Литье под давлением (американское написание: литье под давлением ) - это производственный процесс для изготовления деталей путем впрыскивания расплавленного материала в пресс-форму . Литье под давлением может выполняться с множеством материалов, в основном, включая металлы (для которых процесс называется литьем под давлением ), стекла , эластомеры , кондитерские изделия и, как правило, термопластичные и термореактивные полимеры. Материал для детали подается в нагретый цилиндр, перемешивается (с помощью винтового винта) и впрыскивается в полость формы , где он охлаждается и затвердевает до конфигурации полости. [1]: 240 После того, как продукт спроектирован, обычно промышленным дизайнером или инженером , изготовитель пресс-форм (или инструментальщик) изготавливает формы из металла , обычно из стали или алюминия , и подвергается прецизионной механической обработке, чтобы сформировать элементы желаемой детали. . Литье под давлением широко используется для изготовления самых разных деталей, от мельчайших деталей до целых кузовных панелей автомобилей. Достижения в технологии 3D-печати с использованием фотополимеров, которые не плавятся во время литья под давлением некоторых низкотемпературных термопластов, можно использовать для некоторых простых форм для литья под давлением.
Для литья под давлением используется специальная машина, которая состоит из трех частей: узла впрыска, формы и зажима. Детали, подлежащие литью под давлением, должны быть очень тщательно спроектированы, чтобы облегчить процесс формования; Материал, используемый для детали, желаемая форма и характеристики детали, материал формы и свойства формовочной машины должны быть приняты во внимание. Универсальность литья под давлением достигается за счет такого разнообразия конструктивных соображений и возможностей.
Приложения [ править ]
Литье под давлением используется для создания многих вещей, таких как катушки с проволокой, упаковка , крышки для бутылок , автомобильные детали и компоненты, игрушки, карманные расчески , некоторые музыкальные инструменты (и их части), цельные стулья и небольшие столики, контейнеры для хранения, механические детали (включая шестерни) и большинство других пластмассовых изделий, доступных сегодня. Литье под давлением - самый распространенный современный метод изготовления пластмассовых деталей; он идеально подходит для производства больших объемов одного и того же объекта. [2]
Характеристики процесса [ править ]
При литье под давлением используется поршень или плунжер винтового типа для вдавливания расплавленного пластика или резины в полость формы; он затвердевает в форму, которая соответствует контуру формы. Чаще всего он используется для обработки как термопластов, так и термореактивных полимеров , при этом объем используемых первых значительно выше. [3] : 1–3 Термопласты широко распространены из-за характеристик, которые делают их очень подходящими для литья под давлением, таких как простота переработки, универсальность для широкого спектра применений, [3] : 8–9 и способность размягчаться и течь при нагревании. Термопласты также имеют элемент защиты от термореактивных материалов; если термореактивный полимер не выталкивается из цилиндра для литья под давлением своевременно, может произойти химическое сшивание, в результате чего винт и обратные клапаны заклинивают и потенциально могут повредить литьевую машину. [3] : 3
Литье под давлением состоит из впрыска сырья под высоким давлением в форму, которая придает полимеру желаемую форму. [3] : 14 Формы могут иметь одну или несколько полостей. В пресс-формах с несколькими полостями каждая полость может быть идентична и образовывать одни и те же детали или может быть уникальной и образовывать несколько различных геометрических форм в течение одного цикла. Формы обычно изготавливают из инструментальной стали , но для определенных применений подходят нержавеющие стали и алюминиевые формы. Алюминиевые формы обычно плохо подходят для крупносерийного производства или деталей с узкими допусками по размерам, поскольку они имеют более низкую механическую прочность.свойства и более подвержены износу, повреждению и деформации во время циклов впрыска и зажима; тем не менее, алюминиевые формы экономичны при небольших объемах производства, так как затраты и время на изготовление пресс-форм значительно снижаются. [1] Многие стальные формы предназначены для обработки более миллиона деталей в течение их срока службы, и их изготовление может стоить сотни тысяч долларов.
При формовании термопластов обычно гранулированное сырье подается через бункер в нагретый цилиндр с возвратно-поступательным шнеком. При входе в цилиндр температура увеличивается, и силы Ван-дер-Ваальса , препятствующие относительному потоку отдельных цепочек, ослабевают в результате увеличения пространства между молекулами при более высоких состояниях тепловой энергии. Этот процесс снижает его вязкость , что позволяет полимеру течь под действием движущей силы узла впрыска. Шнек подает сырье вперед, смешивает и гомогенизирует термическое и вязкое распределение полимера и сокращает необходимое время нагрева за счет механического сдвига.материал и добавление к полимеру значительного нагревания при трении. Материал поступает вперед через обратный клапан и собирается в передней части шнека в объем, известный как дробь . Дробь - это объем материала, который используется для заполнения полости формы, компенсации усадки и обеспечения амортизатора (примерно 10% от общего объема дроби, который остается в стволе и не дает винту опускаться до дна) для передачи давления. от винта до полости формы. Когда собрано достаточно материала, материал под высоким давлением и скоростью нагнетается в полость, образующую деталь. Точная величина усадки зависит от используемой смолы и может быть относительно предсказуемой. [4]Чтобы предотвратить скачки давления, в процессе обычно используется положение переноса, соответствующее заполнению полости на 95–98%, когда винт переключается с постоянной скорости на постоянное регулирование давления. Часто время впрыска составляет менее 1 секунды. Когда шнек достигает положения переноса, прикладывается уплотняющее давление, которое завершает заполнение формы и компенсирует термоусадку, которая для термопластов довольно высока по сравнению со многими другими материалами. Давление уплотнения прикладывают до тех пор, пока затвор (вход в полость) не затвердеет. Из-за своего небольшого размера ворота обычно первым затвердевают по всей своей толщине. [3] : 16После затвердевания затвора в полость больше не может попадать материал; соответственно, шнек совершает возвратно-поступательное движение и захватывает материал для следующего цикла, в то время как материал внутри формы охлаждается, так что он может быть вытолкнут и сохраняет размерную стабильность. Эта продолжительность охлаждения значительно сокращается за счет использования охлаждающих линий, по которым циркулирует вода или масло от внешнего регулятора температуры. После достижения требуемой температуры форма открывается, и ряд штифтов, гильз, съемников и т. Д. Выдвигается вперед для извлечения изделия из формы. Затем форма закрывается, и процесс повторяется.
