Современные методы литья. Полимерная индустрия (стр. 4 из 9)

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.

3. Литье тонкостенных изделий

Тонкостенное литье под давлением (Thin-Wall Injection Molding) характеризуется кокой скоростью впрыска и высоким давлением. Ее используют в получении изделий с номинальной толщиной менее 1,2 мм или изделий, у которых отношение толщины стенок к длине составляет от 100: 1 до 150: 1 или более. Данные ограничения на толщину стенок и экстремальные условия переработки сужают рамки параметров технологического процесса.

Тем не менее, концепция тонкостенного литья получила большие распространение и популярность, из-за снижения толщины стенок, которое приводит к уменьшению веса, экономии сырья и значительному сокращению времени охлаждения в таких областях применения, как корпуса компьютерных мониторов, приборные и другие панели автомобилей, телекоммуникации, карманные компьютеры и ноутбуки, мобильные телефоны. Эти портативные устройства требуют пластмассовых корпусов, которые должны быть как можно более легкими и тонкими (менее 1,2 мм), а также обеспечивать ту же самую прочность, что и обычные изделия. Другим революционным приложением для тонкостенного литья является производство изделий с микроструктурой поверхности для медицинской, оптической и электронной промышленности.

Описание процесса

Термин "тонкостенное литье" не совсем отражает суть процесса. Обычные пластмассовые изделия имеют толщину от 2 до 4 мм. Тонкостенной конструкция считается, если толщина стенок составляет менее 1,2 мм. Другое определение тонкостенного литья основано на соотношении длины течения полимера к толщине стенок изделия. Типичные соотношения для тонкостенных отливок лежат в диапазоне от 100: 1 до 150: 1 или более. Вне зависимости от определений тонкостенные изделия получаются при более ограниченном распространении потока по сравнению с традиционными отливками (рис.1 a). В результате они быстро затвердевают в процессе литья. Чтобы преодолеть эти трудности, изготовители полимерных изделий часто пытаются повысить температуру расплава на 38-65 0С выше рекомендуемого диапазона в литературе Plastics Engineering, Fassett (1995). Другим методом преодоления преждевременного затвердевания является впрыскивание материала со скоростью на порядок больше, чем в традиционной технологии (от 500 до 1400 мм/с). Для достижения большой скорости впрыска и нужного уплотнения требуется очень высокое давление впрыска (от 2400 до 3000 бар).

Данные ограничения на толщину и экстремальные условия переработки сужают область варьирования параметров процесса (рис.1 б). Применение холодноканальной литниковой системы при тонкостенном литье неэффективно из-за большого времени охлаждения литников и значительных потерь давления расплава в литниковой системе. По этой причине для литья тонкостенных изделий используют горячеканальные литниковые системы, или, реже, - для термически стабильных материалов - системы с незастывающими литниками, которые имеют меньшую стоимость, но при этом и менее надежны в работе.

Время заполнения литьевой формы при тонкостенном литье составляет от 0,1 до 0,5 с (в традиционном литье около 2 с). В таблице 2 сравниваются некоторые параметры тонкостенного литься с литьем под давлением. Поскольку в тонкостенном литье требуется меньший объем впрыска, то машины с цилиндром стандартного размера будут иметь слишком большую емкость. Это приводит к тому, что возникает необходимость изготовления специальных цилиндров, позволяющих избежать повышенного времени пребывания расплава в цилиндре и избыточных температур расплава, а следовательно, термической деструкции. Из-за высоких скорости расплава и скорости сдвига в тонкостенном литье ориентация молекул происходит легче. Чтобы свести к минимуму анизотропную усадку в тонкостенных изделиях, очень важно осуществлять уплотнение изделия в нужный момент, когда внутренний объем изделия находится в расплавленном состоянии. Впускные литники большого сечения (по сравнению с толщиной стенок изделия) необходимы, чтобы обеспечить достаточный поток материала во время уплотнения. Кроме того, места впуска должны быть расположены таким образом, чтобы поток направлялся от участков большей толщины к участкам меньшей толщины.

В тонкостенном литье крайне важна конструкция системы выталкивания. Во-первых, тонкостенные изделия более подвержены остаточной деформации во время извлечения. Во-вторых, чтобы увеличить жесткость изделий, в их конструкции предусматривают упрочняющие ребра, которые требуют большего усилия выталкивания и усложненной конструкции системы выталкивания. В-третьих, изделие имеет тенденцию прилипать к стенкам литьевой формы из-за высокой скорости впрыска и высокого давления уплотнения.

Наконец, если не продумана конструкция толкателей, изделия могут деформироваться или даже ломаться в процессе извлечения. Тонкостенные изделия для устройств электронной или телекоммуникационных отраслей промышленности должны иметь одновременно привлекательный внешний вид (плавные линии, нестандартный дизайн) и жесткость. Стратегии получения противоударных корпусов включают в себя использование неармированных пластмассовых корпусов, которые будут демпфировать нагрузку, армированных термопластов, передающих воздействие другим частям изделия, или использование технологии двухкомпонентного литья для того, чтобы нанести защитный слой термопластичного эластомера.

Таблица 2: Сравнение тонкостенного литья с традиционным литьем под давлением

Ключевой фактор	Обычные отливки	Тонкостенные отливки	Тонкостенные отливки
Толщина стенок	2,0-3,0 мм	1,0-2,0 мм	менее 1,2 мм
Обработка на станках	Стандартная	Высококачественная	Специализированная высококачественная
Давления	620-970 бар	1100-1380 бар	1380-2410 бар
Гидравлическая система	Стандартная	Стандартная	Аккумуляторы на устройствах впрыска и смыкания, сервоклапан
Система управления	Стандартная	Замкнутый контур, управление с помощью компьютера - скорость впрыска, выдержка под давлением, скорость снятия давления, частота вращения шнека, противодавление, все температуры	Компьютер управляет со следующим разрешением: скорость - 1 мм/с; давление - 1 бар; положение - 0,1 мм; время - 0,01 с; частота вращения - 1 об/мин; усилие смыкания - 0,1 т; температура - 1 0С
Конструкция шнека	Компрессионное соотношение: от 2,0: 1 до 2,5: 1; L/D: от 20: 1 до 24: 1; глубина нарезки 5/10/5; азотирование не предполагается	Компрессионное соотношение: от 2,0: 1 до 2,5: 1; L/D: от 20: 1 до 24: 1; глубина нарезки 5/10/5; азотирование обычно не используется	Компрессионное соотношение: от 2,0: 1 до 2,5: 1; L/D: от 20: 1 до 24: 1; глубина нарезки 5/10/5; азотирование обычно не используется
Время заполнения	более 2 с	1-2 с	0,1-1 с
Длительность цикла	40-60 с	20-40 с	6-20 с
Сушка	Точка росы от - 29 до - 40 0С; подбор бункеров сушки для нужной производительности	Точка росы от - 29 до - 40 0С; подбор бункеров сушки для нужной производительности	Точка росы от - 29 до - 40 0С; подбор бункеров сушки для нужной производительности
Оборудование	Стандартное	Улучшенная вентиляция, более тяжелая конструкция, больше толкателей, лучше полировка	Интенсивная вентиляция, очень мощные литьевые формы, фиксаторы в литьевой форме, точная подготовка поверхности, специальная система извлечения изделий, стоимость литьевой формы на 30-40% выше стандартной

Преимущества