Современные методы литья. Полимерная индустрия (стр. 7 из 9)

Литьевое прессование (Injection-Compression Molding) представляет собой дальнейшее развитие технологии литья под давление за счет добавления усилия прессования механизма смыкания. Это позволяет обеспечить стабилизацию размеров изделий и получение поверхности, точно соответствующей технологическим требованиям. В этой технологии формующая полость изначально имеет большое сечение, что позволяет расплаву полимерного материала свободно заполнить все удаленные участки при относительно низком давлении. В некоторый момент в ходе или после завершения впрыска материала толщина формы уменьшается за счет её дополнительного механического сжатия, что заставляет расплав заполнить всю форму с большим уплотнением. Воздействие усилия прессования на форму приводит к одинаковому распределению давления в полости, позволяет добиться более равномерного распределения физических свойств и уменьшить усадку, деформацию и внутренние напряжения в отливке по сравнению с традиционным литьем под давлением.

Описание технологического процесса

После поступления заданного количества полимерного материала в приоткрытую литьевую форму к ней прикладывается усилие прессования и продолжается до конца формования изделия. На рисунке показаны обе стадии: начального впрыска и последующая стадия прессования. Закрытие формы также может происходить и в процессе впрыска полимера. Различные варианты технологии, основанные на особенностях процесса, можно разделить на три категории:

· двухстадийное последовательное литьевое прессование;

· одновременное литьевое прессование;

· избирательное литьевое прессование.

Простейшим вариантом технологии является двухстадийный процесс литьевого прессования, состоящий из стадии впрыска и стадии прессования. В ходе впрыска полимер поступает под давлением в полость, глубина которой на 0,5 - 10 мм больше толщины изделия. После окончания впрыска начинается стадия прессования, в течение которого глубина полости уменьшается до заданного значения. Усилие прессования, приложенное к литьевой форме, заставляет расплав заполнить оставшиеся незаполненными зоны, а затем происходит его уплотнение, компенсирующее усадку в процессе охлаждения. К потенциальным недостаткам процесса литьевого прессования с двумя стадиями относятся метки "остановки", или "памяти", на отливке, вызванные временной остановкой потока при переходе от впрыска к прессованию.

Процесс одновременного впрыска и прессования используется, чтобы избежать поверхностных дефектов и обеспечить непрерывность потока расплава полимера. При этом прессование начинается до завершения впрыска. В третьем варианте технологии (избирательное литьевое прессование) сжатие начинается, когда толщина отливки достигает номинального значения. Во время впрыска давление расплава перемещает форму по направлению к цилиндру, который закреплен на пуансоне. В зависимости от давления в формующей полости или от времени стадия прессования начинается включением цилиндра, который для сжатия расплава прикладывает усилие к пуансону.

Для литьевого прессования может быть адаптирована традиционная литьевая машина с точным управлением объемом впрыска, однако необходим дополнительный модуль для управления стадией прессования. Кроме того, существуют некоторые дополнительные требования и предварительные условия как для технологического процесса, так и для литьевых форм:

· конструкция с вертикальным расположением плоскостей предназначена для того, чтобы избежать неконтролируемых утечек расплава через них;

· необходимы игольчатые клапаны, позволяющие сохранять герметичность формующей полости и сохраняющие время задержки (время после окончания впрыска и начала прессования) настолько низким, насколько это возможно, чтобы избежать поверхностных дефектов;

· необходимо точное механическое устройство завершения впрыска в ГКС, чтобы гарантировать подачу точного количества расплава в форму.

Преимущества

Главным преимуществом литьевого прессования является способность производить изделие со стабильными размерами и относительным отсутствием остаточных напряжений при низком давлении впрыска, а также возможность добиться снижения усилия смыкания формы (обычно на 20 - 50%) и сокращения времени цикла. Напомним, что в традиционной литьевой машине создаются значительное давление впрыска и уплотнение расплава в сопле машины, чтобы его было достаточно для достижения потоком расплава всех удаленных зон полости и уплотнения. Для изготовления тонкостенных изделий, таких, как компакт-диски, обычно очень важную роль играет изменение давления вдоль плоскости изделия из-за высокого сопротивления потоку. Это приводит к неравномерному уплотнению и объемной усадке внутри изделия, что, в свою очередь, ведет к остаточным напряжениям и ухудшению его износостойкости. В описываемой технологии усилие прессования приложено перпендикулярно толщине изделия (в отличие от давления, параллельного наибольшему размеру изделия) для большинства (но не для всех) изделий. В результате данная технология обеспечивает более равномерное распределение давления уплотнения/выдержки расплава, а величина давления при этом существенно меньше. Это обстоятельство позволяет добиться хорошего уплотнения в форме, а также минимизировать остаточные напряжения внутри отливки и её деформацию.

