Литье под давлением: особенности технологии, достоинства и область применения

Машина для литья под давлением (иллюстрация компании Rutland Plastics)

При разработке серийного продукта для рынка электроники вам понадобится корпус. И, скорее всего, он будет сделан из пластика. Для макетирования пластиковых деталей и создания прототипа корпуса используется 3D-печать, а для серийного производства — литье под давлением.

Технология литья под давлением — один из важнейших пунктов на пути продукта на рынок электроники. Поэтому независимо от наличия технического образования, вам стоит разобраться в сути этого процесса хотя бы на базовом уровне. Все знают, что при разработке нового устройства самая затратная задача — это проектирование электроники, но не все понимают, что при постановке на производство большую часть бюджета на себя перетянет пластиковый корпус.

Это связано прежде всего с высокой стоимостью оснастки или так называемых пресс-форм. На практике стоимость форм для отливки корпуса становится одной из главных статей затрат при выводе нового продукта на рынок.

Основы литья под давлением

Литье под давлением — это относительно старая технология, она используется с конца 1800-х годов. В инжекторно-литьевых машинах
установлен огромный винт (шнек), который направляет расплавленный пластик в пресс-форму под высоким давлением. Этот метод винтовой передачи был изобретен в 1946 году, и используется до сих пор.

Машины для литья под давлением — это, конечно, не то же самое, что современные высокотехнологичные аппараты для 3D-печати. В них нет ничего инновационного, но использование литья под давлением — это обязательное условие для создания большинства новых «железячных» продуктов.

Литьевая пресс-форма состоит из двух половинок (матрицы и пуансона

), которые при смыкании образуют полость в форме нужной детали. В нее под высоким давлением заливают горячий жидкий пластик.

Высокое давление необходимо для того, чтобы пластик в вязкотекучем состоянии заполнил каждый уголок в полости пресс-формы.

Когда пластик остывает, две половинки пресс-формы раздвигаются, и из них извлекают готовую деталь корпуса.

Разработка дизайна и конструкции корпуса для серийного производства — это довольно сложная задача, а стоимость самих пресс-форм исчисляется десятками тысяч долларов. При этом литье под давлением остается одной из самых востребованных технологий, потому что только оно позволяет производить миллионы идентичных деталей по невероятно низкой цене за штуку.

Сферы применения

Технологический процесс отливки под нагрузками позволяет получать отливки с высоким показателем прочности. Благодаря воздействию высокого давления из изделия выходят пузырьки воздуха, что положительно сказывается на механических свойствах материала. Применение данной технологии:

• изготовление карбюраторов для автомобилей;
• создание сантехнических деталей;
• изготовление частей для бытовых приборов.

Литье под нагрузками применяется при изготовлении деталей для компьютеров, различной электроники.

Стоимость пресс-форм

Оснастка стоит дорого. А для производства большинства устройств требуется несколько пресс-форм, поэтому общая стоимость может оказаться весьма значительной. И чем больше деталей требуется произвести с помощью конкретной формы, тем дороже она будет стоить.
Это связано с тем, что «долгоживущая» пресс-форма должна работать в невероятно жестких условиях. Раз за разом она подвергается воздействию высоких температур и давления.

Эти две разрушительные силы работают на износ пресс-формы, пока в какой-то момент не появляются первые дефекты отливки.

Для создания стойких литьевых форм используются твердые металлы. Твердость металла зависит от того, сколько отливок нужно изготовить с использованием данной конкретной формы. Оснастку для изготовления 10 тыс. деталей, можно произвести ​​из более мягкого металла, по сравнению с той, что рассчитана на 1 млн деталей.

Например, для производства малых серий (до 10 тыс. шт.) широко используется алюминий. Для более крупных объемов производства переключаются на более твердый металл, например, сталь.

Однако чем тверже металл, тем сложнее сделать саму пресс-форму, и тем выше ее стоимость. Кроме того, для получения стальной оснастки потребуется намного больше времени. Это связано с тем, что литьевые формы создаются путем фрезерования, т.е. для твердой пресс-формы потребуется еще более твердый фрезерный инструмент.

Если компания или стартап без внешнего финансирования реализует проект с небольшим бюджетом, ей стоит попробовать найти производителя, который согласится амортизировать затраты на изготовление пресс-форм.

Например, если пресс-формы стоят 25.000 долларов, можно предложить заводу-изготовителю рассчитаться по следующей схеме: вы платите по доллару за каждую произведенную единицу из первых 25.000 изделий.

Конечно, такая схема сокращает прибыль на единицу продукции, но все же это весьма разумный метод финансирования, особенно по сравнению с банковским кредитом.

