Литье пластмасс под давлением: технология литья пластика

Машина для литья под давлением (иллюстрация компании Rutland Plastics)

При разработке серийного продукта для рынка электроники вам понадобится корпус. И, скорее всего, он будет сделан из пластика. Для макетирования пластиковых деталей и создания прототипа корпуса используется 3D-печать, а для серийного производства — литье под давлением.

Технология литья под давлением — один из важнейших пунктов на пути продукта на рынок электроники. Поэтому независимо от наличия технического образования, вам стоит разобраться в сути этого процесса хотя бы на базовом уровне. Все знают, что при разработке нового устройства самая затратная задача — это проектирование электроники, но не все понимают, что при постановке на производство большую часть бюджета на себя перетянет пластиковый корпус.

Это связано прежде всего с высокой стоимостью оснастки или так называемых пресс-форм. На практике стоимость форм для отливки корпуса становится одной из главных статей затрат при выводе нового продукта на рынок.

Виды литья под давлением

О данном методе переработки полимеров

Литье пластмасс под давлением (ЛпД) наряду с экструзией является наиболее распространенным и изученным методом переработки пластмассы в готовые продукты или полуфабрикаты. В отличие от экструзии, данный метод позволяет сразу получить деталь заданных размеров и практически любой геометрии (с некоторыми ограничениями – см. ниже). Литью находят применение главным образом при производстве изделий из термопластов, однако и для реактопластов этот способ переработки время от времени встречается. Если оборудование для переработки термопластов называется термопластавтомат (ТПА), то реактопласты перерабатывает на реактопластавтоматах, которые конструктивно отличаются от ТПА. В общем виде оборудование для этого способа производства часто называют просто «литьевая машина».

Давление литья, развиваемое термопластавтоматами, находится в диапазоне 80-140 МПа (800-1400 бар), однако ведущие компании и специалисты по изготовлению оснастки (форм) не рекомендуют нагружать прессформы давлением существенно выше 100 МПа.

Переработка пластика литьем под давлением осуществляется на термопластавтоматах поршневого или винтового (шнекового) типа, причем первый тип ТПА до недавнего времени считался устаревшим и вышедшим из употребления. Однако после 2010 года у производителей термопластавтоматов вернулся интерес к поршневому впрыску пластмассы, как наиболее точному процессу. Однако, как правило, современное оборудование является шнековым, а узел впрыска ТПА состоит из пары шнек-материальный цилиндр.

Видео 1. Работа современного термопластавтомата

Основные виды брака и методы его устранения

В процессе литья под давлением по причине нарушения технологичного процесса, превышения температуры расплава и по причине других факторов возникают дефекты, которые снижают качество продукции:

• Неполное наполнение пресс-формы (недолив). Возникает по причине недостаточного объема впрыскивающегося полимера. Такая ситуация возможна из-за слабого нагрева расплава, низкой текучести массы, засорения сопла или разводящих каналов.
• Превышение объема формы (перелив) в процессе литья пластмасс, вызывающее образование грата по стыку (облой). Дефект возникает по причине неисправности дозатора или превышения допустимой температуры расплавленного полимера. Выход излишка массы возникает также при недостаточно сильном смыкании пресс-формы.
• Видны стыковочные швы на границе спайки отдельных частей детали, отличающиеся низкой прочностью. Такие стыки образуются при слишком низкой температуре пластикации. Причина дефекта кроется также в неправильной конструкции или недостаточном нагреве литьевой формы, что приводит к преждевременному охлаждению потоков до того, как они сольются. В результате не удается добиться полного сваривания.
• На поверхности изделия образуются пузыри, в внутри пустоты. Такой брак является результатом наличия в расплаве летучих компонентов, отличающихся повышенным газовыделением при перегреве. Происходит вспучивание мягкой массы.
• Образование на поверхности усадочных раковин (углублений). Причина дефекта в повышенной усадке массы в случае перегрева или недостаточном объеме расплавленной массы из-за низкого давления, а также недостаточной пропускной способности сопла. Подобные раковины появляются при неравномерном нагреве и недостаточной вентиляции литьевой формы.
• Коробление изготовленных деталей. Брак возникает при чрезмерной внутренней напряженности, возникающей по причине температурной неравномерности частей формы. Некачественные изделия получаются также при несоблюдении времени, необходимого для выдержки массы с целью полного застывания.
• Трещины на поверхности. Возникают по причине остаточного напряжения или в случае сильного прилипания жидкой массы к стенкам.
• Дефекты поверхности деталей, проявляющиеся царапинами и сколами. Брак появляется в случае небрежного обращения с готовой продукцией или некачественно оформленной пресс-формы.
• Узоры, которые напоминают морозную разрисовку на стекле, появляются по причине чрезмерного количества влаги в инжектируемой расплавленной массе. Недостаток имеет место при нарушении процесса сушки и вентиляции формы.
• В случае наличия влаги в полимерном материале сверх установленной нормы происходит расслоение структуры. Дефект возникает также в случае наличия застывших литников, не совмещенных с основной массой.
• Неравномерная (разная) тоновая окраска изделия. Причина заключается в использовании термически нестойкого красителя и перегреве расплавленной массы.
• Несоответствие полученного изделия требуемым размерам, превышение стандартного допуска. Возникает по причине сильной усадки пластика при затвердении или некачественно изготовленной пресс-формы.