В двухэлементной пресс-форме два отдельных материала объединены в одну деталь. Этот тип литья под давлением используется для придания мягкости ручкам, для придания продукту нескольких цветов или для производства деталей с несколькими рабочими характеристиками. [5]
В случае термореактивных материалов в цилиндр обычно вводят два разных химических компонента. Эти компоненты немедленно начинают необратимые химические реакции, которые в конечном итоге сшивают материал в единую связанную сеть молекул. Когда происходит химическая реакция, два жидких компонента постоянно превращаются в вязкоупругое твердое тело. [3] : 3 Затвердевание в нагнетательном цилиндре и шнеке может быть проблематичным и иметь финансовые последствия; поэтому минимизация отверждения термореактивного материала внутри цилиндра имеет жизненно важное значение. Обычно это означает, что время пребыванияи температура химических прекурсоров сводится к минимуму в блоке впрыска. Время пребывания можно уменьшить за счет минимизации объема цилиндра и максимального увеличения продолжительности цикла. Эти факторы привели к использованию теплоизолированного блока холодного впрыска, который вводит реагирующие химические вещества в термически изолированную горячую форму, что увеличивает скорость химических реакций и сокращает время, необходимое для достижения затвердевшего термореактивного компонента. После затвердевания детали клапаны закрываются, чтобы изолировать систему впрыска и химические прекурсоры , и пресс-форма открывается для выталкивания отформованных деталей. Затем форма закрывается, и процесс повторяется.
Предварительно отформованные или обработанные компоненты могут быть вставлены в полость при открытой пресс-форме, что позволяет материалу, введенному в следующем цикле, формироваться и затвердевать вокруг них. Этот процесс известен как формование со вставкой и позволяет отдельным деталям содержать несколько материалов. Этот процесс часто используется для создания пластиковых деталей с выступающими металлическими винтами, чтобы их можно было многократно закреплять и откреплять. Этот метод также можно использовать для этикетирования в форме, а пленочные крышки также могут быть прикреплены к формованным пластиковым контейнерам.
На конечной части обычно присутствуют линия разъема , литник , следы от ворот и следы от выталкивающего штифта. [3] : 98 Обычно ни одна из этих функций не желательна, но они неизбежны из-за характера процесса. Следы от ворот появляются на воротах, которые соединяют каналы подачи расплава (литник и бегунок) с полостью, образующей деталь. Линия разделения и следы от выталкивающего штифта возникают из-за мельчайших перекосов, износа, газовых отверстий, зазоров для смежных деталей при относительном движении и / или различий в размерах сопрягаемых поверхностей, контактирующих с впрыскиваемым полимером. Различия в размерах можно объяснить неравномерной деформацией под давлением во время впрыска, допусками на обработку и неоднородностью.тепловое расширение и сжатие компонентов пресс-формы, которые подвергаются быстрой смене циклов на этапах процесса впрыска, упаковки, охлаждения и выброса. Компоненты пресс-формы часто конструируются из материалов с различными коэффициентами теплового расширения. Эти факторы невозможно учесть одновременно без астрономического увеличения стоимости проектирования, изготовления , обработки и контроля качества . Опытный дизайнер пресс-форм и деталей размещает эти эстетические недостатки в скрытых областях, если это возможно.
История [ править ]
Американский изобретатель Джон Уэсли Хаятт вместе со своим братом Исайей запатентовали первую машину для литья под давлением в 1872 году. [6] Эта машина была относительно простой по сравнению с машинами, используемыми сегодня: она работала как большая игла для подкожных инъекций , используя поршень для инъекции пластика. через нагретый цилиндр в форму. С годами отрасль медленно развивалась, производя такие продукты, как перья для воротников , пуговицы и гребни для волос.
Немецкие химики Артур Эйхенгрюн и Теодор Беккер изобрели первые растворимые формы ацетата целлюлозы в 1903 году, который был гораздо менее горючим, чем нитрат целлюлозы . [7] В конечном итоге он стал доступен в виде порошка, из которого его можно было легко формовать под давлением. Артур Эйхенгрюн разработал первый пресс для литья под давлением в 1919 году. В 1939 году Артур Эйхенгрюн запатентовал литье под давлением пластифицированного ацетата целлюлозы.
Промышленность быстро развивалась в 1940-х годах, потому что Вторая мировая война создала огромный спрос на недорогую продукцию массового производства. [8] В 1946 году американский изобретатель Джеймс Уотсон Хендри построил первую шнековую инжекционную машину, которая позволила гораздо более точно контролировать скорость впрыска и качество производимых изделий. [9] Эта машина также позволяла смешивать материал перед инъекцией, чтобы цветной или переработанный пластик можно было добавить к первичному материалу и тщательно перемешать перед инъекцией. В 1970-х годах Хендри разработал первую систему литья под давлением с использованием газа.процесс, который позволил изготавливать сложные полые изделия, которые быстро охлаждались. Это значительно улучшило гибкость конструкции, а также прочность и отделку изготавливаемых деталей, одновременно сократив время производства, стоимость, вес и количество отходов. К 1979 году производство пластмассы превысило производство стали, а к 1990 году алюминиевые формы стали широко использоваться для литья под давлением. [10] Сегодня винтовые инъекционные машины составляют подавляющее большинство всех инъекционных машин.