Бикомпонентная и мультикомпонентная инжекция

Сутью бикомпонентного и мультикомпонентного литья на ТПА является применение двух или нескольких видов полимера, либо одного и того же пластика, но разных цветов, для производства одного изделия на одном термопластавтомате. Как правило, в случае такого вида литья применяются термопластавтоматы с двумя и более узлами пластикации (пары шнек – материальный цилиндр). Сначала в форму впрыскивается первый компонент, затем в ней тем или иным способом открываются дополнительные полости и происходит доинжекция второго компонента и т.д. В редких случаях компоненты поступаются одновременно. При применении би- и мульти-компонентного (многоцветного) литья пластмасс под давлением технологическая оснастка становится значительно сложнее. Как правило применяются формы с двумя и более раздельными горячеканальными системами. Что касается возможностей переключения с одного компонента на другой, то применяют либо поворотные механизмы непосредственно в прессформе, либо так называемый «поворотный стол» в составе бикомпонентной литьевой машины.

Дизайн для производства (Design for manufcturing, DFM)

Высокая стоимость пресс-форм — это лишь один из недостатков литья под давлением. Второй недостаток — это сложности и ограничения на этапе разработки дизайна и конструкции пластиковых деталей.
Получив идеальный рабочий прототип, изготовленный на 3D-принтере, приходится уделить значительно больше времени и средств, чтобы адаптировать его для литья под давлением.

Ограничения серийного производства стоит учитывать уже на первых этапах разработки. Одни требования к форме отливок, такие как литейные уклоны, можно отложить по крайней мере до создания второго прототипа.

Другие требования, такие как равномерная толщина стенок и поднутрения, нужно реализовать с самого начала.

Литьевой уклон

Главная задача в работе с деталями, изготовленными за счет литья под давлением — правильно изъять их из формы. Как только пластик остынет, две половинки формы открываются, и мы получаем новую отлитую пластиковую деталь.
Любой 3D-дизайн для литья под давлением должен включать литьевой или технологический уклон для заполнения пресс-формы и беспрепятственного извлечения готового изделия. Литьевой уклон — это по сути небольшой угол наклона, который добавляется к любым вертикальным поверхностям, совпадающих с направлением извлечения изделия из пресс-формы. В большинстве случаев достаточно 1–2 градусов.

Примеры верной реализации поднутрения. Изображение предоставлено ICO Mold.

Некоторые эксперты считают, что поднутрения нужно реализовать в 3D-модели с самого начала.

И хотя учет поднутрений на раннем этапе разработки важен, он создает ненужные осложнения при создании первых прототипов. Поэтому лучше добавлять их в проект, когда вы будете полностью уверены в своем прототипе. Т.е. в большинстве случаев поднутрения стоит добавлять после первой или второй версии прототипа.

Выталкивающие штифты

Выталкивающие штифты или толкатели
используются для удаления пластиковых деталей из пресс-формы. Как следует из названия, это небольшие цилиндрические штифты, которые выталкивают деталь из формы.

У толкателей нет стандартного положения, поэтому придется продумать, где они будут располагаться. В идеале они должны располагаться в самой прочной части отливки, чтобы предотвратить ее деформацию при извлечении из пресс-формы.

Стоит учитывать, что выталкивающие штифты, как правило, оставляют небольшие отметки на изделии. Если вы внимательно посмотрите на большинство пластиковых деталей, то сможете увидеть эти крошечные круглые метки, которые появляются в процессе выталкивания отлитой формы.

Это стоит учитывать при разработке продукта. Постарайтесь сделать так, чтобы толкатели соприкасались с отливкой в местах, которые не критичны для внешнего вида продукта. Можно даже попытаться скрыть метки толкателя под этикеткой или логотипом.

Двойной ход толкания

Некоторые пластиковые детали невозможно извлечь из простой двухкомпонентной формы в один прием, в таких случаях используют наклонные толкатели и механизм двойного выталкивания.
Наклонный толкатель — это составная часть пресс-формы, которая вставляется до начала отливки, а затем извлекается до раскрытия основных частей формы. Наклонный толкатель двигается перпендикулярно к направлению движения двух полуформ.

Стоит приложить все усилия, чтобы не использовать механизм двойного выталкивания, поскольку он значительно увеличивает сложность и стоимость пресс-формы.

Один из основных приемов, который позволяет отказаться от двойного выталкивания — отказ от использования поднутрений. Поднутрение — это выступ или углубление на поверхности отливки, препятствует выталкиванию изделия из пресс-формы за один ход толкания.

Ситуацию с поднутрениями зачастую можно исправить так: добавляем паз (прорезь) под выступом и используем единичное выталкивание вместо двойного.

В конструкции 1 из-за поднутрения потребуется двойной ход толкания. Паз в конструкции 2 позволяет отказаться от двойного выталкивания и снять деталь с пресс-формы за один ход. Изображение предоставлено Proto Labs.

