Технология литья под давлением

Технологический процесс

Технология литья включает в себя несколько операций. Прежде всего необходимо высушить гранулы термопластичного полимера, которые являются основным материалом для получения нового продукта. Гранулы не должны содержать воды больше, чем требует изготовление, поэтому их просушка обязательна.

Предварительно обработанный материал поступает в приемный бункер ТПА (термопластавтомата) при помощи оператора. Далее с сырьем работает сама машина. Она направляет гранулы в шнек для расплавки, а затем при помощи специального поршня и высокого давления быстро заливает сырье в специальную пресс-форму. Теперь форме осталось лишь остыть, чтобы можно было получить новое изделие. Вся технология литься под давлением осуществляется на специальной литьевой машине, которая называется термопластавтомат.

Как устроен термопластавтомат

Главные части машины – это узел пластикации и узел смыкания. Работу в них обеспечивают гидроприводы, за давление отвечает электрический двигатель. Числовое программное управление (ЧПУ) служит для образования конкретного изделия.

Этот механизм следит за выполнением установленных характеристик в ходе процесса и регулирует различные внешние устройства (например, те же гидроприводы, электроприводы, нагревательные элементы и др.).

Показатели термопластавтоматов.

  • Сила смыкания пресс-формы. Необходима для того, чтобы форма оставалась закрытой. Обеспечивается узлом смыкания, измеряется в килоньютонах.
  • Максимально возможный объем впрыска. Конечно, в каждом конкретном случае он зависит и от возможностей пресс-форм. Однако существует предельная возможность именно аппарата – один может одновременно обслуживать большее число форм, а другой – меньшее. Единица измерения – граммы или унции. Хотя речь идет об объеме, фактически это масса материала.
  • Давление. Характеристика касается узла впрыска и означает постоянную величину, необходимую для воздействия на расплав в течение всего рабочего цикла.
  • Расстояние от одной направляющей плиты автомата до другой. То есть, максимально возможная ширина используемых пресс-форм.

Недостаток одной характеристики автомата может быть восполнен за счет прекрасного показателя другой. Например, чтобы поднять давление, достаточно уменьшить шнековой радиус. Однако в таком случае снизится и максимально допустимый объем впрыска. Вместе с тем рост давления вызовет соответствующий рост силы размыкания пресс-формы. Это не страшно, если ТПА способен усилить смыкание. В противном случае нужно заменить форму на меньшую по размеру.

Учитывая эти особенности, из всех характеристик термопластавтоматов чаще всего указывают только одну – силу смыкания. Она позволяет судить о габаритах и других свойствах аппарата.

Методы литья под давлением

Для выполнения разных задач литья под давлением используются отличные друг от друга методы. Самый распространенный из них – инжекционный. Предусматривает быстрый впрыск материала в пресс-форму под высоким давлением. Интрузиотый метод используется для литья деталей с толстыми стенками, материал поступает в форму в виде крутящегося «червяка». Инжеционно-прессовый выгодно применять при изготовлении деталей больших размеров, инжекционно-газовый – для экономии исходного сырья. Многослойное литье предусматривает изготовление разноцветных деталей из нескольких материалов, и т.д.

Какие пластмассы можно использовать

Литье под давлением дает изделия из пластмассы, которые способны расплавляться вновь. Это полиэтилен, винипласт (представляет собой не окончательный продукт, а материал для получения листового пластика), акрилопласт, или органическое стекло, полиамид, устойчивый к воздействию высоких температур и различных химических соединений, полипропилен, пластик АBS, целопласт (ацетилцеллюлоза), полистирол, аминопласт и фторопласт.

Виды брака

При литье под давлением встречаются такие виды брака, как недолив (в пресс-форму поступило недостаточно сырья), перелив (материал выходит из краев пресс формы), стыковые швы (прослеживается косая линия спая конкретных потоков), «дыры» внутри или снаружи детали, их деформация, трещины, царапины или непредусмотренные «узоры», расслоение, несоответствие окраски либо размеров.

