Основы литья пластмасс под давлением

Независимо от того, являетесь ли вы новичком в области переработки полимеров, пытаетесь создать свой следующий проект или являетесь инженером, чтобы полностью понять процесс литья под давлением, вы должны сначала понять основы того, как все это работает. В этой статье мы попытаемся сделать описание процесса литья как можно более простым, чтобы помочь вам узнать все, что входит в формование пластиковых деталей.

Что такое литье под давлением?

Литье под давлением - наиболее распространенный производственный процесс для изготовления пластмассовых деталей. Процесс включает в себя проектирование продукта, оснастку пресс-формы, а затем производство гранул пластикового полимера и использование давления для их впрыскивания в пресс-форму.

Процесс литья пластмасс под давлением

Чтобы сделать его максимально простым и понятным, мы разделили процесс литья пластмасс под давлением на 3 части:

• Инженерное проектирование продукта
• Проектирование и разработка пресс-форм
• Производственный процесс

Инженерное проектирование продукта

Когда дело доходит до производства детали, изготовленной методом литья под давлением, конструкция детали является абсолютно важной. Вы должны убедиться, что деталь разработана с учетом процесса литья под давлением.

Некоторые важные элементы конструкции продукта включают:

• Однородная толщина стенок во избежание вмятин и пустот
• Углы уклона, чтобы деталь могла эффективно вытолкнуть изделие из формы
• Определение выбора материала на этапе проектирования критически важно для обеспечения соответствия эксплуатационным характеристикам, поскольку каждый материал имеет разную усадку, плавление и скорость потока, изменение материала может привести к ухудшению характеристик деталей или выходу за пределы допуска.

Другой аспект конструкции продукта, который часто упускается из виду, - это допуск детали для литья под давлением. Есть много причин, по которым допуски на детали, полученные литьем под давлением, шире, чем у металла, например, степень усадки не является однородным процентом (они являются средними), расположение инструмента (закрытие против фиксированных размеров), толщина стенки, место впрыска, давление и поток материала - все это играет жизненно важную роль для многократного повторения. Кто угодно может сделать хорошую деталь один раз, но то, кто может сделать 100 000 или 1 000 000 единиц с возможностью повторения, - вот что важно в производстве. 

Проектирование и разработка пресс-форм

Качество детали начинается с качественной пресс-формы. Распространенная ошибка, которую мы все совершаем при покупке нового компонента, полученного литьем под давлением, - это попытаться сократить углы, чтобы снизить затраты на пресс-форму. Если инструмент построен неправильно, у вас могут возникнуть проблемы с качеством в будущем, это может занять 1 месяц, 6 месяцев или 2 года.

Чтобы предотвратить дефекты и соответствовать определенным требованиям к качеству, вы и ваш инструментальный мастер должны работать вместе, чтобы разработать форму, которая будет правильно изготавливать детали, которые вам нужны. Это сложная задача, поскольку конструкция пресс-формы иногда требует изменения конструкции детали.

Инструменты обычно изготавливаются из закаленной инструментальной стали или алюминия, в зависимости от того, что вам нужно. Алюминиевый инструмент обычно используется для создания прототипов или когда требуется небольшое количество деталей. Сталь - более дорогой материал, но, как правило, самый долговечный из двух вариантов. Производители, которым требуется более 10 000 деталей, почти всегда будут использовать стальную форму.

Элементы конструкции пресс-формы:

• Расположение литника / желоба: это один из наиболее важных факторов, которые следует учитывать на этапе заполнения процесса закачки.
• Линии охлаждающей жидкости: неправильное размещение или недостаточное количество охлаждающих линий приводит к увеличению продолжительности цикла и короблению
• Термоусадка: Усадка обычно составляет от 0,4 - 2% и должны быть приняты во внимание проектировщиком пресс - формы. Точная величина усадки зависит от нескольких факторов, включая материал, условия процесса и расположение затвора.
• Допуски деталей: допуски и требования к рабочим характеристикам критически важно определить перед запуском. Это влияет на конструкцию инструмента, влияет на то, где оставаться «безопасным», куда вводить материал и куда выбрасывать материал. Мы видим все больше и больше деталей, которые проектируются с использованием допусков на металл, что приводит к увеличению затрат и значительному увеличению сроков выполнения заказа. Деталь с превышением допуска может увеличить или уменьшить бюджет инструмента из-за дополнительных шагов, этапов или необходимых проверок качества.

