Что такое литье пластмасс под давлением? Полное руководство

Литье пластмасс под давлением - один из самых распространенных производственных процессов, используемых сегодня. От деталей для вашего автомобиля до медицинских приборов и бытовой электроники - литые под давлением пластиковые компоненты составляют огромную часть продукции, которую мы используем каждый день.

Но что именно представляет собой литье пластмассы под давлением? И как этот процесс позволяет создавать пластиковые детали, которые окружают нас повсюду?

В этом полном руководстве вы, как профессионал литье пластмасс под давлением Производитель, мы расскажем обо всем, что вам нужно знать, включая:

• Что такое литье пластмасс под давлением?
• Пошаговый процесс литья под давлением
• Различные виды литья под давлением
• Машины для литья пластмасс под давлением
• Преимущества и недостатки
• Конструктивные соображения и ограничения
• Распространенные дефекты деталей, изготовленных методом литья под давлением

Поэтому, если вы хотите понять, что такое литье пластмасс под давлением и как оно работает, продолжайте читать.

Что такое литье пластмасс под давлением?

Литье пластмасс под давлением - это крупносерийный производственный процесс, при котором жидкий пластик впрыскивается в форму под очень высоким давлением. Затем пластик остывает и затвердевает, превращаясь в конечную деталь.

Вот краткое описание основного процесса литья под давлением:

1. Пластиковые гранулы подаются в термопластавтомат через бункер
2. Гранулы постепенно продвигаются вперед с помощью длинного вращающегося шнека.
3. Трение и тепло размягчают гранулы при их проталкивании.
4. Когда гранулы достигают конца шнека, они превращаются в расплавленный пластик (около 450oF).
5. Жидкий пластик впрыскивается под сильным давлением в стальную форму.
6. Он быстро охлаждается и застывает, когда попадает на стенки формы.
7. Форма открывается, и готовая деталь выталкивается
8. Часто требуются операции по обработке и отделке

Этот быстрый и высокоавтоматизированный процесс делает литье под давлением чрезвычайно экономически эффективным для крупносерийного производства. Процесс литья под давлением также обеспечивает исключительную последовательность и повторяемость от детали к детали, если все сделано правильно.

Пошаговый процесс литья под давлением

Теперь давайте разберем процесс литья под давлением более подробно. Мы проследим, как пластиковый компонент стула проходит путь от пластиковых гранул до готовой детали.

1. Зажим

Наша машина для литья под давлением содержит две половины стальной пресс-формы, закрепленные в вертикальном положении. Неподвижная половина надежно прижимается к подвижной половине "ядра".

Эти две половинки пресс-формы формируют все внешние элементы нашего пластикового стула. Они остаются плотно закрытыми под давлением на протяжении всего цикла впрыска, чтобы предотвратить утечку расплавленного под высоким давлением пластика.

Небольшие зазоры предназначены только для отверстий для впрыска и вентиляционных отверстий. Нам понадобятся тонны давления, чтобы впрыснуть жидкий пластик в небольшую полость формы.

2. Устройство для впрыска

Теперь пластиковые гранулы каскадом спускаются из верхнего бункера в узел впрыска, состоящий из обогреваемой бочки и возвратно-поступательного шнека.

При вращении и отходе шнека гранулы попадают в пустое пространство в передней части шнека. Тепло от трения в стволе и сдвиг между гранулами приводят к их размягчению.

3. Зарядка выстрела

Пластиковые гранулы накапливаются перед шнеком, плавясь от выделяемого тепла. Объем жидкой пластиковой дроби увеличивается...

В конце концов шнек перестает вращаться, а вместо этого подается вперед, чтобы произвести выстрел. К этому моменту наш пластик имеет температуру около 500oF и почти полностью расплавлен.

Ход впрыска должен быть быстрым, чтобы предотвратить раннее застывание. Объем впрыска тщательно планируется заранее.

