Литье пластмасс под давлением технология – Технология литья пластмасс под давлением

Содержание

Технология литья пластмасс под давлением

Детали из пластмассы широко используются во всех отраслях промышленности. Сфера деятельности человека также связана с использованием пластика от строительных материалов и бытовой техники до кухонной утвари. Самым популярным способом изготовления различных изделий является технология литья пластмасс под давлением. Современное оборудование предоставляет возможность автоматизировать производственный процесс и получать продукцию с отличными техническими характеристиками в сжатые сроки при минимальных вложениях средств. Полимерные изделия подлежат вторичной переработке, поэтому являются экологичным материалом.


Что такое литье пластмасс под давлением

 

Крупносерийное и массовое производство пластиковых деталей предусматривает сложный технологический процесс по впрыскиванию расплавленного пластика под высоким давлением в подготовленную литьевую форму, изготовленную из металла. Жидкая масса равномерно заполняет объем и кристаллизируется, приобретая требуемую форму. Благодаря технологии литья под давлением удается получить качественные изделия. Для реализации метода применяется сложное дорогостоящее оборудование, обеспечивающее высокую производительность. С использованием данного способа производится почти половина полимерных деталей. В качестве сырья для производственного процесса применяются гранулы термопластов, а также термореактивные порошки, придающие готовым изделиям требуемые физические и эксплуатационные качества. Термопластичные компоненты сохраняют свои параметры при вторичной переработке, а термореактивные подвергаются невозвратным химическим реакциям и образуют неплавкий материал.


Подготовленные полимерные компоненты загружаются в бункер литьевой машины, в котором они плавятся и гомогенизируются. Далее масса на скорости, благодаря создаваемому давлению, впрыскивается через специальные каналы в подготовленную форму. Происходит быстрое заполнение полости. После застывания образуется отливка. От скорости впрыска зависит качество полимерных изделий. Большей популярностью пользуются червячные пластикаторы. Они характеризуются высокой производительностью и лучшей гомогенизацией расплавленной массы. Менее популярное оборудование поршневого типа. Оно обеспечивает подачу расплавленного полимера с высокой скоростью в литьевую форму и предоставляет возможность получить эффект мрамора в случае подготовки смеси из разноцветных пластмасс. На производстве допускается использование раздельного метода. Он предусматривает подготовку расплавленной массы в предпластикаторе с червячным механизмом, а дозирование и впрыскивание вязкой массы в форму выполняется благодаря оборудованию поршневого типа.

 

Область применения литья полимеров под давлением


Применяя технологию, которая предусматривает литье пластмасс под давлением, предоставляется возможность изготовить простые и сложные пластиковые детали. При этом отсутствуют ограничения по габаритам и количеству изделий. Данный способ применяется в автомобилестроении, электронике, химической и многих других отраслях промышленности. С использованием способа литья пластмасс удается быстро и с требуемым уровнем качества изготовить:

  • разные упаковки, крышки и разные колпачки;
  • широкий ассортимент детских игрушек;
  • корпуса и комплектующие для электронной техники;
  • комплектующие для медицинского оборудования и прочие изделия.

 

Преимущества данной технологии

 

Для производства крупных партий изделий из полимеров технология литья пластмасс под давлением характеризуется достоинствами, которые заключаются в высокой точности отлива. Благодаря инжектированию расплавленной массы с повышенной скоростью обеспечивается равномерное наполнение формы, включая микроскопические отверстия. Метод характеризуется многими достоинствами, благодаря которым он пользуется популярностью:

  • Возможность производства изделий любой геометрической формы и степени сложности. Изготавливаются тонкостенные детали. Сложность конструкции зависит от пресс-формы, имеющую высокую детализацию и учитывающую все изгибы, а также отверстия будущего изделия.
  • Отсутствие потребности в последующей механической обработке деталей. Некоторые сложные по конструкции изделия могут подвергаться минимальной обработке.
  • Массовое производство неограниченного количества пластиковых деталей. Срок эксплуатации металлических пресс-форм исчисляется десятками лет, поэтому они применяются для изготовления огромного количества полимерных изделий.
  • Быстрая окупаемость при организации производства крупной партии пластмассовой продукции. При этом себестоимость одного изделия уменьшается без ухудшения качества при увеличении количества произведенных экземпляров. Такая зависимость объясняется разовым вложением средств на подготовительном этапе к выпуску определенного типа товара.  

Технология, предусматривающая давление литья, отличается существенными затратами на этапе подготовки, поэтому для изготовления единичных изделий или мелких партий ее использование является нерентабельным.

 

Поэтапное производство

 


Процесс, организованный по технологии литья под давлением, выполняется поэтапно. Комплексные работы состоят из подготовительных операций и формирования изделия.  

Подготовительные работы предусматривают 3D моделирование будущих изделий. С целью создания модели специалистами анализируются и изучаются чертежи, фотографии и описания продукции. После создания с помощью специального программного обеспечения и утверждения трехмерной модели выполняются следующие операции:

  1. Изготавливается прототип, который представляет собой образец производимой детали. С целью ускорения процесса используется современное оборудование (принтеры), выполняющее 3D печать. Изготовленный прототип позволяет оценить, испытать на предельных нагрузках и протестировать готовое изделие. При обнаружении неточностей и дефектов оперативно вносятся изменения в трехмерную модель до получения идеальной детали, соответствующей всем требованиям.
  2. Проектируются пресс-формы. На данном этапе очень тщательно прорабатываются все тонкости (линии, изгибы, отверстия и пр.) на основании утвержденной 3D модели.
  3. Изготавливаются формы для заполнения расплавленной массой. С этой целью трехмерная модель разбивается на части. Каждый полученный элемент изготавливается отдельно. На последнем этапе из частей собирается форма.
  4. Отливка первого экземпляра из пластика. Он тщательно проверяется и тестируется. При обнаружении неточностей дорабатывается литьевая форма.

В зависимости от сложности изделий на выполнение подготовительных работ может потребоваться несколько недель или месяцев. От полноты и точности проведения операций на этом этапе, зависит качество будущей полимерной продукции.

Процесс формирования изделий предусматривает:

  1. Расплавление компонентов и подачу расплава в форму.
  2. Создание давления с целью быстрого заполнения и равномерного распределения полимерной массы по форме.
  3. Охлаждение наполненного объема до полного затвердевания пластмассы. Время, требующееся для кристаллизации полимера, зависит от многих параметров: типа применяемого пластика, вязкости расплава, температуры в форме и пр. Для негабаритных деталей процесс охлаждения длится на протяжении нескольких секунд.
  4. Получение готового изделия. После полного остывания форма разъединяется с целью получения детали.

Окончательная стоимость продукции рассчитывается индивидуально для каждого вида и зависит от конструктивной сложности изделия, типа полимерного материала, объема партии продукции и прочих факторов.

 

Методы, используемые для литья пластмасс под давлением

 


Для реализации технологии производства изделий из расплавленных полимеров применяются термопластавтоматы (ТПА), представляющие собой специальные литьевые агрегаты, отличающиеся расположением инжекционных узлов. Обеспечивается впрыск расплава вертикально вниз или в горизонтальной плоскости. По типу применяемого сырья классифицируют ТПА, обеспечивающие однокомпонентное или многокомпонентное литье пластмасс под давлением, выполняемое разными способами.

Инжекционный

Данный способ является самым распространенным. Нужная порция расплавленной массы скапливается в цилиндре и под напором инжектируется в форму. Давление литья обеспечивается на уровне 200 МПа. Процесс подачи массы происходит за секунды. В результате удается изготовить сложные по конфигурации детали. Предоставляется возможность получить разную толщину стенок. В качестве сырья могут использоваться термопласты и термореактивные пластикаты. Возможно использование многогнездной литьевой формы. Объем расплавленной массы должен точно соответствовать литникам.   

Интрузионный

Разработан для отлива толстостенных пластмассовых изделий. Данный метод литья пластмасс предусматривает подачу расплавленного материала в пресс-форму благодаря вращению червячного механизма. С целью компенсации естественной усадки, образуемой после охлаждения массы, червяк уже осевым движением подает недостающий расплав. При реализации этого способа количество впрыскиваемой массы может превышать объем, требующийся для отлива детали. Давление литья незначительное, поэтому метод применяется для получения изделий простой формы с ограниченной гнездностью.   

Инжекционно-прессовый

Этот метод литья пластмасс позволяет производить изделия, характеризующиеся большой прессовочной площадью. Падение давления в процессе наполнения объема обуславливает разные прочностные характеристики в центре и в крайних зонах деталей. Особенность технологии в формировании давления массы не только благодаря инжекции, но и благодаря применению прессового механизма перемещающегося узла. Поэтому применяются формы, конструктивно предусматривающие перемещение частей после их соединения.