Отрасль литья пластмасс под давлением за годы эволюционировала от производства гребней и кнопок до производства широкого спектра продуктов для многих отраслей, включая автомобильную, медицинскую, аэрокосмическую, потребительские товары, игрушки, сантехнику , упаковку и строительство. [11] : 1-2
Примеры полимеров, наиболее подходящих для данного процесса [ править ]
Можно использовать большинство полимеров, иногда называемых смолами, включая все термопласты, некоторые термореактивные полимеры и некоторые эластомеры. [12] С 1995 года общее количество доступных материалов для литья под давлением увеличивалось со скоростью 750 в год; на момент начала этой тенденции было доступно около 18 000 материалов. [13] Доступные материалы включают сплавы или смеси ранее разработанных материалов, поэтому дизайнеры продукции могут выбрать материал с наилучшим набором свойств из огромного набора. Основными критериями выбора материала являются прочность и функциональность, необходимые для конечной детали, а также стоимость, но также каждый материал имеет разные параметры для формования, которые необходимо учитывать. [11] :6 Другие соображения при выборе материала для литья под давлением включают модуль упругости при изгибе или степень, до которой материал может быть изогнут без повреждений, а также отклонение тепла и водопоглощение. [14] Обычные полимеры, такие как эпоксидная смола и фенол, являются примерами термореактивных пластиков, в то время как нейлон , полиэтилен и полистирол являются термопластами. [1] : 242 До сравнительно недавнего времени пластмассовые пружины были невозможны, но достижения в свойствах полимеров сделали их сейчас весьма практичными. Применения включают пряжки для закрепления и отсоединения лямок уличного оборудования.
Оборудование [ править ]
Термопластавтоматы состоят из бункера для материала, поршня для литья под давлением или винтового плунжера и нагревательного устройства. [1] : 240 Также известные как плиты, они удерживают формы, в которых формируются компоненты. Прессы классифицируются по тоннажу, который выражает силу зажима, которую может проявить машина. Эта сила удерживает форму в закрытом состоянии во время процесса впрыска. [15] Тоннаж может варьироваться от менее 5 тонн до более 9000 тонн, причем более высокие значения используются в сравнительно небольшом количестве производственных операций. Общая необходимая сила зажима определяется площадью проекции формованной детали. Эта проектируемая площадь умножается на усилие зажима от 1,8 до 7,2 тонны.на каждый квадратный сантиметр проектируемой площади. Как показывает практика, для большинства продуктов можно использовать 4 или 5 тонн / дюйм 2 . Если пластмассовый материал очень жесткий, для заполнения формы требуется большее давление впрыска и, следовательно, больший усилие зажима для удержания формы в закрытом состоянии. [11] : 43–44 Требуемая сила также может определяться используемым материалом и размером детали. Для более крупных деталей требуется более высокое усилие зажима. [12]
Плесень или форма [ править ]
Форма или матрица - это общие термины, используемые для описания инструмента, используемого для изготовления пластмассовых деталей при формовании.
Поскольку изготовление пресс-форм было дорогостоящим, они обычно использовались только в массовом производстве, где производились тысячи деталей. Типичные формы изготавливаются из закаленной стали, предварительно закаленной стали, алюминия и / или бериллиево-медного сплава. [16] : 176 Выбор материала для изготовления пресс-формы - это в первую очередь вопрос экономики; Как правило, изготовление стальных форм обходится дороже, но их более длительный срок службы компенсирует более высокую начальную стоимость по сравнению с большим количеством деталей, изготовленных до износа. Формы из предварительно закаленной стали менее износостойкие и используются для небольших объемов или для более крупных компонентов; их типичная твердость стали составляет 38–45 по шкале Роквелла-С.. Формы из закаленной стали после механической обработки подвергаются термообработке; они намного превосходят их по износостойкости и сроку службы. Типичная твердость составляет от 50 до 60 по шкале Роквелла-С (HRC). Алюминиевые формы могут стоить значительно дешевле, а при проектировании и обработке на современном компьютеризированном оборудовании они могут быть экономичными для формования десятков или даже сотен тысяч деталей. Бериллиевая медь используется в областях пресс-формы, которые требуют быстрого отвода тепла, или в областях, где выделяется наибольшее количество тепла сдвига. [16] : 176 Формы могут изготавливаться либо с помощью обработки с ЧПУ, либо с использованием процессов электроэрозионной обработки .
- Матрица для литья под давлением с боковыми вытяжками
Сторона «А» фильеры для 25% -ного стеклонаполненного ацетала с двумя боковыми вытяжками.
Крупным планом съемная вставка на стороне "А".
Сторона матрицы "B" с приводами бокового вытягивания.
Вставка снята с матрицы.
Дизайн пресс-формы [ править ]
Форма состоит из двух основных компонентов: формы для литья под давлением (пластина A) и формы выталкивателя (пластина B). Эти компоненты также называют формовщика и mouldmaker . Пластиковая смола поступает в форму через литник или литник в форме для литья под давлением; Литниковая втулка должна плотно прилегать к соплу цилиндра литьевого формования формовочной машины и позволять расплавленному пластику вытекать из цилиндра в форму, также известную как полость. [11] : 141 Литниковая втулка направляет расплавленный пластик к изображениям полости через каналы, которые механически обработаны на лицевых сторонах пластин A и B. Эти каналы позволяют пластику проходить по ним, поэтому их называют полозьями.[11] : 142 Расплавленный пластик протекает через направляющую и входит в один или несколько специализированных ворот и вгеометриюполости [17] : 15, чтобы сформировать желаемую деталь.
