Разновидности литья под давлением

Основными технологическими параметрами литья под давлением являются: Т м.ц по зонам, Т формы, давление литья, время выдержки под давлением, время охлаждения.

Подробно рассмотрев операции технологического процесса литья под давлением, рассмотрим теперь разновидности литья, а точнее способы формования изделий.

Мы будем выделять 2 основных способа: инжекция и интрузия.

Последний существует в двух вариантах исполнения.

Операции технологического процесса, перечисленные и описанные в предыдущих лекциях, относятся именно к инжекции.

Инжекция характерна тем, что при впрыске происходит перемещение всей накопленной к этому моменту дозы расплава в формующую полость формы, а при интрузии же заполнение основной доли объема оформляющей полости осуществляется вращающимся и неподвижным в осевом направлении червяком.

Так как подробно операции инжекции уже рассмотрены, отметим технологические параметры литья под давлением:

· температура расплава,

· температура формы,

· давление литья,

· давление в форме,

· время вы­держки под давлением,

· время охлаждения [для термопластов] или время от­верждения в форме [для реактопластов].

-Интрузия

Основные отличия этого способа от литья под давлением заключаются в операциях пластикации и впрыска, которые в данном случае совмещены во времени. Основным преимуществом интрузионного формования перед литьем под давлением является возмож­ность формования изделий, масса которых во много раз больше максимальной дозы, которую способен накопить червяк в пластикационном цилиндре, а также формирование толстостенных изделий. Недостатками способа являются следующие ограничения: развиваемое в форме давление мало, вследствие чего геометрия изделия не должна быть сложной, получение тонкостенных изделий затруднено, кроме того, необ­ходимо учитывать термостабильность полимера.

Рассмотрим первый вариант интрузии. После смыкания формы и подвода узла впрыска червяк, пребывая в крайнем переднем положении, т.е. будучи подведенным к соплу, начинает вращаться и нагнетать расплав в оформляющую полость фор­мы [подобно экструдеру]. По мере заполнения формы ее гидравлическое сопротивле­ние и, следовательно, давление расплава перед червяком возра­стают. По достижении определенного давления перед червяком он, про­должая вращаться, начинает смещаться в осевом направлении на заданную величину. В течение это­го времени часть подаваемого червяком расплава про­должает поступать в форму, а часть формируется в ви­де дозы расплава перед червяком. По достижении червяком заданного положения он, прекратив вращение, осевым движением в сторону сопла впрыскивает подготовленную дозу в форму, завершая ее заполнение. Далее следуют операции выдержки под давлением, отвода узла впрыс­ка, выдержки на охлаждение и размыкания формы.

Второй вариант интрузии. Операции смыкания формы и под­вода узла впрыска осуществляются как и в предыду­щем варианте. Червяк в начале цикла находится в крайнем заднем положении с накопленной перед его наконечником дозой расплава. Сразу после операции подвода червяк начинает вращаться, нагнетая расплав, который про­давливается в литьевую форму. По истечении заданного отрез­ка времени червяк прекращает вращение и начинает осевое движение вперед, впрыскивая имеющуюся перед ним дозу расплава в форму. По истечении выдержки под давлением и отвода узла впрыска червяк приводится во вращение для набора дозы для следующего цикла.

-Специальные виды литья под давлением

Наряду с описанными способами существует еще ряд способов. Кратко о каждом.

Инжекционно-прессовый метод используется для получения больших по площади изделий, когда заполнение формы сопровождается существен­ным падением давления расплава в ее периферийных частях, что приводит к разнопрочности изделия. Сущность технологии состоит в том, что давление на рас­плав в форме создается не только усилием инжекции (рис. 10.29, а), но и за счет прес­сового механизма узла смыкания (рис. 10.29, б).

Инжекционно-газовое литье (ИГЛ) («литье с газом», «литье с по­дачей сжатого газа», Gas-injection Molding и др.) (рис. 10.30).

Расплав полимера впрыскивается в форму, заполняя ее на 70-95% (рис. 10.30, а). Затем в форму через специальное сопло (рис. 10.30, в), или через ниппель в форме (рис. 10.30, б) подается под давлением газовая смесь, которая «раздувает» расплав, увеличивая тем самым толщину слоя полимера, образовавшегося при его соприкос­новении с холодной стенкой формы, и способствуя заполнению конструктивных углублений формы. После образования изделия (рис. 10.30, г) газовая смесь удаляется из формы в приемник 4 (рис. 10.30, а), пластикатор впрыскивает остаток расплава, «за­печатывающий» форму (рис. 10.30, д).

Газовая смесь (азот, углекислый газ) может подводиться от компрессора или от баллона при давлении около 80 МПа. Ввод газа в форму может быть единичным или многократным, сту­пенчатым по величине давления.

Технология ИГЛ позволяет экономить до 40% дорогостоящего полимерного мате­риала за счет уменьшения толщины стенки изделия, сократить цикл изготовления на 25-35%, уменьшить вероятность брака за счет исключения таких видов дефектов, как утяжины, коробления, развитый облой.