Области применения литья под давлением

Литье пластмасс применяется более полувека и позволяет осуществлять массовое производство пластиковых деталей весом от сотых долей грамма до десятков килограммов. Самыми малыми продуктами могут быть, например, микроскопические линзы, компоненты небольших механизмов и т.п. Самыми крупными – различные емкости, в том числе баки и ящики объемом в несколько кубометров, пластиковые поддоны, элементы конструкций и т.п.

Изделия, получаемые описываемым способом переработки, помимо своих очевидных явных достоинств, имеют несколько ограничений. Помимо очевидного лимита по габаритным геометрическим размером, обусловленным ограниченными размерами пресс-формы, существует и несколько менее заметных. Например, толщина стенки любого продукта как правило не превышает нескольких миллиметров. Это важно для экономики процесса, т.к. увеличение толщины стенки приводит к резкому удлинению производственного цикла и соответствующему росту себестоимости и снижению производительности. Данное ограничение снимается при использовании специального метода – литья с газом (см. ниже). С другой стороны – давления литьевого оборудования может не хватить для выпуска слишком тонкостенных, либо очень протяженных деталей. Кроме того, изделие должно быть технологичным, то есть соответствовать описываемому методу. Конструкция его должна предполагать более или менее равнотолщинную структуру, равномерное заполнение расплавом полимера и несложное, в большинстве случаев автоматическое извлечение из полости прессформы.

Дизайн для производства (Design for manufcturing, DFM)

Высокая стоимость пресс-форм — это лишь один из недостатков литья под давлением. Второй недостаток — это сложности и ограничения на этапе разработки дизайна и конструкции пластиковых деталей.
Получив идеальный рабочий прототип, изготовленный на 3D-принтере, приходится уделить значительно больше времени и средств, чтобы адаптировать его для литья под давлением.

Ограничения серийного производства стоит учитывать уже на первых этапах разработки. Одни требования к форме отливок, такие как литейные уклоны, можно отложить по крайней мере до создания второго прототипа.

Другие требования, такие как равномерная толщина стенок и поднутрения, нужно реализовать с самого начала.

Литьевой уклон

Главная задача в работе с деталями, изготовленными за счет литья под давлением — правильно изъять их из формы. Как только пластик остынет, две половинки формы открываются, и мы получаем новую отлитую пластиковую деталь.
Любой 3D-дизайн для литья под давлением должен включать литьевой или технологический уклон для заполнения пресс-формы и беспрепятственного извлечения готового изделия. Литьевой уклон — это по сути небольшой угол наклона, который добавляется к любым вертикальным поверхностям, совпадающих с направлением извлечения изделия из пресс-формы. В большинстве случаев достаточно 1–2 градусов.

Примеры верной реализации поднутрения. Изображение предоставлено ICO Mold.

Некоторые эксперты считают, что поднутрения нужно реализовать в 3D-модели с самого начала.

И хотя учет поднутрений на раннем этапе разработки важен, он создает ненужные осложнения при создании первых прототипов. Поэтому лучше добавлять их в проект, когда вы будете полностью уверены в своем прототипе. Т.е. в большинстве случаев поднутрения стоит добавлять после первой или второй версии прототипа.