Количество смолы, необходимое для заполнения литника, желоба и полостей формы, составляет «порцию». Захваченный воздух в пресс-форме может выходить через вентиляционные отверстия, которые притерты к линии разъема пресс-формы, или вокруг выталкивающих штифтов и направляющих, которые немного меньше, чем удерживающие их отверстия. Если захваченный воздух не может выйти, он сжимается под давлением поступающего материала и вдавливается в углы полости, где он препятствует заполнению, а также может вызвать другие дефекты. Воздух может даже стать настолько сжатым, что воспламеняется и сжигает окружающий пластик. [11] : 147
Чтобы обеспечить возможность удаления формованной детали из формы, элементы формы не должны выступать друг за друга в направлении ее открытия, если только части формы не предназначены для перемещения между такими выступами, когда форма открывается с использованием компонентов, называемых подъемниками.
Стороны детали, которые кажутся параллельными направлению вытяжки (ось положения с сердцевиной (отверстия) или вставки параллельна движению формы вверх и вниз при ее открытии и закрытии) [17] : 406 обычно слегка наклонены , называемый осадкой, для облегчения извлечения детали из формы. Недостаточная тяга может вызвать деформацию или повреждение. Тяга, необходимая для смазки формы, в первую очередь зависит от глубины полости; чем глубже полость, тем больше требуется тяги. При определении требуемой тяги также необходимо учитывать усадку. [17] : 332Если оболочка слишком тонкая, то формованная деталь имеет тенденцию сжиматься на сердцевинах, которые образуются при охлаждении, и прилипать к этим сердцевинам, или деталь может деформироваться, скручиваться, образовывать пузыри или трещины при удалении полости. [11] : 47
Пресс-форма обычно конструируется так, что отформованная деталь надежно остается на стороне выталкивателя (B) формы, когда она открывается, и вытягивает литник и литник со стороны (A) вместе с деталями. Затем деталь свободно падает при выбросе со стороны (B). Затворы туннеля, также известные как затворы подводных лодок или опалубки, расположены ниже линии разделения или поверхности опалубки. В поверхности пресс-формы на линии разъема вырезается отверстие. Формованная деталь вырезается (формой) из направляющей системы при выталкивании из формы. [17] : 288 Выталкивающие штифты, также известные как выталкивающие штифты, представляют собой круглые штифты, помещаемые либо в половину формы (обычно в половину выталкивателя), которые выталкивают готовое формованное изделие, либо в направляющую систему из формы. [11] : 143Выталкивание изделия с помощью булавок, гильз, съемников и т. Д. Может вызвать нежелательные вдавливания или искажения, поэтому при конструировании формы необходимо соблюдать осторожность.
Стандартный метод охлаждения заключается в пропускании охлаждающей жидкости (обычно воды) через ряд отверстий, просверленных в плитах формы и соединенных шлангами, образуя непрерывный канал. Охлаждающая жидкость поглощает тепло от формы (которая поглощает тепло от горячего пластика) и поддерживает надлежащую температуру формы для наиболее эффективного затвердевания пластика. [11] : 86
Для облегчения обслуживания и вентиляции полости и сердечники делятся на части, называемые вставками , и узлы, также называемые вставками , блоками или направляющими блоками . Заменяя сменные вставки, одна пресс-форма может создавать несколько вариаций одной и той же детали.
Более сложные детали формуются с использованием более сложных форм. Они могут иметь секции, называемые ползунами, которые перемещаются в полость перпендикулярно направлению вытяжки, чтобы сформировать выступающие детали. Когда форма открыта, слайды оттягиваются от пластмассовой детали с помощью неподвижных «угловых штифтов» на неподвижной половине формы. Эти штифты входят в прорезь в салазках и заставляют салазки двигаться назад, когда движущаяся половина формы открывается. Затем деталь выталкивается, и форма закрывается. Закрывающее действие формы заставляет ползуны двигаться вперед вдоль угловых штифтов. [11] : 268
Пресс-форма может производить несколько копий одних и тех же деталей за один «выстрел». Количество «отпечатков» в форме этой детали часто ошибочно называют кавитацией. Инструмент с одним слепком часто называют формой для одного слепка (полости). [18] : 398 Пресс-форма с двумя или более полостями для одинаковых деталей обычно называется пресс-формой для нескольких слепков (полостей). [18] : 262 Некоторые пресс-формы для чрезвычайно больших объемов производства (например, для крышек бутылок) могут иметь более 128 полостей.
В некоторых случаях инструмент с несколькими полостями формует серию разных деталей в одном инструменте. Некоторые изготовители инструментов называют эти пресс-формы семейством пресс-форм, поскольку все части связаны между собой, например, комплекты пластиковых моделей. [19] : 114
Некоторые формы позволяют повторно вставлять ранее отформованные детали, чтобы вокруг первой детали образовался новый пластиковый слой. Это часто называют отливкой. Эта система позволяет производить моноблочные шины и диски.
