Литье пластмасс под давлением

Раздел: 

Литье пластмасс под давлением применяют преимущественно для изготовления изделий из термопластов. Осуществляют под давлением 80-140 МПа (800-1400 бар) на литьевых машинах поршневого или винтового типа, имеющих высокую степень механизации и автоматизации. Литьевые машины осуществляют дозирование гранулированного материала, перевод его в вязкотекучее состояние, впрыск (инжекцию) дозы расплава в литьевую форму, выдержку в форме под давлением до его затвердевания или отверждения, размыкание формы и выталкивание готового изделия. При переработке термопластов литьевую форму термостатируют (температура ее не должна превышать температуры стеклования или температуру кристаллизации), а при переработке  реактопластов нагревают до температуры отверждения. Давление литья зависит от вязкости расплава материала, конструкции литьевой формы, размеров литниковой системы и формуемых изделий. Литье при сверхвысоких давлениях (до 500 МПа) уменьшает остаточные напряжения в материале, увеличивает степень ориентации кристаллизующихся полимеров, что способствует упрочнению материала и обеспечивает более точное воспроизведение размеров деталей.

Давление в литьевой форме при заполнении расплавом полимера повышается постепенно (в конце выдержки под давлением достигает 30-50 % от давления литья) и распределяется по длине оформляющей полости неравномерно вследствие высокой вязкости расплава и быстрого ее нарастания при охлаждении или отверждении.

Литье пластмасс под давлением позволяет изготовлять детали массой от долей грамма до нескольких килограммов. При выборе машины для формования изделия учитывают объем расплава необходимый для его изготовления, и усилие смыкания, требующееся для удержания формы в замкнутом состоянии в процессе заполнения расплавом оформляющей полости.

Для выравнивания давления и улучшения условий заполнения формы применяют литье пластмасс под давлением с предварительным сжатием расплава, инжекционное прессование, литье пластмасс под давлением с наложением механических колебаний и др. методы.

Литье пластмасс под давлением с предварительным сжатием расплава осуществляют на литьевой машине, сопловый блок которой снабжен краном. При закрытом кране производят сжатие расплава полимера в нагревательном цилиндре машины до давления литья. После открытия крана расплав под высоким давлением с большой скоростью заполняет полость литьевой формы и дополнительно нагревается за счет работы сил трения. Для предотвращения механодеструкции полимерного материала скорость течения литьевого расплава по литниковым каналам иногда ограничивают. Предварительное сжатие расплава позволяет в 1,5-2 раза уменьшить время заполнения формы и увеличить путь течения расплава до момента его застывания, что позволяет отливать длинномерные тонкостенные детали.

Инжекционное прессование отличается от обычного литья под давлением тем, чтовпрыск дозы расплавленного полимерного материала производят в неполностью сомкнутую форму. Уплотнение материала осуществляют при окончательном смыкании формы (прессование). Метод позволяет получать как очень тонкостенные, так и толстостенные детали из термо- и реактопластов. Изделия, изготовленные этим методом, имеют меньшую анизотропию (зависимость физических свойств вещества от направления) механических свойств и меньшую усадку.

Литье пластмасс под давлением с наложением механических колебаний применяют для изготовления изделий из полимерных материалов, расплавы которых обладают ярко выраженными свойствами псевдопластичных жидкостей. Воздействие механических колебаний вызывает резкое снижение вязкости таких расплавов, в результате чего уменьшается время заполнения формы и происходит более равномерное распределение давление по длине оформляющей полости.

Интрузия – метод формования толстостенных изделий на винтовых литьевых машинах, объем впрыска которых может быть значительно меньше объема формуемого изделия. В процессе заполнения формы литьевая машина работает в режиме экструдера, нагнетая расплав полимера через широкие литниковые каналы в оформляющую полость при сравнительно невысоком давлении; после заполнения формы винт (шнек) под действием гидроцилиндра движется как поршень вперед и подает в форму под более высоким давлением количество расплава, необходимое для оформления детали и компенсации усадки материала.

Pim-Технология. Новый процесс формирования сложных изделий, изготавливаемых из керамических или металлических порошковых материалов. Технология литья под давлением порошковых материалов все чаще используется при изготовлении сложных деталей промышленного или бытового назначения. Наряду с другими технологическими процессами формовки, такими, как прецизионное литье, литье порошковых материалов широко применяется при осевом или изостатическом формовании. Детали, изготовленные из керамического или металлического порошкового материала, находят применение в автомобилестроении, станкостроении, при производстве магнитов, в текстильной промышленности, в часовой промышленности, для производства товаров народного потребления, в прецизионных механизмах, в медицине, стоматологии и фарфоровой промышленности. В принципе, все материалы, представленные в форме спекаемого порошка могут быть смешаны с соответствующим пластикатом и переработаны на литьевой машине. В качестве наиболее часто встречающихся следует упомянуть металлические порошки, а также порошковые оксиды, карбиды и силикаты. Для переработки металлических или керамических порошковых материалов требуется осуществить перемешивание порошкового основания и пластиката, обеспечив таким образом гомогенизацию смеси, после чего (с помощью специального экструдера) получить гранулированный материал. Этот гранулят, иными словами сырье, подготовленное для литья под давлением, пластифицируется в цилиндре пластикации ТПА (термопластавтомата), а затем впрыскивается в прессформу. Из полученной детали сначала удаляется пластикат - связующее вещество, после чего полученная заготовка подвергается термической обработке в специальных печах спекания. Литье металлических и керамических материалов становится экономически эффективным, когда сложные детали высокой точности исполнения требуется производить в больших количествах. Строгая последовательность литьевого рабочего цикла и стабильность процесса позволяют производить первичные заготовки из порошковых материалов. Детали с внутренними резьбами, выемками сложной формы и высоким качеством поверхности могут производиться быстро и качественно на термопластавтоматах в ручном или автоматическом режимах.