Инжекционно-газовый

ИГЛ является новым методом, использующимся для переработки полимеров. Сущность технологии заключается в расплаве сырья и подачи массы через инжекционные узлы с целью заполнения формы на 80‒95%. Через специальный ниппель с помощью компрессора под давлением 80 МПа закачивается газовая смесь (углекислый газ). Она раздувает расплав, заполняя все углубления и увеличивающая толщину пластика. После формирования детали газ испаряется в специальный приемник, а в форму подается необходимое количество расплавленной массы для окончания изготовления изделия.

Инжекционно-газовое литье под давлением предоставляет возможность сэкономить почти половину используемого дорогостоящего сырья, уменьшить вероятность получения брака, сократить время производственного цикла, а также оптимизировать стоимость оснастки. Технология требует точного управления ЛМ, отличается сложной конструкцией сопел и повышенными требованиями к литьевой системе.

Многослойный

Данный способ предусматривает применение для процесса двух или трех инжекционных узлов с целью пластикации полимера, отличающегося определенными свойствами. В результате получаются многоцветные детали, структуру которых составляют полимерные материалы разного вида. Многослойный метод литья пластмасс используется для производства гибридных конструкций, у которых неответственные части изготавливаются из вторичного сырья.

Сэндвич-литье

Технологией предусматривается переменная подача в форму расплавленного полимера из разных пластикаторов. С этой целью к литнику с переключающим механизмом, в качестве которого используется игольчатый клапан, подключаются два инжекционных модуля. Клапан с определенной последовательностью или одновременно подключает их к пресс-форме. Из первого под давлением инжектируется масса для формирования наружного покрытия изготавливаемой детали. Внутренние полости заполняются полимером, поступающим из второго узла. На последнем этапе снова коммутируется первый узел для добавления расплава.  

Соинжекционный

С целью обеспечения литья под давлением данного типа используются сопла, изготовленные по специальной конструкции в виде разделительной головки. Этот способ широко используется с целью получения деталей, имеющих более двух слоев, полностью или частично отличающихся цветом.

Литье в многокомпонентные формы

Метод MСIM предоставляет возможность организовать производство разноцветных изделий, отличающихся разноплановой конструкцией. В этих деталях центральные и периферийные части изготавливаются из разного полимерного материала. При реализации этого способа инжекционные узлы работают в стандартном режиме, а конфигурация детали формируется с помощью особенной структуры пресс-формы. Она конструктивно состоит из двух систем, замыкающихся с первым и вторым узлом, а также включает подвижные вставки, сдвигающиеся с помощью пневмоприводов. Каждая вставка формирует конструктивные элементы детали. Узлы работают в разных режимах (инжекции или интрузионном) независимо друг от друга. Благодаря такой конструктивной особенности удается формировать изделия больших размеров.

Ротационный

Данный способ представляет собой разновидность литья пластмасс в сложные формы с применением вставки съемного типа. После того, как сформируется центральная часть детали (работает первый узел), вставка удаляется. В освободившийся объем поступает расплавленная масса из второго модуля. Производственный цикл отличается дополнительной операцией, предусматривающей разъединение литьевой формы с целью удаления или установки вставки. Данный метод отличается более низкой производительностью.      

 

Особенности применения различных полимеров

 

Для литья пластика под давлением используются разные компоненты, отличающиеся физическими параметрами.

Полиэтилен низкой плотности

ПЭНП характеризуется быстрым расплавлением. После охлаждения кристаллизируется и меняет твердость. Требуется соблюдать определенное давление и обеспечить максимально равномерный нагрев пресс-формы. Поэтому для охлаждения, вход воды обеспечивается возле литниковых сопел, а отвод в дальней точке. Заполнение охлаждающей жидкостью выполняется быстро с хорошей вентиляцией формы.       

Полиэтилен высокой плотности

ПЭВП по сравнению с полиэтиленом НП отличается лучшей кристаллизацией и меньшей степенью текучести в расплавленном виде. Литье пластмассы этого типа широко практикуется для получения изделий с тонкими стенками, но при этом обеспечивается достаточная жесткость конструкции.  

Полипропилен

ПП отличается кристалличностью, не превышающей 60%. Процесс выполняется при пониженном давлении и достаточно высокой температуре пластикации, которая в зависимости от марки материала может достигать 280 ºС. Давление расплава формируется на уровне 140,0 МПа. Вязкость полученной массы регулируется скоростью сдвига и незначительно зависит от температурного режима.   

Полистирол

ПС представляет собой материал, который в результате применения технологии литья под давлением отличается легкой текучестью в расплавленном виде. Позволяет изготавливать изделия, которые характеризуются жесткостью конструкции и тонкими стенками. Полимер чувствительный к перегреву.

Полистирол ударопрочный

УПС – полимер, отличающийся несколько большей вязкостью, чем обычный полистирол и дает при охлаждении большую усадку. Применяется для тонкостенных деталей с повышенной устойчивостью против механического воздействия.

Акрилонитрил-бутадион-стирольный пластик

АБС-пластик характеризуется большой вязкостью в расплавленном состоянии, отличается трудной переработкой и требует повышенного давления. Применяется для изготовления деталей с тонкими стенками, но в отличие от, например, полистирола, АБС-пластик имеет высокую жесткость и устойчивость к ударам.

Полиметилметакрилат

ПММА позволяет получать изделия разной формы и конфигурации. Отличается низкой термической стабильностью и чувствительностью к перегреву с потерей физических параметров. Требует дополнительной сушки. В процессе обработки нужен точный температурный контроль. Особенность материала в образовании пузырей при инжектировании в холодную пресс-форму, поэтому в ней минимизируется количество плавных переходов.

Поливинилхлорид

Для литья под давлением широко применяется ПВХ, характеризующийся легкостью обработки. Материал чувствителен к соблюдению температурного режима и теряет свойства при перегреве. При нахождении в расплавленном состоянии отличается нестабильностью и автокаталитической деструкцией, проявляющейся в разном цветовом оттенке. Диапазон цвета может меняться от слоновой кости до вишневого оттенка. Для получения всех свойств полимера требуется осуществлять процесс пластикации за минимальное время.

Полиамид

ПА представляет собой кристаллический термопласт, отличающийся гигроскопичностью и хорошей текучестью массы. При нахождении в расплавленном состоянии объем увеличивается на 15%. По причине низкой термической стабильности процесс литья пластмасс этого типа выполняется за минимальное время. В расплаве возможно образование пузырей. Материал требует дополнительного времени для тщательной просушки. Процесс пластикации обеспечивается при давлении 100 МПа. При наполнении литьевых форм допускается ориентация частиц.

Поликарбонат

ПК является теплостойким полимером. Характеризуется высокой термостабильностью и повышенной вязкостью в расплавленном состоянии, зависящей от температурного режима. Пресс-форма нагревается до температуры 100 ºС. По причине повышенной гигроскопичности материала, для нормального литья под давлением требуется предварительный прогрев в цилиндре литьевой машины и тщательная сушка.

Полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат и полиоксиметилен

ПЭТФ, ПБТФ и ПОМ классифицируются как полимеры, отличающиеся высокой термической стабильностью. Процесс литья пластмасс этого типа предусматривает дополнительную сушку, выполняемую до снижения влаги на уровень 0,01%. В расплавленном состоянии имеют вязкость средней степени, которая снижается при уменьшении температуры. Для получения тонкостенных изделий используется раздув с использованием воздуха.