Межотраслевая ассоциация производителей и потребителей рынка полимерной индустрии

Представляет хорошо организованную структуру, способную отвечать самым высоким требованиям, координировать действия малого и среднего предпринимательства участников отраслей полимерной индустрии, оценивать риски и способствовать их снижению, реагировать на вызовы общества и удовлетворять его потребностям. Быть адекватной по отношению к решаемым задачам при достижении поставленных целей.

Являться организацией-координатором при реализации разработанных стратегий, программ, соглашений, меморандумов, проектов инвестиционной направленности, осуществлять организационное, информационное обеспечение.

Ассоциация является площадкой для формирования консолидированного мнения малого и среднего предпринимательства-участников отраслей полимерной индустрии. Оценивает стратегические ожидания от межотраслевого взаимодействия, как эффективной формы сотрудничества. Оказание всесторонней помощи членам Ассоциации, в том числе и финансирование части расходов, связанных с исследованиями и обучением, стажировок. Ассоциация выступает гарантом в случае привлечения к учебному процессу организаций социальных-партнёров.

Использовать рыночные механизмы для достижения поставленных целей. Создать рациональный рыночный механизм, который позволит упорядочить цены и определить направления исследований, концентрации усилий малого и среднего предпринимательства участников полимерной индустрии вовлечённого в производственные и рыночные отношения. Развивать промышленную политику и политику прагматичной конкуренции. Уважение конкурентов позволит максимально объединять интересы и применять формы объединения для достижения общих целей и получения прибыли от масштаба производства.

Межотраслевая ассоциация производителей и потребителей рынка полимерной индустрии является некоммерческой организацией, учреждённой юридическими лицами для координации предпринимательской деятельности ее членов, направленной на развитие производственных технологий при производстве продукции из полимеров в интересах малого и среднего предпринимательства, осуществляющих соответствующую деятельность и являющимися участниками отраслей полимерной индустрии, а так же созданная в целях координации прав членов Ассоциации. Представления общих интересов в органах государственной власти и местного самоуправления, российских и международных общественных и иных организациях.

Технология литья пластмасс под давлением

Полиэтилен достаточно просто перерабатывается, хотя среди множества соответствующих технологий наиболее популярной уже давно стало литье под давлением. Литье пластмасс под давлением – это последовательность операций, предусматривающих нагрев исходного вещества, его плавление до полужидкой фазы, далее впрыск подогретой вязкой массы под давлением в специальную форму, в которой происходит формирование готового изделия путем отверждения. Особенность этой технологии – ее цикличность, что несколько ограничивает ее производительность. Основные ее достоинства следующие:

  1. «всеядность» по отношению к пластмассам, которые перерабатываются;
  2. достаточно высокая производительность;
  3. высокое качество готовых изделий, зачастую не требующих никакой дополнительной обработки;
  4. вполне допустимо изготовление сложных по своей конфигурации деталей, в том числе тонкостенных;
  5. как правило, не требуется дополнительная обработка готовых изделий (кроме удаления литников);
  6. процесс изготовления готовой продукции допускает полную его автоматизацию, при этом уже наработаны тысячи образцов подобного оборудования.

Имеются, однако, и недостатки у этого метода:

  1. оборудование по этому технологическому процессу является довольно сложным, а потому и недешевым;
  2. практическое применение автоматического оборудования для реализации данного технологического процесса требует достаточно высокой квалификации персонала.

Достоинства, однако, перевешивают недостатки, благодаря чему наибольшее применение, как нетрудно догадаться, получили машины, реализующие именно эту технологию — литье пластика под давлением, поскольку именно она является достаточно точной, массовой, и предоставляет все возможности по ее автоматизации.

Оборудование для литья под давлением

Центральным узлом любого оборудования, предназначенного для литья пластика под давлением, является пресс-форма, от качества которой довольно сильно зависит качество готовой продукции.

Кроме пресс-форм требуются также средства подготовки и подачи сырья, подогрева и поддержания температуры, подачи расплава в пресс-форму, постепенного охлаждения пресс-формы, заполненной под давлением исходным материалом, а также средства механизации и автоматизации процесса, облегчающие работу, увеличивающие ее производительность и повышающие качество готовой продукции. В зависимости от конкретных условий, указанный комплект может быть полным, включающим в себя все перечисленное и даже более, или неполным, ограничивающимся пресс-формой и минимумом навесного оборудования.