Равномерная толщина стенки

Одна из важных особенностей литья под давлением, которая оказывает огромное влияние на дизайн устройства — это требование к равномерной толщине стенок отливки. Оно связано с тем, что залитый в форму пластик должен остывать с одинаковой скоростью по всей поверхности детали. При неравномерном охлаждении деталь может деформироваться.
Поэтому при разработке корпуса для литья под давлением вместо более толстых секций используются ребра. Корректное проектирование детали с равномерной толщиной стенок определенно требует опыта.

Использование двойного хода толкания и неравномерной толщины стенок отливки — это две самые распространенные ошибки 3D-дизайнеров, которые не знакомы с техническими ограничениями литья под давлением.

Стоит удостовериться в том, что 3D-моделирование вашего устройства выполняет специалист, который знаком с этой технологией.

Примеры конструкций с одинаковой толщиной стенки. Изображение предоставлено ICO Mold.

Радиус / закругление углов

Идеальные углы и края деталей непрактичны для литья под давлением. Расплавленный полимер не сможет равномерно и полностью заполнить всю форму с острыми краями даже в условиях высокого давления. По крайней мере, не стоит на это надеяться при больших объемах производства.

Пример правильной конструкции угла. Изображение предоставлено ICO Mold.

Все края и углы должны быть закруглены или скошены, чтобы полимер заполнил их равномерно и полностью.

Холодные каналы против горячих каналов

Холодноканальная / горячеканальная подача пластика
— это варианты литниковой системы, которая направляет расплавленный полимер в полости пресс-формы.

Широкий литниковый канал позволяет полимеру свободно течь при более низких давлениях. Однако широкие каналы требуют больше времени на охлаждение пластика и создают больше отходов производства, оба эти параметра влияют на себестоимость детали.

С другой стороны, узкий литниковый канал сокращает время охлаждения и уменьшает перерасход материала, и, в конечном счете, минимизируют стоимость отливки. Однако у него есть недостаток: для узкого канала требуется более высокое давление, чтобы протолкнуть расплавленный полимер в форму.

Существует решение, которое позволяет использовать узкие каналы при невысоком давлении — горячеканальная литниковая система.

Прямо в пресс-форму вдоль каналов устанавливают нагревательные элементы, которые поддерживают полимер в более жидком состоянии, благодаря им пластик заполняет пресс-форму при более низком давлении.

К сожалению, за все приходится платить, и у горячих каналов тоже есть свои недостатки: дополнительная сложность при изготовлении оснастки, которая всегда выливается в дополнительные затраты.

В большинстве случаев, по крайней мере, изначально, лучше использовать каналы без нагревательных элементов, т.е. холодноканальную литниковую систему. Всегда стоит начинать с самого простого и недорогого решения.

Линия разъема формы

Если вы внимательно рассмотрите любую пластиковую деталь, то увидите так называемую линию разъема. Она будет расположена в месте соединения двух частей пресс-формы.
Это место сопряжения двух полуформ никогда не бывает идеальным, по контуру всегда вытекает немного полимера. По мере старения и износа пресс-формы эта утечка становится все более заметной.

Очень важно выбрать оптимальное место для линии разъема. В идеале она должна размещаться на невидимой части устройства.

9.3. ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ

При центробежном литье заполнение формы жидким металлом и его кристаллизация происходят под воздействием центробежных сил. Эту технологию в машиностроении используют в основном для изго­товления отливок, которые являются телами вращения (кольца, втулки, гильзы, трубы, вальцы и т. п.). При этом преследуют цели обеспечить лучшую заполняемость формы, получить более плотную отливку, из­готовить отливки из сплавов с низкой жидкотекучестью. Для изготов­ления фасонных отливок центробежный способ применяется срав­нительно редко, за исключением литья тонкостенных деталей из тита­новых сплавов.

Литые ювелирные изделия изготавливают исключительно центро­бежным способом.

Рассмотрим, какие силы действуют на металл при центробежной заливке.

Из гидравлики известно, что напряженность поля центробежных сил q определяется центробежной силой, приходящейся на единицу объема вращающегося металла, и выражается формулой

шгт

q-p—.

где р — плотность металла, г/см ; ш — угловая скорость вращения, с»1; г — радиус вращения произвольной точки, см; д — ускорение силы тяжести (981 см/с2).

Согласно принципу эквивалентности воздействие центробежных сил на какую-либо систему физически тождественно действию сил тяжести. На этом основании действующие на металл центробежные

силы можно заменить силами тяжести равной величины и того же направления, а сам металл считать соответственно утяжелившимся. На том же основании величину g можно рассматривать как плотность вращающегося металла. Величину q называют эффективной плотностью, а отношение G = w гт/д, являющееся коэффициентом пропорциональности между величинами р и q называют гравита­ционным коэффициентом.

