выступ по линии разъёма, причина -- недостаточное усилие смыкания или износ формы; недолив (short shot) -- неполное заполнение, нужно увеличить давление, температуру или скорость впрыска; пузыри и серебро -- влага в материале (нужна сушка гранул: PA 80 C 4-6 ч, PC 120 C 3-4 ч); коробление (warpage) -- неравномерное охлаждение или внутренние напряжения; линии спая (weld lines) -- слабое место встречи потоков расплава.
На российском рынке представлены ТПА ведущих мировых производителей. Haitian (Китай) -- лидер по количеству, доступная цена, серии Mars, Jupiter, Zhafir (электрические). Engel (Австрия) -- премиальный сегмент, серии Victory (гидравлические), e-mac и e-motion (электрические). KraussMaffei (Германия) -- серии CX, GX, PX. Тедерик (Китай/Россия) -- активно растущий бренд с локализацией. Arburg (Германия) -- серии Allrounder, высокая точность. Также присутствуют Sumitomo (SHI) Demag, Wittmann Battenfeld, Toshiba, Fanuc (электрические). Диапазон усилий: от 50 тс (мелкие детали) до 5000+ тс (автомобильные бамперы, контейнеры).
Лиана Арифметова
АВТОРverifiedред. calcal.ru

Лиана Арифметова

Создатель и главный редактор

Миссия: демократизировать сложные расчёты. Превратить страх перед числами в ясность и контроль. Девиз: «Любая повторяющаяся задача заслуживает своего калькулятора».

Mathematical Engineering · МФТИ · редактирует каталог с 2012 года

Был ли этот калькулятор полезен?

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ

Инструмент справочный — не заменяет эксперта

Только для информационных целей. Все расчёты, результаты и данные, предоставляемые инструментом, носят исключительно ознакомительный и справочный характер. Они не являются профессиональной консультацией — медицинской, юридической, финансовой, инженерной или иной.

Точность результатов. Калькулятор основан на общепринятых формулах и методиках, однако фактические результаты могут отличаться в зависимости от индивидуальных условий, исходных данных и применяемых стандартов. Мы не гарантируем полноту, точность или актуальность приведённых расчётов.

Профессиональные решения — медицинские, финансовые, инженерные — должны приниматься только после консультации с квалифицированным специалистом. Не используйте автоматический расчёт как единственное основание для важных решений.

Ограничение ответственности. Авторы и разработчики сервиса не несут ответственности за прямой или косвенный ущерб, возникший из-за использования данных расчётов. Пользователь принимает на себя всю ответственность за интерпретацию результатов.

СМЕЖНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ

Похожие калькуляторы

15

Калькулятор полимерной инженерии

Расчёты полимеров: реология, механические и термические свойства, рецептура, старение, выбор

/polymer-engineering-calculator

Калькулятор коррозии

Расчёты коррозии: скорость, катодная защита, покрытия, гальваническая коррозия, ресурс трубопровода

/corrosion-calculator

Калькулятор композитных материалов

Расчёты композитов: правило смесей, ламинат, прочность Tsai-Hill, объём волокна, автоклав

/composite-materials-calculator

Калькулятор трибологии

Расчёты трибологии: трение, износ, смазка, подшипники, контактное давление, температура

/tribology-calculator

Калькулятор экструзии

Расчёты экструзии: производительность, фильера, шнек, охлаждение, тяговое устройство, себестоимость

/extrusion-calculator

Калькулятор керамики

Расчёты керамики: шихта, обжиг, усадка, прочность, глазурь, плотность и пористость

/ceramics-calculator

Калькулятор ПЛК (программируемых контроллеров)

Расчёты для ПЛК: выбор контроллера, таймеры, масштабирование, память, коммуникации, надёжность

/plc-programming-calculator

Калькулятор промышленного IoT (IIoT)

Расчёты IIoT: устройства, связь, шлюзы, облако, энергопотребление, ROI

/industrial-iot-calculator

Калькулятор надёжности

Расчёты надёжности: Вейбулл, системная надёжность, испытания, анализ отказов, резервирование

/reliability-calculator

Калькулятор строительной механики: балки, колонны, армирование и ветровая нагрузка

Расчёты строительной механики: изгиб балки, момент инерции, устойчивость колонны (Эйлер), армирование по СП 63, ветровая нагрузка по СП 20.

/structural-engineering-calculator

Геотехнический калькулятор: несущая способность грунта, осадка и откосы

Геотехнические расчёты: несущая способность грунта (СП 22), осадка фундамента, давление грунта (Кулон/Ренкин), устойчивость откоса, сваи (СП 24).

/geotechnical-calculator

Калькулятор водоподготовки: коагуляция, хлорирование, фильтрация и осмос

Расчёты водоподготовки: доза коагулянта, хлорирование, скорость фильтрации, умягчение, обратный осмос, индексы Ланжелье и Ризнера.

/water-treatment-calculator

Калькулятор гидроэнергетики: мощность ГЭС, турбины и малые ГЭС

Расчёты гидроэнергетики: мощность ГЭС (P = ρgQHη), выбор турбины (Пельтон/Фрэнсис/Каплан), малые ГЭС, AEP, гидрология.

/hydropower-calculator

Калькулятор накопителей энергии

Расчёты систем накопления энергии: аккумуляторы, ГАЭС, маховики, водород, тепловые накопители

/energy-storage-calculator

Калькулятор SCADA-систем

Расчёты SCADA: теги, серверы, сеть, архив, лицензирование, надёжность

/scada-calculator
ТЕГИ:#Инженерия#Материаловедение#инженерия#техника#расчёт#проектирование#литьё под давлением#термопласт#пресс-форма#цикл#ПТР#полимер#ABS#калькулятор#бесплатно#онлайн