 

Основные виды брака и методы его устранения

 


В процессе литья под давлением по причине нарушения технологичного процесса, превышения температуры расплава и по причине других факторов возникают дефекты, которые снижают качество продукции:

  • Неполное наполнение пресс-формы (недолив). Возникает по причине недостаточного объема впрыскивающегося полимера. Такая ситуация возможна из-за слабого нагрева расплава, низкой текучести массы, засорения сопла или разводящих каналов.
  • Превышение объема формы (перелив) в процессе литья пластмасс, вызывающее образование грата по стыку (облой). Дефект возникает по причине неисправности дозатора или превышения допустимой температуры расплавленного полимера. Выход излишка массы возникает также при недостаточно сильном смыкании пресс-формы.
  • Видны стыковочные швы на границе спайки отдельных частей детали, отличающиеся низкой прочностью. Такие стыки образуются при слишком низкой температуре пластикации.  Причина дефекта кроется также в неправильной конструкции или недостаточном нагреве литьевой формы, что приводит к преждевременному охлаждению потоков до того, как они сольются. В результате не удается добиться полного сваривания.
  • На поверхности изделия образуются пузыри, в внутри пустоты. Такой брак является результатом наличия в расплаве летучих компонентов, отличающихся повышенным газовыделением при перегреве. Происходит вспучивание мягкой массы.
  • Образование на поверхности усадочных раковин (углублений). Причина дефекта в повышенной усадке массы в случае перегрева или недостаточном объеме расплавленной массы из-за низкого давления, а также недостаточной пропускной способности сопла. Подобные раковины появляются при неравномерном нагреве и недостаточной  вентиляции литьевой формы.
  • Коробление изготовленных деталей. Брак возникает при чрезмерной внутренней напряженности, возникающей по причине температурной неравномерности частей формы. Некачественные изделия получаются также при несоблюдении времени, необходимого для выдержки массы с целью полного застывания.
  • Трещины на поверхности. Возникают по причине остаточного напряжения или в случае сильного прилипания жидкой массы к стенкам.
  • Дефекты поверхности деталей, проявляющиеся царапинами и сколами. Брак появляется в случае небрежного обращения с готовой продукцией или некачественно оформленной пресс-формы.
  • Узоры, которые напоминают морозную разрисовку на стекле, появляются по причине чрезмерного количества влаги в инжектируемой расплавленной массе. Недостаток имеет место при нарушении процесса сушки и вентиляции формы.
  • В случае наличия влаги в полимерном материале сверх установленной нормы происходит расслоение структуры. Дефект возникает также в случае наличия застывших литников, не совмещенных с основной массой.
  • Неравномерная (разная) тоновая окраска изделия. Причина заключается в использовании термически нестойкого красителя и перегреве расплавленной массы.
  • Несоответствие полученного изделия требуемым размерам, превышение стандартного допуска. Возникает по причине сильной усадки пластика при затвердении или некачественно изготовленной пресс-формы.

 

Примеры браков и способы устранения

 


 

Качественное и соответствующее требованиям стандартов литье пластмасс под давлением обеспечивается при условии использования технически исправной машины, строгого выполнения технологических этапов и применения качественного сырья. В таблице перечислены типы брака и действия по их недопущению.

Дефект

Почему появляется

Как устраняется

На поверхности изделия:

 

 

пузыри

Превышена влажность полимера

Сушка используемого сырья

матовые пятна

Перегретая вязкая масса

Снижение нагрева расплава. Полировка инжекционных каналов

темные полосы

Локальный перегрев расплава. Свободные зоны во впускных каналах

Уменьшение температуры пластикации. Удаление мертвых зон

пленка

Использовано много смазки для литьевой конструкции

Очистка цилиндра, пресс-формы. Минимизация смазки

линии

Повышенная вязкость полимерного материала и неравномерное наполнение объема

Контроль полноты заполнения прессовочной формы

наличие пустот

Нарушение температурного режима из-за просачивания воздуха в форму

Повышение эффективности вентиляции формы. Снижение скорости подачи расплава

Локальный пережог детали

Нагрев газа в объеме для формовки вследствие его сжатия

Обеспечение вентиляции формы

Грязное изделие

Попадание в расплав инородных частиц или дефекты червяка

Контроль используемого сырья и контактирующих с вязкой массой плоскостей

Волнистость поверхности на  противоположной литнику стороне детали

Остывание массы в процессе инжектирования

Регулировка температурного режима

Белые вкрапления, похожие на пузыри

Превышен нагрев, слабое давление литья, короткая выдержка полимера

Понижение нагрева каналов, поднятие давления, добавление времени на кристаллизацию полимера

Швы возле литника

Слишком быстрое охлаждение расплавленной массы в точке подачи

Нагрев формы возле литника, увеличение геометрии сопла

Непрочные сварные стыки

Ускоренное охлаждение вязкой массы на этапе заполнения объема

Нагрев формы и полимера.

Поднятие давления впрыска

Расслоение детали

Попадание сторонних включений. Большая разница температуры вязкой массы и формы

Очистка цилиндра и каналов

Грат на стыках

Неэффективное запирание пресс-формы для изготовления деталей

Увеличение запирающего усилия, уменьшение скорости подачи вязкой массы, снижение давления и уменьшение объема подающей массы

Затрудненный съем изделий

Нарушение технологии, форма неоптимальной конструкции

Понижение давления, полирование зеркала формы, формирование воздушных прослоек

Технология литья под давлением, реализуемая на современном оборудовании с соблюдением требований процесса и применением качественного сырья позволяет изготавливать в большом количестве качественные изделия, востребованные в разных отраслях промышленности и бытовых условиях. При выборе оптимального метода пластикации удается наладить рентабельное производство деталей любой сложности.   

www.jonwai.ru

Литье пластмасс под давлением: Основы технологии

Полезные советы

Разновидности пластикации

Пластикация, то есть расплавление полимерного материала под давлением, во мно¬гом определяет качество изделия. Различают червячную пластикацию и поршневую. Червячные пластикаторы имеют высокую производительность, обеспечивают отличную гомогенизацию расплава, что особенно важно при использовании дробленки или суперконцентрата, и поэтому имеют наибольшее распространение. Поршневые пластикаторы используются значительно реже, поскольку они не обладают перечисленными выше качествами. Но и они не без достоинств, среди которых: способность обеспечивать высокую скорость инжекции расплава в форму, возможность реализовывать эффект мрамора или, если необходимо, яшмы, пластикацией смеси разных по цвету пластмасс.
Иногда применяют раздельную пластикацию, при которой полимер сначала поступает из бункера в вышеуказанный червячный предпластикатор, приготавливающий расплав, а затем через регулирующий кран расплав направляется в поршневой пластикатор, осуществляющий дозирование и высокоскоростную инжекцию в форму. Заметим, что такое нехитрое изделие как расческа, наиболее эффективно производится на литьевых машинах с раздельной червячно-поршневой пластикацией.
На этапе пластикации основными технологическими параметрами являются: температура расплава по длине цилиндрической части материального цилиндра, температура сопла, установленного на выходе из материального цилиндра, скорость вращения червяка и величина противодавления при его отходе.


Методы литья пластмасс под давлением

Инжекционный метод литья пластмасс
Требуемый объем расплава (доза) накапливается в материальном цилиндре ЛМ и затем под высоким давлением (100-200 МПа) впрыскивается, инжектируется, в форму за короткий, измеряемый секундами, интервал времени. Это наиболее распространенный способ. Он позволяет получать изделия сложной конфигурации, с различной толщиной стенок, как из термопластов, так и из термореактивных пластиков, допускает использование многогнездных форм с различной литниковой системой. Особенность технологии — объем изделий с литниками не превышает паспортного объема впрыска используемой ЛМ.


Интрузионный метод литья пластмасс
Применяется при червячном способе пластикации для получения толстостенных изделий. Его суть — вращением червяка расплав в режиме экструзии подается в пресс-форму и заполняет ее, после этого червяк останавливается и осевым движением подпитывает форму, компенсируя естественную усадку остывающего расплава. Особенность подобного способа — объем изделия может превышать паспортный объем впрыска ЛМ, но развиваемое в литьевой форме давление невелико, вследствие чего геометрия изделия не должна быть сложной, гнездность формы ограничена, получение тонкостенных изделий затруднено, кроме того, необходимо учитывать термостабильность полимера.


Инжекционно-прессовый литья пластмасс
Метод используется для получения изделий значительных по площади прессования, когда заполнение формы сопровождается существенным падением давления расплава в ее периферийных частях, что вызывает эффект разнопрочности изделия. Сущность технологии состоит в том, что давление на расплав в форме создается не только усилием инжекции, но и за счет прессового механизма узла смыкания. С этой целью применяются литьевые формы, конструкция которых допускает перемещение пуансона и после смыкания формы.

Ижекционно-газовое литье (ИГЛ) пластмасс

Относится к новым методам переработки термопластов с помощью ЛМ, и поэтому, в частности, его названия еще до конца не определилось. В литературе можно встретить название типа «литье с газом», «литье с подачей сжатого газа», GJD-TEHNJKA, GAS-Jngection Molding и др. Технологически процесс ИГЛ заключается в следующем: расплав полимера инжектируется в форму, заполняя ее на 70-95%. Затем в форму через специальное сопло, или через ниппель в форме подается под давлением газовая смесь, которая «раздувает» расплав, увеличивая тем самым толщину слоя полимера, образовавшегося при его соприкосновении с холодной стенкой формы, и способствуя заполнению конструктивных углублений. После образования изделия газовая смесь удаляется из формы в приемник, пластикатор впрыскивает остаток расплава, «запечатывающий» форму.

