Методы литья под давлением. Исключительное разнообразие штучных изделий из полимерных материалов, широкий комплекс предъявляемых к ним требований (потребительские

Исключительное разнообразие штучных изделий из полимерных материалов, широкий комплекс предъявляемых к ним требований (потребительские, эксплуатационные, технологических, экономические, дизайна) диктует необходимость применения и совершенствования разнообразных методов литья под давлением, каждый из которых позволяет наиболее полно решать поставленные задачи.

Литье под давлением термопластов с червячной пластикацией может осуществляться следующими методами:

4.5.1 Инжекционный. При инжекционном режиме, как вы уже знаете, вращение шнека ведется только в период набора дозы материала и его пластикации в инжекционном цилиндре, а подача в форму осуществляется за счет поступательного движения шнека под высоким давлением (100÷200 МПа) за короткий, измеряемый секундами, интервал времени. Это наиболее распространенный способ. Он позволяет получать изделия сложной конфигурации, с различной толщиной стенок, допускает использование многогнездных форм с различной литниковой системой. Особенность технологии – объем изделий с литниками не превышает паспортного (номинального) объема впрыска используемой литьевой машины.

4.5.2 Интрузионный (рис. 4.14). Для отливки толстостенных изделий большой массы на обычных одночервячных литьевых машинах применяют процесс интрузии. Его суть – вращением червяка расплав в режиме интрузии форма заполняется постепенно и равномерно расплавом, нагнетаемым червяком через сопло большого сечения, переходящего в литник формы. После этого червяк останавливается и осевым движением подпитывает форму, компенсируя естественную усадку остывающего расплава. Часть расплава при вращении червяка из движущегося с равномерной скоростью потока соприкасается с оформляющей поверхностью формы, остывает и частично затвердевает. То есть, когда последняя доза материала, необходимая для заполнения формы, пластифицируется и нагнетается вращающимся червяком, расплавленный в начале цикла материал начинает охлаждаться.

Рис. 4.14. Схема процесса интрузии: 1 – червяк литьевой машины; 2 – расплав материала; 3 – сопло большого сечения; 4 – литьевая форма; а – литниковый канал; б – слой остывающего расплава полимера в период интрузионного режима литья	Рис. 4.15. Схема инжекционно-прессового литья: а – заполнение формы инжекцией расплава; б – создание давления в форме

Таким образом, операции пластикации материала, заполнения формы и охлаждения совмещаются. Материал испытывает термическое напряжение только в течение пластикации и нагнетания в форму. Скорость впрыска при интрузии меньше скорости инжекции при обычных способах литья под давлением. Однако общая длительность процесса не увеличивается из-за частичного совпадения по времени отдельных операций литья. До 75÷90 % объема полости формы заполняется под давлением вращающегося червяка, а остальная часть под давлением перемещающегося в осевом направлении червяка. Однако в некоторых случаях форма может быть полностью заполнена материалом, нагнетаемым вращающимся червяком.

Литьевые машины, приспособленные для интрузии, оснащены подпрессовочным устройством для компенсации значительного уменьшения объема материала при его охлаждении. Его можно отрегулировать с высокой точностью для компенсации объемной усадки и придания материалу оптимальной структуры.

Особенность подобного метода – объем отливки может быть увеличен в 2÷3 раза по сравнению с номинальным объемом впрыска для машин данного типа размера. Но развиваемое в литьевой форме давление невелико, вследствие чего геометрия изделия не должна быть сложной, гнездность формы ограничена, получение тонкостенных изделий затруднено, необходимо учитывать термостабильность полимера.

4.5.3 Инжекционно-прессовый метод (рис. 4.15) используется для получения тонкостенных изделий значительных по площади литья, когда заполнение формы сопровождается существенным падением давления расплава в ее периферийных частях, что вызывает эффект разнопрочности изделия; изделий большого объема; переработки термопластов, требующих повышенного давления при инжекции и имеющих большую усадку при охлаждении.

На литьевых машинах для инжекционного прессования термопластов объем пластифицированного материала впрыскивается в не полностью замкнутую под небольшим усилием форму (рис. 4.15а). При этом форма слегка размыкается под давлением литья расплава. Однако материал не вытекает из формы, поскольку зазор между полуформами расположен перпендикулярно плоскости разъема. После инжекции подвижная полуформа плотно прижимается к неподвижной полуформе и литьевая форма полностью замыкается под действием механизма замыкания (рис. 4.15б).

