Литьё под давлением и при низком давлении

Содержание

1. Литье под  давлением: Оборудование и технология литья под давлением.  

Разновидности пластикации

Методы литья  под давлением

Виды  брака и методы их устранения

2 Литье при низком  давлении

Описание  технологического процесса

Преимущества

варианты применения

 

1. Литье под давлением: Оборудование и технология литья под давлением.  

Исключительное разнообразие штучных  изделий из полимерных материалов, широкий комплекс предъявляемых  к ним требований (потребительские, эксплуатационные, технологические, экономические, дизайна) диктует необходимость  применения и совершенствования  разнообразных методов литья  под давлением, каждый из которых  позволяет наиболее полно решать поставленные задачи. Литье под давлением осуществляют на компрессорных и поршневых машинах высокой производительности, дающих 200...400 отливок в час. Поршневые машины выпускают с горячей или холодной камерой сжатия, расположенной горизонтально или вертикально. Машины с горячей камерой сжатия, в которых камера находится непосредственно в расплаве, применяют для получения отливок из сплавов с низкой температурой плавления на основе цинка, олова и свинца. Машины с холодной камерой сжатия, в которых камера вынесена за пределы расплава, используют для получения отливок из более тугоплавких цветных сплавов на основе меди, алюминия и магния.

На машинах с вертикальной холодной камерой сжатия (рис. 6,а) расплав 4заливают в камеру сжатия 5 (положение 1). Верхний поршень 1, опускаясь, давит на расплав и на нижний поршень 10, который при движении вниз открываетлитниковый канал 3. Металл заполняет полость 2 пресс-формы, состоящей из двух половин 6 и 7 (положение 11). Объем жидкого металла должен быть больше объема полости формы, чтобы между верхним и нижним поршнем оставался избыток металла. Давление верхнего поршня поддерживают до полной кристаллизации отливки, после чего пресс-форму раскрывают и отливку 9 вместе с литником 12 выталкивают из формы толкателями 8. Нижний поршень выталкивает наружу избыток металла 11 (положение 111), и его отправляют в переплав.

рис.6 Схемы поршневых машин  для литья под давлением

На (рис. 6, б) показана работа машины с горизонтальной холодной камерой сжатия. Все операции на ней выполняются в той же последовательности.

На (рис. 6 ,в)  приведена схема работы поршневой машины с горячей камерой сжатия. Чугунный тигель 13 с жидким металлом все время подогревают снизу газом через форсунку 21. Перед заливкой пресс-форму 19 закрывают и мундштук18 соединяется с каналом 17. При верхнем положении поршня 16 через отверстие14 сплав заполняет камеру сжатия 15 и канал. При движении вниз поршень впрессовывает жидкий металл в полость формы. После затвердевания металла давление снимают, поршень движется вверх, форму раскрывают и отливку выталкивают толкателями 20. Машины с горячей камерой сжатия более производительны и расходуют меньше жидкого металла, однако их нельзя применять для литья сплавов с температурой плавления более 500 °С из-за быстрого изнашивания поршня.

В машинах с холодной камерой  сжатия поршень контактирует с расплавом  в течение короткого промежутка времени и поэтому  мало изнашивается. Здесь можно значительно повысить давление, что гарантирует высокую плотность и прочность отливок. Если в машинах с горячей камерой сжатия давление достигает20 МПа, то в машинах с холодной камерой сжатия при литье алюминиевых и медных сплавов давление может достигать 100... 300 МПа.

Компрессорные машины, работающие на сжатом воздухе, применяются редко  и поэтому здесь не рассматриваются.

 

 

 

Разновидности пластикации

Пластикация, то есть расплавление полимерного материала под давлением, во многом 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.

литье давление пластмасса тонкостенная

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  под давлением

Инжекционный  метод

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.

Инжещионно-прессовый

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.

Инжекционно-газовое литье (ИГЛ)

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 утяжины, 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. 

 

Интрузиотый метод

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.

Многослойное  литье

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

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. 

 

Соинжекщюнное литье  

 

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 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 - 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 - 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 - легкотекуч в расплаве, позволяет получать тонкостенные жесткие изделия, чувствителен к перегреву.

УПС отличается от ПС несколько  меньшей текучестью и большей  усадкой.

АБС-пластик относится к конструктивным маркам, имеет большую вязкость в расплаве, труднее перерабатывается в тонкостенные изделия.

ПММА 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 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.