Численное значение гравитационного коэффициента при центро­бежном литье колеблется от нескольких единиц (при литье фасонных отливок) до нескольких сотен (при изготовлении полых цилиндров в металлических формах).

В соответствии с положениями гидравлики удельное давление на стенку сосуда, развиваемое вращающейся в нем жидкостью, определя­ется уравнением

,-£,г>-,Ь

где г и т I — соответственно наружный и внутренний радиусы отливки. Из этого уравнения следует, что во вращающемся металле давление изменяется пропорционально квадрату расстояния рассматриваемой точки от оси вращения и что на свободной поверхности металла (г) при любой скорости вращения избыточное давление равно нулю.

Центробежные силы увеличивают развитие ликвационных процес­сов особенно если компоненты сплавов взаимно нерастворимы и не образуют друг с другом ни эвтектических смесей, ни химических соединений. Например, в свинцовистой бронзе при неправильно назна­ченных технологических режимах ликвация проявляется настолько резко что весь содержащийся в сплаве свинец сосредоточивается на наружной поверхности. Если же компоненты в сплаве взаимно раство­римы, то процесс ликвации в таких сплавах ограничивается обогаще­нием внутренних слоев отливки менее плотными структурными составляющими и примесями.

Во внутренних слоях толстостенных чугунных отливок наблюдается повышенное содержание свободного углерода, сернистого марганца, фосфидной эвтектики. В стальных отливках концентрируются оксиды, нитриды, силикатные включения. Внутренняя зона отливок из медных сплавов часто обогащается оловом, цинком, алюминием, кремнием.

Для центробежного литья применяются машины с горизонтальной (рис 9 7) и вертикальной (рис. 9 осями вращения.

Сравнительно мелкие цилиндрические отливки, как правило, изго­тавливают на шпиндельных машинах с горизонтальной осью вращения, форму крепят на шпинделе консольно.

Массивные отливки, например артиллерийские стволы, получают на роликовых машинах.

В машинах с вертикальной осью вращения исключается применение заливочных устройств, которые для машины с горизонтальной осью необходимы.

На рис. 9.9 показана схема изготовления фасонных отливок центро­бежным способом в металлических (а) и песчаных (б) формах.

Одноместная и многоместная пресс-формы

На определенном этапе производства появляется возможность сокращения времени отливки за счет многоместных пресс-форм (их еще называют многогнездными). Они используются для увеличения скорости производства и снижения себестоимости заготовок.
Многоместные пресс-формы, как понятно из названия, позволяют создавать несколько копий одной детали за счет одной заливки полимера. Только не стоит использовать эти формы на старте, пока процесс не отлажен и еще не созданы идеальные отливки из одноместных форм. Целесообразно выпустить как минимум несколько тысяч единиц изделий до перехода на многоместные формы.

Как правило, предприниматели с ограниченным бюджетом по-максимуму используют свои одноместные формы, если только сам производитель не финансирует изготовление их пресс-форм.

Литье с газом

Для литьевого производства очень толстостенных изделий из полимеров практически единственной подходящей технологией является инжекция с газом. Переработка пластиков этим способом производится на стандартных машинах, но с использованием адаптированных прессформ и специального модуля для генерации газового впрыска, подключенного к термопластавтомату. Суть процесса в общем случае сводится к доставке неполной дозы полимерного материала в формообразующую полость с последующим впуском сжатого под давлением 5-20 МПа газа в массу расплава через специальные инжекторы. Газ уплотняет пластик «изнутри» и прижимает его к стенкам формы. Таким образом получается полностью отформованная деталь с пустотами внутри. Впрыск с газом может применяться в частности для компенсации утяжин при большой разнотолщинности изделия. Кроме того, немаловажно, что ЛпД с газом производится при пониженном давлении расплава в форме, что позволяет использовать ТПА с меньшими усилиями смыкания, чем при стандартном процессе.

Семейные пресс-формы

В большинстве случаев для каждой отдельной пластиковой детали в составе устройства используется отдельная форма. Для корпуса понадобится как минимум две части: верхняя и нижняя.
Но для большинства продуктов потребуется больше двух деталей из пластика. Пресс-формы очень дороги, а покупка нескольких пресс-форм сразу — это серьезное финансовое препятствие, поэтому нужно стремиться к минимальному количеству пластиковых деталей.

Альтернативный вариант минимизации необходимых пресс-форм — использование специального типа многоместных пресс-форм, так называемых семейных. Семейная пресс-форма позволяет объединить несколько различных деталей в одной отливке.

В то время как типичная многоместная (многознездовая) форма создает несколько копий одной и той же детали, семейная форма создает разные детали.