4. Впрыскивание в форму

Когда расплавленный пластик поступает в форму через патрубки и направляющие, воздух из полости выходит наружу. Давление впрыска достигает более 15 000 PSI!

Форма остается плотно зажатой для предотвращения вспышек во время заполнения полости. Мы ненадолго переключаемся с управления скоростью на управление давлением при объемном заполнении 95%, чтобы заполнить форму.

Расплав быстро остывает, соприкасаясь со стенками формы с регулируемой температурой. По мере застывания объем немного уменьшается. Чтобы компенсировать это, под дополнительным давлением в форму помещается больше материала.

5. Охлаждение и затвердевание

Теперь давление сохраняется еще несколько секунд, пока затвор не закроется. После этого шнек полностью сбрасывает давление.

Наша пластиковая деталь застывает в пресс-форме, пока по каналам охлаждения циркулирует вода, отводящая тепло. Время охлаждения занимает как минимум несколько секунд, но обычно - несколько минут, в зависимости от толщины детали и типа пластика.

6. Выталкивание деталей

Наконец половинки пресс-формы разъединяются, освобождая цельный пластиковый компонент стула для выталкивания. Штифты выталкивают его с неподвижной поверхности пресс-формы. При незначительной обрезке удаляются шплинты и бегунки.

И мы закончили! Наш готовый пластиковый компонент стула вываливается наружу, готовый к любым дополнительным операциям, упаковке и отправке.

Пресс-форма быстро закрывается, и расплавленный пластик впрыскивается заново, возобновляя цикл литья под давлением. Автоматизированное производство позволяет выпускать огромные объемы продукции.

Различные виды литья под давлением

Хотя стандартный процесс литья под давлением составляет подавляющее большинство продукции, некоторые области применения требуют применения модифицированных технологий:

1. Многокомпонентное формование

Производство пластиковых деталей из нескольких материалов может обеспечить значительные преимущества в производительности. Многокомпонентное литье объединяет разнородные пластмассы в одном процессе впрыска.

Распространенным примером является размещение металлических вставок внутри пластиковой формы, что позволяет отказаться от вторичной сборки. Однако формовка из нескольких материалов требует более сложной оснастки.

2. Литье под давлением с использованием газа

Впрыскивание азота под давлением в расплав создает полые внутренние каналы в формованных деталях. Газ вытесняет пластик, расширяя внутреннее пространство.

Газ-ассист помогает уменьшить следы от раковин на очень толстых пластиковых деталях. Он также значительно облегчает детали. Газ под давлением уплотняет пластик, что также повышает его прочность.

3. Декорирование в форме

Декорирование в пресс-форме позволяет наносить печатный декор непосредственно на поверхность пластиковой детали во время формования, исключая вторичную обработку. К распространенным методам относятся этикетирование в пресс-форме, нанесение покрытий или пленок.

Поскольку декор встраивается и запечатывается под слоем прозрачного пластика, декорирование в форме позволяет создавать очень долговечную графику на поверхности, устойчивую к износу, сколам и отслаиванию.

Машины для литья пластмасс под давлением

Сложное оборудование требуется для обеспечения высокого давления и точного контроля при литье под давлением. Вот основные типы машин для литья под давлением, с которыми вам придется столкнуться:

Гидравлические машины для литья под давлением

Гидравлические прессы доминируют с первых дней литья под давлением. Гидравлическая жидкость толкает поршень, создавая усилие смыкания. Электрический винтовой двигатель непосредственно вращает шнек впрыска.

Несмотря на прочность и надежность, гидравлика обходится дорого из-за неэффективных насосов и двигателей. Имитировать полностью электрическую модель также сложно.

Гибридные машины для литья под давлением

Гибридные машины используют гидравлическую силу для зажимного узла в сочетании с электрическим приводом шнека. Это позволяет значительно повысить энергоэффективность и контроль впрыска.