4.5.4 Инжекционно-газовое литье (ИГЛ) относится к новым методам переработки термопластов с помощью литьевых машин. Технология заключается в следующем (рис. 4.16).

Рис. 4.16. Схема инжекционно-газового литья: 1 – компрессор подачи газовой смеси; 2 – инжекционный цилиндр ЛМ; 3 – литьевая форма; 4 – приемник газовой смеси	Рис. 4.17. Первая схема сэндвич-литья двухслойного изделия: I – инжекционный узел впрыска наружного слоя изделия; II – инжекционный узел впрыска внутреннего слоя; ИК – игольчатый клапан	Рис. 4.18. Последовательность операций по второй схеме сэндвич-литья двухслойного изделия (пояснения в тексте): 1 – литьевая форма; 2 – корпус сопла для полимера А; 3 – корпус сопла полимера В; 4 – игла клапана

Расплав полимера инжектируется в форму, заполняя ее на 70÷95 % (рис. 4.16а). Затем в форму через ниппель в форме (рис. 4.16б)илиспециальное сопло (рис. 4.16в)подается под давлением газовая смесь (физический газообразователь - ФГО), 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 (рис. 4.16г) газовая смесь удаляется в приемник 4 (рис. 4.16а), при осевом перемещении червяка впрыскивается остаток расплава, “запечатывающий” форму (рис. 4.15д). Технология ИГЛ позволяет экономить до 40 % дорогостоящего полимерного материала за счет уменьшения толщины стенки изделия, сократить цикл изготовления на 35 %, уменьшить вероятность брака за счет исключения таких видов брака, как утяжины, коробления, развитый облой. Кроме того, ИГЛ-технология позволяет упросить конструкцию и понизить стоимость формующей оснастки. Существенная трудность ИГЛ-технологии это необходимость высокоточного управления ЛМ, усложняется конструкция сопла, повышаются требования к расчету и качеству изготовления литниковой системы и сопряжений литьевых форм.

4.5.5 Многослойное литье (МСЛ) относится к специальным видам, так называемым соинжекционным. Это название отражает общую особенность этих методов – обязательное участие в процессе двух, а в некоторых случаях и трех инжекционных узлов ЛМ, в каждом из которых пластицируется полимерный материал с индивидуальными свойствами. Таким образом, появляется возможность получать многоцветные изделия, изделия, состоящие из различных видов полимеров (поверхность из ПЭВП, а основной объем из вспененного ПС), использовать вторичное полимерное сырье или более дешевый полимер для внутренних, неответственных слоев, изготовлять изделия с прозрачной внешней оболочкой и цветной сердцевиной изделия, изделия гибридной конструкции и пр. Многослойное литье осуществляется несколькими способами.

4.5.5.1 Сэндвич-литье заключается в попеременной подаче в литьевую форму полимерных расплавов из двух инжекционных узлов, т.е. в межслойное пространство внешней оболочки (первый полимер) происходит впрыск другого компонента (второй полимер), играющего роль внутреннего заполнителя. Для литья применяется специальное сопло, состоящего из двух камер, и в конструкции которого предусмотрено переключающее устройство. Как правило, это управляемый игольчатый клапан (ИК). Клапан попеременно или одновременно соединяет с литьевой системой формы инжекционные узлы ЛМ. Конструктивно сэндвич-литье может осуществляться по двум схемам.

По первой схеме (рис. 4.17) материал из узла I под высокими давлением и скоростью инжектируется в форму, образуя наружное покрытие изделия (рис. 4.17а). При этом ИК находится в правом положении, открывая доступ полимера наружного слоя. Затем при положении ИК в левом положении внутренний объем изделия заполняется материалом из узла II (рис. 4.17б). После чего в работу повторно включается узел I, добавляющий остатки первого расплава в форму и “запечатывающий” изделие (рис. 4.17в).

По второй схеме (рис. 4.18) второй узел впрыска меньшего объема расположен вертикально около мундштука. В данном случае процесс литья происходит в четыре этапа. Сначала в оформляющую полость литьевой формы внешней оболочки изделия подается расплав полимера А (поз. I): при этом игла клапана 4 закрыта (положение Z). Через некоторое время после начала впрыска А (поз. II) игла клапана 4 открывается и в среднюю часть полимера А начинает течь полимер В, образуя в формующей полости двухслойное изделие. В поз. III внутреннее сопло 3 перемещается вперед и перекрывает канал подачи полимера А, и в этот период в формующую полость поступает только полимер В, выполняющий роль сердцевины изделия. В конце процесса (поз. IV) возможен дополнительный впрыск полимера А, для того чтобы закрыть изделие около впускного литника первым полимером. Игла клапана 4 в этой позиции закрыта (положение Z) и в форму подается только полимер А. Таким образом, предотвращается появление материала сердцевины на внешней поверхности изделия.

4.5.5.2 Соинжекционное литье (рис. 4.19) требует применения сопла специальной конструкции, называемого распределительной головкой. Эта технология позволяет получать изделия с числом слоев больше двух, с полным или частичным разделением цветов.

Рис. 4.19. Схема двухканального (а) и трехканального (б) соинжекционного литья под давлением с использованием двух- и трехинжекционных узлов впрыска	Рис. 4.20. Схема многокомпонентного литья: I, II – инжекционные узлы впрыска; 1, 2 – литниковые системы; 3 – подвижные вставки; 4 – пневмоприводы

4.5.5.3 Литье в многокомпонентные формы (Multi-component injekction moldink) 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, конструкция детали определяется устройством литниковой системы. На (рис. 4.20) представлена литьевая форма, имеющая две литниковые системы, постоянно сомкнутые с инжекционными узлами. 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 изолированно друг от друга. Поэтому, если узел II работает в режиме инжекции, то узел может действовать в интрузионном режиме, благодаря чему объем части изделия, формуемой из полимера I, может иметь значительный размер.

4.5.5.4 Ротационное литье (не путать с ротационными литьевыми машинами) является разновидностью литья в многокомпонентные формы, поскольку позволяет решать те же задачи (рис. 4.21), 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 введена дополнительная операция размыкания формы и удаления (установки) вставки, что не способствует высокой производительности метода.

Рис. 4.21. Схема ротационного литья: I, II – инжекционные узлы впрыска	Рис. 4.22. Этапы вспенивания полимера в форме при литье под низким давлением

4.5.6 Литье под давлением из вспенивающихся композиций заключается в изготовлении изделий из вспенивающихся материалов на литьевых машинах и состоит в нагревании композиций до вязко-текучего состояния и впрыске в литьевую форму, где за счет дополнительного нагревания происходит вспенивание композиции и формование изделия. Литье под давлением вспенивающихся термопластов – быстро развивающаяся область переработки пластмасс, что объясняется рядом технико-экономических преимуществ получаемых изделий и способа их переработки.

Из вспенивающихся термопластов литьем под давлением получают пеноизделия пониженной плотности, так называемые облегченные, или подспененные пластики. Пеноизделия, имеющие пористую сердцевину и уплотненную поверхностную корку, позволяют снизить массу детали практически, не снижая плотности. Крупногабаритные, толстостенные изделия отливаются на ЛМ меньшей мощности без появления утяжин и обеспечивают экономию сырья. Уменьшение массы составляет около 5÷70 %. Таким образом можно изготовить легкие тепло-вибро- и звукоизоляционные изделия различного назначения. Наибольшее распространение такие изделия получили в мебельной промышленности и бытовой технике (несущие и декоративные элементы мебели, рукоятки, корпусные детали), в приборостроении (корпуса теле-, радиоаппаратуры), в производстве тары и плавсредств (круги, буйки, водные лыжи, лодки).

Для получения вспененных термопластов применяют химические (ХГО) и физические газообразователи (ФГО, см. п.п. 4.5.4).

Для литья вспененных изделий из термопластов разработаны различные технологические схемы, характеризующиеся типом используемого газообразователя (химический или физический), конструктивными особенностями оборудования и оснастки, схемой заполнения и вспенивания в форме и физико-химическими свойствами, а также внешним видом получаемых изделий (кажущаяся плотность, прочность, качество поверхности и др.).При литье под давлением вспенивающихся полимеров, необходимо в зоне загрузки обеспечить высокое давление. Для этого применяют узлы пластикации с продольными канавками на внутренней поверхности цилиндра зоны загрузки.

В зависимости от особенностей процессов заполнения формы и вспенивания материала различают 4 разновидности литья:

1) литье под низким давлением;

2) литье под высоким давлением в форму с изменяемым объемом полости;

3) литье под высоким давлением с противодавлением газа в полсти формы;

4) двухкомпонентное литье под низким давлением.

4.5.6.1 Литье под низким давлением характеризуется малым давлением в форме, создаваемым газообразователем. Расплавленная композиция с большой скоростью впрыскивается в литьевую форму (рис. 4.22а), вытесняя воздух из полости формы.