Многоступенчатое формование [ править ]
Пресс-формы с двумя или несколькими циклами формования предназначены для «перекрытия» в рамках одного цикла формования и должны обрабатываться на специализированных машинах для литья под давлением с двумя или более узлами впрыска. На самом деле этот процесс представляет собой процесс литья под давлением, выполняемый дважды, и поэтому имеет гораздо меньшую погрешность. На первом этапе материалу основного цвета придается основная форма, в которой есть места для второго кадра. Затем в эти промежутки впрыскивается второй материал другого цвета. Например, кнопки и клавиши, изготовленные с помощью этого процесса, имеют маркировку, которая не стирается и остается читаемой при интенсивном использовании. [11] : 174
Хранение пресс-форм [ править ]
Производители прилагают все усилия для защиты нестандартных форм из-за их высокой средней стоимости. Поддерживается идеальный уровень температуры и влажности, чтобы обеспечить максимально долгий срок службы каждой индивидуальной формы. Изготовленные на заказ формы, такие как те, которые используются для литья резины под давлением, хранятся в условиях контролируемой температуры и влажности, чтобы предотвратить деформацию.
Инструментальные материалы [ править ]
Часто используется инструментальная сталь. Низкоуглеродистая сталь, алюминий, никель или эпоксидная смола подходят только для прототипов или очень коротких серий производства. [1] Современный твердый алюминий (сплавы 7075 и 2024) с надлежащей конструкцией пресс-формы позволяет легко изготавливать пресс-формы со сроком службы 100 000 или более деталей при надлежащем уходе за пресс-формой. [20]
Обработка [ править ]
Формы изготавливаются двумя основными методами: стандартной обработкой и электроэрозионной обработкой . Стандартная механическая обработка в ее традиционной форме исторически была методом изготовления литьевых форм. С развитием технологий обработка с ЧПУ стала преобладающим средством изготовления более сложных форм с более точными деталями за меньшее время, чем традиционные методы.
Электроэрозионной обработки (EDM) , или искровой эрозии процесс стал широко используются в пресс - форм. Помимо формирования форм, которые трудно поддаются механической обработке, этот процесс позволяет придавать предварительно закаленным формам такую форму, при которой не требуется термообработка. Замена закаленной формы путем обычного сверления и фрезерования обычно требует отжига для размягчения формы с последующей термообработкой для ее повторного упрочнения. Электроэрозионный электродвигатель - это простой процесс, при котором фигурный электрод, обычно сделанный из меди или графита, очень медленно опускается на поверхность формы в течение многих часов, которая погружается в парафиновое масло (керосин). Напряжение, приложенное между инструментом и формой, вызывает искровую эрозию поверхности формы в форме, обратной электроду. [21]
Стоимость [ править ]
Количество полостей, встроенных в форму, напрямую влияет на стоимость формования. Меньшее количество полостей требует гораздо меньше инструментов, поэтому ограничение количества полостей снижает начальные производственные затраты на создание формы для литья под давлением.
Количество полостей играет жизненно важную роль в стоимости формования, как и сложность конструкции детали. Сложность может быть включена во многие факторы, такие как чистовая обработка поверхности, требования к допускам, внутренняя или внешняя резьба, мелкая детализация или количество поднутрений, которые могут быть включены. [22]
Дополнительные детали, такие как поднутрения или любые другие элементы, требующие дополнительных инструментов, увеличивают стоимость пресс-формы. Обработка поверхности стержня и полости форм также влияет на стоимость.
Процесс литья резины под давлением обеспечивает высокий выход долговечных изделий, что делает его наиболее эффективным и экономичным методом формования. Последовательные процессы вулканизации, включающие точный контроль температуры, значительно сокращают количество отходов.
Процесс инъекции [ править ]
Обычно пластмассовые материалы имеют форму пеллет или гранул и отправляются производителями сырья в бумажных пакетах. При литье под давлением предварительно высушенный гранулированный пластик принудительно подается из бункера в нагретую бочку. Поскольку гранулы медленно продвигаются вперед поршнем винтового типа, пластик выталкивается в нагретую камеру, где он расплавляется. По мере продвижения плунжера расплавленный пластик проталкивается через сопло, которое прилегает к форме, позволяя ему попасть в полость формы через систему затвора и бегунка. Форма остается холодной, поэтому пластик затвердевает почти сразу после заполнения формы. [1]
Цикл литья под давлением [ править ]
Последовательность событий во время литья пластмассовой детали под давлением называется циклом литья под давлением. Цикл начинается, когда форма закрывается, после чего происходит впрыскивание полимера в полость формы. После заполнения полости поддерживается удерживающее давление для компенсации усадки материала. На следующем этапе винт поворачивается, подавая следующий выстрел на передний винт. Это заставляет винт втягиваться, когда готовится следующий выстрел. Когда деталь достаточно остынет, форма открывается, и деталь выталкивается. [23] : 13
Научное литье против традиционного [ править ]
Традиционно этап впрыска в процессе формования выполнялся при одном постоянном давлении для заполнения и уплотнения полости. Однако этот метод позволял значительно варьировать размеры от цикла к циклу. В настоящее время более часто используется научное или независимое формование, метод, впервые предложенный RJG Inc. [24] [25] [26]В этом случае впрыск пластика «разделен» на этапы, чтобы обеспечить лучший контроль размеров детали и большую стабильность от цикла к циклу (обычно называемого в промышленности от цикла к выстрелу). Сначала полость заполняется примерно на 98% с использованием контроля скорости (скорости). Хотя давление должно быть достаточным для обеспечения желаемой скорости, ограничения давления на этой стадии нежелательны. Когда полость заполнена на 98%, машина переключается с управления скоростью на управление давлением, при котором полость «набивается» при постоянном давлении, когда требуется скорость, достаточная для достижения желаемого давления. Это позволяет рабочим контролировать размеры деталей с точностью до тысячных долей дюйма или лучше. [27]