Газовая смесь (азот, углекислый газ) может подводиться от компрессора или от баллона, важно чтобы ее давление было около 80 МПа. Ввод газа в форму может быть единичным или многократным, ступенчатым по величине давления.
Технология ИГЛ позволяет экономить до 40% дорогостоящего полимерного материала за счет уменьшения толщины стенки изделия, сократить цикл изготовления на 25-35%, уменьшить вероятность брака за счет исключения таких видов дефектов, как утяжены, коробления, развитый облой. Кроме того, как показывает практика, инжекционно-газовая технология позволяет упростить конструкцию и понизить стоимость формующей оснастки.

Существенная трудность ИГЛ-технологии состоит в необходимости высокоточного управления литьевой машиной, усложняется конструкция сопла, повышаются требования к расчету и качеству изготовления литниковой системы и сопряжений литьевых форм.

Многослойное литье пластмасс под давлением

Относится к специальным видам, иногда называемым соинжекционными. Это название отражает общую особенность этих методов — обязательное участие в процессе двух, а в некоторых случаях и трех инжекционных узлов, в каждом из которых пластицируется полимерный материал с индивидуальными свойствами. Таким образом, появляется возможность получать многоцветные изделия, изделия, состоящие из различных видов пластмасс (поверхность из ПЭВП, а основной объем из вспененного полистирола), использовать вторичное полимерное сырье для внутренних, неответственных частей деталей, производить изделия гибридной конструкции и пр. Многослойное литье осуществляется несколькими способами.

Сэндвич-литье пластмасс под давлением

Заключается в попеременной подаче в литьевую форму полимерных расплавов из двух пластикаторов. Два инжекционных узла присоединяются к соплу, в конструкции которого предусмотрено переключающее устройство. Как правило, это управляемый игольчатый клапан (ИК). Клапан попеременно или одновременно соединяет с литьевой системой формы пластикационные узлы. Материал из первого узла под высоким давлением и с высокой скоростью инжектируется в форму, образуя наружное покрытие изделия. Затем внутренний объем изделия заполняется материалом из второго узла, после чего в работу повторно включается первый узел, добавляющий остатки расплава в форму и «запечатывающий» изделие.

Соинжекцонное литье пластмасс под давлением

Требует применения сопла специальной конструкции, называемого также разделительной головкой. Эта технология позволяет получать изделия с числом слоев больше двух, с полным или частичным разделением цветов.

Литье в многокомпонентные формы (Multi-component injection molding)

Позволяет получать изделия с четким разделением цветов, а также детали гибридной конструкции, в которых из каждого полимерного материала исполнена центральная или периферийная часть. В этом случае инжекционные узлы выполняют традиционные функции, а конструкция детали определяется устройством литьевой формы. Литьевая форма имеет две литниковых системы, постоянно сомкнутые с инжекционными узлами I и II. В пуансоне формы имеются подвижные вставки, перемещаемые пневмоприводами. Вставки оформляют тот или иной конструкционный элемент изделия. Особенность этого метода состоит в том, что работа узлов инжекции происходит изолировано друг от друга. Поэтому если узел II в приведенном примере работает в режиме инжекции, то узел I может действовать в интрузионном режиме, благодаря чему объем части изделия, формуемой из полимера I, может иметь весьма значительный размер.

Ротационное литье (не путать с ротационными ЛМ)
Является разновидностью описанного выше способа, поскольку позволяет решать те же задачи, однако требует использования съемной вставки. После оформления центральной части изделия (узел I) вставка извлекается, а в образовавшийся объем инжектируется расплав из узла II. В цикл производства изделия ротационным литьем введена дополнительная операция размыкания формы и удаления (установки) вставки, что не способствует высокой производительности метода.


Особенности литья под давлением различных термо- и реактопластов


Сведения, содержащиеся в этом разделе, не включают рекомендации по пуску и наладке процесса, требований к условиям эксплуатации ЛМ и литьевых форм, правил неукоснительного соблюдения параметров метода, назначенных компетентным специалистом, обладающим инженерным уровнем знаний. Таким образом, предлагаемые рекомендации действуют для установившегося режима работы оборудования и оснастки.


ПЭНП  (полиэтилен низкой плотности)- перерабатывается легко, при охлаждении способен к кристаллизации с изменением твердости, чувствителен к равномерности распределения температуры в форме. Место входа охлаждающей воды в форму следует располагать рядом с литниковыми каналами, а ее отвода — как можно дальше. Заполнение формы быстрое, в связи с чем необходима ее эффективная вентиляция.


ПЭВП (полиэтилен высокой плотности)  по сравнению с предыдущим полимером имеет большую степень кристалличности и менее текуч в расплаве, но позволяет получать изделия с меньшей толщиной стенки при более высокой жесткости.


ПП (полипропилен)  кристалличность до 60%, температура переработки для некоторых марок до 2800 С, инжекционное давление до 140 МПа. Вязкость расплава в большей степени зависит от скорости сдвига, чем от температуры. С повышением давления ПТР растет, охлаждается в форме быстро. Процесс ведут при высоких температурах цилиндра и низком давлении литья.


ПС  (полистирол)  легко течет  в расплаве, позволяет получать тонкостенные жесткие изделия, чувствителен к перегреву.


УПС  (полистирол ударопрочный)  отличается от ПС несколько меньшей текучестью и большей усадкой.


АБС-пластик  (акрилонитрил-бутадион-стирольный)  относится к конструктивным маркам, имеет большую вязкость в расплаве, труднее перерабатывается в тонкостенные изделия.


ПММА (полиметилметакрилат)  имеет невысокую термостабильность, чувствителен к перегреву, требует подсушки и тщательного контроля температуры. При впрыске расплава в холодную форму возможно образование пузырей; переходы в форме должны быть плавными, а их число минимальным.


ПВХ (поливинилхлорид) перерабатывается без особых затруднений, но весьма чувствителен к соблюдению температурного режима и особенно перегреву. Вязкотекучее состояние нестабильно, может сопровождаться автокаталитической деструкцией с изменением цвета от слоновой кости до темно-вишневого. Длительность пластикации должна быть минимальной.


ПА (полиамид)  кристаллические, гигроскопичные термопласты с высокой текучестью расплава. При расплавлении объем возрастает до 15%. Термостабильность невысокая, поэтому длительность пластикации ограничена. При нагреве в расплаве образуются пузырьки. Требует обязательной тщательной сушки. Желателен предварительный прогрев. Давление литья до 100 МПа. При литье наполненных ПА возможна ориентация частиц измельченного волокна. Желателен отжиг изделий.

ПК (поликарбонат) относятся к теплостойким полимерам, характерна высокая вязкость расплава, термически стабилен. Вязкость в основном зависит от температуры. Температура формы до 100 °С. Гигроскопичен, требует длительной сушки и предварительного подогрева, в том числе и в бункере ЛМ.


ПЭТФ (полиэтилентерефталат) , ПБТФ (полибутилентерефталат) и ПОМ (полиоксиметилен) относятся к полимерам с повышенной термостойкостью. Требуют тщательной сушки до содержания влаги менее 0,01%. Термостабильны. Вязкость расплавов средняя и низкая с увеличением температуры снижается. Тонкостенность изделий нередко достигается последующим раздувом (ПЭТ-бутылки).


Виды брака и методы их устранения


Основные виды брака при литье под давлением следующие:


1. Недолив выражается в неполном оформлении изделия. Основной его причиной является недостаток материала, поступающего в литьевую форму (из-за низкой температуры формы или расплава и, следовательно, пониженной текучести расплава, а также по причине засорения литникового и разводящих каналов).


2. Перелив вызывает образование грата в месте смыкания формы. Он возникает при неправильной работе дозирующего устройства, перегреве расплава и литьевой формы, недостаточном усилии смыкания формы.


3. Стыковые швы — видна кривая линия спая отдельных потоков, механическая прочность резко снижена в месте спая. Основными причинами образования стыковых швов являются: сниженная температура расплава или формы, неудачная конструкция формы, приводящая к охлаждению отдельных потоков расплава до момента их слияния (вследствие чего не происходит полного сваривания), а также недостаточное удельное давление расплава.


4. Вздутия на поверхности и пузыри (пустоты) в массе изделия наблюдаются при повышенном содержании летучих, которые вспучивают мягкую поверхностную пленку при перегреве расплава, сопровождающимся частичной деструкцией и значи¬тельным газовыделением. Поверхность вздутия образуется также при недостаточном охлаждении изделия.


5. Усадочные раковины — значительные углубления на поверхности изделий -возникают вследствие повышенной усадки при перегреве массы и недостаточном поступлении расплава (снижено удельное давление расплава или мало сечение впускных каналов). Иногда поверхностные раковины появляются при неравномерном распределении температуры в форме и при дефектах в ее вентиляции.