Надо сказать, соответствующее оборудование (машины для литья под давлением) изготавливается в современном мире самое различное, поэтому познакомиться со всем его многообразием нет никакой возможности. Но, как пример, мы можем рассмотреть чуть подробнее саму процедуру литья под давлением. Упрощенно сам принцип этой технологии выглядит примерно так:

Рисунок: слева – исходный пласт-порошок поступает в цилиндр, справа — процесс прессования.

Порошок полимера (например, полиэтилена) подается через приемный бункер литьевого аппарата в цилиндр, в котором под воздействием подогрева расплавляется.

После этого цилиндр примыкает своим соплом к собранной форме, а плунжер от воздействия подаваемого на него давления перемещает расплавленный материал влево (см.рис.), заполняя им полость формы. В итоге объем формы заполняется расплавленным полимером, после чего плунжер убирается в крайнюю правую позицию (см.рис). После этого расплаву дается возможность остыть, тем самым образовав готовое твердое изделие. После достаточного остывания форма разделяется, и из нее вынимается готовое изделие. Далее весь цикл начинается заново.

Таким образом, в данном технологическом процессе можно условно выделить такие фазы:

  1. дозируется исходный материал и далее отмеренная доза загружается в рабочий цилиндр;
  2. плавление исходного материала;
  3. подача (как правило, путем впрыска) расплавленного исходного пластика в сцепленную форму;
  4. выдерживание пластика в форме под давлением в течение необходимого времени;
  5. охлаждение достигшего заданной формы изделия во всем объеме;
  6. разделение формы с удалением из нее уже готового изделия.

Температуру пластикации материала необходимо поддерживать на уровне, превышающем температуру текучести пластика на 10 – 20°С. Если поднять значение температуры еще выше, то уменьшится вязкость расплава, а значит, облегчатся условия формовки изделия, повысится производительность процесса, однако одновременно с этим резко увеличивается и скорость старения пластика, что недопустимо.

Рабочую температуру формы следует держать несколько ниже температуры размягчения пластика, однако слишком заниженное ее значение может стать существенной преградой для нормального заполнения формы во время впрыска расплавленного пластика. Ввиду противоречивости требований выбрать оптимальное значение температуры проще всего экспериментально. Время изготовления готового изделия определяется суммой времен подачи порошка, его плавления, впрыскивания расплавленного материала внутрь полости формы, выдержки заготовки под необходимым давлением, охлаждения.

Выдержка изделия под давлением должна заканчиваться, как только застынет расплав во впускных каналах формы. Требуемая продолжительность времени зависит от свойств конкретного пластика, от температуры расплавленного пластика, от температуры формы, от свойств литниковой системы. Длительность охлаждения зависит от степени нагрева материала и формы, объемом изделия. Именно это время (длительность охлаждения) вносит самый большой вклад в общую длительность цикла.

Наибольшая доля отходов при литье под низким давлением – это пластик, застывший в литниках. Однако все отходы литья, осуществляемого по данной технологии, могут быть использованы повторно.

Примеров подобного оборудования в Интернете можно найти множество в силу распространенности как полиэтилена, так и технологий его получения и применения, например, видео процесса литья под давлением вы можете увидеть ниже.

О каждом подробнее

Производство пластика с водяным паром или газом, в сущности, очень похоже на литье под давлением и тоже требуют наличия специального оборудования. В первом случае в пресс-форму осуществляется подача нагретого водяного пара, а во втором – подается инертный газ. При помощи этих способов удается получать изделия любой сложности и конфигурации, с повышенными качественными характеристиками: отсутствием швов, линий спая, идеально гладкая поверхность и т.д.

Двухкомпонентное литье пластмасс дает существенные возможности по комбинированию нескольких составляющих, например различных по цвету или по форме материалов в единой пресс-форме. Преимуществом данного метода по сравнению с однокомпонентным методом является снижение себестоимости изделия путем экономии времени на изготовление и снижения расходов на сборку конечного продукта, монолитность единой конструкции. Двухкомпонентные жидкие пластмассы являются первым шагом на пути перехода к многокомпонентному литью с использованием уже нескольких вариантов материалов.