Гибриды прекрасно преодолевают разрыв между гидравликой и полным электричеством. Они более доступны по цене, чем электрические машины, и при этом позволяют снизить эксплуатационные расходы.

Полностью электрические машины для литья под давлением

Как следует из названия, полностью электрические термопластавтоматы используют электродвигатели для 100% своих движущих функций - смыкания, пластикации и впрыска.

Практически любое движение поддается точному программированию с помощью электрических машин. Быстрые ускорения, мгновенное изменение направления движения, точный контроль температуры расплава пластика - все это возможно.

Несмотря на высокую эффективность, полностью электрические машины для литья под давлением имеют гораздо более высокую первоначальную стоимость. Точное управление процессом должно оправдывать ценовую надбавку в вашем случае.

Преимущества литья пластмасс под давлением

Вот некоторые из ключевых преимуществ литья пластмасс под давлением по сравнению с другими методами производства, например Обработка на станках с ЧПУ или 3D-печати:

Чрезвычайно высокая скорость производства - Когда машина для литья под давлением начинает производить детали, она может выпускать сотни или даже тысячи изделий в час. Автоматизация обеспечивает круглосуточное производство.

Высокое соотношение прочности и веса - Выбор стекло- или углероднаполненных пластиковых смол позволяет создавать очень жесткие и легкие детали, по прочности не уступающие обработанному алюминию.

Высокая точность и согласованность деталей - Правильно обслуживаемые машины для литья под давлением производят исключительно стабильную продукцию. Жесткий контроль процесса позволяет получать детали одинаковых размеров.

Ассортимент доступных пластиков - Сотни пластиковых материалов - от жесткого стеклонаполненного нейлона до мягкого гибкого винила. Литье под давлением подходит для всех этих материалов.

Снижение затрат при увеличении объемов производства - Хотя литьевые формы стоят очень дорого (зачастую пятизначные суммы), дополнительная стоимость детали чрезвычайно низка. Постоянные затраты быстро амортизируются в зависимости от объема производства.

Минимальные вторичные операции - Операции после формовки, такие как сверление или нарезание отверстий, становятся ненужными. Вместо этого пресс-форма сама создает все необходимые элементы.

Разнообразные виды отделки поверхности - От текстурированных рукояток до инструментов с высоким блеском - впрыскивание в полированную литейную сталь или никель позволяет добиться прекрасного внешнего вида.

Недостатки и ограничения

Конечно, литье под давлением не является панацеей от всех бед. Вот некоторые недостатки, которые следует учитывать:

Очень высокие затраты на оснастку - Как уже говорилось выше, литьевые формы часто требуют 5-значных цен. Увеличение объемов производства - единственный способ компенсировать это.

Ограниченные геометрии - Следует избегать подрезанных поверхностей и резких перепадов толщины стенок. Глубокие углубления требуют разборных сердечников, что значительно увеличивает расходы на оснастку.

Допуски свыше +/- 0,005 дюйма затруднены - Обработка пластиковых деталей после формовки становится необходимой для прецизионных применений, таких как подшипники, втулки или медицинские детали.

Некоторые ограничения на детали - Узкие ребра толщиной менее 0,015 дюйма или радиусы более 0,010 дюйма не будут надежно заполняться. Эти тонкие детали требуют дополнительного внимания.

Потенциальная молекулярная деградация - Многократные циклы обработки и повторное измельчение материала могут со временем ухудшить механические характеристики, поскольку полимерные цепи укорачиваются.

Изменение цвета требует очистки - При смене полимерной смолы или цвета требуется тщательная продувка бочки во избежание загрязнения. Это время простоя сокращает производство до стабилизации цвета.

Соображения и правила проектирования

Тщательное планирование пластиковых деталей и литьевых форм на ранних этапах позволит избежать проблем в дальнейшем.

Вот некоторые рекомендации по проектированию, позволяющие эффективно выполнять литье под давлением:

Равномерная толщина стенок - Как уже говорилось выше, резкое изменение толщины приводит к неравномерному охлаждению и проблематичной усадке. Для сокращения времени цикла толщина стенок и ребер не должна превышать 0,125 дюйма.