Различные типы процессов литья под давлением [ править ]
Хотя большинство процессов литья под давлением охватываются описанием обычного процесса, приведенным выше, существует несколько важных вариантов формования, включая, но не ограничиваясь:
- Литье под давлением
- Литье металла под давлением
- Тонкостенное литье под давлением
- Литье под давлением жидкого силиконового каучука [23] : 17–18
- Реакционное литье под давлением
- Микро литье под давлением
- Газовое литье под давлением
- Технология кубических форм
Более полный список процессов литья под давлением можно найти здесь: [1] [28]
Устранение неполадок процесса [ править ]
Как и все промышленные процессы, литье под давлением может производить дефектные детали. В области литья под давлением поиск и устранение неисправностей часто выполняется путем изучения дефектных деталей на предмет конкретных дефектов и устранения этих дефектов с учетом конструкции пресс-формы или характеристик самого процесса. Испытания часто проводятся перед полным производственным циклом, чтобы спрогнозировать дефекты и определить соответствующие спецификации для использования в процессе закачки. [3] : 180
При первом заполнении новой или незнакомой формы, когда размер дроби для этой формы неизвестен, техник / наладчик инструмента может выполнить пробный запуск перед полным производственным циклом. Они начинают с небольшого веса дроби и постепенно заполняются, пока форма не заполнится на 95-99%. Как только они достигают этого, они прикладывают небольшое давление выдержки и увеличивают время выдержки до тех пор, пока не произойдет замерзание затвора (время затвердевания). Время остановки затвора можно определить, увеличив время выдержки, а затем взвесив деталь. Если вес детали не меняется, заслонка замерзла и в деталь больше не вводится материал. Время затвердевания ворот важно, так как оно определяет время цикла, а также качество и консистенцию продукта, что само по себе является важным вопросом в экономике производственного процесса. [29] Давление выдержки увеличивают до тех пор, пока детали не выйдут из раковин и не будет достигнут вес детали.
Дефекты литья [ править ]
Литье под давлением - сложная технология с возможными производственными проблемами. Они могут быть вызваны либо дефектами форм, либо, чаще, самим процессом формования. [3] : 47–85
| Дефекты формования | альтернативное имя | Описания | Причины |
|---|---|---|---|
| Волдырь | Пузыри | Рифленая или слоистая зона на поверхности детали | Инструмент или материал слишком горячие, часто из-за недостаточного охлаждения инструмента или неисправного нагревателя. |
| Следы ожогов | Горение воздухом / газом / дизельное топливо / следы газа / следы ударов | Черные или коричневые участки сгорания на деталях, наиболее удаленных от ворот или в местах скопления воздуха. | В инструменте отсутствует вентиляция, слишком высокая скорость впрыска. |
| Цветные полосы (США) | Цветные полосы (Великобритания) | Локальное изменение цвета | Мастербатч не смешивается должным образом, или материал закончился, и он начинает выходить только естественным. Ранее окрашенный материал «затягивается» в сопле или обратном клапане. |
| Загрязнение | Нежелательный или посторонний материал | Продукт различного цвета, который ослабляет продукт. | Плохой материал из-за неправильной политики вторичной переработки или измельчения; может включать подметание полов, пыль и мусор. |
| Расслоение | Тонкие слюдяные слои, сформированные в стенке части | Загрязнение материала, например, полипропилена, смешанного с АБС , очень опасно, если деталь используется для критически важных с точки зрения безопасности приложений, поскольку материал имеет очень небольшую прочность при расслоении, поскольку материалы не могут сцепляться. | |
| Вспышка | Избыток материала в тонком слое, превышающий нормальную геометрию детали | Пресс-форма переполнена или линия разъема на инструменте повреждена, слишком высокая скорость впрыска / впрыскиваемый материал, слишком низкое усилие зажима. Также может быть вызвано грязью и загрязнениями вокруг поверхностей инструментов. | |
| Внедренные загрязнения | Встроенные частицы | Посторонние частицы (обожженный материал или другое), попавшие в деталь | Частицы на поверхности инструмента, загрязненный материал или инородный мусор в стволе, или слишком много тепла сдвига, сжигающее материал перед впрыском. |
| Метки потока | Поточные линии | Волнистые линии или узоры, направленные направленно "не в тон" | Слишком низкая скорость впрыска (пластик слишком сильно остыл во время впрыска, скорость впрыска должна быть настолько высокой, насколько это соответствует используемому процессу и используемому материалу). |
| Ворота Румяна | Ореол или румянец | Круговой узор вокруг ворот, обычно проблема только для горячеканальных форм | Скорость впрыска слишком высокая, размер литника / литника / литника слишком мал или температура расплава / формы слишком низкая. |
| Струйная очистка | Струя представляет собой змеевидный поток, который возникает, когда расплав полимера проталкивается с высокой скоростью через ограничительные области. | Плохая конструкция инструмента, положение ворот или бегунок. Установлена слишком высокая скорость впрыска. Плохая конструкция затворов, что приводит к слишком малому разбуханию матрицы и приводит к разбрызгиванию. | |
| Линии вязания | Линии сварки | Небольшие линии на обратной стороне стержней или окон в частях, которые выглядят как простые линии. | Возникает из-за того, что фронт расплава обтекает объект, гордо стоящий в пластиковой части, а также в конце заполнения, где фронт расплава снова сливается. Может быть сведено к минимуму или исключено с помощью исследования потока пресс-формы, когда пресс-форма находится на стадии проектирования. После изготовления формы и установки шибера этот недостаток можно свести к минимуму, только изменив температуру расплава и температуру формы. |
| Деградация полимера | Разложение полимера в результате гидролиза , окисления и т. Д. | Избыточная вода в гранулах, чрезмерная температура в цилиндре, чрезмерная скорость вращения шнеков, вызывающая высокую температуру сдвига, материалу позволяют находиться в цилиндре слишком долго, используется слишком много переточки. | |