По мере дальнейшего заполнения формы расплавом происходит вспенивание струи, при этом воздух и избыточные газы продолжают вытесняться из формы (рис. 4.22б). После прекращения впрыска завершается вспенивание композиции, которая приобретает конфигурацию полости формы, а расплав, затекая в воздушные каналы и зазоры, охлаждается и перекрывает их, обеспечивая в форме избыточное давление. Через некоторое время поверхностные слои охлаждаются, поэтому давление в форме можно уменьшить, вследствие чего внутренние слои полимера за счет давления газа дополнительно вспениваются и пористость возрастает (рис. 4.22в). Ступенчатый сброс давления позволяет поучить изделие с интегральной структурой. При последующем охлаждении происходит окончательное охлаждение изделия (рис. 4.22г). Появление утяжин предотвращается давлением газов в средних пеноблока. Плотность полимера в изделии регулируется за счет дозы впрыскиваемого материала и содержания газообразователя.

4.5.6.2 Литье под высоким давлением в форму с изменением объема полости характеризуется наличием литьевой формы с измененяемым объемом и относительно высоким давлением на начальном этапе формования. Конструкция формы в данном случае должна быть аналогичной форме при инжекционно-прессовом литье (рис. 4.15). Расплавленная композиция инжектируется в специальную раздвижную форму при минимальном объеме полости (рис. 4.23а).

Рис. 4.23. Этапы вспенивания полимера в форме при литье

под высоким давлением в форму с изменяемым объемом полости

Малое время заполнения формы предотвращает вспенивание расплава. Не вспененный материал вытесняет воздух из полости формы и заполняет ее полностью за счет высокого давления впрыска (рис. 4.23б). Поверхностные слои при этом частично охлаждаются. Вспенивание расплава в средине происходит при резком раздвижении оформляющей полсти, т.е. при увеличении объема за счет выхода пуансона из матрицы (рис. 4.23в). Вспененное охлажденное изделие отличается глянцевой поверхностью и пористой сердцевиной, кажущаяся плотность которой может быть в несколько раз ниже, чем у поверхностных слоев (рис. 4.23г).

4.5.6.3 Литье под высоким давлением в форму с противодавлением газа в полости характеризуется применением специальной литьевой оснастки (с регулируемым давлением газа в форме в течение цикла) и относительно высоким давлением расплава в форме.

Перед впрыском в полость формы для создания предварительного давления нагнетается воздух или инертный газ, например азот. Это необходимо, чтобы предотвратить вспенивание введенного расплава за счет высокого давления заранее введенного газа (рис. 4.24а).

Высокое давление в форме поддерживается, до окончания впрыска (рис. 4.24б). После окончания впрыска давление газа в форме резко снижают, и газ, растворенный в полимере, вспенивает массу (рис. 4.24в). Окончательное вспененное и охлажденное изделие отличается равномерной пористостью по объему при наличии тонкостенной оболочки не вспененного материала на поверхности

Рис. 4.24. Этапы вспенивания полимера в форме при литье под

высоким давлением в форму с противодавлением газа в полости

(рис. 4.24г). Толщину оболочки можно регулировать временем нахождения расплава в форме до снижения давления газа и температурой стенок формы.

4.5.6.4 Двухкомпонентное литье под низким давлением характеризуется последовательным впрыском в форму обычного полимера и вспенивающего материала. Для двухкомпонентного литья необходимы специализированные литьевые машины с двумя узлами инжекции и распределительным клапаном, как при сендвич-литье и соинжекционном литье (см. п.п. 4.5.5.1 и 4.5.5.2, рис. 4.18 и рис. 4.19).

В начальный момент в форму впрыскивается композиция А, не содержащая газообразователь (рис. 4.25а).

Рис. 4.25. Этапы вспенивания полимера в форме при

двухкомпонентном литье под низким давлением в форму

После переключения распределительного клапана на вспенивающую композицию, которая при течении раздувает монолитную оболочку, образуется пористая сердцевина (рис. 4.25б, в). Воздух вытесняется из формы в течение впрыска и последующего вспенивания. Впрыск материала в форму заканчивается повторной дозой не вспененного полимера для создания сплошной монолитной оболочки, а также для подготовки литниковой системы к следующему циклу. После окончания вспенивания сердцевины изделие получается с довольно толстой не вспененной наружной оболочкой и равномерной пористой сердцевиной (рис. 4.25г). Материал оболочки и сердцевины может быть различным по химической природе, цвету и стоимости. Пенопласты и пеноизделия, получаемые этим методом, называются также интегральными пенопластами.

Date: 2015-09-02; view: 1923; Нарушение авторских прав