Мультикомпонентное литье. Задачей мультикомпонентного литья является автоматическое производство изделий из более чем одного полимерного компонента в рамках одного рабочего цикла. В данном процессе каждый цвет или компонент четко разграничен друг от друга; последующий компонент впрыскивается поверх предыдущего -как это имеет место в случае изготовления автомобильной оптики или рамочных компонентов с интегрированными элементами индикации. Мультикомпонентное (многоцветное) литьё может предусматривать два, три или четыре компонента. При этом значительно увеличивается сложность конструкции прессформы. Для сложных конфигураций стыковки компонентов часто используют прессформы с поворотными модулями.

Индексный поворотный механизм, необходимый для этих типов задач, может представлять собой как модуль, интегрированный в прессформу, так и устройство, смонтированное на самой машине. В зависимости от конструкции прессформы, можно поворачивать либо целую половину формы, либо лишь одну внутреннюю плиту формы.

Литье с газом – подходящий способ изготовления толстостенных изделий из пластмасс. При литье крупногабаритных изделий, таких как бамперы и панели приборов автомобилей, корпуса телевизоров, мониторов, литье пластмасс с газом позволяет получать высококачественные детали, применяя меньшие усилия смыкания термопластавтоматов. При литье с газом, как правило, используют стандатные литьевые машины, что и является секретом популярности данной технологии. Литье с газом позволяет использовать ТПА с небольшим усилием смыкания, что приводит к отличным экономическим результатам при литье больших изделий.

Обычно, при литье под давлением, уплотнение полимера в прессформе происходит за счет давления, создаваемого на стадии выдержки полимерного материала под давлением в гидроцилиндре узла впрыска термопластавтомата. Если изделие толстостенное, то зачастую на утолщениях – в конструкционных узлах изделия, например, напротив ребер жесткости или закраин, появляются утяжины. Неравномерное уплотнение полимера приводит к неравномерности усадочных процессов, а, следовательно, к короблению готового продукта и вызывает повышенные остаточные напряжения.

В случае применения литья пластмасс с газом, уплотнение полимера достигается главным образом не за счет за счет давления выдержки, а за счет давления газа (50-200 атм). В качестве газа чаще всего используют азот, который относительно дешев и доступен. Кроме того, азот инертен к большинству химических соединений. Газ в формообразующую полость прессформы поступает либо из баллонов, либо из генераторов азота. Технология литья пластмасс с газом помогает производить изделия с высокой стабильностью размеров, хорошим качеством поверхности, минимумом утяжин и короблений, и все это при значительной экономии полимерного материала.

Главным образом, существуют две разновидности технологий литья с газом.

1) Технологии, в которых газ подается в расплавленный полимер и формирует полости внутри расплава (международное название - GAIM или GAM).

2) Технологии, в которых газ подается в полость формы для получения стороннего давления на отливку (международное название - external gas molding).

Оба варианта имеются свои области применения, но почти всегда могут быть применены на одном и том же оборудовании.

В свою очередь, технологии с подачей газа в расплав полимера (первый тип) подразделяются на несколько разновидностей, которые могут быть классифицированы по особенностям проведения технологического процесса, по месту подачи газа, по типам получаемых изделий:

1. Литье пластмасс с газом, используя неполный впрыск материала - (международное название - blow up process, short shut process);

2. Литье пластмасс с газом с полным впрыском полимерного материала – полное заполнение формообразующей полости полимером перед подачей газа ( международное название - overflow process/side cavity process/spill-over process);

3. Литье пластмасс с газом с полным впрыском с последующим вытеснением расплава обратно в цилиндр литьевой машины (международное название - push back process);

4. Литье пластмасс с газом, используя точечный впрыск газа в некоторые области изделия для избегания утяжин (международное название - compensation process);

5. Литье пластмасс с газом со смещением знаков прессформы (международное название - core-pull process).

Принцип второго типа технологии литья с газом заключается в том, что после впрыска пластика в полость формы подается газ. В остальном литье производится в обычном режиме. Газ в этом случае подается между стороной изделия, противоположной лицевой  и стенкой прессформы. Данная технология также позволяет получить хорошую лицевую поверхность изделия, однако в этом случае страдает поверхность обратной стороны изделия, со стороны которой действует давление газа, которая получается неровной. Кроме того, в этом случае существуют высокие требования к качеству обработки смыкаемых поверхностей полуформ, которые должны точно прилегать друг к другу для избегания утечек газа.