Выталкивающие штифты

Выталкивающие штифты или толкатели
используются для удаления пластиковых деталей из пресс-формы. Как следует из названия, это небольшие цилиндрические штифты, которые выталкивают деталь из формы.

У толкателей нет стандартного положения, поэтому придется продумать, где они будут располагаться. В идеале они должны располагаться в самой прочной части отливки, чтобы предотвратить ее деформацию при извлечении из пресс-формы.

Стоит учитывать, что выталкивающие штифты, как правило, оставляют небольшие отметки на изделии. Если вы внимательно посмотрите на большинство пластиковых деталей, то сможете увидеть эти крошечные круглые метки, которые появляются в процессе выталкивания отлитой формы.

Это стоит учитывать при разработке продукта. Постарайтесь сделать так, чтобы толкатели соприкасались с отливкой в местах, которые не критичны для внешнего вида продукта. Можно даже попытаться скрыть метки толкателя под этикеткой или логотипом.

Двойной ход толкания

Некоторые пластиковые детали невозможно извлечь из простой двухкомпонентной формы в один прием, в таких случаях используют наклонные толкатели и механизм двойного выталкивания.
Наклонный толкатель — это составная часть пресс-формы, которая вставляется до начала отливки, а затем извлекается до раскрытия основных частей формы. Наклонный толкатель двигается перпендикулярно к направлению движения двух полуформ.

Стоит приложить все усилия, чтобы не использовать механизм двойного выталкивания, поскольку он значительно увеличивает сложность и стоимость пресс-формы.

Один из основных приемов, который позволяет отказаться от двойного выталкивания — отказ от использования поднутрений. Поднутрение — это выступ или углубление на поверхности отливки, препятствует выталкиванию изделия из пресс-формы за один ход толкания.

Ситуацию с поднутрениями зачастую можно исправить так: добавляем паз (прорезь) под выступом и используем единичное выталкивание вместо двойного.

В конструкции 1 из-за поднутрения потребуется двойной ход толкания. Паз в конструкции 2 позволяет отказаться от двойного выталкивания и снять деталь с пресс-формы за один ход. Изображение предоставлено Proto Labs.

Равномерная толщина стенки

Одна из важных особенностей литья под давлением, которая оказывает огромное влияние на дизайн устройства — это требование к равномерной толщине стенок отливки. Оно связано с тем, что залитый в форму пластик должен остывать с одинаковой скоростью по всей поверхности детали. При неравномерном охлаждении деталь может деформироваться.
Поэтому при разработке корпуса для литья под давлением вместо более толстых секций используются ребра. Корректное проектирование детали с равномерной толщиной стенок определенно требует опыта.

Использование двойного хода толкания и неравномерной толщины стенок отливки — это две самые распространенные ошибки 3D-дизайнеров, которые не знакомы с техническими ограничениями литья под давлением.

Стоит удостовериться в том, что 3D-моделирование вашего устройства выполняет специалист, который знаком с этой технологией.

Примеры конструкций с одинаковой толщиной стенки. Изображение предоставлено ICO Mold.

Радиус / закругление углов

Идеальные углы и края деталей непрактичны для литья под давлением. Расплавленный полимер не сможет равномерно и полностью заполнить всю форму с острыми краями даже в условиях высокого давления. По крайней мере, не стоит на это надеяться при больших объемах производства.

Пример правильной конструкции угла. Изображение предоставлено ICO Mold.

Все края и углы должны быть закруглены или скошены, чтобы полимер заполнил их равномерно и полностью.

Холодные каналы против горячих каналов

Холодноканальная / горячеканальная подача пластика
— это варианты литниковой системы, которая направляет расплавленный полимер в полости пресс-формы.

Широкий литниковый канал позволяет полимеру свободно течь при более низких давлениях. Однако широкие каналы требуют больше времени на охлаждение пластика и создают больше отходов производства, оба эти параметра влияют на себестоимость детали.

С другой стороны, узкий литниковый канал сокращает время охлаждения и уменьшает перерасход материала, и, в конечном счете, минимизируют стоимость отливки. Однако у него есть недостаток: для узкого канала требуется более высокое давление, чтобы протолкнуть расплавленный полимер в форму.

Существует решение, которое позволяет использовать узкие каналы при невысоком давлении — горячеканальная литниковая система.