6. Коробление готовых изделий возникает из-за значительных напряжений внутри изделия, обусловленных большой разностью температур в отдельных частях формы, а также при недостаточной выдержке изделия в литьевой форме, отчего оно извлекается недостаточно жестким.


7. Трещины образуются вследствие значительных остаточных напряжений в изделии, а также при его прилипании к стенкам формы.


8. Риски, царапины, сколы на поверхности изделий возникают при неисправном состоянии оформляющей поверхности формы и неаккуратном обращении с готовыми изделиями.


9. «Мороз» — узоры, напоминающие зимнюю разрисовку оконных стекол. Основная причина их появления — попадание влаги в форму при недостаточной сушке гранулята и дефектов в вентиляции формы.


10. Расслоение наступает при повышенном содержании влаги в литьевом материале и при наличии отвердевших литников, не совмещающихся с основным материалом. Если отслоение выражено в виде очень мелких блесток, его называют серебристостью.


11. Разнотонность — неодинаковая поверхностная окраска изделия — объясняется недостаточно одинаковым окрашиванием или разложением красителя из-за его термической нестойкости или перегрева расплава.


12. Размерный брак — отклонение от номинальных размеров, превышающее установленный допуск; наблюдается при чрезмерной усадке или неудачной конструкции литьевой формы.


Таким образом, основными мерами предупреждения брака являются: исправное состояние оборудования, соблюдение технологического режима и стандартность сырья. Перечень возможных дефектов литьевых изделий и способы их устранений дополняют сведения, приведенные в таблице.

 

Дефект

Причины дефекта

Способы устранения

Полосы и продолговатые пузыри на поверхности изделия

Влажность материала

Подсушка сырья

Матовые пятна на поверхности изделия

Перегрев расплава

Понижение температуры расплава; полирование литниковых каналов

Темные полосы на поверхности изделия

Местный перегрев материала; наличие мертвых зон в цилиндре и сопле

Понижение температуры расплава; ликвидация мертвых зон

Пустоты изделия

Сильный нагрев (в результате сжатия) воздуха, попавшего в форму

Улучшение условий выхода воздуха из полости формы; уменьшение скорости впрыска и снижение температуры материала

Местный пережог детали

Сильный разогрев попавшего в форму воздуха, сжатие его и, как следствие, пережог материала

То же

Темные разводы и воздушные пузыри

Своевременно не удален попавший в цилиндр воздух

Повышение давления пластикации

Загрязнение изделия

Попадание в материал посторонних частиц или наличие задиров на поверхности цилиндра, поршня или червяка

Контроль за чистотой материала, попадающего в бункер; проверка поверхностей, соприкасающийся с материалом

Пленка или пятна на поверхности изделия

Соприкосновение расплава с материалом, чрезмерная смазка формы

Проверка чистоты инжекционного цилиндра; очистка формы, уменьшение смазки

Волнистая поверхность удаленной от литника части изделия

Охлаждение расплава в процессе течения

Повышение температуры материала и скорости впрыска

Линии на поверхности деталей

Нарушение течения материала, неравномерное заполнение формы

Проверка режима заполнения формы; при необходимости - изменение размеров литников и их расположение

Пузыри в виде белых включений

Высокая температура цилиндра и низкое давление литья, недостаточное время выдержки материала в форме под давлением

Снижение температуры цилиндра, повышение давление литья и времени выдержки под давлением, увеличение размеров литников или литниковых каналов для снижения потерь давления

Швы и складки около литника

Излишне быстрое охлаждение расплава на участке вблизи литника

Повышение температуры формы вокруг литника, увеличение размеров литниковых каналов

Сварные швы

Чрезмерное охлаждение расплава при заполнении формы

Повышение температуры формы и материала, скорости впрыска давления литья, изменение расположение литника (для изменения направления течения расплава)

Отслаивания наружного слоя детали

Включение посторонних материалов. Избыточное значение разности температур расплава и формы

Очистка цилиндра и сопла от посторонних материалов

Грат на изделии

Недостаточное усилие запирание формы, нарушение параллельности соприкасающихся поверхностей форм

Увеличение усилия запирания формы или снижение скорости впрыска и давления формования; проверка правильности затяжки колонн при образования грата с одной стороны изделия; уменьшение загружаемой портции материала; проверка параллельности соприкасающихся поверхностей формы; уменьшение вторичного давления формования

Затруднение при съеме изделий, деформация изделий при съеме

Неправильный режим литья, неправильная конструкция формы

Уменьшение давления литья, увеличение конусности стенок формования или сердечников, полирование поверхностей формы, обеспечение воздушных зазоров, сталкивание изделий воздухом (во избежания образования вакуума)

 (с) «Производство изделий из полимерных материалов», издательство Профессия

 

cosmos-russia.ru

Литье пластмасс под давлением

Для изделий из пластмасс характерна низкая стоимость как сырья, так и самого производства. Технология литья пластмасс под давлением позволила существенно увеличить качество готового продукта.

В производстве выделяют два типа пластмасс: термореактивные и термопластичные. Первые, после застывания необратимо изменяются и становятся непригодны к вторичной переплавке, а вторые, напротив, могут быть снова расплавлены, после чего им можно придать иную форму. Существует огромное количество добавок, которые изменяют свойства конечной продукции из полимеров в широких пределах.

Доступность сырья и низкая стоимость производства литых изделий из пластмасс широко известны, однако при таком виде обработки, как литье в силиконовые формы, высок процент бракованных изделий, которые уходят на переплавку. Решением этой проблемы стало использования давления, оно позволяет избежать появления литейных дефектов.

Список готовых продуктов, получаемых с помощью технологии литья пластмасс под давлением, огромен, вот только некоторые из них:

Преимущества и недостатки литья пластмасс под давлением

Для обработки этого синтетического материала существует несколько распространенных методов. Литье с использованием давления имеет следующие преимущества по сравнению с другими методами обработки:

  • работа практически с любыми видами пластика;
  • высокопроизводительные установки;
  • высокое качество литья;
  • работа с формами сложной конфигурации, в том числе для отливки тонкостенных изделий;
  • высокая степень автоматизации процесса литья;
  • дополнительная обработка изделий не требуется.

При всех неоспоримых достоинствах установки для литья пластмасс под давлением имеют следующие недостатки:

  • стоимость литьевых станков практически любого уровня высока;
  • применение технологии литья под давлением должно быть обосновано экономически.

Принципиальная схема установки для литья

Процесс литья можно разбить на пять основных этапов:

  1. Материал для готового изделия попадает в пластикатор определенными порциями.
  2. С помощью электрических нагревательных элементов происходит расплавление пластмассы.
  3. Под давлением расплав устремляется в форму и там выдерживается.
  4. Охлаждение готового изделия.
  5. Изделие удаляется из формы и цикл повторяется вновь.

Неизменными в любой литьевой машине являются три основных детали: форма для литья, пластикатор и материальный цилиндр. Смыкание материального цилиндра и формы обеспечивает герметичный объем для создания изделия. Нагретый в пластикаторе при помощи электрического тока материал впрыскивается с помощью винта в закрытый объем пресс-формы. Выдержка под давлением позволяет избежать большей части распространенных литейных дефектов. Охлаждение детали происходит вместе с пресс-формой, в это время пластикатор может приступить к работе с новой формой.

Современные термопластавтоматы (ТПА) состоят из многих десятков узлов и деталей. Управление всем этим комплексом происходит с помощью специализированного программного обеспечения. С его помощью оператор станка может не только контролировать различные параметры цикла, но и влиять на конечные характеристики изделия.

Температуру пластмассы и узлов ТПА выбирают исходя из следующих предпосылок: материал необходимо нагреть на десять или двадцать градусов выше точки текучести и при заполнении формы не должно происходить резкого уменьшения температуры. Чем больше температура в пластикаторе, тем проще, а значит быстрее, происходит заполнение формы, однако при этом увеличивается термический износ станка. Недостаточная температура пресс-формы замедляет процесс заполнения или может даже стать препятствием нормальному формированию объема детали.

Основными производственными отходами является лишний материал, застывающий в литниковых формах. Для уменьшения затрат пластмассы сегодня производители предлагают так называемые горячеканальные пресс-формы. Они позволяют держать литники в вязком состоянии и обеспечивают возможность использования станков с более низким впрыском.

Характеристика станков для литья

Для выбора оптимально производственного оборудование следуют ознакомиться со следующими характеристиками ТПА:

  • Сила, с которой материальный цилиндр смыкается с формой для литья. Она измеряется в килоньютонах.
  • Максимальный объем впрыска. Несмотря на название, это масса, так как измеряется он в граммах. Чем он больше, тем большее количество форм может обслуживать аппарат.
  • Давление, которое создает пластикатор при впрыске материала в литьевую форму.
  • Максимальный размер используемой пресс-формы.