Углы с большим радиусом - Острые углы служат концентраторами напряжений и препятствуют заполнению. Все углы должны иметь радиус не менее 10% от толщины стенки.

Углы наклона для облегчения выброса - Для чистого извлечения из пресс-формы вертикальных поверхностей требуется угол осадки не менее 1-2°. Более значительные углы вытяжки дополнительно улучшают работу пресс-формы и деформацию деталей.

Избегайте отклонений более +/- 0,003 дюйма - Согласованные размеры обеспечивают полное заполнение полости. Контуры и стенки должны сохранять соответствие геометрии детали.

Минимизация подрезов - Для создания геометрии с обратными углами требуется разрушение основных компонентов, чтобы освободить пластиковую деталь, что значительно увеличивает стоимость оснастки.

Найдите ворота для удобства заполнения - Расположение затворов сильно влияет на характер заполнения. Размещение затворов в самой толстой части позволяет достичь максимальной скорости закачки без раннего замерзания.

Распространенные дефекты деталей, изготовленных методом литья под давлением

Несмотря на все усилия, компоненты, изготовленные методом литья под давлением, все равно часто имеют незначительные дефекты. Вот некоторые из наиболее распространенных:

Вспышка - Избыток материала, выходящий вдоль линии разделения пресс-формы перед правильным смыканием. Вспышка указывает на недостаточный тоннаж или проблемы с выравниванием.

Маркировка раковины - Локальные впадины, возникающие из-за сужения при охлаждении в толстых пластиковых секциях. Раковины появляются там, где объем материала уменьшается по мере увеличения плотности.

Деформация - Искривление, вызванное неравномерной усадкой по геометрии литьевой детали во время охлаждения. Неравномерная толщина стенок является ключевым фактором.

Линии сварки - Видимые следы свидетелей вдоль фронтов потока расплава из двух мест впрыска. Линии сварных швов отличаются по внешнему виду от окружающих участков, но редко влияют на эксплуатационные характеристики.

Струйная обработка - Видимые волны фронта потока, вызванные более высокими скоростями впрыска. Струйное разбрызгивание происходит, когда материал попадает во внезапно образовавшееся пустое пространство внутри формы.

Следы от ожогов - Обесцвеченные или обугленные пятна от чрезмерно горячего пластика. Разложение свидетельствует о слишком высокой температуре в бочке для данной смолы.

Короткий выстрел - Неполное заполнение пресс-формы. Детали с коротким прострелом обнажают линию сварного шва и указывают на недостаточное давление заполнения или усилие смыкания.

Тщательная разработка пресс-формы и компонентов сводит эти дефекты к минимуму. Но если проблемы неизбежно возникают, изменение давления впрыска, скорости заполнения и температуры пресс-формы может устранить многие из них.

Заключение

Литье пластмасс под давлением обеспечивает непревзойденную эффективность производства при очень больших объемах выпуска. Оно позволяет быстро и с минимальными затратами изготавливать пластиковые детали с жестким контролем размеров в течение миллионов циклов.

Хотя литье под давлением, конечно, не подходит для небольших серий, оно обеспечивает точность и экономичность в масштабе. Просто помните о своих конструктивных ограничениях, и детали, изготовленные методом литья под давлением, будут прекрасно служить вашему приложению!

В процессе литья под давлением используется специализированное оборудование для расплавления и впрыска термопластов в стальную пресс-форму под высоким давлением. Этот автоматизированный непрерывный процесс позволяет получать пластиковые детали с точным соответствием размеров при больших объемах производства.

Надеюсь, это руководство помогло вам понять, что именно представляет собой литье пластмасс под давлением и как оно стало важнейшей технологией производства во всем мире. Сообщите мне, если у вас есть другие вопросы о литье под давлением, на которые я могу ответить!