Звучит хорошо, правда? К сожалению, не всё так просто, за всё приходится платить. Основная проблема с семейными формами заключается в том, что каждая деталь в них должна быть примерно одинакового размера.

В противном случае одна из полостей пресс-формы заполнится расплавленным полимером раньше других. Семейные формы должны проектироваться таким образом, чтобы все полости заполнялись полимером с примерно одинаковой скоростью. Это явно ограничивает возможности их применения. Маловероятно, что все детали корпуса будут сходного размера.

Параметры впрыска полимерного материала при ЛпД

Давление, развиваемое при впрыске ТПА, зависит от нескольких параметров:

• вязкости расплавленного полимера,
• особенностей литниковой системы, в частности наличия холодного или горячего канала,
• конструкции прессформы,
• конструкции пластикового изделия и места впуска расплава.

Давление в прессформе при впрыске расплавленной полимерной массы растет по мере заполнения формообразующей полости и дальнейшей выдержки отливки. При этом, как правило, величина заданного давления выдержки достигает 30-50 процентов от заданной величины параметра. Эти параметры на современных термопластавтоматах задаются в системе управления и реализуется при помощи гидравлической (реже самой современной – электрической) системы литьевой машины.

Выбор материалов

Сегодня в нашем распоряжении оказалось невероятное разнообразие полимеров в различными характеристиками. Два самых распространенных полимера в производстве электроники — поликарбонат (ПК / PC) и АБС-пластик (ABS /акрилонитрилбутадиенстирол).
Поликарбонат обладает гораздо более высокой устойчивостью к ударам и на вид кажется более качественным по сравнению с АБС. Однако ПК, конечно, дороже АБС.

Поликарбонат — самый популярный пластик в изделиях более высокого класса, его любят за прочность и эстетичный внешний вид.

Если качество поверхности имеет решающее значение для нового продукта, то лучше остановить свой выбор на ПК. Если же продукт рассчитан на низкую ценовую категорию, то лучше выбрать АБС.

Каскадное литье (с запорными клапанами)

Этот вид переработки завоевывает все большую популярность ввиду того, что при относительно невысоких вложениях можно радикально улучшить качество выпускаемых изделий. Каскадный впрыск возможен только с применением горячеканальных прессформ особого типа и отличается от стандартного наличием горячеканальной системы с запорными клапанами. Управление клапанами может быть пневматическое, гидравлическое и новейшее – электрическое и осуществляется при помощи специальных приборов. Каскад позволяет управлять инжекцией полимера в форму по желанию оператора ТПА. Таким образом можно избежать спаев, следов течения полимерного материала, пригаров и многих других видов брака при ЛпД.

Где работать с пресс-формами?

Где лучше производить пластиковые детали для своего устройства: на родине или в Китае? В большинстве случаев лучше начать работу с местным производителем в своей стране (если только вы не живете в стране, где промышленность развита очень слабо).
Затем, когда объемы превысят 10 тыс. штук, для снижения затрат можно переходить к китайскому производителю.

Китай — это просто идеальный выбор для крупносерийного производства. Только не стоит там затевать первичную разработку и отладку процесса. С местными производителями любые вопросы можно будет решить гораздо проще и быстрее.

Первый запуск и первые ошибки делать на местном уровне, а затем перемещать производство в Китай.

Примечание переводчика: важно учитывать, что перевозка пресс-формы из одной страны в другую (а тем более в Китай из Европы) — это сложная и дорогая затея. Поэтому мы выбираем для своих клиентов местных производителей прототипов, а серию — если она в сумме будет крупная — сразу размещаем в Китае с расчетом на амортизацию формы за несколько итераций производства. Ведь если запустить серийное производство у местных производителей, то и пресс-форма будет местная, а ее перевозка в Китай или создание второй формы в Китае себя не оправдает.

По газифицируемым моделям

Получение формы происходит за счет неизвлекаемой модели, и заливка металла производится в неразъемную форму. При этом модель получают из пенопласта вспениванием при высокой температуре. При литье металла в форму, пенопластовая модель полностью выгорает, освобождая внутренний объем.

Если модели для мелких деталей можно получить вспениванием состава, то крупные вырезают из склеенных плит. Резка производится вручную. Для этого используется нихромовая проволока. Поданное напряжение разогревает проволоку, что облегчает резку.

Также модель может вырезаться на фрезерных или гравировальных станках с числовым программным управлением по заданному алгоритму. Подготовленная модель красится и дополнительно покрывается термостойким составом.

Формовка при ЛГМ производится двумя методами. В первом случае для отливок несложных форм используются вибрационные столы, на которых происходит уплотнение формовочной смеси с использованием опок. Затем на опоку укладывается крышка и монтируется литниковый приемник.