Приведенные характеристики находятся в зависимости друг от друга, часто производитель указывает лишь силу действия материального цилиндра. Для полного сравнения аппаратов между собой этого, конечно же, недостаточно.

Даже не обладая глубокими познаниями в экономической теории можно указать, что полное время цикла имеет огромное значение. Чем оно меньше, тем большее количество изделий можно изготовить за тот же период времени. Время складывается из четырех составляющих:

  • пластикация материала;
  • время впрыска;
  • время воздействия давления и охлаждения изделия.

Время плавления сырья зависит от его типа и варьируется в нешироких пределах, оно практически не влияет на изменение общего времени цикла. Длительность впрыска и воздействия давлением зависит от общего объема литейной формы и устройства литниковой системы. Наибольший вклад в общую продолжительность производства приходится на время охлаждения. Оно, к сожалению, больше зависит от характеристик формы, чем сложнее деталь, тем дольше она будет отдавать тепло.

polimerinfo.com

Виды литья полимеров и пластмасс под давлением | ПластЭксперт

Виды литья под давлением

О данном методе переработки полимеров

Литье пластмасс под давлением (ЛпД) наряду с экструзией является наиболее распространенным и изученным методом переработки пластмассы в готовые продукты или полуфабрикаты. В отличие от экструзии, данный метод позволяет сразу получить деталь заданных размеров и практически любой геометрии (с некоторыми ограничениями – см. ниже). Литью находят применение главным образом при производстве изделий из термопластов, однако и для реактопластов этот способ переработки время от времени встречается. Если оборудование для переработки термопластов называется термопластавтомат (ТПА), то реактопласты перерабатывает на реактопластавтоматах, которые конструктивно отличаются от ТПА. В общем виде оборудование для этого способа производства часто называют просто «литьевая машина».

Давление литья, развиваемое термопластавтоматами, находится в диапазоне 80-140 МПа (800-1400 бар), однако ведущие компании и специалисты по изготовлению оснастки (форм) не рекомендуют нагружать прессформы давлением существенно выше 100 МПа.

Переработка пластика литьем под давлением осуществляется на термопластавтоматах поршневого или винтового (шнекового) типа, причем первый тип ТПА до недавнего времени считался устаревшим и вышедшим из употребления. Однако после 2010 года у производителей термопластавтоматов вернулся интерес к поршневому впрыску пластмассы, как наиболее точному процессу. Однако, как правило, современное оборудование является шнековым, а узел впрыска ТПА состоит из пары шнек-материальный цилиндр.


Рисунок 1. Современный термопластавтомат

Области применения литья под давлением

Литье пластмасс применяется более полувека и позволяет осуществлять массовое производство пластиковых деталей весом от сотых долей грамма до десятков килограммов. Самыми малыми продуктами могут быть, например, микроскопические линзы, компоненты небольших механизмов и т.п. Самыми крупными – различные емкости, в том числе баки и ящики объемом в несколько кубометров, пластиковые поддоны, элементы конструкций и т.п.

Изделия, получаемые описываемым способом переработки, помимо своих очевидных явных достоинств, имеют несколько ограничений. Помимо очевидного лимита по габаритным геометрическим размером, обусловленным ограниченными размерами пресс-формы, существует и несколько менее заметных. Например, толщина стенки любого продукта как правило не превышает нескольких миллиметров. Это важно для экономики процесса, т.к. увеличение толщины стенки приводит к резкому удлинению производственного цикла и соответствующему росту себестоимости и снижению производительности. Данное ограничение снимается при использовании специального метода – литья с газом (см. ниже). С другой стороны – давления литьевого оборудования может не хватить для выпуска слишком тонкостенных, либо очень протяженных деталей. Кроме того, изделие должно быть технологичным, то есть соответствовать описываемому методу. Конструкция его должна предполагать более или менее равнотолщинную структуру, равномерное заполнение расплавом полимера и несложное, в большинстве случаев автоматическое извлечение из полости прессформы.

Принцип работы термопластавтомата

Литьевая машина осуществляют загрузку гранулированного (гораздо реже порошкобразного) полимера из загрузочного бункера сырья в зону загрузки материального цилиндра. Затем путем нагрева и пластикации (перемешивания) расплавленной массы шнеком осуществляется его переход в вязкотекучее (близкое к жидкому) состояние. После набора необходимой дозы полимера термопластавтомат при помощи создаваемого гидроцилиндром усилия производит инжекцию (впрыск) расплавленного пластика в прессформу. Затем в ее полости происходит выдержка отливки под давлением и стадия охлаждения (для реактопластов – отверждения).

В ходе последнего этапа производственного цикла машина размыкает форму и выталкивает готовый продукт, реже изделия вынимаются оператором (полуавтоматический режим). Современные производственные единицы включают кроме термопластавтомата так же различные средства автоматации, обычно называемые «роботами». Современные роботы участвуют в съеме отливки из области прессформы, также они могут закладывать в полость оснастки этикетки, закладные детали, а, кроме того, участвовать в «дальнейшей судьбе» отформованной детали, например в ее постобработке, укладке и упаковке.

Особенности работы с литьевой оснасткой

При переработке термопластов температура прессформы не должна быть выше температуры стеклования полимера или температуры его кристаллизации, поэтому обязательно применяют охлаждение прессформы или ее термостатирование. При переработке реактопластов, напротив, форму нагревают при помощи различных способов до температуры, выше точки отверждения термореактивного пластика.


Рисунок 2. Форма установленная на ТПА

При изготовлении пресс-форм важно помнить о необходимости организации вентиляционных каналов (выпаров), через которые расплавленная масса своим давлением должна вытеснять воздух из полости техоснастки. Отсутствие выпаров приводит к многочисленным трудно устранимым дефектам готовых пластиковых изделий.

Прессформы для литья пластмасс могут быть горячеканальные и холодноканальные. Горячеканальные прессформы – более современны, характеризуются отсутствием или минимальным количеством отходов (литников), более быстрым временем производственного цикла, стабильным технологическим процессом и меньшим количеством брака. Горячеканальная система передает давление впрыска в область прессформы с минимальными потерями. При этом горячеканальные прессформы не рекомендуется применять для переработки некоторых нетермостойких пластиков, например жестких композиций ПВХ.


Рисунок 3. Прибор управления горячим каналом

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.

Особенности выбора термопластавтомата

При выборе ТПА для литья пластмасс под давлением прежде всего учитывают объем дозы, то есть количество расплава полимера, необходимого для выпуска каждого конкретного изделия. Также важно усилие смыкания ТПА, сила сжатия необходимая для фиксации пресс-формы во время стадии впрыска и выдержки. При неправильном выборе усилия смыкания форма будет приоткрываться. Третьим важнейшим параметром является геометрия области закрепления оснастки на ТПА, а именно размер плит машины и расстояние между колоннами, а также «высоту прессформы». Эти величины определяют максимальный и минимальный размер литьевой формы для установки на конкретный термопластавтомат.

Кроме указанных важнейших основных параметров по выбору ТПА используют несколько более специальных, которые подробно описаны в специальной отраслевой литературе. Например, величина максимальной скорости инжекции, грузоподъемность плит ТПА (прежде всего подвижной плиты), соотношение длины шнека к его диаметру L/D, наличие режима интрузии и т.п. Также важно оснащение термопластавтомата различными узлами и опциями. Для высокоскоростных машин применяются гидроаккумуляторы впрыска и других перемещений. Для подключения роботов и других вспомогательных устройств контроллер ТПА следует оснастить разъемами Euromap 12 или Euromap 67. Применяются датчики фактического давления расплава, датчики падения отформованной детали и прочие.

Специальные виды литья под давлением

Как правило, ЛпД полимерных материалов происходит на горизонтальном термопластавтомате с использованием стандартной автоматической прессформы холодноканального или горячеканального типа. Рассмотрим некоторые виды необычного применения технологии литья пластмасс под давлением, которые в сумме составляют несколько процентов от всего объема рынка описываемого вида переработки пластиков.

Работа на вертикальном термопластавтомате

Эта технология отличается от общеупотребляемой тем, что применяется ТПА вертикального типа, а форма открывается также в вертикальном направлении. Метод хорош для мелкосерийного производства, т.к. возможно применять более простые и недорогие в изготовлении прессформы. Также широко применяется вертикальное ЛпД при использовании закладных элементов (как правило металлических). Главным недостатком, присущим такому литью является сложная автоматизация процесса – изделия не могут выпадать из вертикальных прессформ и их приходится извлекать вручную либо роботом.

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.

