Литье пластиков под давлением

Литье – проверенный годами метод изготовления деталей из пластика. Он подходит для серийного производства, потому что пресс-форма предназначена для отливки десятков, сотен и тысяч изделий. А сам станок может быть применен с несколькими разными пресс-формами. Рассмотрим в статье технологию литья пластмасс под давлением.

Основные характеристики процесса – что такое литье и как оно проводится

Процесс литья достаточно простой и используется уже более 200 лет в промышленных масштабах. Несмотря на то, что аппаратура совершенствуется, базовые принципы литья остаются прежними.

Гранулированную пластмассу необходимо нагреть до текучего состояния. Расплав подается под давлением в полое пространство, которое образовано пресс-формами. Формы, в свою очередь, состоят из двух разъемных деталей – матрицы и пуансона. Давление в системе необходимо поддерживать для того, чтобы пластмасса в расплавленном состоянии заполняла все уголки формы.

При остывании отливки убирают, а внутри остается пластиковая деталь. Она может в дальнейшем стать частью корпуса для электроприбора или цельным, полнотелым изделием. У метода литья под давлением очень многообразные способы применения.

Рассмотрим некоторые особенности литья пластиков под давлением.

Какие пластмассы можно отливать

Для литья под давлением можно использовать:

• Полиамид ПА 6 и ПА 66. Этот конструкционный термопласт отличается высокой механической прочностью, износостойкостью, жесткостью, термоустойчивостью и невосприимчивостью ко множеству химически активных сред. При литье его нагревают до 220-300 градусов. Методом литья изготавливают накладки, направляющие колеса, подшипники скольжения, шестерни и рукоятки.
• АБС-пластик. Это конструкционный материал общего назначения. Он достаточно прочный, устойчивый к механическим повреждениям, в том числе сколам и царапинам, является диэлектриком. Во время литья необходим минимальный нагрев – от 40 до 80 градусов, что экономит энергию. В результате получаются корпуса для бытовой техники, детские игрушки, кожухи для электроники.
• Поликарбонат. Это конструкционный пластик технического назначения. Он прочный, ударостойкий, хорошо воспринимает статические и динамические нагрузки, а также нагрев до 155 градусов (это температура плавления). Из него получают защитные каски и, щиты, стекла, а также детали для машиностроения и электрической изоляции.
• Полиацеталь ПОМ-С. Сополимер ацеталя имеет низкий коэффициент трения. Он износостойкий и отлично подходят для изготовления подшипников скольжения. В сочетании с ударной вязкостью и механической прочностью характеристики полиацеталя позволяют создавать высокотехнологичные инженерные детали, которые испытывают постоянную нагрузку. Например, из ПОМ-С производят ролики, втулки, износостойкие накладки, шариковые подшипники, зубчатые колеса, крепежный инструмент и проч. Литье производят при 110 градусах.
• Термопластичный полиуретан. Это мягкий, эластичный пластик с прекрасными показателями прочности на разрыв. Он чем-то напоминает резину, но с лучшей износостойкостью и устойчивостью к температурным изменениям и воздействиям окружающей среды. Из термопластичного полиуретана изготавливают изоляционные обмотки для кабелей и проводов, а также приборные панели для машин и авиакосмической отрасли, ремни привода, элементы обуви, чехлы для гаджетов и так далее. Температура нагрева при литье может сильно варьироваться – от 65 до 370 градусов.
• Оргстекло. Акриловое стекло – прозрачный и прочный термопласт с отличными оптическими свойствами. Им часто заменяют обычное кварцевое стекло в случаях, когда важна прочность и легкость. Методом литья оргстекла под давлением изготавливают различные экраны для смартфонов, планшетов и другой техники, элементы автомобилей, самолетов, судов, а также защитные внешние панели, в том числе для рекламных конструкций. Часто используют листовое оргстекло. Но если нужна особенная сложная форма и серийное производство, применяют литье.

В целом, можно использовать в качестве сырья много разных пластиков в виде гранул. Например, гранулированный капролон помещается в бункер. И под силой движения шнека растопленные гранулы пластика перемещаются по цилиндру под давлением и попадают в пресс-форму. Нагревательные элементы расположены вдоль цилиндра. Соответственно, гранулы нагреваются и расплавляются в процессе передвижения, толкаемые шнековым приводом. В другом варианте устройства нагрев может производиться в бункере. Но в таком случае для подачи расплава необходимо более высокое давление. Оба устройства имеют свои преимущества и недостатки.

Устройство пресс-форм

Использование аппаратуры для литья – дешевый метод серийного производства. Но начальные затраты на изготовление отливки могут быть значительными.

Сперва матрицу и пуансон создают на 3d-принтере, чтобы оценить размеры, точность конструкции. Но чтобы отливать в дальнейшем пластиковые детали по такому макету, нужны более прочные материалы. Отливки изготавливают из металлов. Они должны быть максимально износостойкими. Им предстоит регулярно испытывать нагрузки, работать в условиях высокого давления и повышенной температуры.