Существенная трудность ИГЛ-технологии состоит в необходимости высоко­точного управления литьевой машиной, усложняется конструкция сопла, повыша­ются требования к расчету и качеству из­готовления литниковой системы и сопря­жений литьевых форм.

Многослойное литье относится к специаль­ным видам, иногда называемым соинжек-ционными. Это название отражает общую особенность этих методов — обязательное участие в процессе двух, а в некоторых случаях и трех инжекционных узлов, в каждом из которых пластицируется поли­мерный материал с индивидуальными свойствами. Таким образом, появляется возможность получать многоцветные изде­лия, изделия, состоящие из различных видов пластмасс (поверхность из ПЭВП, а основной объем из вспененного полисти­рола), использовать вторичное полимер­ное сырье для внутренних, неответствен­ных частей деталей, производить изделия гибридной конструкции и пр. Многослойное литье осуществляется несколькими способами.

Сэндвич-литье заключается в попеременной подаче в литьевую форму полимерных расплавов из двух пластикаторов. При использовании червячных пластикаторов процесс может выглядеть так, как показано на рис. 10.31. Два инжекционных узла присоединяются к соплу, в конструк­ции которого предусмотрено переклю­чающее устройство. Как правило, это игольчатый клапан (ИК). Клапан попеременно или одновремен­но соединяет с литьевой системой фор­мы пластикационные узлы. По схеме (рис. 10.31) материал из узла I под высо­ким давлением и с высокой скоростью инжектируется в форму, образуя наруж­ное покрытие изделия (рис. 10.31, а). За­тем внутренний объем изделия заполня­ется материалом из узла II (рис. 10.31, б), после чего в работу повторно включает­ся узел I, добавляющий остатки распла­ва в форму и «запечатывающий» изде­лие (рис. 10.31, в).

Соинжекционное литье (рис. 10.32) требует применения сопла специаль­ной конструкции, называемого также разделительной головкой. Эта техно­логия позволяет получать изделия с числом слоев больше двух, с полным или частичным разделением цветов.

Литье в многокомпонентные фор­мы (Multi-component injection molding) позволяет получать изделия с четким разделением цветов, а также детали гиб­ридной конструкции (рис. 10.33), в ко­торых из каждого полимерного ма­териала исполнена центральная или пе­риферийная часть. В этом случае инжекционные узлы выполняют традиционные функции, а конструкция детали определяется устройством литьевой формы. На представленной схеме литьевая фор­ма имеет две литниковых системы (1 и 2), постоянно сомкнутые с инжекционными узлами I и II. В пуансоне формы имеются подвижные вставки 3, перемещаемые пнев­моприводами 4. Вставки оформляют тот или иной конструкционный элемент изде­лия. Особенность этого метода состоит в том, что работа узлов инжекции происходит изолировано друг от друга. Поэтому если узел II в приведенном примере работает в режиме инжекции, то узел I может дей­ствовать в интрузионном режиме, благода­ря чему объем части изделия, формуемой из полимера I, может иметь весьма значи­тельный размер.

Ротационное литье (не путать с ротаци­онными ЛМ) является разновидностью описанного выше способа, поскольку по­зволяет решать те же задачи (рис. 10.34), 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 изделия ротационным литьем введе­на дополнительная операция размыка­ния формы и удаления (установки) встав­ки, что не способствует высокой произво­дительности метода.

- Виды брака при литье под давлением и методы их устранения

1. Недолив выражается в неполном оформлении изделия. Основной его причиной является недостаток материала, поступающего в литьевую форму (из-за низкой температуры формы или расплава и, следовательно, пониженной текучести расплава, а также по причине засорения литниковой системы).

2. Перелив вызывает образование облоя в месте смыкания формы. Он возникает при неправильной работе дозирующего устройства, перегреве расплава и литьевой формы, недостаточном усилии смыкания формы.

3. Стыковые швы — видна линия спая отдельных потоков, механическая прочность резко снижена в месте спая. Основными причинами образования стыко­вых швов являются: сниженная температура расплава или формы, неудачная конст­рукция формы, приводящая к охлаждению отдельных потоков расплава до момента их слияния (вследствие чего не происходит полного сваривания), а также недостаточ­ное удельное давление расплава.

4. Вздутия на поверхности и пузыри (пустоты) в массе изделия наблюдаются при повышенном содержании летучих, которые вспучивают мягкую поверхностную пленку при перегреве расплава, сопровождающимся частичной деструкцией и значительным газовыделением. Вздутия образуются также при недостаточном охлаждении изделия.

5. Усадочные раковины — значительные углубления на поверхности изделий – возникают вследствие повышенной усадки при перегреве массы и недостаточном по­ступлении расплава (снижено удельное давление расплава или мало сечение впускных каналов). Иногда поверхностные раковины появляются при неравномерном распределении температуры в форме и при дефектах в ее вентиляции.

6. Коробление готовых изделий возникает из-за значительных напряжений внутри изделия, обусловленных большой разностью температур в отдельных частях формы, а также при недостаточной выдержке изделия в литьевой форме, отчего оно извлека­ется недостаточно жестким.

7. Трещины образуются вследствие значительных остаточных напряжений в изде­лии, а также при его прилипании к стенкам формы.

8. Риски, царапины, сколы на поверхности изделий возникают при неисправном со­стоянии оформляющей поверхности формы и неаккуратном обращении с готовыми изделиями.

9. «Мороз» — узоры, напоминающие зимнюю разрисовку оконных стекол. Основ­ная причина их появления — попадание влаги в форму при недостаточной сушке сырья и дефектов в вентиляции формы.

10. Расслоение наступает при повышенном содержании влаги в литьевом материа­ле и при наличии отвердевших литников, не совмещающихся с основным материа­лом. Если отслоение выражено в виде очень мелких блесток, его называют серебристостью.

11. Разнотонность — неодинаковая поверхностная окраска изделия — объясняет­ся недостаточно одинаковым окрашиванием или разложением красителя из-за его термической нестойкости или перегрева расплава.

12. Размерный брак — отклонение от номинальных размеров, превышающее уста­новленный допуск; наблюдается при чрезмерной усадке или неудачной конструкции литьевой формы.

Таким образом, основными мерами предупреждения брака являются: исправное со­стояние оборудования, соблюдение технологического режима и стандартность сырья.

Перечень возможных дефектов литьевых изделий и способы их устранений до­полняют сведения, приведенные в табл.

Таблица Возможные дефекты литьевых изделий и способы их устранения
Дефект	Причина дефекта	Способ устранения
Полосы и продолговатые пузыри на поверхности изделия	Влажность материала	Подсушка сырья
Матовые пятна на повер­хности изделия	Перегрев расплава	Понижение температуры распла­ва; полирование литниковых ка­налов
Темные полосы на по­верхности изделия	Местный перегрев материала; на­личие мертвых зон в цилиндре и сопле	Понижение температуры распла­ва; ликвидация мертвых зон
Темные разводы и воз­душные пузыри	Своевременно не удален попав­ший в цилиндр воздух	Повышение давления пластика­ции
Пустоты в изделии	Сильный нагрев (в результате сжа­тия) воздуха, попавшего в форму	Улучшение условий выхода воз­духа из полости формы; умень­шение скорости впрыска и сни­жение температуры материала
Местный пережог детали	Сильный разогрев попавшего в форму воздуха, сжатие его и, как следствие, пережог материала	То же
Загрязнение изделия	Попадание в материал посторон­них частиц или наличие задиров на поверхности цилиндра, порш­ня или червяка	Контроль за чистотой материала, поступающего в бункер; проверка поверхностей, соприкасающихся с материалом
Пленка или пятна на по­верхности изделия	Соприкосновение расплава с мас­лом, чрезмерная смазка формы	Проверка чистоты инжекционно-го цилиндра; очистка формы, уменьшение смазки
Волнистая поверхность удаленной от литника части изделия	Охлаждение расплава в процессе течения	Повышение температуры мате­риала и скорости впрыска
Линии на поверхности детали	Нарушение течения материала, неравномерное заполнение фор­мы	Проверка режима заполнения формы; при необходимости — из­менение размеров литников и их расположения
Пузыри в виде белых включений	Высокая температура цилиндра и низкое давление литья, недостаточное время выдержки материала в форме под давлением	Снижение температуры цилиндра, повышение давления литья и времени выдержки под давлением, увеличение размеров литников или литниковых каналов для снижения потерь давления
Швы и складки около литника	Излишне быстрое охлаждение расплава на участке вблизи литника	Повышение температуры формы вокруг литника, увеличение размеров литниковых каналов
Сварные швы	Чрезмерное охлаждение расплава при заполнении формы	Повышение температуры формы и материала, скорости впрыска, давления литья, изменение расположения литника (для изменения направления течения расплава)
Отслаивание наружного слоя детали	Включение посторонних материалов. Избыточное значение разности температур расплава и формы	Очистка цилиндра и сопла от посторонних материалов
Грат на изделии	Недостаточное усилие запирания формы, нарушение параллельности соприкасающихся поверхностей форм	Увеличение усилия запирания формы или снижение скорости впрыска и давления формования; проверка правильности затяжки колонн при образовании грата с одной стороны изделия; уменьшение загружаемой порции материала; проверка параллельности соприкасающихся поверхностей формы; уменьшение вторичного давления формования
Затруднения при съеме изделий, деформация изделий при съеме	Неправильный режим литья, неправильная конструкция формы	Уменьшение давления литья, увеличение конусности стенок формы или сердечников, полирование поверхности формы, обеспечение воздушных зазоров, сталкивание изделий воздухом (во избежание образования вакуума)

Лекция №7.