Во втором случае, когда изделие имеет сложную геометрию, формовку проводят под вакуумом. Чтобы закрытая форма не разрушилась, она подвергается действию пониженного давления вплоть до окончания заливки. Значение вакуумического давления невелико – порядка 4-5 ГПа.

Заготовки для литья по газифицируемым моделям

Температура разливаемого металла значительно выше, чем начало газификации пенопласта (560 °С). Газы, выделяемые пенопластом, из формы легко удаляются вакуумной системой. При этом отсутствует задымленность рабочей зоны.

В качестве основного достоинства этого метода отмечают высокое качество отливок, которое можно получить литьем в обыкновенный или облицованный кокиль. Возможным это стало из-за того, что форма цельная.

Литье по газифицируемым моделям

На современном этапе литье по выжигаемым моделям применяется для отливки:

• крупных и средних изделий на мелкосерийном производстве;
• заготовок со сложной конфигураций и весом до 50 кг, к которым предъявляются требования повышенной точности размеров, на среднесерийном и крупносерийном производстве.

Утяжины

Утяжины представляют собой местные углубления на поверхности изделия, связанные с неравномерным охлаждением отдельных участков изделия. Утяжины образуются за счет местных утолщений на обратной стороне изделия (ребра жесткости, бабышки, изменение толщины стенок).

Основной способ устранения утяжин – это правильное проектирование форм. Не рекомендуется размещать утолщения (ребра жесткости, бабышки и пр.) на обратной стороне видовых наружных поверхностях изделия.

Чистота обработки формы подчеркивает утяжины. Чем выше чистота обработки формы, тем яснее проявляются все световые эффекты и все мельчайшие неровности (углубления) поверхности.

Поэтому, если расположение утолщений избежать невозможно, то их отрицательное влияние может быть сглажено созданием матовой поверхности или, так называемой, “шагреневой кожи”. Для этого делают специальные рифления на поверхности формы, которые при формовании отпечатываются на поверхности изделия.

Регулирование технологических параметров так же способствует уменьшению утяжин. Для уменьшения утяжин понижают температуру материала Тл

и температуру формы
Тф
. Уменьшению утяжин способствует повышение давления литья
Рл
и времени выдержки под давлением tвпд
, т.к.
увеличивается подпитка материалом формы и компенсируется усадка материала в результате охлаждения. С целью уменьшения утяжин повышают объемную скорость впрыска
Q.
Для выбора наиболее эффективного параметра (Тл

или
Рл)
для уменьшения утяжин необходимо оценить расположение утяжин по отношению к впуску.

Утолщение может быть близко расположено к впуску. В этом случае целесообразно устранить утяжину снижением температуры материала Тл,

т.к. давление, возникающее в этой точке в период подпитки достаточно велико, чтобысформировать качественную поверхность изделия.

Если утолщение расположено достаточно далеко от впуска, то давления в точке Б может не хватить, чтобы компенсировать температурную усадку материала. Давление в т.Б меньше, чем давление в точке А в результате возникающего перепада давления по длине формы. В этом случае целесообразно увеличить давление литья

Основные узлы инжекционно-литьевой машины

• Узел впрыска. Материальный цилиндр и шнек – здесь находится расплавленный полимер, с помощью шнека точно выверенный объем сырья впрыскивается в ПФ. Бункер – в нем хранится достаточный объем сырья, для обеспечения непрерывной работы оборудования;
• Гидравлическая система. Масляный бак, гидравлические цилиндры и двигатели, система шлангов – создают необходимое давление в гидравлической системе ТПА, обеспечивая движение основных механизмов машины.
• Узел смыкания (запирания) состоит из мобильных и неподвижных плит, коленно-рычажного механизма (для горизонтальных моделей);
• Система выталкивания позволяет автоматически извлекать готовые изделия из пресс-формы;
• Управляющая электроника – позволяет точно контролировать процесс литья, устанавливая все технологические параметры.
• Основание (станина) служит базой, на которой крепятся все остальные узлы.

Гранулы полимерного сырья нагреваются одновременно за счет нагревательных элементов, установленных на материальном цилиндре, так и за счет тепла, выделяющегося при трении гранул пластика при вращении шнека.

Особенности и назначение узлов пластикации различного типа

В соответствии с методом пластикации материала литьевые машины можно классифицировать по следующим признакам:

по конструктивному оформлению (одно- и двухцилиндровые);

по числу шнеков в одном цилиндре (одно- и двухшнековые);

по конструктивно-технологическому (машины без предварительной пластикации и с предварительной пластикацией).

Наиболее компактными, технологичными и обеспечивающими возможность регулирования основных параметров литья в широких интервалах являются одноцилиндровые конструкции шнекового типа (рис. 1). В таких конструкциях при пластикации шнек вращается, а при инжекции совершает поступательное движение.