Холодное литье пластмасс заключается в использовании различных жидких пластиков холодного отвердения. Смешивание компонентов между собой приводит к образованию быстротвердеющей массы, которая помещается в пресс-форму, где окончательно затвердевает. Смешивание выполняется вручную или механически, при необходимости придания определенного цвета изделию могут добавляться красители.
По всем вопросам обращайтесь к нашим менеджерам в г.Саратов

Услуги проектирования пресс форм для литья пластмасс

Основные методы литья пластмасс под давлением

Основным способом переработки термопластов является литье под давлением. Готовое изделие получается высокого качества с высокой степенью точности и при этом продуктивность находится на высокой отметке.

Если сравнивать литье под давлением и прессование термопластов, то при первом способе можно выделить ряд преимуществ:

  • высокая производительность;
  • высокая точность размеров и чистота готовых изделий;
  • минимальная дополнительная обработка изделий;
  • экономичность;
  • возможность изготовления изделий сложной конфигурации, тонкостенных, со слабой арматурой, с длинными оформляющими знаками;
  • возможность полной автоматизации процесса изготовления изделий.

В то же время, как и любой иной способ, литье пластмасс под давлением имеет помимо преимуществ и недостатки:

  • большие затраты на оборудование;
  • высокая стоимость литьевых форм (пресс-форм);
  • невозможность избежать дефектов при литье изделий с большими перепадами в толщине стенок.

На сегодняшний день выделяют такие методы литья под давлением:

  • обычное литье под давлением;
  • интрузия;
  • инжекционное литье;
  • метод литья двухслойных изделий («сэндвич-литье») и пр.
Обычное литье под давлением

Суть: термопласт предварительно нагревается в цилиндре до текучего состояния и выдавливается поршнем в относительно холодную форму (пресс-форма).

Преимущества:

  • простота использования оборудования
  • наличие в машине системы регуляторов времени для контроля последовательности операций цикла литья.
  • достаточно высокая скорость заполнения формы, в отличие от интрузии.

Недостатки:

  • практически невозможно переработать непластифицированый поливинилхлорид и полиформальдегид из-за их разложения при длительном воздействии высоких температур.
  • излишнее переуплотнение при литье крупных деталей с большими поверхностями, длинной, массой.

Принцип работы машины:


Рисунок 1 – Схема литьевой машины
1 – прессовая часть; 2, 4 – плиты для крепления литьевой формы; 3 – литьевая форма; 5 – электронагреватели;
6 – нагревательный цилиндр; 7 –поршень; 8 –гидравлический цилиндр; 9 – загрузочное устройство

Термопласт в виде гранул помещается в загрузочное устройство 9 нагревательного цилиндра 6. Поршень 7 перемещает материал в зону обогрева цилиндра 6, поршень 7 приводится в движение гидроцилиндром 8. Расплав, при движении поршня 7, под давлением впрыскивается в форму 3. Прессовая часть обеспечивает смыкание формы, при этом на плитах прессовой части 2, 4 крепится форма 3, и создает необходимое усилие для ее запирания при впрыскивании.

Интрузия

Суть: термопласт, для повышения его текучести и ускорения заполнения формы, нагревают до высокой температуры и ее выдерживают на высокой отметке до тех пор, пока форма полностью не заполнится. При этом нужно следить за материалом и не прозевать момент начала деструкции материала. Такой метод используют для изготовления толстостенных изделий в процессе интрузии.

Интрузия – это способ формирования толстостенных изделий на винтовых литьевых машинах

Особенность метода:

  • пластикация термопласта, заполнение формы и частичное охлаждение изделия происходит одновременно;
  • малое время пребывания материала при высоко температуре и заполнение формы при невысоких давлениях (порядка 20-25 МПа)

Пластикация – это процесс превращения пластмасс в расплав с помощью внешних нагревателей.