| Следы раковины | раковины | Локализованная депрессия (в более толстых зонах) | Слишком низкое время выдержки / давление, слишком короткое время охлаждения, в случае горячих литников без литников это также может быть вызвано слишком высокой установленной температурой затвора. Чрезмерный материал или слишком толстые стены. |
| Короткий выстрел | Короткая заливка или короткая форма | Частичная часть | Недостаток материала, слишком низкая скорость впрыска или давление, слишком холодная форма, отсутствие газовых отверстий. |
| Следы зазоров | Пятно от брызг или серебряные полосы | Обычно проявляется в виде серебристых полос вдоль структуры потока, однако, в зависимости от типа и цвета материала, он может представлять собой небольшие пузырьки, вызванные захваченной влагой. | Влага в материале, обычно при неправильной сушке гигроскопичных смол. Улавливание газа в зонах «выступов» из-за чрезмерной скорости нагнетания в этих зонах. Материал слишком горячий или слишком сильно режется. |
| Тягучесть | Струнные или длинные ворота | Строка, похожая на остаток от предыдущего кадра, переносится в новый кадр | Слишком высокая температура сопла. Затвор не замерз, нет декомпрессии винта, нет поломки литника, плохое размещение лент нагревателя внутри инструмента. |
| Пустоты | Пустое пространство внутри детали (обычно используется воздушный карман) | Отсутствие удерживающего давления (удерживающее давление используется для упаковки детали во время выдержки). Слишком быстрое заполнение, не позволяя краям детали схватываться. Также форма может быть не совмещена (когда две половинки не центрируются должным образом и стенки детали не одинаковой толщины). Предоставленная информация является общепринятым. Исправление: Отсутствие давления упаковки (не удерживающего) (давление упаковки используется для упаковки, даже если это часть во время выдержки). Слишком быстрое заполнение не вызывает этого состояния, поскольку пустота - это раковина, которой не было места. Другими словами, по мере усадки детали смола отделилась от самой себя, поскольку в полости не было достаточного количества смолы. Пустота может образоваться в любой области, или часть ограничена не толщиной, а потоком смолы и теплопроводностью., но более вероятно, что это произойдет на более толстых участках, таких как ребра или выступы. Дополнительной первопричиной образования пустот является отсутствие плавления в ванне расплава. | |
| сварной шов | Линия вязания / Линия плавления / Линия переноса | Обесцвеченная линия на стыке двух фронтов потока | Установлена слишком низкая температура формы или материала (материал холодный, когда они встречаются, поэтому они не склеиваются). Время для перехода от впрыска к переносу (на упаковку и выдержку) слишком рано. |
| Искривление | Скручивание | Искаженная часть | Охлаждение слишком короткое, материал слишком горячий, отсутствие охлаждения вокруг инструмента, неправильная температура воды (детали изгибаются внутрь к горячей стороне инструмента) Неравномерная усадка между участками детали. |
| Трещины | Сумасшествие | Неправильное сплавление двух потоков жидкости, состояние до линии сварки. | Зазор между деталями из-за неправильного расположения затвора в деталях сложной конструкции, включая избыток отверстий (должны быть предусмотрены многоточечные затворы), оптимизации процесса, надлежащей вентиляции. |
Такие методы, как промышленное компьютерное сканирование, могут помочь в обнаружении этих дефектов как снаружи, так и внутри.
Допуски [ править ]
Допуск зависит от габаритов детали. Пример стандартного допуска для размера 1 дюйм детали из ПЭНП с толщиной стенки 0,125 дюйма составляет +/- 0,008 дюйма (0,2 мм). [17] : 446
Требования к питанию [ править ]
Мощность, необходимая для этого процесса литья под давлением, зависит от многих факторов и варьируется в зависимости от используемых материалов. Справочное руководство по производственным процессам утверждает, что требования к мощности зависят от «удельного веса материала, температуры плавления, теплопроводности, размера детали и скорости формования». Ниже приводится таблица со страницы 243 той же ссылки, которая упоминалась ранее, которая наилучшим образом иллюстрирует характеристики, относящиеся к мощности, необходимой для наиболее часто используемых материалов.
| Материал | Удельный вес [ требуется пояснение ] | Точка плавления (° F) | Точка плавления (° C) |
|---|---|---|---|
| Эпоксидная смола | От 1,12 до 1,24 | 248 | 120 |
| Фенольный | 1,34–1,95 | 248 | 120 |
| Нейлон | От 1,01 до 1,15 | С 381 по 509 | 194 по 265 |
| Полиэтилен | 0,91 до 0,965 | 230 к 243 | 110 к 117 |
| Полистирол | 1,04–1,07 | 338 | 170 |
Роботизированное формование [ править ]
Автоматизация означает, что меньший размер деталей позволяет мобильной системе контроля быстрее проверять несколько деталей. Помимо установки систем контроля на автоматических устройствах, многоосевые роботы могут извлекать детали из формы и размещать их для дальнейших процессов. [30]
Конкретные примеры включают удаление деталей из формы сразу после их создания, а также применение систем машинного зрения. Робот захватывает деталь после того, как выталкивающие штифты выдвинуты, чтобы освободить деталь из формы. Затем он перемещает их либо в место хранения, либо непосредственно в систему контроля. Выбор зависит от типа продукта, а также от общей компоновки производственного оборудования. Системы технического зрения, установленные на роботах, значительно улучшили контроль качества формованных деталей. Мобильный робот может более точно определять точность размещения металлического компонента и проводить осмотр быстрее, чем это может сделать человек. [30]
Галерея [ править ]
Форма для литья под давлением Lego , нижняя сторона
Форма для литья под давлением Lego, деталь нижней стороны
Форма для литья под давлением Lego, верхняя сторона
Форма для литья под давлением Lego, деталь верхней стороны
См. Также [ править ]
- Дизайн пластиковых компонентов
- Формование пенопласта с прямым впрыском
- Экструзионное формование
- Литье под давлением с плавким сердечником
- Гравиметрический блендер
- Хобби литье под давлением
- Конструкция пресс-формы для литья под давлением
- Матричное литье
- Литье под давлением из нескольких материалов
- Реакционное литье под давлением
- Ротационное формование
- Уретановое литье
Ссылки [ править ]
- ^ a b c d e е Тодд, Роберт Х .; Аллен, Делл К .; Альтинг, Лео (1994). Справочное руководство по производственным процессам . Industrial Press, Inc.