Инжекционное прессование

Этот технологический процесс отличается от стандартного тем, что впрыск полимерного материала делают в слегка раскрытую прессформу (в этом случае уместно использовать именно такое название оснастки) за небольшое время до ее окончательного смыкания. Окончательное уплотнение полимера и формование готового продукта осуществляются при полном смыкании прессформы. Способом инжекционного прессования изготавливают различные изделия как из термопластов, так и реактопластов. Метод применим в случае недостаточных характеристик ТПА для данной отливки, в частности усилия смыкания. Также качество при таком прессовании на термопластавтомате в меньшей степени зависят от ориентации макромолекул при впрыске (анизотропии), что может повысить качество продукта в части меньшей усадки (если необходимо), лучших механических свойств и меньшего коробления.

Интрузия

Интрузией называется процесс частичного заполнения формообразующей полости в режиме экструзии за счет вращательного движения шнека. Обычно он применяется для производства тяжелых, материалоемких изделий из пластиков. Таким образом можно применять термопластавтоматы с недостаточным для данного изделия объемом впрыска, т.к. форма заполняется не только за счет поступательного, но и за счет вращательного движения шнека в исходном положении. Для интрузии важно, чтобы полимерный материал был достаточно текучим, а литниковые каналы достаточно большого сечения. Также важно отметить, что режимом интрузии оснащаются не все ТПА, необходимо проверить его наличие в спецификации машины.

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.

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.

Кроме описанных выше существует множество видов более специальных технологий описанного вида переработки, например, литье при низком давлении, PIM и RIM технологии, технологии «сэндвич» и «моносэндвич», работа на «карусельных» машинах и т.д.

   ПластЭксперт рекомендует: 

Статья о том

, как выбрать изготовителя прессформы для литья пластмасс?

 


Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на         

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на               

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

e-plastic.ru

История и технология литья пластмасс

Современные пластмассы, как мы их знаем сегодня, берут свое начало с конца 19 века, когда многие европейские и американские химики экспериментировали с различными типами резины и остатков химических смесей.

В 1865 году Джон У. Хаятт запатентовал процесс объединения нитрат целлюлозы и камфоры, полученный состав он назвал "целлулоид", который был использован в качестве материала для замены слоновой кости в производстве бильярдных шаров. Целлулоид широко использовался для производства фотопленки и кинопленки.

Первый формовочный материал был изобретен в 1907 году Лео Хендрик Baekeland, которым был фенольный материал, он назвал его "Бакелит". Бакелит был универсальный и прочный материал, который использоваться для изготовления бытовой, промышленной и военной продукции.

На протяжении 20-го века были разработаны многие новые пластиковые материалы  в том числе: вискоза в 1891 году; целлофан в 1913 году; нейлон в 1920; поливинилхлорид (ПВХ) в 1933; тефлон в 1938 году; полиэтилен в 1933 году.

С 1950-х годов, производство пластмасс переросло в крупную отрасль переживающую бурный рост, который не спадает до сих пор. Сегодня с постоянным развитием промышленности, появились всевозможные модификации и  новые пластические материалы. 

Существует два основных вида пластмасс: Термопластичные и Термореактивные материалы.

Оригинальное литьё пластмасс остаётся в целом неизменным вплоть с 1946 года, когда вторая мировая война создала огромный спрос на недорогие, изделия массового производства. Джеймс Хендри построил первую винтовую (шнековую) машину литья под давлением и совершил революцию в индустрии пластмасс. Сегодня, примерно 95% всех формовочных машин использовать винты (шнеки) для эффективного обогрева и смешивания, и впрыскивания пластмассы в форму.

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЬЯ ПЛАСТМАСС

Большая часть пластических масс состоит из двух основных компонентов:

высокомолекулярного органического вещества — смолы, явля­ющейся связующим материалом пластмассы и определяющей ос­новные свойства пластмассы;

различного рода наполнителей, изменяющих в нужном напра­влений свойства пластмасс.

Кроме наполнителей в состав пластмасс часто вводят пласти­фикаторы, стабилизаторы, смазывающие вещества, красители и др. Введение, например, асбеста, талька, стекла повышает тепло­стойкость. Графита, фторопласта, дисульфидмолибдена уменьшает коэффициент трения и увеличивает износостойкость. Асбеста, барита улучшает фрикционные свойства. Слюды, кварцевой муки, стекла, шпата повышает электроизоляционные свойства. Цветных металлов улучшает теплопроводность и т. д.

Однако следует заметить, что введение наполнителей, как правило, приводит к увеличению давления переработки и пло­щади сечения литниковых каналов при литье, а также способст­вует интенсификации изнашивания формы и литьевой маши­ны. При конструировании формы эти факторы необходимо учи­тывать.

По химической природе смолы пластмассы подразделяют на два вида: термореактивные и термопластичные.

Термореактивными называют пластмассы, которые при пере­работке претерпевают необратимые физико-химические превра­щения, превращаются в твердые неплавкие материалы и повтор­ной переработке не поддаются. Термопластичные пластмассы при переработке претерпевают только физические превращения, за­твердевают при охлаждении и допускают повторную перера­ботку.

Литье под давлением – процесс, во время которого материал переводится в вязко-текучее состояние и затем впрыскивается под давлением в форму, где происходит оформление изделия.

Методом литья под давлением производят штучные изделия массой от долей грамма до десятков килограммов. Этот способ является наиболее распространенным в переработке большинства промышленных термопластов. Кроме того, литьем под давлением производят изделия армированные, гибридные, полые, многоцветные, из вспенивающихся пластиков и др.

Основным оборудованием процесса является термопласт-автомат, оснащенный пресс-формами.

Отличительной особенностью метода является его цикличность, что ограничивает его производительность.

К основным достоинствам литья под давлением относятся:

  • универсальность по видам перерабатываемых пластиков,
  • высокая производительность,
  • высокое качество получаемых изделий,
  • возможность изготовления деталей весьма сложной конфигурации или тонкостенных изделий,
  • отсутствие дополнительной обработки конечного продукта (за исключением операции удаления литников),
  • полная автоматизация процесса.

Недостатки метода:

  • литьевые машины являются сложными и недешевыми устройствами, насыщенными современными техническими решениями;
  • применение термопласт-автоматов для реализации конкретного технологического процесса требует квалифицированного технико-экономического обоснования.

Принципиально, суть технологии литья под давлением состоит в следующем (рис. 1). Расплав полимера подготавливается и накапливается в материальном цилиндре литьевой машины (в данном случае - червячного типа) к дальнейшей подаче в сомкнутую форму (позиция "а"). 
Затем материальный цилиндр смыкается с узлом формы, а пластикатор (в нашем случае - невращающийся червяк) в процессе осевого движения перемещает расплав в форму (позиция "б"). В результате чего форма заполняется расплавом полимерного материала, а пластикатор смещается в крайнее левое (на рисунке) положение (позиция "в"). 
Далее расплав в форме застывает (или отверждается - в случае реактопластов) с образованием твердого изделия (позиция "г"). Материальный цилиндр продолжает оставаться в сомкнутом с системой формы положении. В этой ситуации червяк начинает вращаться с заданной скоростью, подготавливает и транспортирует расплав в переднюю зону материального цилиндра и при этом отодвигается назад. В конце накопления требуемого объема расплава вращение червяка прекращается. Он занимает исходное положение. 
После завершения процесса затвердевания (отверждения) пластмассы форма размыкается, и изделие удаляется из нее (позиция "д"). Для облегчения съема изделия материальный цилиндр может к этому моменту отодвинуться от узла формы. Далее цикл литья под давлением повторяется.

Рис. 1

Процесс литья под давлением можно разбить на следующие стадии:

1. Дозирование материала и загрузка его в цилиндр. 
2. Пластикация материала. 
3. Впрыск пластифицированного материала в сомкнутую форму и выдержка его под давлением. 
4. Охлаждение изделия в форме. 
5. Размыкание формы и удаление изделия из неё.

К технологическим параметрам литья под давлением относятся: температура пластикационного цилиндра, температура формы, удельное давление литья и продолжительность стадий цикла.

Температура пластикации должна быть выше температуры текучести полимера на 10 – 20°С. При более высоких температурах уменьшается вязкость расплава, облегчаются условия формования, повышается производительность литьевой машины, но увеличивается скорость термической и термоокислительной деструкции.

Температура формы должна быть меньше температуры размягчения полимера, но слишком низкая температура формы может быть препятствием к нормальному её заполнению при впрыске. 

Выбор оптимальной температуры определяется способностью полимера к кристаллизации, скоростью кристаллизации, его теплофизическими свойствами, а также конструктивными особенностями формы, давлением литья и температурой поступающего в форму расплава.

Время цикла формования определяется временем пластикации материала, временем впрыска материала в форму и выдержки под давлением, временем охлаждения изделия в форме.