Преимущества:

  • возможность лить крупногабаритные и массивные детали;
  • готовое изделие получается с меньшими внутренними напряжениями, чем при обыкновенном литье;

Недостатки:

  • низкое давление требует большую площадь поперечного сечения системы литников, в противном случае материал застынет раньше;
  • малая скорость заполнения формы;

Принцип работы машины:

Процесс литья в литьевой машине в режиме интрузии осуществляется в той же последовательно, что и при обыкновенном литье. Отличие состоит только в условиях заполнения формы и подпитки охлаждающейся детали новыми порциями материала. Для такого литья используют червячные машины.

Инжекционное литье

Суть: формирование изделия осуществляется за счет усилия инжекционной части машины и усилия замыкания.

Сначала происходит замыкание формы при небольшом усилии. Далее в форму подается точное количество материала, при этом толщина стенок готового изделия гораздо меньше полости формы в момент впрыскивания материала. В момент окончания заполнения формы или через небольшой промежуток времени давление в прессовой части повышается, и усилием пуансона формы осуществляется окончательное формование изделия (рисунок 2).


Рисунок 2 – ема литья инжекционным методом
а – впрыск расплава; б – прессование

Назначение прессовой части: придание материалу необходимой конфигурации и для поддержания давления при его усадке.

Преимущества:

  • уменьшение времени впрыска и усилия замыкания;
  • усадка изделий меньше;
  • возможность лить тонкостенные детали из термопластов с малой текучестью;
  • равномерное распределение внутренних напряжений.

Недостатки:

  • формы сложнее и дороже, чем при остальных методах;
  • основным требованием к изделию является то, что оно должно быть симметричным и впрыск необходимо производить в центре изделия;
  • необходимо использовать специальные литьевые машины или переоснащать уже имеющие обычные литьевые машины.
«Сэндвич литье»

Суть: получают изделия, у которых внешняя оболочка изготовлена из одного термопласта, а внутренняя часть изделия – из другого материала или того же, но в другом состоянии, например, вспененном.

Особенность метода: вначале выдавливается в литьевую форму материал для оболочки (рисунок 3) через один инжекционный цилиндр, а потом через тот же литник выдавливают другой материал из другого инжекционного цилиндра, который является вспененным наполнителем.


Рисунок 3 – Схема процесса литья двухслойных изделий

Преимущества:

  • возможность создавать изделия с необычными свойствами;
  • возможность использовать для ядра изделия более дешевый материал.

Недостатки:

  • использование специальной литьевой машины;
  • дороговизна литьевых форм (дороже на 10% обычных);
  • литьевые машины на 20-40% дороже обычных литьевых машин.

Устройство термопластавтомата

Весь цикл литья осуществляется на термопластавтомате, в который монтируется пресс-форма. Собственно термопластавтомат состоит из двух основных частей: узла пластикации и узла смыкания. Все движения этих узлов осуществляются гидроприводами, а давление в гидросистеме обеспечивает электродвигатель. Процессами управляет блок ЧПУ — центральный контроллер, который не только задает все параметры цикла литья, но и может управлять внешними устройствами — электро- и гидро- приводами, нагревателями и т. п.

Схема термопластавтомата 1 Узел смыкания. 2 Пресс-форма. 3 Блок ЧПУ. 4 Узел пластикации. 5 Загрузочный бункер. 6 Двигатель. 7 Гидравлическая система.

Основными параметрами, характеризующими конкретную модель ТПА, являются:

  • Усилие смыкания формы, в тоннах (а точнее в тысячах килограмм силы) или килоньютонах ( 1т = 10КН ).

    Это максимальная сила, с которой узел смыкания может удерживать пресс-форму в закрытом состоянии.

  • Объем, а точнее масса впрыска, обычно измеряемая в граммах или унциях полистирола. Это максимальная масса полистирола, которую машина может переработать за один цикл.
  • Давление впрыска. Это максимальное давление расплава, которое может поддерживать узел впрыска в цикле литья.
  • Расстояние между колонками. Это ширина просвета между колонками — направляющими подвижной плиты ТПА. Просвет определяет максимальную ширину пресс-формы, которую можно установить на машину.

