Литье тонкостенных изделий - Общие аспекты и технология производства пластических масс
Одним из наиболее эффективных методов снижения себестоимости изделия является уменьшение толщины стенки изделия, позволяющее уменьшить расход материала и цикл литья. Однако толщина стенки менее 1 мм и время цикла литья 5-10 сек накладывают особые требования к материалу, оборудованию и пресс-форме. Поэтому говорят о технологии тонкостенного литья (thinwall molding).
Можно выделить 3 типа изделий, для литья которых применяется технология тонкостенного литья. К первому типу относятся изделия из термически стабильных материалов, таких как полиэтилен, полипропилен, полистирол и др., толщиной менее 1 мм. Указанные материалы используются для изготовления упаковки, одноразовой посуды. Низкий уровень механических свойств данных материалов обычно не позволяет снизить толщину менее 0.5-0.6 мм.
Ко второму типу можно отнести технически сложные изделия толщиной менее 1 мм, отливаемые из конструкционных термопластов (АБС-пластик, полиамиды, поликарбонат, полибутилентерефталат, полиацетали и др.) и суперконструкционных материалов (полифениленсульфид, полиэфирсульфон, полиэфирэфиркетон, жидкокристаллические полимеры, полиэфиримид и др.). Данные материалы отличаются высоким уровнем механических свойств и невысокой термической стабильностью при переработке. Из этих материалов могут отливаться сверхтонкие изделия, например: электрический разъем из стеклонаполненного жидкокристаллического полимера длиной 250 мм с толщиной стенки 0.4 мм /5/, миниатюрные разъемы из жидкокристаллического полимера толщиной 0.2-0.3 мм /6/, корпуса электрических катушек из PA 66 и ПБТ толщиной 0.15 - 0.27 мм /7/. Существуют примеры литья и более тонких изделий, например толщиной 0.08 мм.
Тонкостенные изделия третьего типа - изделия толщиной более 1 мм с отношением длина потока/толщина более 100. Литье таких изделий имеет свои особенности и в данной работе не рассматривается.
Требования к литьевой машине, пресс-форме и материалу для тонкостенного литья
Требования к литьевой машине, пресс-форме и материалу изделия при тонкостенном литье обобщены в таблице:
Литьевая машина |
Высокое давление Высокая скорость впрыска Высокое усилие замыкания Быстроходность Высокий уровень системы управления Высокий уровень гидравлической системы |
Пресс-форма |
Горячеканальная система Интенсивное и равномерное охлаждение Повышенные требования к центрированию Повышенная точность изготовления литниковой системы Увеличенное усилие выталкивания Увеличенные литьевые уклоны Хорошая вентиляция Надежность работы всех систем пресс-формы Повышенная прочность и износостойкость материалов пресс-формы |
Материал изделия |
Высокая текучесть Стабильность Способность к "быстрому литью" Высокие механические свойства |
При литье тонкостенных изделий из термически нестабильных материалов одним из наиболее критических параметров литьевой машины является скорость впрыска. При тонкостенном литье необходима очень высокая скорость впрыска т. к. материал очень быстро застывает. Литьевая машина для тонкостенного литья должна иметь гидроаккумулятор. Гидроаккумулятор увеличивает подачу масла в гидроцилиндр узла впрыска, что позволяет повысить скорость впрыска в 3 раза по сравнению с обычной машиной.
Если тонкостенное изделие отливается из термически стабильного материала, обычно можно взять машину с большим объемом - это обеспечивает повышение скорости впрыска. Для термически нестабильных материалов объем впрыска должен соответствовать объему отливки и время пребывания материала при высокой температуре должно быть минимальным.
Машина для тонкостенного литья должна обеспечивать высокое давление впрыска (1800-2500 кгс/см2 и более) и соответствующее высокое усилие замыкания. Например, для литья корпуса источника питания толщиной менее 0.5 мм из поликарбоната потребовалась машина с давлением литья, превышающем 2760 кгс/см2 .
Важнейшее условие получения качественных тонкостенных изделий - высокий уровень системы управления машины (управление с обратной связью по основным параметрам процесса, контроль процесса), надежность и стабильность работы машины. Изменение времени впрыска на 0.1 с может привести к недоливу.
Применение холодноканальных литников при тонкостенном литье неэффективно из-за большого времени охлаждения литников и значительных потерь давления расплава в литниковой системе. По этой причине для литья тонкостенных изделий используют горячеканальные литниковые системы или реже - для термически стабильных материалов - системы с незастывающими литниками, которые имеют меньшую стоимость, но менее надежны в работе.
При тонкостенном литье должна быть обеспечена высокая надежность работы всех систем пресс-формы. Особое внимание должно быть уделено центрированию формообразующих элементов. Смещение пуансона относительно матрицы на 0.01 мм может привести к резкому изменению характера течения полимера при впрыске. Высокая скорость впрыска требует хорошей вентиляции оформляющей полости.
В многогнездных формах важным фактором является точность изготовления литниковой системы. Небольшие различия в размерах литниковых каналов (особенно впускных литников) могут вызвать резкие изменения характера заполнения гнезд отливки.
При тонкостенном литье часто необходимо более высокое усилие выталкивания и увеличенные по сравнению с обычным литьем литьевые уклоны - следствие более высокого давления литья.
Высокие давление и скорость впрыска накладывают особые требования к материалам пресс-формы. При литье тонкостенных изделий рекомендуется применять более износостойкие и прочные стали, типа стали H13 (отечественный аналог 4Х5МФ1С) /1/.
Высокие требования к пресс-формам для тонкостенного литья приводят к ее удорожанию на 30-40% по сравнению с обычным литьем. Более высокая стоимость пресс-формы окупается за счет меньшего веса изделия и большей производительности процесса.
Высокая текучесть - одно из обязательных свойств материала для тонкостенного литья. Выпускаемый в настоящее время марочный ассортимент зарубежных термопластов включает достаточное количество материалов с низкой вязкостью различного применения. Необходимо учитывать, однако, что повышение текучести материала сопровождается уменьшением основных механических характеристик.
При толщинах стенки меньше 1 мм "окно переработки" становится очень узким. Это накладывает жесткие требования к стабильности характеристик материала.
Уменьшение времени цикла литья ограничено теплофизическими характеристиками материала (для кристаллизующихся материалов - скоростью кристаллизации). Некоторые марки материалов разработаны специально для тонкостенного литья. Они характеризуются как материалы с "быстрым циклом" (fast cycle, high cycle).
Тонкостенное литье требует более точного учета технологических и эксплуатационных особенностей материала при конструировании изделия. Оптимальное решение может быть найдено в компьютерном анализе.
Оптимизация толщины стенки изделия, литниковой системы и технологического режима
В таблице приведены результаты анализа впрыска для кофейной чашки из полипропилена марки Каплен 01250 в программном продукте MPI/FLOW фирмы Moldflow при различной толщине стенки. Анализ проводился при температуре расплава 220С и температуре формы 40С.
Толщина(мм) |
Вес изделия(г) |
Оптимальное время впрыска (с) |
Общая толщина 2-х застывших слоев при окончании впрыска (мм) |
Время охлаждения (с) |
Потери давления: изделие + литник (кгс/см2) |
Распорное усилие при впрыске (тс) |
0.4 |
5.7 |
0.18 |
0.21 |
0.3 |
990 |
40 |
0.5 |
7.1 |
0.24 |
0.22 |
0.5 |
780 |
30 |
0.6 |
8.5 |
0.30 |
0.20 |
0.8 |
680 |
25 |
0.7 |
10.0 |
0.35 |
0.26 |
1.1 |
600 |
22 |
0.8 |
11.4 |
0.43 |
0.30 |
1.4 |
530 |
19 |
0.9 |
12.8 |
0.53 |
0.34 |
1.7 |
460 |
16 |
1.0 |
14.2 |
0.64 |
0.38 |
2.1 |
410 |
14 |
Уменьшение толщины стенки изделия приводит к быстрому росту потерь давления расплава на стадии впрыска. Если эти потери давления превышают допустимое давление для используемой литьевой машины, может появиться недолив.
При тонкостенном литье большую роль играет застывший пристенный слой, толщина которого сопоставима с толщиной полости. Величина застывшего слоя очень сильно зависит от скорости впрыска, поэтому при тонкостенном литье правильный выбор скорости впрыска имеет особое значение.
Одним из наиболее критических мест горячеканальной литниковой системы является впускной литник. Слишком тонкий впускной литник является причиной недолива, дефектов изделия вблизи впуска. При большой толщине впускного литника ухудшается внешний вид изделия. Оптимальная толщина впускного литника зависит от текучести материала, толщины изделия и длины потоков расплава. Оптимальная толщина впускного литника может быть определена в компьютерном анализе.
Оптимизация системы охлаждения пресс-формы
Особое значение при тонкостенном литье имеет конструкция системы охлаждения пресс-формы. Оптимизация системы охлаждения проводится в компьютерном анализе. Расчеты, представленные в данной работе выполнены в программном продукте MPI/COOL фирмы Moldflow.
Для обеспечения стабильности процесса охлаждение пресс-формы для литья тонкостенных изделий должно осуществляться с помощью специального термостата.
При малых временах цикла в пресс-форму от расплава поступает очень большое количество тепла. Поэтому при тонкостенном литье отвод тепла от изделия должен быть более интенсивным.
Еще одним требованием является равномерность охлаждения изделия. Неравномерное охлаждение приводит к резкому изменению характера течения расплава и является причиной многих дефектов (коробление, воздушные ловушки, нестабильность размеров при хранении и эксплуатации изделия и т. д.). Часто условия охлаждения матрицы и пуансона очень сильно различаются. В этом случае требуется два независимых контура охлаждения (используется термостат с двумя баками или два термостата).
Особые проблемы при тонкостенном литье могут вызвать так называемые "горячие пятна" - участки формообразующей поверхности с повышенной температурой. "Горячие пятна" возникают из-за затрудненного отвода тепла от некоторых областей изделия. Причиной этого может быть большое расстояние до канала охлаждения (превышающее 3 диаметра канала), а также конструктивные особенности изделия (наличие ребер и пр.).
