Литье под давлением - Injection moulding

Термопластавтомат
Упрощенная схема процесса

Литье под давлением (Орфография в США: литье под давлением) это производство процесс производства деталей путем впрыскивания расплавленного материала в плесень, или плесень. Литье под давлением может выполняться с множеством материалов, в основном включая металлы (для чего процесс называется литье под давлением ), очки, эластомеры, кондитерские изделия и чаще всего термопласт и термореактивный полимеры. Материал для детали подается в нагретый цилиндр, перемешивается (с помощью винта винтовой формы) и вводится в полость формы, где он охлаждается и затвердевает до конфигурации полости.[1]:240 После того, как продукт разработан, обычно промышленный дизайнер или инженер, формы изготавливаются изготовителем форм (или изготовителем инструментов) из металл, обычно либо стали или же алюминий, и прецизионно обработанный сформировать черты желаемой детали. Литье под давлением широко используется для изготовления самых разных деталей, от мельчайших деталей до целых кузовных панелей автомобилей. Достижения в 3D печать технологии, использующие фотополимеры которые не плавятся во время литья под давлением некоторых более низкотемпературных термопластов, могут использоваться для некоторых простых форм для литья под давлением.

Детали, подлежащие литью под давлением, должны быть очень тщательно спроектированы, чтобы облегчить процесс формования; необходимо учитывать материал, используемый для детали, желаемую форму и характеристики детали, материал формы и свойства формовочной машины. Универсальность литья под давлением достигается за счет такого разнообразия конструктивных соображений и возможностей.

Приложения

Литье под давлением используется для создания многих вещей, таких как катушки с проволокой, упаковка, пробки для бутылок, автомобильные детали и компоненты, игрушки, карманные расчески, некоторые музыкальные инструменты (и их части), цельные стулья и небольшие столики, контейнеры для хранения, механические детали (включая шестерни) и большинство других пластиковых изделий, доступных сегодня. Литье под давлением - самый распространенный современный метод изготовления пластмассовых деталей; он идеально подходит для производства больших объемов одного и того же объекта.[2]

Характеристики процесса

Гранулы термопласта для литья под давлением

При литье под давлением используется поршень или плунжер винтового типа для принудительного расплавления. пластик материал в полость формы; он затвердевает в форму, которая соответствует контуру формы. Чаще всего используется для обработки как термопласт и термореактивный полимеры, причем объем использованного первого значительно выше.[3]:1–3 Термопласты широко распространены благодаря характеристикам, которые делают их очень подходящими для литья под давлением, такими как простота переработки, универсальность для самых разных областей применения,[3]:8–9 и способность размягчаться и течь при нагревании. Термопласты также имеют элемент защиты от термореактивных материалов; если термореактивный полимер своевременно не выбрасывается из нагнетательного ствола, химическое сшивание Это может привести к заклиниванию винта и обратного клапана, что может привести к повреждению машины для литья под давлением.[3]:3

Литье под давлением состоит из впрыска сырья под высоким давлением в форму, которая придает полимеру желаемую форму.[3]:14 Формы могут иметь одну или несколько полостей. В пресс-формах с несколькими полостями каждая полость может быть идентична и образовывать одни и те же детали или может быть уникальной и образовывать несколько различных геометрических форм в течение одного цикла. Формы обычно изготавливаются из инструментальные стали, но нержавеющая сталь и алюминиевые формы подходят для определенных применений. Алюминиевые формы, как правило, плохо подходят для крупносерийного производства или деталей с узкими допусками по размерам, так как они имеют низкое качество. механический свойства и более подвержены износу, повреждению и деформации во время циклов впрыска и зажима; однако алюминиевые формы экономически эффективны при небольших объемах производства, так как затраты и время на изготовление форм значительно снижаются.[1] Многие стальные формы предназначены для обработки более миллиона деталей в течение срока их службы, и их изготовление может стоить сотни тысяч долларов.

При формовании термопластов обычно гранулированное сырье подается через бункер в нагретый цилиндр с возвратно-поступательным шнеком. При входе в бочку температура повышается и Силы Ван-дер-Ваальса которые сопротивляются относительному потоку отдельных цепочек, ослабляются в результате увеличения пространства между молекулами при более высоких состояниях тепловой энергии. Этот процесс снижает его вязкость, что позволяет полимеру течь под действием движущей силы узла впрыска. Шнек подает сырье вперед, смешивает и гомогенизирует тепловое и вязкое распределение полимера, а также сокращает необходимое время нагрева за счет механического стрижка материал и добавление значительного количества фрикционного нагрева к полимеру. Материал поступает вперед через обратный клапан и собирается в передней части винта в объем, известный как выстрелил. Дробь - это объем материала, который используется для заполнения полости формы, компенсации усадки и обеспечения амортизатора (примерно 10% от общего объема выстрела, который остается в стволе и не дает винту опускаться до дна) для передачи давления. от винта до полости формы. Когда собрано достаточно материала, материал под высоким давлением и скоростью вдавливается в полость, образующую деталь. Точная величина усадки зависит от используемой смолы и может быть относительно предсказуемой.[4] Чтобы предотвратить скачки давления, в процессе обычно используется положение переноса, соответствующее заполнению полости на 95–98%, когда винт переключается с постоянной скорости на постоянное регулирование давления. Часто время впрыска составляет менее 1 секунды. Как только шнек достигает положения передачи, прикладывается давление уплотнения, которое завершает заполнение формы и компенсирует термоусадку, которая довольно высока для термопласты относительно многих других материалов. Давление уплотнения прикладывают до тех пор, пока затвор (вход в полость) не затвердеет. Из-за своего небольшого размера ворота обычно являются первым местом, где затвердевают по всей своей толщине.[3]:16 Когда затвор затвердевает, в полость больше не может попадать материал; соответственно, шнек совершает возвратно-поступательное движение и захватывает материал для следующего цикла, в то время как материал внутри формы охлаждается, так что его можно выталкивать и сохранять размерную стабильность. Эта продолжительность охлаждения значительно сокращается за счет использования охлаждающих линий, по которым циркулирует вода или масло от внешнего регулятора температуры. После достижения требуемой температуры форма открывается, и ряд штифтов, гильз, съемников и т.д. выдвигается вперед для извлечения изделия из формы. Затем форма закрывается, и процесс повторяется.

В двухэлементной пресс-форме два отдельных материала объединены в одну деталь. Этот тип литья под давлением используется для придания мягкости ручкам, для придания продукту нескольких цветов или для производства деталей с несколькими рабочими характеристиками.[5]

В случае термореактивных пластиков в цилиндр обычно вводят два разных химических компонента. Эти компоненты немедленно начинают необратимые химические реакции, которые в конечном итоге сшивки материал в единую связанную сеть молекул. Когда происходит химическая реакция, два жидких компонента навсегда превращаются в вязкоупругий твердый.[3]:3 Затвердевание в нагнетательном цилиндре и шнеке может быть проблематичным и иметь финансовые последствия; следовательно, минимизируя термореактивность лечение внутри ствола жизненно важно. Обычно это означает, что Время жительства и температура химических прекурсоров сводится к минимуму в блоке впрыска. Время пребывания можно уменьшить за счет сведения к минимуму объема цилиндра и максимального увеличения продолжительности цикла. Эти факторы привели к использованию теплоизолированного блока холодного впрыска, который вводит реагирующие химические вещества в термически изолированную горячую форму, что увеличивает скорость химических реакций и приводит к более короткому времени, необходимому для получения затвердевшего термореактивного компонента. После затвердевания детали клапаны закрываются, чтобы изолировать систему впрыска и химические прекурсоры, и форма открывается для извлечения отформованных деталей. Затем форма закрывается, и процесс повторяется.

Предварительно отформованные или обработанные компоненты могут быть вставлены в полость при открытой пресс-форме, что позволяет материалу, введенному в следующем цикле, формироваться и затвердевать вокруг них. Этот процесс известен как Вставить молдинг и позволяет отдельным частям содержать несколько материалов. Этот процесс часто используется для создания пластиковых деталей с выступающими металлическими винтами, чтобы их можно было многократно закреплять и откреплять. Этот метод также можно использовать для Маркировка в форме и пленочные крышки также могут быть прикреплены к формованным пластиковым контейнерам.

А линия разъема, литник, следы ворот и следы выталкивателя обычно присутствуют на конечной части.[3]:98 Ни одна из этих функций обычно не желательна, но они неизбежны из-за характера процесса. Следы от ворот появляются на воротах, которые соединяют каналы подачи расплава (литник и желоб) с полостью, образующей деталь. Линия разделения и следы от выталкивающего штифта возникают из-за мельчайших перекосов, износа, газовых отверстий, зазоров для смежных деталей при относительном движении и / или различий в размерах сопрягаемых поверхностей, контактирующих с впрыскиваемым полимером. Различия в размерах можно отнести к неоднородным, вызванным давлением деформация во время впрыска, обработки допуски, и неоднородный тепловое расширение и сжатие компонентов пресс-формы, которые подвергаются быстрой смене циклов во время этапов впрыска, упаковки, охлаждения и выброса. Компоненты пресс-формы часто изготавливаются из материалов с различными коэффициентами теплового расширения. Эти факторы нельзя одновременно учесть без астрономического увеличения стоимости проектирования. изготовление, обработка, и качественный мониторинг. Опытный дизайнер форм и деталей размещает эти эстетические недостатки в скрытых областях, если это возможно.

История

Американский изобретатель Джон Уэсли Хаятт вместе со своим братом Исайей запатентовал первый термопластавтомат в 1872 г.[6] Эта машина была относительно простой по сравнению с машинами, используемыми сегодня: она работала как большой игла для подкожных инъекций, используя поршень для впрыскивания пластика через нагретый цилиндр в форму. С годами отрасль медленно развивалась, производя такие продукты, как воротник остается, пуговицы и гребни для волос.

Немецкие химики Артур Эйхенгрюн и Теодор Беккер изобрели первые растворимые формы ацетата целлюлозы в 1903 году, который был гораздо менее горючим, чем нитрат целлюлозы.[7] В конечном итоге он стал доступен в форме порошка, из которого его можно было легко формовать под давлением. Артур Эйхенгрюн разработал первый пресс для литья под давлением в 1919 году. В 1939 году Артур Эйхенгрюн запатентовал технологию литья под давлением пластифицированного ацетата целлюлозы.

В 1940-х годах отрасль быстро развивалась, потому что Вторая Мировая Война создали огромный спрос на недорогую продукцию массового производства.[8] В 1946 году американский изобретатель Джеймс Уотсон Хендри построил первую шнековую инжекционную машину, которая позволила гораздо более точно контролировать скорость впрыска и качество производимых изделий.[9] Эта машина также позволяла смешивать материал перед впрыском, так что цветной или переработанный пластик можно было добавить к первичному материалу и тщательно перемешать перед впрыском. В 1970-х годах Хендри разработал первый литье под давлением с использованием газа процесс, который позволил изготавливать сложные полые изделия, которые быстро охлаждались. Это значительно улучшило гибкость конструкции, а также прочность и отделку изготавливаемых деталей, одновременно сократив время производства, стоимость, вес и количество отходов. К 1979 году производство пластмасс обогнало производство стали, а к 1990 году алюминиевые формы стали широко использоваться для литья под давлением.[10] Сегодня винтовые инжекционные машины составляют подавляющее большинство всех инжекционных машин.

Отрасль литья пластмасс под давлением на протяжении многих лет развивалась от производства гребней и кнопок до производства широкого спектра продуктов для многих отраслей, включая автомобильную, медицинскую, аэрокосмическую, потребительские товары, игрушки, сантехника, упаковка и строительство.[11]:1–2

Примеры полимеров, наиболее подходящих для данного процесса

Можно использовать большинство полимеров, иногда называемых смолами, включая все термопласты, некоторые термореактивные полимеры и некоторые эластомеры.[12] С 1995 года общее количество доступных материалов для литья под давлением увеличивалось со скоростью 750 в год; на момент начала этой тенденции было доступно около 18 000 материалов.[13] Доступные материалы включают сплавы или смеси ранее разработанных материалов, так что дизайнеры продуктов могут выбрать материал с наилучшим набором свойств из огромного количества. Основными критериями выбора материала являются прочность и функциональность, необходимые для конечной детали, а также стоимость, но также каждый материал имеет разные параметры для формования, которые необходимо учитывать.[11]:6 Другие соображения при выборе материала для литья под давлением включают модуль упругости при изгибе или степень, до которой материал может быть изогнут без повреждений, а также отклонение тепла и водопоглощение.[14] Обычные полимеры, такие как эпоксидная смола и фенольный являются примерами термореактивных пластиков, в то время как нейлон, полиэтилен, и полистирол термопластичны.[1]:242 До сравнительно недавнего времени пластмассовые пружины были невозможны, но улучшение свойств полимеров делает их теперь весьма практичными. Применения включают пряжки для закрепления и отсоединения лямок уличного оборудования.

Оборудование

Основная статья: Термопластавтомат
В формовочной машине открыта форма для скрепок; сопло видно справа

Термопластавтоматы состоят из бункера для материала, поршня для литья под давлением или винтового плунжера и нагревательного устройства.[1]:240 Также известные как плиты, они удерживают формы, в которых формируются компоненты. Прессы классифицируются по тоннажу, который выражает силу зажима, которую может проявить машина. Эта сила удерживает форму закрытой во время процесса впрыска.[15] Тоннаж может варьироваться от менее 5 тонн до более 9000 тонн, при этом более высокие значения используются в сравнительно небольшом количестве производственных операций. Общее необходимое усилие зажима определяется площадью проекции формованной детали. Эта площадь проекции умножается на силу зажима от 1,8 до 7,2. тонны на каждый квадратный сантиметр проектируемой площади. Как правило, 4 или 5 тонн / дюйм2 можно использовать для большинства продуктов. Если пластик очень жесткий, для заполнения формы требуется большее давление впрыска и, следовательно, больший усилие зажима для удержания формы в закрытом состоянии.[11]:43–44 Требуемая сила также может определяться используемым материалом и размером детали. Для более крупных деталей требуется большее усилие зажима.[12]

Плесень

Плесень или же умереть - это общие термины, используемые для описания инструмента, используемого для изготовления пластмассовых деталей при формовании.

Поскольку изготовление форм было дорогостоящим, они обычно использовались только в массовом производстве, где производились тысячи деталей. Типичные формы изготавливаются из закаленной стали, предварительно закаленной стали, алюминия и / или бериллиево-медный сплав.[16]:176 Выбор материала для изготовления пресс-формы в первую очередь является экономическим; Как правило, изготовление стальных форм обходится дороже, но их более длительный срок службы компенсирует более высокую начальную стоимость по сравнению с большим количеством деталей, изготовленных до износа. Формы из предварительно закаленной стали менее износостойкие и используются для небольших объемов или более крупных компонентов; их типичная твердость стали 38–45 по шкале Шкала Роквелла-С. Формы из закаленной стали после механической обработки подвергаются термообработке; они намного превосходят их с точки зрения износостойкости и срока службы. Типичная твердость составляет от 50 до 60 по шкале Роквелла-С (HRC). Алюминиевые формы могут стоить значительно дешевле, а при проектировании и обработке на современном компьютеризированном оборудовании они могут быть экономичными для формования десятков или даже сотен тысяч деталей. Бериллиевая медь используется в областях пресс-формы, которые требуют быстрого отвода тепла, или в областях, где выделяется наибольшее количество тепла сдвига.[16]:176 Формы могут изготавливаться как на станках с ЧПУ, так и с использованием электроэрозионная обработка процессы.

  • Матрица для литья под давлением с боковыми вытяжками

  • Сторона «А» фильеры для 25% стеклонаполненного ацетала с двумя боковыми вытяжками.

  • Крупным планом съемная вставка на стороне "A".

  • Сторона матрицы "B" с приводами бокового вытягивания.

  • Вставка снята с матрицы.

Дизайн пресс-формы

Стандартная двухпластинчатая оснастка - сердечник и полость - вставки в основу пресс-формы - «семейная пресс-форма» из пяти различных частей.