Время пластикации зависит от теплопроводности полимера и характеристик нагревательного цилиндра. На общее время цикла почти не влияет.

Стадия выдержки под давлением заканчивается в момент застывания расплава в впускных каналах. Затрачиваемое время зависит от температуры расплава и формы, а также от формы и размеров литниковой системы.

Время охлаждения определяется температурой расплава, формы и объемом отливки. Вносит наибольший вклад в общее время цикла.

Усилие смыкания формы и удельное давление литья характеризуют конструктивные особенности узла смыкания  и определяют возможность изготовления изделия на данном термопластавтомате и максимальную площадь отливаемого изделия.

Узел смыкания и впрыска

Основную часть отходов при литье под давлением составляет материал, застывший в литниковых системах. Для уменьшения литниковых отходов в настоящий момент производители используют «горячеканальные» формы, которые дают также ряд других преимуществ. 
Все отходы литьевого производства могут быть использованы для вторичной переработки.

Изготовление

Пресс-форм

Высокоточное изготовление оснастки – это то, с чего начинается успех полимерного производства. Современная технологическая оснастка (пресс-форма)...

Читать Дальше

Заказ Термопластавтоматов

Если Вы решили  купить термопластавтомат, то  вам  стоит обратить  при  подборе  машины  на следующие параметры: усилие запирания формы, объем впрыска ТПА, расстояние ....

Читать Дальше

Двухцветное Литьё Пластмасс

Двухцветное литьё пластмасс или формование деталей из двух различных термопластичных материалов в одном технологическом процессе, это быстро и эффективно:

Читать Дальше

Тонкостенное Литьё Пластмасс

Литье тонкостенных изделий (т.н. тонкостенное литье пластмасс) требует специальной технологии, которая накладывает особые условия на материал, режимы переработки, оборудование и литьевую оснастку....

                             Читать Дальше

Создание сайтов под ключ пластмассовой тематики. [email protected]

xn----8sbarordjywcadg7l.xn--p1ai

Литье пластмасс под давлением

80% от общей массы некоторых моделей современных самолетов занимают пластмассовые композиты!

Пластиковые изделия могут быть сложной геометрической формы, включать в себя закладные элементы, состоять из нескольких компонентов, поддаваться повторной переработке, являться легкими и главное дешевыми.

Сегодня более трети изделий из пластика производится с применением технологии литья под давлением.

Данный метод продолжает набирать популярность, постепенно вытесняя другие.

Ниже представлены основные преимущества литья пластмасс под давлением:

  1. возможность производства изделий в неограниченном количестве с применением любого вида полимеров;
  2. высокоточное и качественное производство изделий в соответствии с заданными характеристиками;
  3. изготовление изделий с закладными элементами, а также многокомпонентное литье;
  4. возможность отлива деталей со сложными конфигурациями, в том числе и тонкостенных изделий;
  5. возможность полной автоматизации производства, что полностью исключает человеческий фактор и служит еще одной гарантией качества продукта;
  6. детали, произведенные данным способом, не нуждаются в дополнительной обработке.

К недостаткам можно отнести лишь расходы на покупку термопластавтомата.

Это, в свою очередь, еще один плюс в сторону заказа изделий из пластмассы у производственных предприятий.

Как происходит литье пластика под давлением?

Литье пластмасс под давлением это сложный технологический процесс, состоящий из нескольких этапов.

Сначала готовятся предварительные эскизы будущего изделия.

Далее на основе первых чертежей в специальных программах разрабатывается 3D-модель, на основе которой проектируется пресс-форма.

Мы писали подробнее о том, как проектируются литьевые формы в нашей предыдущей статье.

Далее идет часть прототипирования, в ходе которой получаются первые опытные образцы, устраняются дефекты и оптимизируются процессы.

Перед тем как загружать сырье в термопластавтомат, оно проходит специальную обработку в сушилках.

Это делается для того, чтобы удалить влагу, так как пренебрежение этим шагом может привести к браку.

Высушенные гранулы полимеров погружаются в термопластавтомат, где поддаются плавлению.

Вязкотекучая расплавленная пластмасса заполняет литьевую форму.

Далее полимер охлаждается и застывает, принимая необходимую форму.

Пресс-форма размыкается и из литьевой машины выталкивается пластиковая деталь.

Цикл изготовления образцов повторяется до тех пор, пока не будут достигнуты нужные результаты.

После завершения прототипирования можно переходить к массовому производству.

Заказать пластиковые изделия недорого можно в компании «Автоп».

За 12 лет реализации производственных проектов в сфере бытовой техники, автомобилестроения, медицины, космической, военной промышленности, мы накопили колоссальный опыт и смогли оптимизировать все процессы таким образом, что можем предлагать качественный продукт по сравнительно недорогим ценам.

Наши пресс-формы в 3-5 раз дешевле среднерыночной стоимости.

В нашем распоряжении целый парк самых современных термопластавтоматов и различного периферийного оборудования.

Мы сотрудничаем с ведущими поставщиками первичного сырья: Bayer, LG, DuPont и многими другими.

Заказывая пластиковые изделия у нас, Вы можете быть уверенными, что получите качественный продукт, так как мы нацелены на долгосрочное сотрудничество и дорожим своей репутацией.

По вопросам сотрудничества обращайтесь по телефону: +7(8482)39-00-12

avtop.ru

Технология литья под давлением

Технологический процесс литья изделий из термопластичных полимеров состоит из следующих операций:

1) плавление, гомогенизация и дозирование полимера;

2) смыкание формы;

3) подвод узла впрыска к форме;

4) впрыск расплава;

5) выдержка под давлением и отвод узла впрыска;

6) охлаждение изделия;

7) раскрытие формы и извлечение изделия.

Технологическая схема процесса литья под давлением термопластов иллюстрируется рис. 17.1.

Рис. 17.1 Технологическая схема процесса литья под давлением термопластов.

1-форма; 2-сопло; 3-цилиндр литьевой машины; 4-шнек; 5-бункер; 6-поршень для впрыска; 7-цилиндр узла впрыска; 8-изделие; 9-литниковый канал формы; 10-толкатель; 11-литниковая втулка.

В момент впрыска расплава и выдержки его под давлением цилиндр литьевой машины 3 подведен к литьевой форме 1 и сопло 2 соединено с литниковым каналом формы. Шнек 4 под действием поршня 6 узла впрыска перемещается к форме, и расплав впрыскивается в формующую полость. Для исключения вытекания расплава из формы дается выдержка под давлением. Во время охлаждения изделия, когда расплав в литнике достаточно охлажден, узел впрыска отводиться от формы, и начинается дозирование новой порции расплава, при этом шнек, вращаясь, отходит назад. В конце операции дозирования, когда накопится определенная порция расплава, шнек останавливается, вновь следует операция впрыска.

После окончания охлаждения форма раскрывается и происходит удаление изделия. Такова общая последовательность операций технологического процесса литья под давлением.

Технологические операции процесса литья под давлением

1. Операция плавления, гомогенизации и дозирования расплава осуществляются периодически через равные промежутки времени и с постоянной для каждого конкретного изделия частотой вращения шнека.

Плавление полимера происходит за счет передачи теплоты от нагретых стенок цилиндра, а также вследствие диссипации энергии вязкого течения расплава и трения гранул. Во время впрыска расплава шнек не вращается, поэтому нагревание гранул происходит только за счет теплопередачи. Таким образом, для расчета операция плавления при литье под давлением разбивается на два этапа нагревания – при неподвижном и вращающемся шнеке.

Операция дозирования осуществляется в результате перемещения полимера в переднюю часть цилиндра при вращении шнека. Вращение шнека включается после окончания выдержки под давлением предыдущего цикла литья и уменьшения давления в цилиндре термопластавтомата. При давлении впрыска (60-140 МПа) нагрузка на шнек очень велика и вращение его недопустимо.

Дозирование сопровождается сжатием и нагреванием гранул с последующим переходом полимера в вязкотекучее состояние. Для обеспечения хорошей гомогенизации расплава во время дозирования с помощью поршня узла впрыска на шнеке создается усилие подпора, поэтому шнек отходит не свободно, а преодолевая давление подпора.

Шнеки литьевых машин конструктивно отличаются от экструзионных. Они обычно имеют меньшую длину (L/D=15-17) и степень сжатия для них равна i=2-2,5. Это объясняется тем, что в литьевых машинах не требуется создания во время дозирования высоких давлений и не нужна хорошая гомогенизация, так как недостаток гомогенизации при дозировании восполняется на последующей технологической операции, то есть при впрыске расплава в форму. При впрыске происходит дополнительный нагрев расплава, и он хорошо перемешивается вследствие течения в литниковых каналах.

studfiles.net

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *