Технология литья под давлением является одним из наиболее распространенных методов, используемых в промышленности по переработке пластмасс. Он позволяет получить готовые элементы практически любой формы. Поэтому к нему охотно тянутся производители не только детских игрушек и медицинского оборудования, но и комплектующих для автомобильной и авиационной промышленности.
Технология литья под давлением, используемая для формования пластмасс, известна с первой половины прошлого века. Однако с тех пор его постоянно совершенствовали — в ответ на появление все новых и новых видов пластмасс, потребности других отраслей, использующих этот метод, и постоянно растущие требования конечных пользователей продукции.
Процесс литья
пластмасс под давлением заключается во впрыскивании массы пластмассы, пластифицированной под воздействием высокой температуры, в полость формы под определенным давлением, в котором после затвердевания материалу придается нужная форма. В результате можно получить практически любую форму пластикового изделия. В связи с тем, что пресс-форма должна проектироваться и создаваться отдельно для каждого изготавливаемого элемента (фасонного изделия), эта технология выгодна, прежде всего, при крупносерийном производстве.
Процесс переработки пластмасс методом литья под давлением имеет ряд существенных преимуществ, прежде всего, уже упомянутую свободу формы и размеров формируемого объекта. В случае мелких элементов часто изготавливают несколько или десяток элементов за один цикл формования, что влияет на скорость процесса. Таким образом, этот метод позволяет экономично производить большие партии продукции.
Машина для литья под давлением и пресс-форма
Процесс литья под давлением основан на взаимодействии машины для литья под давлением и прикрепленной к ней формы для литья под давлением. Машина для литья под давлением — это машина, задачей которой является заталкивание массы пластика в полость пресс-формы. В настоящее время тут в основном используются винтовые литьевые машины, которые эффективно вытеснили поршневые литьевые машины (их применение было связано с проблемой получения термооднородного пластифицированного материала).
Термопластавтомат имеет форму цилиндра, в который через воронку вводится пластик в виде гранул или пеллет. Вращающийся внутри цилиндра шнек перемещает гранулы в сторону формы, которая под действием тепла (электрические ТЭНы расположены в стенках термопластавтомата) и трения трансформируется в пластичную массу. Затем тем же винтом, уже движением поршня, жидкий материал под высоким давлением впрыскивается в пустое пространство закрытой формы для литья под давлением. По истечении соответствующего времени, в течение которого введенный материал затвердевает, остывает и твердеет, форма раскрывается и из нее извлекается готовый элемент. В то же время начинается еще один цикл литья под давлением, то есть добавление гранул в машину для литья под давлением.
Формы для литья под давлением чаще всего состоят из двух частей – одна крепится к неподвижному столу термопластавтомата, а другая подвижная, после чего готовое изделие можно снять. Если отливаемый объект представляет собой большое тело, форма имеет одну полость. Однако при изготовлении мелких деталей бывает, что пресс-форма имеет несколько или даже несколько формообразующих полостей. Это повышает эффективность всего процесса. В зависимости от количества полостей пресс-формы имеют разную длину каналов, распределяющих пластическую массу по полости, и разное их количество.
Температура и давление
Для того, чтобы процесс литья под давлением протекал бесперебойно и, прежде всего, чтобы полученный продукт был надлежащего качества, необходимо обеспечить соответствующие параметры при осуществлении каждого цикла литья.
Одним из двух наиболее важных параметров является правильная температура материала, которая должна гарантировать его надлежащую текучесть. Слишком низкая температура сделает его все еще твердым или, самое большее, гибким, и это значительно затруднит или даже предотвратит инжекцию. С другой стороны, слишком высокая температура может привести к разрушению пластика и потере его свойств. В результате полученный элемент может не соответствовать стандартам качества, например, из-за меньшей прочности.
Вторым важным параметром процесса литья под давлением является давление впрыскиваемого материала. Для того чтобы пластическая масса запрессовывалась в форму, должно быть достигнуто соответственно повышенное давление в цилиндре машины. Если давление впрыска слишком низкое, может оказаться, что не вся поверхность полости формы заполнена пластиком. В результате изготовленный элемент может иметь пузыри или вогнутости. С другой стороны, слишком большое давление может привести к тому, что форма для литья под давлением отклонится и материал выльется, что может повредить форму или вызвать деформацию полученной формы. Часто проводятся испытания формовки, чтобы выяснить, какое давление наиболее подходит для данного типа материала.
Важным элементом процесса является продолжительность так называемого давление, т.е. материал, остающийся в форме под высоким давлением при его затвердевании. Как правило, оно составляет от нескольких до примерно 20 секунд и чаще всего зависит от типа материала, а также от размера и веса изделия. Слишком короткое нажатие может привести к обрушению поверхности изделия или другому его повреждению. Кроме того, слишком долго не выгодно. Слишком длительное высокое давление может вызвать чрезмерное забивание материала и трудности с извлечением изделия из полости формы.
Еще одним важным параметром является температура формы, которую получают путем ее нагрева или охлаждения водой, движущейся по специальным каналам. Температура формы должна соответствовать температуре впрыскиваемого материала. Слишком большая разница может вызвать высокие внутренние напряжения, что отразится на качестве получаемого продукта. Если температура формы слишком высока, цикл охлаждения будет длиннее, что продлит весь цикл литья под давлением.
Реактивное литье под давлением
Относительно новым методом, который набирает все большую популярность, является реактивное литье под давлением RIM. Его отличают меньшие затраты на производство при более высоком качестве и долговечности производимой таким образом продукции. Эти различия связаны с использованием жидкого форполимера или мономера вместо традиционных гранул, подаваемых в машину для литья под давлением. Они больше не требуют сжижения, что позволяет формировать элементы при более низком давлении и температуре окружающей среды. Низкая вязкость жидкостей, используемых в этом процессе, температура обработки (30–40 °C) и внутреннее формовочное давление (3–10 бар) позволяют изготавливать более крупные и легкие детали более сложной формы и с более тонкими стенками, чем при использовании обычных литье под давлением.
В этом методе формы для литья под давлением могут быть изготовлены из более дешевых материалов, чем сталь (например, отливки из алюминия или никеля). Благодаря этим особенностям процесс формования также дешевле, на что, в частности, влияет потребляется меньше энергии.
Наиболее важные параметры литья под давлением отдельных пластиков
| Материал | Температура впрыска [C] | Температура пресс-формы [C] | Давление впрыска [МПа] |
| Ударопрочный полистирол | 160–260 | 30–65 | 80–140 |
| Ударопрочный полистирол | 200–260 | 40–60 | 100–130 |
| Полипропилен | 200-300 | 20-50 | 80–120 |
| Полиамиды | 230–270 | 60–120 | 80–150 |
| Полиформальдегид | 180–240 | 70–140 | 80–150 |
| Поликарбонат | 270-315 | 85–120 | 80–200 |
источник: Основы технологии производства, Программа развития Варшавского технологического университета.