Форма состоит из двух основных компонентов: формы для литья под давлением (пластина A) и формы выталкивателя (пластина B). Эти компоненты также называются формовщик и формовщик. Пластиковая смола поступает в форму через литник или же ворота в форме для литья под давлением; Литниковая втулка должна плотно прилегать к соплу цилиндра литьевого формования формовочной машины и обеспечивать вытекание расплавленного пластика из цилиндра в форму, также известную как полость.[11]:141 Литниковая втулка направляет расплавленный пластик к изображениям полости через каналы, которые механически обработаны на лицевых сторонах пластин A и B. Эти каналы позволяют пластику проходить по ним, поэтому их называют полозьями.[11]:142 Расплавленный пластик протекает через желоб и попадает в один или несколько специализированных ворот и в полость.[17]:15 геометрию, чтобы сформировать желаемую деталь.

(A) литник, (B) и (C) бегунок и (D) ворота в фактическом продукте для литья под давлением для игрушек

Количество смолы, необходимое для заполнения литника, желоба и полостей формы, составляет «порцию». Захваченный воздух в пресс-форме может выходить через вентиляционные отверстия, которые притерты к линии разъема пресс-формы, или вокруг выталкивающих штифтов и направляющих, которые немного меньше, чем удерживающие их отверстия. Если захваченный воздух не выходит наружу, он сжимается под давлением поступающего материала и вдавливается в углы полости, где препятствует заполнению, а также может вызвать другие дефекты. Воздух может даже стать настолько сжатым, что воспламеняется и сжигает окружающий пластик.[11]:147

Чтобы обеспечить возможность удаления формованной детали из формы, элементы формы не должны выступать друг за друга в направлении ее открытия, если только части формы не предназначены для перемещения между такими выступами, когда форма открывается с использованием компонентов, называемых подъемниками.

Стороны детали, которые кажутся параллельными направлению вытяжки (ось положения с заполнением сердцевиной (отверстия) или вставки параллельна движению формы вверх и вниз при открытии и закрытии)[17]:406 обычно слегка наклонены, что называется уклоном, чтобы облегчить извлечение детали из формы. Недостаточная тяга может вызвать деформацию или повреждение. Осадка, необходимая для смазки формы, в первую очередь зависит от глубины полости; чем глубже полость, тем больше требуется тяги. Усадку необходимо также учитывать при определении необходимой тяги.[17]:332 Если оболочка слишком тонкая, то отформованная деталь имеет тенденцию сжиматься на сердцевинах, которые образуются при охлаждении, и прилипать к этим сердцевинам, или деталь может деформироваться, скручиваться, образовывать пузыри или трещины при удалении полости.[11]:47

Пресс-форма обычно конструируется так, что отформованная деталь надежно остается на стороне выталкивателя (B) формы, когда она открывается, и вытягивает бегунок и литник со стороны (A) вместе с деталями. Затем деталь свободно падает при выбросе со стороны (B). Затворы туннеля, также известные как затворы подводных лодок или опалубки, расположены ниже линии разделения или поверхности формы. В поверхности пресс-формы на линии разъема вырезается отверстие. Формованная деталь вырезается (пресс-формой) из направляющей системы при выталкивании из формы.[17]:288 Выталкивающие штифты, также известные как выбивные штифты, представляют собой круглые штифты, помещенные либо в половину формы (обычно в половину выталкивателя), которые выталкивают готовое формованное изделие, либо в систему бегунков из формы.[11]:143Выталкивание изделия с помощью булавок, гильз, съемников и т. Д. Может вызвать нежелательные вдавливания или искажения, поэтому необходимо соблюдать осторожность при проектировании формы.

Стандартный метод охлаждения - это охлаждающая жидкость (обычно вода) через ряд отверстий, просверленных в плитах формы и соединенных шлангами, чтобы образовать непрерывный канал. Охлаждающая жидкость поглощает тепло от формы (которая поглощает тепло от горячего пластика) и поддерживает температуру формы, необходимую для наиболее эффективного затвердевания пластика.[11]:86

Для облегчения обслуживания и вентиляции полости и стержни разделены на части, называемые вставки, и узлы, также называемые вставки, блоки, или же блоки погони. Заменяя сменные вставки, одна пресс-форма может создавать несколько вариаций одной и той же детали.

Более сложные детали формуются с использованием более сложных форм. Они могут иметь секции, называемые салазками, которые перемещаются в полость перпендикулярно направлению вытяжки, чтобы сформировать выступающие детали. Когда форма открыта, слайды оттягиваются от пластмассовой детали с помощью неподвижных «угловых штифтов» на неподвижной половине формы. Эти штифты входят в прорезь в салазках и заставляют салазки двигаться назад, когда движущаяся половина формы открывается. Затем деталь выталкивается, и форма закрывается. Закрывающее действие формы заставляет ползуны двигаться вперед вдоль угловых штифтов.[11]:268

Некоторые формы позволяют повторно вставлять ранее отформованные детали, чтобы вокруг первой детали образовался новый пластиковый слой. Это часто называют отливкой. Эта система позволяет производить моноблочные шины и диски.

Двухэтапное литье под давлением колпачки с клавиатуры компьютера

Пресс-формы с двумя или несколькими циклами формования предназначены для «перекрытия» в рамках одного цикла формования и должны обрабатываться на специализированных термопластавтоматах с двумя или более узлами впрыска. На самом деле этот процесс представляет собой процесс литья под давлением, выполняемый дважды, и поэтому имеет гораздо меньшую погрешность. На первом этапе материалу основного цвета придается основная форма, которая содержит места для второго кадра. Затем в эти пространства впрыскивается второй материал другого цвета. Например, кнопки и клавиши, изготовленные таким способом, имеют маркировку, которая не стирается и остается читаемой при интенсивном использовании.[11]:174

Пресс-форма может производить несколько копий одних и тех же деталей за один «выстрел». Количество «отпечатков» в форме этой детали часто ошибочно называют кавитацией. Инструмент с одним слепком часто называют формой для одного слепка (полости).[18]:398 Пресс-форму с двумя или более полостями для одинаковых деталей обычно называют пресс-формой с множеством слепков (полостей).[18]:262 Некоторые пресс-формы для чрезвычайно больших объемов производства (например, для крышек бутылок) могут иметь более 128 полостей.

В некоторых случаях инструмент с несколькими полостями формует серию разных деталей в одном инструменте. Некоторые изготовители инструментов называют эти пресс-формы семейством пресс-форм, поскольку все части связаны между собой, например, комплекты пластиковых моделей.[19]:114

Хранение пресс-форм

Производители прилагают все усилия для защиты нестандартных форм из-за их высокой средней стоимости. Поддерживается идеальный уровень температуры и влажности, чтобы обеспечить максимально долгий срок службы каждой индивидуальной формы. Изготовленные на заказ формы, такие как те, которые используются для литья резины под давлением, хранятся в условиях с контролируемой температурой и влажностью, чтобы предотвратить коробление.

Инструментальные материалы

Часто используется инструментальная сталь. Низкоуглеродистая сталь, алюминий, никель или эпоксидная смола подходят только для прототипов или очень коротких серий производства.[1] Современный твердый алюминий (сплавы 7075 и 2024) с надлежащей конструкцией пресс-формы может легко изготавливать пресс-формы со сроком службы 100 000 или более деталей при надлежащем уходе за пресс-формой.[20]

Бериллиево-медная вставка (желтая) на литьевой форме для смолы АБС

Обработка

Формы изготавливаются двумя основными методами: стандартной обработкой и EDM. Стандартная обработка в ее традиционной форме исторически была методом изготовления литьевых форм. Благодаря технологическим разработкам, ЧПУ Механическая обработка стала преобладающим средством изготовления более сложных форм с более точными деталями за меньшее время, чем традиционные методы.

В электроэрозионная обработка (EDM) или же искровая эрозия процесс стал широко использоваться в производстве пресс-форм. Этот процесс позволяет не только формировать формы, которые трудно поддаются механической обработке, но и придавать предварительно закаленным формам такую ​​форму, при которой не требуется термообработка. Замена закаленной формы путем обычного сверления и фрезерования обычно требует отжига для размягчения формы с последующей термообработкой для ее повторного упрочнения. Электроэрозионный электродвигатель - это простой процесс, при котором фигурный электрод, обычно сделанный из меди или графита, очень медленно опускается на поверхность формы в течение многих часов, которая погружается в парафиновое масло (керосин). Напряжение, приложенное между инструментом и формой, вызывает искровую эрозию поверхности формы в форме, обратной электроду.[21]

Расходы

Количество полостей, встроенных в форму, напрямую влияет на стоимость формования. Меньшее количество полостей требует гораздо меньше инструментов, поэтому ограничение количества полостей снижает начальные производственные затраты на создание формы для литья под давлением.

Количество полостей играет жизненно важную роль в стоимости формования, как и сложность конструкции детали. Сложность может быть учтена во многих факторах, таких как чистовая обработка поверхности, требования к допускам, внутренняя или внешняя резьба, мелкая детализация или количество поднутрений, которые могут быть включены.[22]

Дополнительные детали, такие как поднутрения или любые другие элементы, требующие дополнительных инструментов, увеличивают стоимость пресс-формы. Кроме того, на стоимость влияет чистота поверхности стержня и полости форм.

Процесс литья резины под давлением обеспечивает высокий выход долговечных изделий, что делает его наиболее эффективным и экономичным методом формования. Последовательные процессы вулканизации, включающие точный контроль температуры, значительно сокращают количество отходов.

Процесс инъекции

Видео объяснение
Маленькая формовочная машина с изображением бункера, сопла и матрицы

Обычно пластмассовые материалы имеют форму пеллет или гранул и отправляются производителями сырья в бумажных пакетах. При литье под давлением предварительно высушенный гранулированный пластик принудительно подается из бункера в нагретую бочку. Поскольку гранулы медленно продвигаются вперед с помощью поршня винтового типа, пластик выталкивается в нагретую камеру, где он плавится.По мере продвижения плунжера расплавленный пластик проталкивается через сопло, которое прилегает к форме, позволяя ему войти в полость формы через систему затвора и направляющих. Форма остается холодной, поэтому пластик затвердевает почти сразу после заполнения формы.[1]

Цикл литья под давлением

Последовательность событий во время литья пластмассовой детали под давлением называется циклом литья под давлением. Цикл начинается, когда форма закрывается, после чего следует впрыскивание полимера в полость формы. После заполнения полости поддерживается давление выдержки, чтобы компенсировать усадку материала. На следующем этапе винт поворачивается, подавая следующий выстрел на передний винт. Это заставляет винт втягиваться, когда готовится следующий выстрел. Когда деталь достаточно остынет, пресс-форма открывается, и деталь выталкивается.[23]:13

Научное литье против традиционного

Традиционно этап впрыска в процессе формования выполнялся при одном постоянном давлении для заполнения и уплотнения полости. Однако этот метод допускал большие вариации размеров от цикла к циклу. В настоящее время более широко используется научное или независимое формование, метод, впервые предложенный RJG Inc.[24][25][26] В этом случае впрыск пластика «разделен» на этапы, чтобы обеспечить лучший контроль размеров детали и большую стабильность от цикла к циклу (обычно называемого в промышленности от цикла к выстрелу). Сначала полость заполняется примерно на 98% с использованием контроля скорости (скорости). Хотя давление должно быть достаточным для обеспечения желаемой скорости, ограничения давления на этой стадии нежелательны. Когда полость заполнена на 98%, машина переключается с управления скоростью на управление давлением, при котором полость «набивается» при постоянном давлении, когда требуется скорость, достаточная для достижения желаемого давления. Это позволяет рабочим контролировать размеры деталей с точностью до тысячных долей дюйма или выше.[27]

Различные типы процессов литья под давлением

Ручка зубной щетки в форме сэндвича

Хотя большинство процессов литья под давлением охвачены описанием обычного процесса, приведенным выше, существует несколько важных вариантов формования, включая, но не ограничиваясь:

Более полный список процессов литья под давлением можно найти здесь: [1][28]

Устранение неполадок процесса

Как и все производственные процессы, литье под давлением может производить дефектные детали. В области литья под давлением поиск и устранение неисправностей часто выполняется путем изучения дефектных деталей на предмет конкретных дефектов и устранения этих дефектов с учетом конструкции пресс-формы или характеристик самого процесса. Испытания часто проводятся до полного цикла производства, чтобы предсказать дефекты и определить соответствующие спецификации для использования в процессе закачки.[3]:180

При первом заполнении новой или незнакомой формы, когда размер порции для этой формы неизвестен, техник / наладчик инструмента может выполнить пробный запуск перед полным производственным циклом. Они начинают с небольшого веса дроби и постепенно заполняются, пока форма не заполнится на 95-99%. Как только они достигают этого, они применяют небольшое давление выдержки и увеличивают время выдержки до тех пор, пока не произойдет замерзание затвора (время затвердевания). Время остановки затвора можно определить, увеличив время выдержки, а затем взвесив деталь. Если вес детали не меняется, заслонка замерзла, и материал больше не вводится в деталь. Время затвердевания ворот важно, так как оно определяет время цикла, а также качество и консистенцию продукта, что само по себе является важным вопросом в экономике производственного процесса.[29] Давление выдержки увеличивают до тех пор, пока детали не выйдут из раковин и не будет достигнут вес детали.

Дефекты формования

Литье под давлением - сложная технология с возможными производственными проблемами. Они могут быть вызваны либо дефектами форм, либо, чаще, самим процессом формования.[3]:47–85

Дефекты формованияальтернативное имяОписанияПричины
ВолдырьПузыриРифленая или слоистая зона на поверхности деталиИнструмент или материал слишком горячие, что часто вызвано недостаточным охлаждением инструмента или неисправным нагревателем.
Следы ожоговГорение воздухом / газом / дизельное топливо / следы газа / следы ударовЧерные или коричневые обожженные участки на деталях, наиболее удаленных от ворот или в местах скопления воздуха.В инструменте отсутствует вентиляция, слишком высокая скорость впрыска.
Цветные полосы (США)Цветные полосы (Великобритания)Локальное изменение цветаМастербатч смешивается неправильно, или материал закончился, и он начинает казаться только естественным. Ранее окрашенный материал «перетягивается» в сопло или обратный клапан.
ЗагрязнениеНежелательный или посторонний материалПродукт различного цвета, что ослабляет егоПлохой материал, представленный плохим переработка отходов или переточить политику; может включать подметание пола, пыль и мусор.
РасслоениеТонкие слюдяные слои, сформированные в стенке частиЗагрязнение материала, например, PP смешанный с АБС, очень опасно, если деталь используется для критически важных с точки зрения безопасности приложений, поскольку материал имеет очень небольшую прочность при расслоении, так как материалы не могут сцепляться.
ВспышкаИзбыток материала в тонком слое, превышающий нормальную геометрию деталиПресс-форма переполнена или линия разъема на инструменте повреждена, слишком большая скорость впрыска / впрыск материала, слишком низкое усилие зажима. Также может быть вызвано грязью и загрязнениями вокруг поверхностей инструмента.
Внедренные загрязненияВстроенные частицыПосторонние частицы (обожженный материал или другое), попавшие в детальЧастицы на поверхности инструмента, загрязненный материал или инородный мусор в стволе, или слишком много тепла сдвига, сжигающее материал перед впрыском.
Метки потокаПоточные линииВолнистые линии или узоры, направленные направленно "не в тон"Слишком низкая скорость впрыска (пластик слишком сильно остыл во время впрыска, скорость впрыска должна быть такой, насколько это соответствует процессу и используемому материалу).
Gate BlushОреол или румянецКруговой узор вокруг ворот, обычно проблема только для горячеканальных формСкорость впрыска слишком высокая, размер литника / литника / литника слишком мал или температура расплава / формы слишком низкая.
СтруяСтруя представляет собой змеевидный поток, который возникает, когда расплав полимера проталкивается с высокой скоростью через ограничительные области.Плохая конструкция инструмента, положение ворот или бегунок. Установлена ​​слишком высокая скорость впрыска. Плохая конструкция ворот, из-за которой мало умереть набухать и результат впрыскивания.
Вяжем линииЛинии сваркиНебольшие линии на обратной стороне стержней или окон в частях, которые выглядят как простые линии.Возникает из-за того, что фронт расплава обтекает объект, гордо стоящий в пластиковой части, а также в конце заполнения, где фронт расплава снова сливается. Может быть сведено к минимуму или исключено с помощью исследования потока пресс-формы, когда пресс-форма находится на стадии проектирования. После изготовления формы и установки шибера этот недостаток можно минимизировать, только изменив температуру расплава и температуру формы.
Деградация полимераРаспад полимера из гидролиз, окисление и Т. Д.Избыточная вода в гранулах, чрезмерная температура в цилиндре, чрезмерная скорость вращения шнека, вызывающая высокую температуру сдвига, материалу позволяли находиться в цилиндре слишком долго, использовалось слишком много переточки.
Следы раковиныраковиныЛокализованная депрессия (в более толстых зонах)Слишком низкое время выдержки / давление, слишком короткое время охлаждения, с горячими литниками без литников это также может быть вызвано слишком высокой установленной температурой затвора. Чрезмерный материал или слишком толстые стены.
Короткий выстрелКороткая заливка или короткая формаЧастичная частьНедостаток материала, слишком низкая скорость впрыска или давление, слишком холодная форма, отсутствие газовых отверстий.
Следы зазоровПятно от брызг или серебряные полосыОбычно проявляется в виде серебряных полос вдоль структуры потока, однако, в зависимости от типа и цвета материала, он может представлять собой небольшие пузырьки, вызванные захваченной влагой.Влага в материале, обычно когда гигроскопичный смолы засохли неправильно. Удержание газа в зонах «выступов» из-за чрезмерной скорости нагнетания в этих зонах. Материал слишком горячий или слишком сильно режется.
ТягучестьСтрунные или длинные воротаСтрока, похожая на остаток от предыдущего кадра, переносится в новый кадрСлишком высокая температура сопла. Затвор не замерз, нет декомпрессии винта, нет поломки литника, плохое размещение лент нагревателя внутри инструмента.
ПустотыПустое пространство внутри детали (обычно используется воздушный карман)Отсутствие удерживающего давления (удерживающее давление используется для упаковки детали во время выдержки). Слишком быстрое заполнение, не позволяя краям детали схватываться. Также форма может быть не совмещена (когда две половины не центрируются должным образом и стенки детали не одинаковой толщины). Предоставленная информация является общепринятым. Исправление: Отсутствие давления упаковки (не удерживающего) (давление упаковки используется для упаковки, даже если это часть во время выдержки). Слишком быстрое заполнение не вызывает этого состояния, поскольку пустота - это раковина, которой не было места. Другими словами, по мере усадки детали смола отделилась от самой себя, поскольку в полости не было достаточного количества смолы. Пустота может образоваться в любой области, или часть ограничена не толщиной, а потоком смолы и теплопроводность, но более вероятно, что это произойдет на более толстых участках, таких как ребра или выступы. Дополнительной первопричиной образования пустот является отсутствие плавления в ванне расплава.
сварной шовЛиния вязания / Линия плавления / Линия переносаОбесцвеченная линия на стыке двух фронтов потокаУстановлена ​​слишком низкая температура формы или материала (материал холодный, когда они встречаются, поэтому они не склеиваются). Время для перехода от впрыска к переносу (на упаковку и выдержку) слишком рано.
ИскривлениеСкручиваниеИскаженная частьОхлаждение слишком короткое, материал слишком горячий, недостаточное охлаждение вокруг инструмента, неправильная температура воды (детали изгибаются внутрь к горячей стороне инструмента) Неравномерная усадка между участками детали.
ТрещиныСумасшествиеНеправильное слияние двух потоков жидкости, состояние до линии сварки.Зазор между деталями из-за неправильного расположения затвора в деталях сложной конструкции, включая избыточное количество отверстий (должны быть предусмотрены многоточечные затворы), оптимизация процесса, надлежащая вентиляция.

Такие методы как промышленное компьютерное сканирование может помочь найти эти дефекты как снаружи, так и внутри.

Допуски

Допуск зависит от габаритов детали. Пример стандартного допуска для размера 1 дюйм детали из ПЭНП с толщиной стенки 0,125 дюйма составляет +/- 0,008 дюйма (0,2 мм). [17]:446.

Требования к питанию

Мощность, необходимая для этого процесса литья под давлением, зависит от многих факторов и варьируется в зависимости от используемых материалов. Справочное руководство по производственным процессам утверждает, что требования к мощности зависят от «удельного веса материала, температуры плавления, теплопроводности, размера детали и скорости формования». Ниже приводится таблица со страницы 243 той же ссылки, которая упоминалась ранее, которая наилучшим образом иллюстрирует характеристики, относящиеся к мощности, необходимой для наиболее часто используемых материалов.

МатериалУдельный вес[требуется разъяснение ]Температура плавления (° F)Температура плавления (° C)
Эпоксидная смолаОт 1,12 до 1,24248120
Фенольный1,34–1,95248120
НейлонОт 1,01 до 1,15381–509194 по 265
Полиэтилен0,91 до 0,965230 к 243110 к 117
Полистирол1,04–1,07338170

Роботизированное формование

Автоматизация означает, что меньший размер деталей позволяет мобильной системе контроля быстрее проверять несколько деталей. Помимо установки систем контроля на автоматических устройствах, многоосные роботы могут извлекать детали из формы и размещать их для дальнейших процессов.[30]

Конкретные примеры включают удаление деталей из формы сразу после их создания, а также применение систем машинного зрения. Робот захватывает деталь после того, как выталкивающие штифты выдвинуты, чтобы освободить деталь из формы. Затем он перемещает их либо в место хранения, либо непосредственно в систему контроля. Выбор зависит от типа продукта, а также от общей компоновки производственного оборудования. Системы технического зрения, установленные на роботах, значительно улучшили контроль качества формованных деталей. Мобильный робот может более точно определять точность размещения металлического компонента и проводить осмотр быстрее, чем человек.[30]

Галерея

  • конструктор Лего форма для литья под давлением, нижняя сторона

  • Форма для литья под давлением Lego, деталь нижней стороны

  • Форма для литья под давлением Lego, верхняя сторона

  • Форма для литья под давлением Lego, деталь верхней стороны

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж Тодд, Роберт Х .; Аллен, Делл К .; Альтинг, Лео (1994). Справочное руководство по производственным процессам. Industrial Press, Inc.
  2. ^ «Обзор применения: литье под давлением». Yaskawa America, Inc. Архивировано с оригинал на 2006-04-12. Получено 2009-02-27.
  3. ^ а б c d е ж грамм час я Маллой, Роберт А. (1994). Конструкция пластиковых деталей для литья под давлением. Мюнхен Вена Нью-Йорк: Hanser.
  4. ^ «Руководство по дизайну: литье под давлением» (PDF). Xometry. В архиве (PDF) из оригинала от 19.01.2018.
  5. ^ "Литье под давлением В архиве 2016-05-08 в Wayback Machine ", Meridian Products Corporation, последнее посещение - 26 апреля 2016 г.
  6. ^ Патент США № 133229 от 19 ноября 1872 г.
  7. ^ Мид, Ричард Киддер; Маккормак, Гарри; Clark, Laurance T .; Склейтер, Александр Г .; Ламборн, Ллойд (27 апреля 2018 г.). «Химический век». Издательская компания McCready. Получено 27 апреля 2018 - через Google Книги.
  8. ^ «О литье под давлением». Xcentric Mold & Engineering, Inc. В архиве из оригинала 22 ноября 2012 г.. Получено 30 января 2013.
  9. ^ Меррил, Артур М. (1955). Технология пластмасс, Том 1. Каучуковое / автомобильное подразделение Hartman Communications, Incorporated, 1955 г.
  10. ^ Торр, Джеймс (11 апреля 2010 г.). «Краткая история литья под давлением». Литье пластмасс под давлением AV - Сделайте что-нибудь.
  11. ^ а б c d е ж грамм час я j k Брайс, Дуглас М. (1996). Литье пластмасс под давлением: основы производственного процесса. SME.
  12. ^ а б "Литье под давлением". custompart.net. CustomPartNet. В архиве из оригинала от 01.03.2016.
  13. ^ «Приложения для литья под давлением». Edge Engineer's Edge: дизайнерские решения. Инженер Эдж, ООО. В архиве из оригинала от 20 августа 2013 г.. Получено 30 января 2013.
  14. ^ Group®, Родон. «5 обычных пластиковых смол, используемых в литье под давлением». www.rodongroup.com.
  15. ^ "Приостановленный". Середина. В архиве из оригинала 24 марта 2018 г.. Получено 27 апреля 2018.
  16. ^ а б Розато, Дональд В .; Розато, Марлен Г. (2000). Краткая энциклопедия пластмасс. Springer.
  17. ^ а б c d е Розато, Доминик; Розато, Марлен; Розато, Дональд (2000). Справочник по литью под давлением (3-е изд.). Kluwer Academic Publishers.
  18. ^ а б Уилан, Тони (1994). Словарь по полимерной технологии. Springer.
  19. ^ Рис, Герберт; Катоэн, Брюс (2006). Выбор форм для литья под давлением - соотношение затрат и производительности. Издательство Hanser.
  20. ^ Голдсберри, Клэр. «Алюминий против стальной оснастки: какой материал подходит, и как проектировать и обслуживать?». Пластмассы сегодня. UBM Canon. В архиве из оригинала от 02.09.2012.
  21. ^ "Литье под давлением". Преимущество инструмента и производства. Архивировано из оригинал на 20.05.2009.
  22. ^ «Литье пластмасс под давлением - Xcentric Mold & Engineering». xcentricmold.com. В архиве из оригинала 7 июля 2017 г.. Получено 27 апреля 2018.
  23. ^ а б Справочник по литью под давлением (2-е изд.).
  24. ^ «Альманах: основы независимого формования». Пластмассы сегодня. В архиве из оригинала 2 апреля 2015 г.. Получено 16 января 2015.
  25. ^ «Реализация независимого формования». Программы обучения Полсона. В архиве из оригинала от 9 января 2015 г.. Получено 16 января 2015.
  26. ^ «Руководство по литью под давлением» (PDF). Лубризол. п. 6. Архивировано из оригинал (PDF) 15 июля 2014 г.. Получено 16 января 2015.
  27. ^ "Разделенный молдинг (SM)". Пластиковая сетка. В архиве из оригинала 29 мая 2015 г.. Получено 14 января 2015.
  28. ^ Полное руководство по литью пластмасс под давлением
  29. ^ Pantani, R .; De Santis, F .; Brucato, V .; Титоманлио, Г. (2004). Анализ времени остановки затвора при литье под давлением. Полимерная инженерия и наука.
  30. ^ а б Каллистер, Уильям Д. Материаловедение и инженерия: введение. Джон Уайли и сыновья.

дальнейшее чтение

Линдси, Джон А. (2012). Практическое руководство по литью резины под давлением (Online-Ausg. Ed.). Шоубери, Шрусбери, Шропшир, Великобритания: Смитерс Рапра. ISBN  9781847357083.

внешняя ссылка