Одноцилиндровую конструкцию одношнекового типа применяют для литья широкого круга изделий, в том числе для изготовления толстостенных изделий. Двухцилиндровые конструкции одношнекового типа позволяют получать двухцветные толстостенные изделия.

Одноцилиндровые конструкции двухшнекового типа используют для переработки порошкообразных полимеров.

В машинах без предварительной пластикации шнек наряду с обеспечением пластикации расплава выполняет роль поршня при впрыске расплава в форму; при этом время пластикации совмещено частично с временем впрыска.

В машинах с предварительной пластикацией полимер пластицируется в пластикационном цилиндре, после чего впрыскивается в форму при перемещении поршня (шнека) в инжекционном цилиндре, т. е. стадии пластикации и впрыска разделены.

В настоящее время применяют двухцилиндровые конструкции с пластикационным цилиндром шнекового типа, например, для литья преформ (рис.4).

В этих конструкциях шнек в пластикационном цилиндре вращается, обеспечивая пластикацию полимера, по окончании которой пластицированный полимер перемещается через клапан переключения в инжекционный цилиндр.

Наиболее важный компонент узла пластикации – шнек. Шнек отвечает за транспортирование, разогрев, смешивание и впрыск полимерного материала в форму, а в некоторых случаях и за удаление газов из цилиндра шнека. Обычно используются трёхзонные шнеки (рис. 5) с отношением длины шнека к диаметру (L/D) примерно 20:1±10 %. При применении коротких шнеков качество расплава ухудшается. Более длинные шнеки с соотношением L/D 24:1 и более могут приводить к деструкции ряда полимерных материалов вследствие увеличения времени их пребывания в шнеке.

Рис.4. Двухцилиндровая конструкция поршневого инжекционного узла с

пластикационным цилиндром шнекового типа

Рис. 5. Трёхзонный шнек для переработки термопластов

Основными свойствами полимеров, определяющими профиль шнека, являются характер перехода в вязкотекучее состояние (определяет соотношение длин зон питания и пластикации), термостабильность и чувствительность материала к сдвиговым напряжениям (определяют межвитковый объём и степень сжатия). По этим признакам полимеры можно разделить на три группы. Для каждой из групп применяют специальный шнек.

Продолжение ВЫБОР ЛИТЬЕВОЙ МАШИНЫ часть 2

ПластЭксперт рекомендует:

Статья о том

Литейная машина, кристаллизатор

Литейный стол предназначен для изготовления слитков заданных размеров из алюминиевых сплавов.

предлагает современное литейное оборудование для вертикального литья цилиндрических слитков из алюминиевых сплавов. Оборудование проектируется и изготавливается под заказ согласно техническому заданию клиента.

Данная литейная система состоит из:

— литейного стола с расположенными на нем кристаллизаторами скольжения с тепловыми насадками;

— подвижной платформы для поддонов с затравками;

— поддона с самоцентрирующимися затравками;

— литейная машина подъемного тросового (парашютного) типа.

Основание распределительного блока литейного стола выполняется из толстолистовой стали.

Разливочный лоток футеруется высококачественной огнеупорной керамикой и усиливается по бокам стальными платформами, которые направляют расплавленный алюминий в серию отверстий заданного диаметра. В каждое отверстие встраиваются высокоточные кристаллизаторы скольжения с тепловой насадкой для алюминия со сменными керамическими муфтами с калиброванным отверстием. Кристаллизаторы прикрепляются со стороны дна литейного стола, что обеспечивает легкость при их установке и снятии. Литейная машина сконструирована как короб, во внутреннее пространство которого поступает вода для охлаждения алюминиевых слитков в процессе литья.

Наклон литейного стола при выемке готовых литейных слитков из колодца производится с помощью двух гидроцилиндров, которые прикреплены с боковой стороны литейного стола. К раме стола присоединяется водопровод с поворотными муфтами, который позволяет открывать литейный стол, не разрывая трубопровод.

Подвижная литейная платформа представляет собой сварную конструкцию из толстолистовой стали, на которой установлено эквивалентное (количеству кристаллизаторов литейного стола) количество направляющих затравок. Крепление затравок к платформе обеспечивает их самоцентровку.

Платформа движется вверх/вниз по литейному колодцу и точно фиксируется на литейном столе посредством установочных штифтов, расположенных в каждом углу платформы.

Платформа представляет собой автономную конструкцию, которая поддерживается и направляется посредством четырех стальных тросов и опускается вниз под собственным весом.

