что такое процесс литья под давлением?

Литье под давлением – это способ изготовления большинства пластиковых деталей. Не все из них, но подавляющее большинство жестких пластиковых компонентов, с которыми вы сталкиваетесь ежедневно, возникли в результате этого процесса-чехлов для телефонов, автомобильной отделки, медицинских приборов, корпусов бытовой техники, игрушек. Если пластиковая деталь существует в количестве более нескольких тысяч единиц, вероятно, кто-то отлил ее под давлением.

Идея настолько проста, что вы сможете объяснить ее за тридцать секунд: нагрейте пластик, пока он не расплавится, вставьте его в стальную форму, дайте ему остыть, откройте форму, выньте деталь, повторите. Мы запускаем этот цикл тысячи раз в день на десятках машин. Но именно в этом разрыве между пониманием концепции и постоянным производством качественных деталей живет большая часть инженерного дела.

Фактический процесс

Сырье поставляется в виде небольших гранул, обычно диаметром 2-3 мм. Они загружаются в бункер, который подается в нагретую бочку с большим шнеком. Шнек выполняет двойную функцию: он вращается, перемещая гранулы вперед, в то время как трение и внешние нагреватели плавят все в однородную массу, а затем действует как плунжер, впрыскивая расплав в форму.

Когда форма закрывается и начинается впрыск, расплавленный пластик проходит по каналам, называемым направляющими, пока не достигает затвора-узкого ограничения, которое контролирует поток в реальную полость детали. Заполнение происходит быстро, обычно несколько секунд. Пластик, соприкасающийся со стенками холодной формы, сразу же начинает затвердевать, в то время как материал в центре продолжает течь. Это создает замороженную кожуру, которая утолщается по мере заполнения. Если скорость впрыска неправильная, из-за захваченного воздуха вы получите короткие выстрелы, линии потока или следы ожогов.

После заполнения полости машина поддерживает давление, чтобы запаковать дополнительный материал, поскольку пластик сжимается во время охлаждения. Эта фаза упаковки продолжается до тех пор, пока ворота не замерзнут и не закроются. Тогда подожди. На охлаждение обычно приходится 70-80% общего времени цикла, поскольку пластик плохо проводит тепло, и вы не можете извлечь деталь, пока она не станет достаточно жесткой, чтобы выжить без деформации. 30-секундный цикл может включать 3 секунды наполнения и 25 секунд охлаждения.

Наконец форма открывается, выталкиватели выталкивают деталь, форма снова закрывается, и все повторяется. Время цикла варьируется от менее 10 секунд для тонких простых деталей до нескольких минут для толстых сложных деталей.

Где на самом деле обитает трудность

Читая это описание, создается впечатление, что машина делает все. Загружайте гранулы, нажимайте кнопки, собирайте детали. Некоторые операции выполняются таким образом для простых геометрических форм с щадящими материалами. Но большая часть производства предполагает постоянное внимание к переменным, которые взаимодействуют не всегда интуитивно.

Повысьте температуру плавления, и пластик станет легче течь, что поможет заполнить тонкие участки. Но более высокая температура означает более длительное охлаждение и рискует деградировать материал. Увеличьте скорость впрыска, чтобы заполнить жидкость до того, как замороженная корка станет слишком толстой и это может привести к сдвиговому нагреву или выбросу струи. Добавьте больше давления упаковки, чтобы предотвратить появление вмятин, и теперь вы боретесь с заусенцами, когда пластик продавливается между половинками формы.

Научная методология формования,-пропагандируемая такими людьми, как Джон Боззелли, и такими организациями, как RJG Inc.-систематически подходит к этой задаче с использованием датчиков давления в полости и документированных экспериментов, а не регулировки-методом проб и ошибок. Дисциплина существенно влияет на стабильность производства.

Дефекты имеют множество взаимодействующих причин. Вмятины указывают на недостаточную упаковку в толстые секции, но их исправление может потребовать одновременного изменения давления, времени, температуры и охлаждения. Коробление часто появляется через несколько часов после извлечения, поскольку внутренние напряжения ослабевают.-деталь выглядит нормально, когда выходит из формы, а затем постепенно деформируется. По данным Общества инженеров по пластмассам, только поверхностные дефекты составляют почти 40 % брака изделий при литье под давлением в отрасли-во всей отрасли.

Сама форма

Стоимость оснастки доминирует в экономике литья под давлением для малых и средних объемов. Простая-прототип алюминиевой формы с одной полостью может стоить 2000-5000 долларов. Производственные стальные формы с несколькими полостями стоят 25 000 долларов США-100 000 долларов США или значительно больше для сложных конфигураций. Компания Formlabs опубликовала данные, показывающие диапазон до 100 долларов США000+ для производственных инструментов с несколькими полостями (formlabs.com).

Конструкция пресс-формы напрямую определяет, что вы можете производить. Две-пластинчатые конструкции подходят для большинства стандартных деталей. Три-пластинчатые формы автоматически отделяют направляющие от деталей. Боковые выступы и подъемники обеспечивают подрезы, которые не могут быть освобождены в нормальном направлении-открытия формы. Системы с горячими литниками исключают отходы литников, но увеличивают стоимость и усложняют обслуживание.

Расположение ворот,-где пластик входит в полость-влияет как на внешний вид, так и на структурную целостность. Ворота оставляют следы, поэтому косметические поверхности нужно спрятать в другом месте. Размещение ворот также определяет структуру потока, расположение линий сварки и ориентацию волокон в армированных материалах.

Расположение каналов охлаждения внутри формы напрямую влияет на время цикла. Каналы, расположенные ближе к поверхности полости, быстрее отводят тепло, но ослабляют сталь. В большинстве конструкций каналы размещаются на расстоянии 15–25 мм от поверхности полости в качестве компромисса. Конформное охлаждение, повторяющее контуры детали вместо прямых просверленных отверстий, может значительно сократить время цикла обработки сложной геометрии.