Прямо в пресс-форму вдоль каналов устанавливают нагревательные элементы, которые поддерживают полимер в более жидком состоянии, благодаря им пластик заполняет пресс-форму при более низком давлении.

К сожалению, за все приходится платить, и у горячих каналов тоже есть свои недостатки: дополнительная сложность при изготовлении оснастки, которая всегда выливается в дополнительные затраты.

В большинстве случаев, по крайней мере, изначально, лучше использовать каналы без нагревательных элементов, т.е. холодноканальную литниковую систему. Всегда стоит начинать с самого простого и недорогого решения.

Линия разъема формы

Если вы внимательно рассмотрите любую пластиковую деталь, то увидите так называемую линию разъема. Она будет расположена в месте соединения двух частей пресс-формы.
Это место сопряжения двух полуформ никогда не бывает идеальным, по контуру всегда вытекает немного полимера. По мере старения и износа пресс-формы эта утечка становится все более заметной.

Очень важно выбрать оптимальное место для линии разъема. В идеале она должна размещаться на невидимой части устройства.

Принцип работы термопластавтомата

Литьевая машина осуществляют загрузку гранулированного (гораздо реже порошкобразного) полимера из загрузочного бункера сырья в зону загрузки материального цилиндра. Затем путем нагрева и пластикации (перемешивания) расплавленной массы шнеком осуществляется его переход в вязкотекучее (близкое к жидкому) состояние. После набора необходимой дозы полимера термопластавтомат при помощи создаваемого гидроцилиндром усилия производит инжекцию (впрыск) расплавленного пластика в прессформу. Затем в ее полости происходит выдержка отливки под давлением и стадия охлаждения (для реактопластов – отверждения).

В ходе последнего этапа производственного цикла машина размыкает форму и выталкивает готовый продукт, реже изделия вынимаются оператором (полуавтоматический режим). Современные производственные единицы включают кроме термопластавтомата так же различные средства автоматации, обычно называемые «роботами». Современные роботы участвуют в съеме отливки из области прессформы, также они могут закладывать в полость оснастки этикетки, закладные детали, а, кроме того, участвовать в «дальнейшей судьбе» отформованной детали, например в ее постобработке, укладке и упаковке.

Характеристика станков для литья

Для выбора оптимально производственного оборудование следуют ознакомиться со следующими характеристиками ТПА:

• Сила, с которой материальный цилиндр смыкается с формой для литья. Она измеряется в килоньютонах.
• Максимальный объем впрыска. Несмотря на название, это масса, так как измеряется он в граммах. Чем он больше, тем большее количество форм может обслуживать аппарат.
• Давление, которое создает пластикатор при впрыске материала в литьевую форму.
• Максимальный размер используемой пресс-формы.

Приведенные характеристики находятся в зависимости друг от друга, часто производитель указывает лишь силу действия материального цилиндра. Для полного сравнения аппаратов между собой этого, конечно же, недостаточно.

Даже не обладая глубокими познаниями в экономической теории можно указать, что полное время цикла имеет огромное значение. Чем оно меньше, тем большее количество изделий можно изготовить за тот же период времени. Время складывается из четырех составляющих:

• пластикация материала;
• время впрыска;
• время воздействия давления и охлаждения изделия.

Время плавления сырья зависит от его типа и варьируется в нешироких пределах, оно практически не влияет на изменение общего времени цикла. Длительность впрыска и воздействия давлением зависит от общего объема литейной формы и устройства литниковой системы. Наибольший вклад в общую продолжительность производства приходится на время охлаждения. Оно, к сожалению, больше зависит от характеристик формы, чем сложнее деталь, тем дольше она будет отдавать тепло.

Особенности работы с литьевой оснасткой

При переработке термопластов температура прессформы не должна быть выше температуры стеклования полимера или температуры его кристаллизации, поэтому обязательно применяют охлаждение прессформы или ее термостатирование. При переработке реактопластов, напротив, форму нагревают при помощи различных способов до температуры, выше точки отверждения термореактивного пластика.

Рисунок 2. Форма установленная на ТПА

При изготовлении пресс-форм важно помнить о необходимости организации вентиляционных каналов (выпаров), через которые расплавленная масса своим давлением должна вытеснять воздух из полости техоснастки. Отсутствие выпаров приводит к многочисленным трудно устранимым дефектам готовых пластиковых изделий.

Прессформы для литья пластмасс могут быть горячеканальные и холодноканальные. Горячеканальные прессформы – более современны, характеризуются отсутствием или минимальным количеством отходов (литников), более быстрым временем производственного цикла, стабильным технологическим процессом и меньшим количеством брака. Горячеканальная система передает давление впрыска в область прессформы с минимальными потерями. При этом горячеканальные прессформы не рекомендуется применять для переработки некоторых нетермостойких пластиков, например жестких композиций ПВХ.

Рисунок 3. Прибор управления горячим каналом

Где работать с пресс-формами?

Где лучше производить пластиковые детали для своего устройства: на родине или в Китае? В большинстве случаев лучше начать работу с местным производителем в своей стране (если только вы не живете в стране, где промышленность развита очень слабо).
Затем, когда объемы превысят 10 тыс. штук, для снижения затрат можно переходить к китайскому производителю.

Китай — это просто идеальный выбор для крупносерийного производства. Только не стоит там затевать первичную разработку и отладку процесса. С местными производителями любые вопросы можно будет решить гораздо проще и быстрее.

Первый запуск и первые ошибки делать на местном уровне, а затем перемещать производство в Китай.

Примечание переводчика: важно учитывать, что перевозка пресс-формы из одной страны в другую (а тем более в Китай из Европы) — это сложная и дорогая затея. Поэтому мы выбираем для своих клиентов местных производителей прототипов, а серию — если она в сумме будет крупная — сразу размещаем в Китае с расчетом на амортизацию формы за несколько итераций производства. Ведь если запустить серийное производство у местных производителей, то и пресс-форма будет местная, а ее перевозка в Китай или создание второй формы в Китае себя не оправдает.

Параметры впрыска полимерного материала при ЛпД

Давление, развиваемое при впрыске ТПА, зависит от нескольких параметров:

• вязкости расплавленного полимера,
• особенностей литниковой системы, в частности наличия холодного или горячего канала,
• конструкции прессформы,
• конструкции пластикового изделия и места впуска расплава.

Давление в прессформе при впрыске расплавленной полимерной массы растет по мере заполнения формообразующей полости и дальнейшей выдержки отливки. При этом, как правило, величина заданного давления выдержки достигает 30-50 процентов от заданной величины параметра. Эти параметры на современных термопластавтоматах задаются в системе управления и реализуется при помощи гидравлической (реже самой современной – электрической) системы литьевой машины.

Особенности выбора термопластавтомата

Подробно в статье Выбор литьевой машины

При выборе ТПА для литья пластмасс под давлением прежде всего учитывают объем дозы, то есть количество расплава полимера, необходимого для выпуска каждого конкретного изделия. Также важно усилие смыкания ТПА, сила сжатия необходимая для фиксации пресс-формы во время стадии впрыска и выдержки. При неправильном выборе усилия смыкания форма будет приоткрываться. Третьим важнейшим параметром является геометрия области закрепления оснастки на ТПА, а именно размер плит машины и расстояние между колоннами, а также «высоту прессформы». Эти величины определяют максимальный и минимальный размер литьевой формы для установки на конкретный термопластавтомат.

Кроме указанных важнейших основных параметров по выбору ТПА используют несколько более специальных, которые подробно описаны в специальной отраслевой литературе. Например, величина максимальной скорости инжекции, грузоподъемность плит ТПА (прежде всего подвижной плиты), соотношение длины шнека к его диаметру L/D, наличие режима интрузии и т.п. Также важно оснащение термопластавтомата различными узлами и опциями. Для высокоскоростных машин применяются гидроаккумуляторы впрыска и других перемещений. Для подключения роботов и других вспомогательных устройств контроллер ТПА следует оснастить разъемами Euromap 12 или Euromap 67. Применяются датчики фактического давления расплава, датчики падения отформованной детали и прочие.

Ссылки [ править ]

1. «Литье под давлением против других процессов» . Проверено 16 сентября 2016 .
2. Справка серии Machinery в , Индустриальная Press, 1913 , извлекаться 2013-11-18 .
3. О литье под давлением , Североамериканская ассоциация литья под давлением , заархивировано из оригинала 21 октября 2010 года , извлечено 15 октября 2010 года .
4. ^ a b Лю, Вэнь-Хай (2009-10-08), Прогресс и тенденции процесса литья под давлением и его применения , заархивировано из оригинала 14 марта 2012 года , извлечено 19 октября 2010 года .
5. ^ a b c d e f g Джон Л., Йорстад (сентябрь 2006 г.), «Технологии будущего алюминия в литье под давлением » (PDF) , Die Casting Engineering
   : 18–25, заархивировано из оригинала (PDF) на 2011-06- 14.
6. ДеГармо, стр. 328.
7. Литье под давлением , efunda Inc , извлекаться 2008-04-12.
8. ^ a b Часто задаваемые вопросы о литье под давлением , заархивировано из оригинала 21 октября 2010 г. , извлечено 12 апреля 2008 г..
9. Alloy Properties , Североамериканская ассоциация литья под давлением, заархивировано из оригинала 6 июня 2013 г. , извлечено 12 апреля 2008 г..
10. Келлер, Джефф (2021-01-12). «Крупные автомобильные отливки стимулируют инновации в доставке расплавленного металла» . Залить расплавом. Литейный журнал
    . Проверено 18 января 20 . новый проект крупного производителя электромобилей в Калифорнии. … 105 кг расплавленного алюминия… доставляется за каждый выстрел.
11. ^ a b c d Дегармо, стр. 331.
12. «Проект» . Проверено 16 сентября 2016 .
13. «Линия разрыва» . Проверено 16 сентября 2016 .
14. ^ а б в Дегармо, стр. 329–330.
15. Parashar, Nagendra (2004), элементы производственных процессов , Город: Prentice-Hall Индии Pvt.Ltd, с. 234, ISBN 978-81-203-1958-5
16. ^ a b c Дегармо, стр. 330.
17. ^ а б в г Дэвис , стр. 251 .ошибка harvnb: цель отсутствует: CITEREFDavis ( помощь )
18. ^ a b Дегармо, стр. 329-331.
19. Дэвис , стр. 252.ошибка harvnb: цель отсутствует: CITEREFDavis ( помощь )
20. ДеГармо, стр. 329.
21. Шредер, Джордж Ф .; Эльшеннави, Ахмад К .; Дойл, Лоуренс Э. (2000), Производственные процессы и материалы (4-е изд.), SME, стр. 186, ISBN 978-0-87263-517-3.
22. Бревик, Джеральд; Маунт-Кэмпбелл, Кларк; Мобли, Кэрролл (2004-03-15), Энергопотребление при литье под давлением (PDF) , Университет штата Огайо, (грант / контракт Министерства энергетики США № DE-FC07-00ID13843, проект OSURF № 739022) , извлечено в 2010 г. -10-15 .
23. ДеГармо, стр. 330-331.
24. Avedesian, ММ; Бейкер, Хью; ASM International (1999), Магний и магниевые сплавы (2-е изд.), ASM International, стр. 76, ISBN 978-0-87170-657-7
25. ↑
    Андресен (2005) , стр. 356–358.
26. Андресен (2005) , стр. 355.
27. Андресен (2005) , стр. 356.
28. «Идра представляет самую большую в мире машину для литья под давлением» . Литейный завод Asosiasi Italia Pemasok. 2018-02-01 . Проверено 20 апреля 2022 . способна производить отливки весом более 80 кг на максимально допустимой проектируемой площади. … Производство высокопрочных компонентов из алюминия и магния, отлитых под давлением, для автомобильного сектора с упором на конструктивные и критически важные для безопасности компоненты. … Скорость впрыска превышает требования 10 м / сек.
29. https://www.asminternational.org/about/foundation/news/-/journal_content/56/10192/ASMHBA0005276/BOOK-ARTICLE

Библиография [ править ]

• Дэвис, Дж. (1995), Инструментальные материалы
  , Парк материалов: ASM International, ISBN 978-0-87170-545-7.
• Дегармо, Э. Пол; Black, J T .; Козер, Рональд А. (2003), Материалы и процессы в производстве
  (9-е изд.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.
• Андресен, Билл (2005), Die Casting Engineering , Нью-Йорк: Марсель Деккер, ISBN 978-0-8247-5935-3.

Работа на вертикальном термопластавтомате

Эта технология отличается от общеупотребляемой тем, что применяется ТПА вертикального типа, а форма открывается также в вертикальном направлении. Метод хорош для мелкосерийного производства, т.к. возможно применять более простые и недорогие в изготовлении прессформы. Также широко применяется вертикальное ЛпД при использовании закладных элементов (как правило металлических). Главным недостатком, присущим такому литью является сложная автоматизация процесса – изделия не могут выпадать из вертикальных прессформ и их приходится извлекать вручную либо роботом.

Каскадное литье (с запорными клапанами)

Этот вид переработки завоевывает все большую популярность ввиду того, что при относительно невысоких вложениях можно радикально улучшить качество выпускаемых изделий. Каскадный впрыск возможен только с применением горячеканальных прессформ особого типа и отличается от стандартного наличием горячеканальной системы с запорными клапанами. Управление клапанами может быть пневматическое, гидравлическое и новейшее – электрическое и осуществляется при помощи специальных приборов. Каскад позволяет управлять инжекцией полимера в форму по желанию оператора ТПА. Таким образом можно избежать спаев, следов течения полимерного материала, пригаров и многих других видов брака при ЛпД.

Инжекционное прессование

Этот технологический процесс отличается от стандартного тем, что впрыск полимерного материала делают в слегка раскрытую прессформу (в этом случае уместно использовать именно такое название оснастки) за небольшое время до ее окончательного смыкания. Окончательное уплотнение полимера и формование готового продукта осуществляются при полном смыкании прессформы. Способом инжекционного прессования изготавливают различные изделия как из термопластов, так и реактопластов. Метод применим в случае недостаточных характеристик ТПА для данной отливки, в частности усилия смыкания. Также качество при таком прессовании на термопластавтомате в меньшей степени зависят от ориентации макромолекул при впрыске (анизотропии), что может повысить качество продукта в части меньшей усадки (если необходимо), лучших механических свойств и меньшего коробления.

Одноместная и многоместная пресс-формы

На определенном этапе производства появляется возможность сокращения времени отливки за счет многоместных пресс-форм (их еще называют многогнездными). Они используются для увеличения скорости производства и снижения себестоимости заготовок.
Многоместные пресс-формы, как понятно из названия, позволяют создавать несколько копий одной детали за счет одной заливки полимера. Только не стоит использовать эти формы на старте, пока процесс не отлажен и еще не созданы идеальные отливки из одноместных форм. Целесообразно выпустить как минимум несколько тысяч единиц изделий до перехода на многоместные формы.

Как правило, предприниматели с ограниченным бюджетом по-максимуму используют свои одноместные формы, если только сам производитель не финансирует изготовление их пресс-форм.

Интрузия

Интрузией называется процесс частичного заполнения формообразующей полости в режиме экструзии за счет вращательного движения шнека. Обычно он применяется для производства тяжелых, материалоемких изделий из пластиков. Таким образом можно применять термопластавтоматы с недостаточным для данного изделия объемом впрыска, т.к. форма заполняется не только за счет поступательного, но и за счет вращательного движения шнека в исходном положении. Для интрузии важно, чтобы полимерный материал был достаточно текучим, а литниковые каналы достаточно большого сечения. Также важно отметить, что режимом интрузии оснащаются не все ТПА, необходимо проверить его наличие в спецификации машины.

Семейные пресс-формы

В большинстве случаев для каждой отдельной пластиковой детали в составе устройства используется отдельная форма. Для корпуса понадобится как минимум две части: верхняя и нижняя.
Но для большинства продуктов потребуется больше двух деталей из пластика. Пресс-формы очень дороги, а покупка нескольких пресс-форм сразу — это серьезное финансовое препятствие, поэтому нужно стремиться к минимальному количеству пластиковых деталей.

Альтернативный вариант минимизации необходимых пресс-форм — использование специального типа многоместных пресс-форм, так называемых семейных. Семейная пресс-форма позволяет объединить несколько различных деталей в одной отливке.

В то время как типичная многоместная (многознездовая) форма создает несколько копий одной и той же детали, семейная форма создает разные детали.

Звучит хорошо, правда? К сожалению, не всё так просто, за всё приходится платить. Основная проблема с семейными формами заключается в том, что каждая деталь в них должна быть примерно одинакового размера.

В противном случае одна из полостей пресс-формы заполнится расплавленным полимером раньше других. Семейные формы должны проектироваться таким образом, чтобы все полости заполнялись полимером с примерно одинаковой скоростью. Это явно ограничивает возможности их применения. Маловероятно, что все детали корпуса будут сходного размера.

Бикомпонентная и мультикомпонентная инжекция

Сутью бикомпонентного и мультикомпонентного литья на ТПА является применение двух или нескольких видов полимера, либо одного и того же пластика, но разных цветов, для производства одного изделия на одном термопластавтомате. Как правило, в случае такого вида литья применяются термопластавтоматы с двумя и более узлами пластикации (пары шнек – материальный цилиндр). Сначала в форму впрыскивается первый компонент, затем в ней тем или иным способом открываются дополнительные полости и происходит доинжекция второго компонента и т.д. В редких случаях компоненты поступаются одновременно. При применении би- и мульти-компонентного (многоцветного) литья пластмасс под давлением технологическая оснастка становится значительно сложнее. Как правило применяются формы с двумя и более раздельными горячеканальными системами. Что касается возможностей переключения с одного компонента на другой, то применяют либо поворотные механизмы непосредственно в прессформе, либо так называемый «поворотный стол» в составе бикомпонентной литьевой машины.

Нагревательные элементы для цилиндра термопластавтомата

Для подогрева рабочего цилиндра и расплавления термопласта применяют кольцевые нагревательные элементы различной конструкции. Все типы кольцевых нагревателей для термопластавтомата изготавливаются компанией Полимернагрев под заказ с индивидуальными характеристиками.

Миканитовые кольцевые нагреватели в стальном корпусе из нержавейки позволяют получить температуру нагрева до 350 градусов. Они являются эффективными и надежными нагревательными элементами. Для снижения стоимости кольцевых нагревателей, можно использовать кольцевые ТЭНы в оболочке из оцинкованной стали.

Если же нужно достичь температур больше 350 градусов, нужно применять керамические кольцевые нагреватели, которые позволяют нагреть цилиндр термопластавтомата до 500 градусов. Также можно использовать экономичные кольцевые керамические нагреватели, которые благодаря наружному утепленному кожуху позволяют сэкономить до 25% электроэнергии.

В тех случаях, когда в процессе формовки очень важно быстрое охлаждение и повышенная равномерность прогревания, нужно использовать кольцевые миканитовые или керамические нагреватели в охлаждающем корпусе с вентилятором. Воздушное и водяное охлаждение также имеется в таком типе кольцевых нагревателей для термопластавтоматов, как алюминиевые литые кольцевые нагреватели.

Литье с газом

Для литьевого производства очень толстостенных изделий из полимеров практически единственной подходящей технологией является инжекция с газом. Переработка пластиков этим способом производится на стандартных машинах, но с использованием адаптированных прессформ и специального модуля для генерации газового впрыска, подключенного к термопластавтомату. Суть процесса в общем случае сводится к доставке неполной дозы полимерного материала в формообразующую полость с последующим впуском сжатого под давлением 5-20 МПа газа в массу расплава через специальные инжекторы. Газ уплотняет пластик «изнутри» и прижимает его к стенкам формы. Таким образом получается полностью отформованная деталь с пустотами внутри. Впрыск с газом может применяться в частности для компенсации утяжин при большой разнотолщинности изделия. Кроме того, немаловажно, что ЛпД с газом производится при пониженном давлении расплава в форме, что позволяет использовать ТПА с меньшими усилиями смыкания, чем при стандартном процессе.

Сферы применения

Литье пластика под давлением используется в массовом производстве уже более 50 лет. Благодаря этому стало возможно производство множества пластиковых изделий разного размера и веса, структуры и толщины. От самых маленьких, весом до нескольких миллиграммов, до крупных — весом в десятки килограммов.

Основные сферы использования пластмассовых изделий, произведенных литьевым способом:

1. Электроника (из пластика делают корпуса приборов).
2. Автомобильная промышленность. Для автомобилей пластиковые детали также изготавливают с помощью данной технологии.
3. Медицина (из полимеров производят корпуса медицинских аппаратов).
4. Строительство и ремонт (детали внутренней отделки, баки, ящики).