Литье под давлением — это метод получения формованных изделий путем впрыскивания расплавленных под действием тепла пластиковых материалов в форму с последующим их охлаждением и отверждением.
Метод подходит для массового производства изделий сложной формы и занимает большое место в области обработки пластмасс.
Технологический цикл
Технологический цикл литья под давлением очень короткий, обычно от 2 секунд до 2 минут, и состоит из следующих четырех этапов:
зажим - Перед заливкой материала в пресс-форму обе половины пресс-формы должны быть надежно закрыты зажимным узлом. Каждая половина пресс-формы прикрепляется к машинам для литья под давлением, а одна половина может скользить. Зажимной узел с гидравлическим приводом сталкивает половинки пресс-формы вместе и прилагает достаточную силу, чтобы удерживать пресс-форму надежно закрытой во время впрыска материала. Время, необходимое для закрытия и зажима формы, зависит от машины — более крупные машины (с большей силой зажима) потребуют больше времени. Это время можно оценить по времени сухого цикла машины.
Инъекция - Сырой пластик, обычно в виде гранул, подается в машины для литья под давлением и продвигается к форме с помощью блока впрыска. Во время этого процесса материал плавится под действием тепла и давления. Затем расплавленный пластик очень быстро впрыскивается в форму, и нарастание давления уплотняет и удерживает материал. Количество впрыскиваемого материала называется выстрелом. Время впрыска трудно точно рассчитать из-за сложного и изменчивого потока расплавленного пластика в форму. Однако время впрыска можно оценить по объему впрыска, давлению впрыска и мощности впрыска.
Охлаждение - Расплавленный пластик, находящийся внутри формы, начинает остывать, как только соприкасается с внутренними поверхностями формы. Когда пластик остынет, он затвердеет и примет форму желаемой детали. Однако при охлаждении может произойти некоторая усадка детали. Упаковка материала на этапах литья под давлением позволяет дополнительному материалу затекать в форму и уменьшать видимую усадку. Форму нельзя открывать до тех пор, пока не истечет требуемое время охлаждения. Время охлаждения можно оценить по нескольким термодинамическим свойствам пластика и максимальной толщине стенки детали.
Выброс - По прошествии достаточного времени охлажденная деталь может быть вытолкнута из формы с помощью системы выталкивания, которая прикреплена к задней половине формы. Когда форма открывается, используется механизм для выталкивания детали из формы. Для извлечения детали необходимо приложить усилие, потому что во время охлаждения деталь сжимается и прилипает к форме. Чтобы облегчить извлечение детали, перед впрыскиванием материала на поверхности полости формы можно распылить антиадгезив. Время, необходимое для открытия пресс-формы и извлечения детали, может быть оценено по продолжительности сухого цикла машины и должно включать время, необходимое для выпадения детали из пресс-формы. После того, как деталь извлечена, форма может быть закрыта для впрыска следующей порции.
После цикла литья под давлением обычно требуется некоторая постобработка. Во время охлаждения материал в каналах формы будет затвердевать, прикрепленный к детали. Этот избыток материала вместе с любым возникшим облоем необходимо обрезать с детали, как правило, с помощью резаков. Для некоторых типов материалов, таких как термопласты, лом, полученный в результате такой обрезки, можно переработать, поместив его в дробилку для пластмасс, также называемую машинами для повторного измельчения или грануляторами, которая повторно измельчает лом в гранулы. Из-за некоторого ухудшения свойств материала повторно измельченный материал необходимо смешивать с сырьем в надлежащем соотношении измельченного материала для повторного использования в процессе литья под давлением.
Инструменты
В процессе литья под давлением в качестве специальной оснастки используются формы, обычно изготовленные из стали или алюминия. Форма состоит из многих компонентов, но может быть разделена на две половины. Каждая половина крепится внутри машины для литья под давлением, а задняя половина может скользить, так что форму можно открывать и закрывать вдоль линии разъема формы. Двумя основными компонентами пресс-формы являются сердцевина пресс-формы и полость пресс-формы. Когда форма закрыта, пространство между сердцевиной формы и полостью формы образует полость детали, которая будет заполнена расплавленным пластиком для создания желаемой детали. Иногда используются многогнездные формы, в которых две половины формы образуют несколько одинаковых полостей деталей.
Стержень пресс-формы и полость пресс-формы крепятся к основанию пресс-формы, которое затем крепится к плитам внутри машины для литья под давлением. Передняя половина основания пресс-формы включает в себя опорную плиту, к которой крепится полость пресс-формы, литниковую втулку, в которую будет поступать материал из сопла, и установочное кольцо для совмещения основания пресс-формы с соплом. Задняя половина основания пресс-формы включает в себя систему выталкивания, к которой крепится стержень пресс-формы, и опорную плиту. Когда зажимной узел разделяет половинки пресс-формы, выталкивающая планка приводит в действие систему выталкивания. Штанга выталкивателя толкает пластину выталкивателя вперед внутрь коробки выталкивателя, которая, в свою очередь, вдавливает штифты выталкивателя в формованную деталь. Эжекторштифты выталкивают затвердевшую деталь из открытой полости формы.
Для того, чтобы расплавленный пластик мог затекать в полости пресс-формы, в конструкцию пресс-формы встроено несколько каналов. Сначала расплавленный пластик поступает в форму через литник. Дополнительные каналы, называемые желобами, переносят расплавленный пластик от литника ко всем полостям, которые должны быть заполнены. В конце каждого желоба расплавленный пластик поступает в полость через заслонку, которая направляет поток. Расплавленный пластик, который затвердевает внутри этих направляющих, прикрепляется к детали и должен быть отделен после извлечения детали из формы. Однако иногда используются горячеканальные системы, которые независимо нагревают каналы, позволяя содержащемуся материалу расплавляться и отделяться от детали. Еще один тип каналов, встроенных в пресс-форму, — это каналы охлаждения. Эти каналы позволяют воде течь через стенки формы, прилегающие к полости, и охлаждать расплавленный пластик.
Помимо направляющих и литников, существует множество других конструктивных вопросов, которые необходимо учитывать при проектировании пресс-форм. Во-первых, форма должна позволять расплавленному пластику легко затекать во все полости. Не менее важным является удаление затвердевшей детали из формы, поэтому к стенкам формы необходимо приложить угол уклона. Конструкция пресс-формы также должна учитывать любые сложные элементы детали, такие как подрезы или резьба, для которых потребуются дополнительные детали пресс-формы. Большинство этих устройств скользят в полость детали через боковую сторону пресс-формы и поэтому известны как направляющие или устройства бокового действия. Наиболее распространенным типом бокового действия является боковой стержень, который позволяет формовать внешний подрез. Другие устройства входят через конец пресс-формы в направлении разъема, например, внутренние стержневые подъемники, которые могут образовывать внутреннюю выточку. Чтобы влить резьбу в деталь, необходимо устройство для отвинчивания, которое может вращаться из формы после того, как резьба сформирована.