Требования по обеспечению производства(#Литье металлов_иннов_обеспечение)

3.1 Используемое оборудование (#Литье металлов_иннов_оборудование)

Для литья металлов пускают в ход разные емкости, которые разделяют на песочные, применяемые только один раз во время оливки, а также многократные. Многоразовые отливочные емкости делают из разных материалов:

• чугуна;
• жаропрочной стали;
• огнеупорной керамики;
• графита.

Широко распространены чугунные кокили и изложницы. При изготовлении продукции из алюминия, меди и других цветных сплавов выполняют металлические формы из чугуна, меди и латуни.

Такое решение было принято давно, оно позволяет легко проводить подготовку материалов к основному процессу. Сам процесс длится недолго, модели выходят высокого качества. При выполнении этой технологии привлечение большого количества рабочих не требуется.

Металлические отливочные емкости бывают открытыми и закрытыми. Открытые – это изложницы, а закрытые – кокили. В закрытых емкостях имеется полость, повторяющая размеры выплавляемой детали. Заливка жидкого металла в них проводится через специальное отверстие.

Оболочковые отливочные емкости используются при заливке сплавов цветных и драгоценных металлов, а также изделий из стали. Для отливки сплавов цветных металлов их делают из порошкообразного диоксида кремния или гипса.

При изготовлении продукции из золота, платины и серебра пресс-форму делают из легкоплавкого материала, который заполняется ртутью, парафином или пластмассой, что позволяет создавать продукт сложной конфигурации небольшой толщины.

Для стали годится только отливка под давлением, так как материал этот хорошей текучестью не обладает.

формовка Ротационная

Ротационная формовка – это довольно техпроцесс простой, имеющий ряд преимуществ, который занимать позволяет этой технологии одно из лидирующих рынке на мест переработки пластмасс.

Такая обработка позволяет пластмассы:

1. Выполнять литье полых деталей.
2. детали Производить с объемом более 35 кубометров.
3. Выполнять сложно детали формы и при этом изменять стенки толщину без изменения формы детали.
4. армирования Возможность пластмассовых изделий металлическими деталями.
5. машины Конструкция позволяет одновременно производить несколько Конструкция.
6. деталей отливаемых деталей может содержать в составе своем клапана, резьбовые соединения и пр.
7. Ротационная Процесс

формовка ротационного литья состоит из нескольких Приготовленный.

1. этапов (просушенный) полимер загружают в форму. правило Как, для ротационной формовки применяют низкого полиэтилен давления.
2. Придание формы изделию в нагрева камере. Камера вращается в двух плоскостях со оборотов 10 скоростью в минуту. Полимер становиться жидким и распределяется равномерно по форме.

По истечении времени, определенного процессом технологическим, на камеру нагрева подают охлаждение. этого Для применяют техническую воду или обдув принудительный воздухом. Между тем вращение того до продолжается момента, пока пластик не застынет. изделие Готовое можно доставать только после как, того изделие остынет и примет окончательную Изделия.

форму ротационной формовки

Методом ротационного производят литья канистры, контейнеры, лодки многую продукцию другую, которая может быть использована и в промышленности, и в быту. Особенности производства некоторых изделий литье Ротационное широко применяют при производстве для емкость жидкостей как воды, так и составов технических. Для производства такой продукции полиэтилен применяют низкого давления (ПНД). Размеры изделий производимых ограничены только размерами самой Своеобразный.

машины мировой рекорд установлен в США, одну за где операцию была изготовлена емкость, 151 вмещающая тысячу литров жидкости.

Принцип формования ротационного

С помощью ротационного литья производят компоненты и емкости, используемые в системах подачи питьевой и воды технической. Дренажных устройствах, системах подачи грузов сыпучих и пр.

Обработка полиуретана на устройствах ротационного Полиуретан

литья применяют во многих машинах и устройствах, широко его применяют в обувной промышленности, при узлов производстве качения и пр. Для обработки полиуретана несколько применяют методов литья. Один из них ротационное это литье полиуретана. Ротационный метод полиуретана обработки позволяет покрывать детали до 8-ми метров в метров и 2-х длину в диаметре. Такой способ нанесения называют покрытия гуммированием. Его твердость составляет 60 – 70 ед. по Для.

Шору гуммирования валов нет необходимости в каких использовании-либо форм. Для нанесения применяют полиуретана специальные дозаторы, подающие материал поверхность на непосредственно вала. Процесс не требует дополнительного Использование. нагрева ротационного метода литья резины – процесс это малоотходен, не требует большого количества Кстати. электричества, для процесса нанесения резины использовать можно модернизированный токарный станок. Ротационное как, оборудование правило, оснащается компьютером, который вращение регулирует барабана, скорость подачи смеси и подачи параметры. Полиуретан подается на вал в виде определенной ленты толщины и поэтому возможно потребуется не проход один подающей головки вдоль детали.