Все перечисленные параметры находятся во взаимной зависимости. Так увеличение давление впрыска может быть достигнуто снижением диаметра шнека, а следовательно и объема впрыска. С другой стороны, большее давление приведет к возрастанию усилия, раздвигающего пресс-форму и потребует либо увеличения усилия смыкания, либо уменьшения геометрических размеров формы.

Поэтому для обозначения термопластавтоматов обычно используют один показатель — усилие смыкания. Он дает достаточное представление о размерах и основных возможностях машины.

Узел пластикации и впрыска

Этот узел является определяющим для всего процесса литья. Его функция заключается в расплавлении полимера и его подаче в полость пресс-формы.

Схема узла пластикации 1 Сопло. 2 Шнековая камера. 3 Обратный клапан. 4 Шнек. 5 Бункер.

Принцип работы узла пластикации следующий: полимерный материал засыпается в бункер, а затем поступает в материальный цилиндр, где вращающийся шнек перемещает его в сторону сопла. В цилиндре материал разогревается кольцевыми ТЭНами и впрыскивается в пресс-форму в расплавленном состоянии. Для того, чтобы избежать выдавливания полимера назад в бункер, шнек оснащен обратным клапаном, перекрывающим движение материала в момент впрыска.

Цикл литья под давлением

Цикл работы термопластавтомата можно представить в виде круговой диаграммы, показывающей длительность каждого из этапов литья.

Цикл литья под давлением

По диаграмме видно, что основное время цикла занимают процессы выдержки под давлением и охлаждения изделия. Причем, чем больше масса изделия, чем толще его стенки, тем большую долю займут эти два процесса. В тонкостенных изделиях, напротив, более критичными становятся скоростные характеристики термопластавтомата, так называемое время «сухого цикла». Для таких изделий использование скоростного оборудования является весьма желательным, а иногда и обязательным условием.

Рассмотрим каждый из этапов цикла подробнее.

A. Смыкание и впрыск 1 Хвостовик. 2 Приводной цилиндр. 3 Плита толкателей. 4 Подвижная плита(плита пуансона). 5 Неподвижная плита (плита матрицы). 6 Материальный цилиндр. 7 Обратный клапан. 8 Шнек. 9 Направляющие колонки. 10 Толкатели. 11 Полость формы. 12 Сопло.

Цикл литья начинается со смыкания пресс-формы, после чего в её полость впрыскивается расплав полимера. Процесс впрыска на современных машинах может разбиваться на несколько ступеней, с управлением скоростью впрыска на каждой из них. Это позволяет обеспечить нужную скорость прохождения материала по различным каналам и полостям формы. Наладчик может добиться качественной детали, подобрав скорость вхождения материала в центральный и разводящий литники, затем в основную полость отливки и, наконец, в её тонкие ребра и стенки.

B. Выдержка под давлением

После заполнения формы шнек поддерживает давление впрыска материала, компенсируя его усадку в процессе охлаждения. Если это давление будет слишком большим, половинки формы могут слегка раздвинуться, и материал начнет утекать в появившиеся щели, образуя облой по линии смыкания.

C. Пластификация

На третьей фазе цикла шнек начинает вращаться, отодвигаясь в исходное положение. При этом следующая доза расплавленного материала поступает в шнековую камеру.

D. Открытие формы

В результате охлаждения пресс-формы деталь застывает, после чего подвижная плита отходит назад, раскрывая форму. Обычно, пресс-форма проектируется таким образом, чтобы после раскрытия деталь гарантированно оставалась на подвижной части формы — пуансоне. С пуансона деталь снимается толкателями, они приводятся в движение отдельным гидроцилиндром термопластавтомата, к которому прикреплён хвостовик.

Необходимо отметить, что представленные схемы описывают процесс литья весьма приблизительно, и существует множество модификаций оборудования и пресс-форм, заметно отличающихся от указанных в данном тексте методов. Тем не менее основные принципы работы термопластавтоматов остаются неизменными уже многие десятилетия, а отличия обычно находятся в области небольших изменений того или иного узла.

Добавить комментарий

Закрыть меню