- ^ «Обзор применения: литье под давлением» . Yaskawa America, Inc. Архивировано из оригинала на 2006-04-12 . Проверено 27 февраля 2009 .
- ^ a b c d e f g h я Маллой, Роберт А. (1994). Конструкция пластиковых деталей для литья под давлением . Мюнхен Вена Нью-Йорк: Hanser.
- ^ «Руководство по проектированию: литье под давлением» (PDF) . Xometry . Архивировано (PDF) из оригинала 19 января 2018 года.
- ^ « Литье под давлением, архивировано 8 мая 2016 г.на Wayback Machine », Meridian Products Corporation, последнее обращение 26 апреля 2016 г.
- ^ Патент США 133229 , от 19 ноября 1872.
- ^ Мид, Ричард Киддер; Маккормак, Гарри; Clark, Laurance T .; Склейтер, Александр Г .; Ламборн, Ллойд (27 апреля 2018 г.). «Химический век» . Издательская компания Маккриди . Проверено 27 апреля 2018 г. - через Google Книги.
- ^ «О литье под давлением» . Xcentric Mold & Engineering, Inc. Архивировано 22 ноября 2012 года . Проверено 30 января 2013 года .
- ^ Меррил, Артур М. (1955). Технология пластмасс, Том 1 . Каучуковое / автомобильное подразделение компании Hartman Communications, Incorporated, 1955 г.
- ↑ Торр, Джеймс (11 апреля 2010 г.). «Краткая история литья под давлением» . Литье под давлением пластмассы AV - готово .
- ^ a b c d e f g h i j k Брайс, Дуглас М. (1996). Литье пластмасс под давлением: основы производственного процесса . SME.
- ^ a b «Литье под давлением» . custompart.net . CustomPartNet. Архивировано 01 марта 2016 года.
- ^ «Приложения для литья под давлением» . Edge Engineer's Edge: дизайнерские решения . Инженер Эдж, ООО. Архивировано 20 августа 2013 года . Проверено 30 января 2013 года .
- ^ Group®, Родон. «5 обычных пластиковых смол, используемых в литье под давлением» . www.rodongroup.com .
- ^ "Приостановлено" . Средний . Архивировано 24 марта 2018 года . Проверено 27 апреля 2018 года .
- ^ a b Розато, Дональд В .; Розато, Марлен Г. (2000). Краткая энциклопедия пластмасс . Springer.
- ^ a b c d e Розато, Доминик; Розато, Марлен; Розато, Дональд (2000). Справочник по литью под давлением (3-е изд.). Kluwer Academic Publishers.
- ^ a b Уилан, Тони (1994). Словарь по полимерной технологии . Springer.
- ^ Рис, Герберт; Катоэн, Брюс (2006). Выбор форм для литья под давлением - соотношение затрат и производительности . Издательство Hanser.
- ^ Голдсберри, Клэр. «Алюминий против стальной оснастки: какой материал подходит, как проектировать и обслуживать?» . Пластмассы сегодня . UBM Canon. Архивировано 2 сентября 2012 года.
- ^ «Литье под давлением» . Преимущество инструмента и производства . Архивировано из оригинала на 2009-05-20.
- ^ "Литье пластмасс под давлением - Xcentric Mold & Engineering" . xcentricmold.com . Архивировано 7 июля 2017 года . Проверено 27 апреля 2018 года .
- ^ a b Справочник по литью под давлением (2-е изд.).
- ^ «Альманах: основы независимого формования» . Пластмассы сегодня . Архивировано 2 апреля 2015 года . Проверено 16 января 2015 года .
- ^ «Реализация независимого формования» . Программы обучения Полсона . Архивировано 9 января 2015 года . Проверено 16 января 2015 года .
- ^ "Руководство по литью под давлением" (PDF) . Любризол . п. 6. Архивировано из оригинального (PDF) 15 июля 2014 года . Проверено 16 января 2015 года .
- ^ "Разделенный молдинг (SM)" . Пластиковая сетка . Архивировано 29 мая 2015 года . Проверено 14 января 2015 года .
- ^ Полное руководство по литью пластмасс под давлением
- ^ Pantani, R .; De Santis, F .; Brucato, V .; Титоманлио, Г. (2004). Анализ времени замерзания затвора при литье под давлением . Полимерная инженерия и наука.
- ^ а б Каллистер, Уильям Д. Материаловедение и инженерия: Введение . Джон Уайли и сыновья.
Дальнейшее чтение [ править ]
Линдси, Джон А. (2012). Практическое руководство по литью резины под давлением (Online-Ausg. Ed.). Шобери, Шрусбери, Шропшир, Великобритания: Смитерс Рапра. ISBN 9781847357083.
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме литье под давлением . |
- Усадка и коробление - Центр инженерного проектирования Университета Санта-Клары