Твердость металла, из которого создают пресс-формы, зависит от того, какое количество изделий нужно изготовить. Например, если нужно отлить 10 тысяч деталей, то может подойти алюминий – относительно недорогой материал для создания пресс-форм. А если нужно миллион деталей, то отливка должна быть изготовлена из более твердого металла (сталь). Соответственно, она будет дороже.

Пресс-формы создаются с помощью фрезерования. Чем тверже материал, тем более прочная оснастка должна быть. И больше времени затрачено на фрезерование.

Отсюда делаем вывод: создание металлической пресс-формы для литья – одно из самых больших стартовых вложений в производственную линию.

Особенности литья пластиков

Отметим некоторые нюансы технологии:

• Стенки отливок должны иметь литьевой уклон. Иными словами, чтобы изделие вышло из пресс-формы, то углы 90 градусов должны быть на 1-2 градуса больше. Небольшой уклон помогает безопасно вытащить изделие и не разрушить пресс-форму.
• В форме должны быть предусмотрены выталкиватели. Это штифты, которые помогают выталкивать готовое изделие из формы. Иногда применяют двойной ход толкания – это поэтапное проталкивание изделия из геометрически сложной матрицы.
• У всей формы должны быть одинаковая толщина стенок. Если есть большая полость, которая может быть полностью металлической (например, матрица), лучше сделать стенку стандартной толщины, а внутри – ребра жесткости. Почему? Причина в равномерном охлаждении расплавленного пластика. Так как металл пресс-формы сохраняет и отдает тепло, то толщина стенки может повлиять на затвердевание пластмассы внутри.
• Углы отливки должны быть закругленными, скошенными. Точные углы могут получиться при использовании литья под давлением, но любые кромки – это группы риска. То есть в таких местах быстрее всего будут происходить сколы, последующий брак изделий. Чтобы избежать быстрого износа пресс-формы и сократить количество брака, стоит изначально проектировать отливки с закругленными углами.
• Линия разъема формы должна находиться в наименее заметном месте детали. Линия разъема – это место, в котором соединяются две части пресс-формы. Несмотря на то, что к их изготовлению подходят с особой тщательностью, в линии часто случается небольшой брак – часть расплавленного пластика проникает в разъем и затвердевает. Поэтому лучше, чтобы линия находилась в незаметном месте.
• Для увеличения скорости производства можно использовать многоместные пресс-формы. Это отливка с несколькими одинаковыми гнездами. Она позволяет создавать несколько деталей за одну заливку. Соответственно, увеличивается производительность и сокращается скорость литья.
• Если в многоместной форме не идентичные гнезда, а разные матрицы и пуансоны для отличных деталей, то их называют семейными. В таком случае за одну заливку можно получить 3-4 разные детали из пластика.

Виды литья пластиков

Как и в любой другой технологии, литье может осуществляться несколькими способами. В зависимости от аппарата меняются частности механизма литья, но остается суть. Какие виды могут быть:

• Классическое литье под давлением. Его технологию мы описали выше.
• Инжекционное формование – загрузка расплавленного полимера производится в приоткрытую пресс-форму. Затем она замыкается, чем усиливает затвердевание пластмассы и улучшает распределение материала даже в труднодоступные места.
• Интрузия. Форма заполняется при низком давлении. По горячим каналам пластик поступает в форму. Когда она заполнена, производится нагнетание давления за счет резкой подачи расплава шнеком. Это помогает спрессовать все сырье, сделать его однородным, заполнить даже мелкие уголки. Интрузия применяется, когда пресс-форма больше по размерам, чем единичная загрузка полимера.
• Мультикомпонентная инжекция. Это метод литья, при котором в форму подается одновременно два и более расплавленных пластика. Для них подготовлены отдельные узлы пластификации.

Чем литье под давлением лучше других методов формирования пластика

Преимущества:

• Доступная форма сырья. Гранулированные пластики легко перевозить и отмерять. С гранулами проще работать, чем с листами или стержнями.
• Минимальный процент брака. В основном погрешности случаются, когда отливка износилась – появился скол или потертости, которые сильно влияют на геометрию готового изделия. В остальном это достаточно точный метод создания пластиковых изделий.
• Доступная стоимость. С помощью литья можно настроить многосерийное производство, в таком случае себестоимость пластиковой детали будет невысокая. Но если применять литье для изготовления одного изделия, затраты будут неоправданно высокими.
• Вторичная переработка. Бракованные изделия, а также материал, оставшийся в шнеке или вышедший из отливки в качестве излишком, можно повторно переплавлять.

Кроме литья под давлением, существует компрессионное литье, когда прессуется пластик в форме порошка, а также другие метод формирования пластиковых изделий. Чтобы пластмассовые детали были надежными и без брака, важно соблюдать технологию их литья и изготавливать качественные пресс-формы.