Литьё под давлением и при низком давлении

ПА - 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 - 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, ПБТФ и ПОМ 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 значительным 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 1. 

 

Таблица 1.

Дефект	Причина дефекта	Способ 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 порции 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 (воизбежании образования вакуума)

 

 

 
2 Литье при низком  давлении

Литье при низком давлении (Low-Pressure Injection Molding) - это один из вариантов оптимизации традиционной технологии литья под давлением. Она включает в себя целую серию усовершенствований, которые позволяют поддерживать давление впрыска (а следовательно, усилие смыкания формы) на предельно низких значениях. К основным преимуществам литья низкого давления следует отнести снижение требований к величине усилия смыкания формы, более дешевые литьевые формы и снижение усилия при литьевом прессовании. Оно также способствует уменьшению себестоимости изделий, если используется литье с декорированием в форме. 

 

Описание технологического процесса

Положительный результат  в процессе литья при низком давлении достигается за счет правильного  управления частотой вращения шнека  и противодавлением пластикации  для управления температурным профилем расплава в дозе впрыска, а также  за счет точной регулировки скорости впрыска и давления. Это позволяет  поддерживать их на достаточно низком уровне и управлять скоростью  перемещения фронта расплава при  заполнении. При этом используются впускные литники обычного размера, а также пленочные литники  и/или запирающиеся сопла ГКС, которые  открываются последовательно, в  зависимости от объема дозы впрыска, за счет этого уменьшается длина  пути течения расплава, а это, в  свою очередь, устраняет опасность  возникновения линий спая. Стадия подпитки становится ненужной при условии  впрыска точно рассчитанной дозы расплава без вытекания. С помощью  современной электроники и гидравлики, которыми управляет компьютер, технологический  процесс может поддерживать плотный  постоянный фронт расплава при небольшом  давлении.

 
Управление температурным  профилем дозы впрыска

Почти все тепло, необходимое  для заполнения формы, поступает  от пластикации, что является следствием небольшой скорости впрыска и  нормального размера впускного  литника. Это отличается от обычного литья под давлением, в котором  существенная доля тепловой энергии  генерируется за счет сил вязкого  трения. Управление температурным профилем дозы впрыска

осуществляется за счет изменения  частоты вращения шнека и противодавления  на конце шнека во время стадии пластикации. Следует заметить, что  эффективное соотношение длина/диаметр (L/D) шнека уменьшается (при длине  хода от 1 до 5 диаметров), когда шнек отходит назад для подготовки дозы впрыска. Для того чтобы скомпенсировать  изменяющуюся длину пластикации  шнека, улучшить смешение и увеличить  сдвиговые напряжения, используется электрогидравлическое устройство увеличения противодавления на конце  шнека. Частота вращения шнека также  имеет временной профиль (рис.1).

Рис.1 Типичные кривые изменения для частоты вращения шнека (об/мин), обратного давления, скорости впрыска и давления впрыска в процессе литья при низком давлении

 
Управление давлением  и скоростью впрыска

Профиль изменения давления впрыска устанавливается таким  образом, чтобы управлять впрыском в процессе заполнения формы. Как  показано на рис.1, начальная скорость впрыска невелика, чтобы гарантировать  равномерную скорость течения в  литьевой форме. После поступления  расплава в формующую полость  скорость устанавливается таким  образом, чтобы фронт расплава перемещался  с одинаковой скоростью во время  всей стадии впрыска. Профиль изменения  давления в общем случае выглядит в виде перевернутой буквы U (рис.2). Это  понижает быстрый рост давления, который  обычно наблюдается в традиционном литье под давлением.

Рис.2 Передняя часть  бампера, изготовленная методом  управления многоточечным объемным впрыском

Материал затвердевает практически  мгновенно, как только соприкасается  с холодной стенкой литьевой формы. Скорость фронта расплава определяет усилие, которое создается потоком, а также степень ориентации молекул  и волокон в зонах вблизи поверхности  изделия. Изменение ориентации внутри изделия из-за изменения скорости фронта расплава в процессе заполнения формы приводит к различной усадке и деформации изделия. Поэтому желательно поддерживать скорость перемещения  фронта расплава постоянной, чтобы  создавать одинаковую ориентацию молекул  и волокон во всем изделии.

Преимущества

Технология литья при  низком давлении имеет следующие  преимущества:

снижение требований к  усилию смыкания литьевой формы, что  позволяет использовать более дешевые  формы;

достижение меньших внутренних напряжений в готовом изделии  и улучшение его потребительских  свойств;

возможность совмещения с  другими литьевыми технологиями (например, с литьем на подложку);

возможность производства изделий  большого размера при экономии сырья  от 5 до 8%;

возможность снижения температуры  расплава и сокращения общего времени  цикла;

возможность уменьшения давления во впускных литниках и формующей  полости формы;

возможность сокращения затрат на дополнительную обработку изделий  и на весь процесс производства.

Недостатки

Поскольку применение литья  при низком давлении в различных  технологиях при водит к снижению давления впрыска, то этот процесс не предвещает неблагоприятных эффектов.

Материалы

Для литья при низком давлении успешно используется большая гамма  материалов, а именно: термопластичные  и термореактивные материалы, сополимеры и смеси материалов с наполнителем, вторичное сырье и даже каучуки. На практике чаще всего используется ПП из-за его низкой стоимости и  хороших физических и механических характеристик. Существует большое  количество тканей и пленок, которые могут быть использованы в литье с наслоением. Для материалов с волоконными наполнителями обычный размер впускного литника снижает вероятность повреждения волокон. 

 

Типичные варианты применения

Кроме уже упомянутых изделий  технология литья при низком давлении используется для изготовления разнообразных  автомобильных компонентов - от приборных  досок, консолей, панелей интерьера, накладок порогов дверей и козырьков  до колпаков фар, обшивки потолка  салона, бамперов и драпировки. К  другим областям применения относятся  контейнеры для перевозки строительных материалов, грузовые поддоны, корпуса  бытовой техники, оборудование для  ванных комнат и строительные панели. К крупным изделиям относятся  кабины грузовых автомобилей и корпуса  лодок.