Недостатки литья под давлением:

• Высокие затраты на оборудование: Стоимость пресс-формы зависит от количества необходимых деталей (сколько полостей потребуется), сложности детали и размера детали. В то время как инструменты для изготовления прототипов с одной полостью могут стоить от 3000 до 10000 долларов, в автомобильной промышленности инструменты для литья под давлением могут варьироваться от 10000 до 100000 долларов и более. Это очень сложные инструменты, которые изготавливаются из больших блоков закаленной стали и долго изготавливаются вручную.
• Длительное время выполнения: как и стоимость пресс-формы, время выполнения заказа зависит от сложности детали, ее размера и требований к полости. Большинству компаний также требуются прототипы перед окончательным утверждением серийных изделий, что лишь увеличивает время окончательного выполнения заказа. Как правило, вы увидите, что простая форма может быть готова к использованию через 2–4 недели, а сложный инструмент может занять примерно 6–10 недель.
• Трудность изменения: поскольку пресс-формы сделаны из стали или алюминия, внести изменения может быть довольно сложно. Если вы хотите немного увеличить размер детали, вы всегда можете увеличить полость, отрезав металл. Но если вы хотите сделать деталь меньше, вам нужно уменьшить размер полости пресс-формы, что потребует добавления в нее стали или алюминия. Это сложный процесс, и иногда вам придется начинать заново и отказываться от исходной формы. Вот почему очень важно сначала использовать прототип пресс-формы.

Производственный процесс

Чтобы сделать процесс производства максимально простым, мы разбили его на 5 этапов. Каждый этап важен и играет жизненно важную роль в проектировании деталей и пресс-форм. 5 этапов производственного процесса литья пластмасс под давлением включают в себя:

• 1 - Стадия наполнения / плавления: процесс литья под давлением начинается с заполнения бункера пластиковыми гранулами, которые подаются в цилиндр шнека литьевой машины. Кольцевые нагреватели помогают расплавить гранулы, но на самом деле в большей степени пластик плавится из-за его уплотнения коническим винтом шнека. Это потому, что гранулы «трутся» друг о друга, выделяя чистое тепло. К концу гранулы переходят в расплавленное состояние.

• 2 - Этап впрыска / упаковки: Затем винт проталкивает расплавленный пластик в полость формы, где он принимает форму и начинает этап охлаждения. Этот этап важен, потому что при недостаточном давлении полость не будет заполнена полностью, что приведет к проблемам с качеством

• 3 - Стадия охлаждения: Линии охлаждающей жидкости, обычно заполненные водой, проходят через форму для поддержания температуры формы, что помогает быстрее охладить деталь.  Это очень важно, поскольку фаза охлаждения является наиболее трудоемкой стадией цикла литья под давлением из-за изоляционных свойств пластика. Когда пластик охлаждается и затвердевает, он дает усадку (так называемая «усадка пресс-формы»). Усадка обычно составляет от 0,4 до 2% и должна быть принята во внимание разработчиком пресс-формы. В зависимости от используемого материала вам может потребоваться охладить форму или нагреть форму с помощью патронных нагревателей или горячего масла.

• 4 - Этап выталкивания: после охлаждения форма открывается, и пластиковая часть выталкивается встроенными в нее выталкивающими штифтами. Если вы посмотрите на большинство пластиковых деталей, лежащих у вас в доме, скорее всего, вы сможете найти следы от выталкивающих штифтов. Затем форма снова закроется, чтобы повторить процесс.

• 5 - Стадия после выталкивания: одна из последних стадий этого процесса - когда оператор станка должен отломать литник, направляющую или заслонку от формованной детали, скручивая или отрезая их вручную, в зависимости от конструкции пресс-формы. Система горячеканальной пресс-формы со спиральными и гибкими нагревателями фактически исключает наличие желобов и литника, что также устраняет отходы. К сожалению, горячеканальная система делает пресс-форму более дорогой.

Заключение

Литье пластмасс под давлением за прошедшие годы значительно улучшилось, и это фантастический способ крупномасштабного производства компонентов с минимальными трудозатратами. Хотя это кажется относительно простым процессом плавления пластиковых гранул и впрыска в полость формы, существует так много критических элементов конструкции, инструментов и производственного процесса, которые потребуют от вас работы, а также от литьевого формовщика, который знает, как удовлетворить ваши потребности и особые требования.

Мы производим кольцевые и плоские нагревательные элементы для цилиндров термопластавтоматов, а также спиральные, патронные и гибкие ТЭНы для пресс-форм. По всем вопросам обращайтесь к нам по электронной почте или просто звоните по телефону прямо сейчас.