В таблице 3 приведено сравнение литьевого прессования с двумя другими технологиями, чаще всего используемыми для получения тонкостенных изделий.

Таблица 3. Сравнение различных технологий для получения тонкостенных изделий

Технология	Преимущества	Недостатки
Формование вытяжкой и вакуумное формование	Простые литьевые формыНебольшие инвестиции	Отходы из-за обрезки краевТолщина стенок определяется технологическим процессом
Окунание формы	Простые литьевые формыНебольшие инвестиции	Применима для небольшого количества пластических материаловТолщина стенок определяется технологическим процессом
Литьевое прессование	Возможна любая толщина стенокВозможность использования для большого количества пластических материаловКороткое время циклаХорошие возможности для автоматизации	Высокая стоимость машин и литьевых формЭкономия при изготовлении изделий большого объема

Недостатки

Недостатки литьевого прессования можно свести к следующим пунктам:

· литьевые формы для этого технологического процесса относительно дороги и изнашиваются в процессе прессования;

· необходимы дополнительные затраты на модернизацию литьевой машины, а именно, модуль управления стадией прессования;

· экономически технология оправдана только в рамках крупносерийного производства (например, компакт-дисков) или при получении изделий, в которых необходимы минимальные внутренние остаточные напряжения (например, оптических линз).

Материалы

При изготовлении тонкостенных изделий материалы с низкой текучестью расплава, такие, как ПК и полиэфиримид, можно использовать для получения изделий толщиной до 0,5 мм. С другой стороны, ПК с высоким показателем текучести 6олее подходит для изготовления компакт-дисков. Кроме того, из-за отличных оптических свойств ПК большинство линз производится именно из этого материала. К другим материалам, которые используются в технологии литьевого прессования, относятся акрил, ПЭ, ПА и ПП, а также термопластичный каучук и термореактивные материалы.

Типичные варианты применения

Технология литьевого прессования лучше всего подходит для производства высококачественных и недорогих компакт-дисков и различных оптических линз. В настоящее время заметен интерес к производству литьевым прессованием тонкостенных изделий.

7. Декорирование изделий в процессе литья под давлением

Декорирование изделий в форме в процессе литья под давлением (IMD-процесс) - это метод переработки, позволяющий с помощью не очень сложной, состоящей из немногих этапов, технологии получать готовые изделия. Отливки состоят из основы-термопласта и декоративного материала. В качестве последнего обычно используются пленка или ткань.

Рис.4. Принцип декорирования изделий в процессе литья

На рисунке 4 изображен процесс декорирования в форме. Декоративный материал вставляется между двумя полуформами (подвижной и неподвижной). Затем форма закрывается, при этом декоративный материал зажимается по линии разъема формы. Во время впрыска расплав полимера распределяется в формующей полости и соединяется с декоративным материалом. После застывания изделие выталкивается. Области применения такой технологии с использованием тканых декоративных материалов находятся главным образом в сфере автомобилестроения. Как пример можно упомянуть накладки стоек и дверей, покрытие багажника, багажных полок, торпедо, защитных кожухов.

Изделия, декорированные пленкой, также применяются в автомобилестроении. Типичный пример - детали с подсветкой на панели приборов, а также изделия, которые должны отличаться особым качеством поверхности или цветом. На повестке дня - орнаментированные колпаки колеса и элементы крыльев (табл.4).

Таблица 4. Классификация систем подачи декоративного материала

Декоративный материал под раскрой	Декоративный материал из рулона	Система с предварительным натяжением ткани
Преимущества	Небольшие отходы декоративного материала. Можно обеспечить одновременность извлечения изделия и подачи декоративного материала; высокая воспроизводимость	Простая система, время обработки невелико. Возможна штамповка непосредственно в форме	Придание декоративному материалу особбого расположения с натяжением или относительным перемещением слоев
Недостатки	Размещение тонких декоративных материалов сопряжено с трудностями; сложно обеспечить их предварительное натяжение	Сложно обеспечить предварительное натяжение: в ряде случаев брак из-за усадки. Сложные конфигурации вряд ли возможны	Требуется дополнительное оборудование для подачи ткани внатяг; в целом очень сложная система
Применение	Простые конфигурации. Выявление текстуры декоративного материала	Простые плоские изделия	Сложные конфигурации при горячем формовании листовых термопластов; декоративные материалы с выраженной структурой
Примечание	Применяется чаще всего	Например, для производства накладок к передним стойкам	Применяется редко

Необходимость вставки декоративного материала и последующего впрыска расплава привела к изменению конструкции форм. Существуют два варианта размещения декоративного материала: на подвижной и на неподвижной полуформе. Если он размещается на неподвижной полуформе, расплав должен проходить через литник, проведенный сквозь линию разъема. Это может быть туннельный литник или горячеканальное сопло.