Похожие статьи
-
Для литья на подложку обычно используют материалы с невысокой температурой переработки, такие как полипропилен, АБС-пластики и смеси на их основе....
-
Литье при низком давлении - Общие аспекты и технология производства пластических масс
Одной из разновидностей литья под давлением термопластичных материалов является т. н. литье при низком давлении (low-pressure injection molding). Литье...
-
Литье с газом - Общие аспекты и технология производства пластических масс
Технология литья с газом (Gas Assisted Injection Molding, Gas Injection Molding, Gas Injection Technique) была впервые предложена в 1970 г. и в последние...
-
Отсутствие высоких давлений и скоростей значительно упрощает все узлы литьевой машины. В 3-4 раза снижается усилие замыкания. Уменьшается толщина и...
-
Наполненные и супернаполненные пластики - Общие аспекты и технология производства пластических масс
Наполнитель в П. м. может быть в газовой или конденсированной фазах. В последнем случае его модуль упругости может быть ниже (низкомодульные наполнители)...
-
Введение - Общие аспекты и технология производства пластических масс
Данная работа посвящена общим аспектам и технологии производства пластических масс. Пластические массы, пластмассы, пластики, материалы, содержащие в...
-
Литье под давлением - Технологические процессы производства изделий из поливинилхлорида
Наиболее удобным процессом для производства изделий из ПВХ является процесс литья под давлением. Несмотря на то что стоимость оборудования в этом...
-
Технология горячеканального литья - Специальные методы литья пластмасс
Благодаря целому ряду технологических и экономических преимуществ горячеканальные системы (ГКС) получили широкое применение для литья пластиковых деталей...
-
Ротационное литье - Технологические процессы производства изделий из поливинилхлорида
Полые изделия получают в процессе, называемом "ротационное литье". Компаунд термопластического материала в виде мелкого порошка помещают в полую форму....
-
Для литья под давлением обычно используют не первичные, а вторичные сплавы, что обусловлено экономическими соображениями. Наилучшими литейными свойствами...
-
Технология производства сушеных овощей - Технология производства макаронных изделий
В производстве сушеных плодов и овощей очень много общих моментов. Рассмотрим основные технологические процессы сушки. Большинство пищевых продуктов, в...
-
Общие сведения об изделии Назначение и область применения Барабан дробеметный конвейерный периодического действия предназначен для очистки отливок от...
-
Литье под давлением - Технологии машиностроения
Сущность этого способа заключается в том, что расплав металла подается в стальную разъемную пресс-форму под давлением. Рабочее давление на расплав...
-
ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА ДЕТСКОЙ ОБУВИ - Технология производства детской обуви
Обувь является составной частью комплекта одежды. Для детей выпускаются различные виды обуви: круглосезонная, летняя, зимняя, весенне-осенняя. А также -...
-
Технология производства. В настоящее время азот на химических комбинатах добывают из атмосферного воздуха его разделением на фракции в специальных...
-
Литье с водяным паром, Многокомпонентное литье - Специальные методы литья пластмасс
В процессе данного вида литья при каждом цикле подают перегретый водяной пар в каналы пресс-формы. В горячую пресс-форму происходит впрыскивание...
-
На рисунке 1.1 представлена схема производства вареных колбас, сосисок и сарделек. Рисунок 1.1 Технологическая схема производства вареных колбас,...
-
27 27 На базовом предприятии ЗАО "Кондитер-Курск" конфеты "Буревестник" производят в цехе №7. Технологическая схема включает в себя следующие стадии: 1....
-
Количество токсичных элементов и пестицидов в заготавливаемых и поставляемых кореньях не должен превышать допустимые нормы, которые установлены...
-
Общие сведения Формовочными материалами называются материалы, применяемые для изготовления литейных форм и стержней. Формовочные материалы разделяют на...
-
Сушеную продукцию брикетируют на гидравлических прессах для уменьшения объема в 3,5-8 раз. Упаковывают сушеные плоды и овощи в ящики из многослойного...
-
Конструктивно - технологическая характеристика модели изделия Мной представлена модель девичьих туфель - лодочек на низком каблуке клеевого метода...
-
Мясо рыбы содержит белки, жиры, углеводы, минеральные вещества, витамины, воду и другие соединения. Белки - важнейшая составная часть мяса рыбы. Общее...
-
Колбасные изделия вырабатываются из мяса всех видов скота и птицы, обработанных субпродуктов 1-й и 2-й категории, белоксодержащих препаратов животного и...
-
Заключение - Технология производства конфет марки "Буревестник"
Таким образом, цель курсовой работы достигнута. Задачи выполнены. В данной работе я подробно рассмотрела вопрос, связанный с технологией производства...
-
Требования к технологическому оборудованию - Технология производства конфет марки "Буревестник"
Машины и аппараты для производства конфет "Буревестник" должны иметь высокие показатели, под которыми имеются в виду отдельные параметры, отнесенные к...
-
Прямое прессование - Технологические процессы производства изделий из поливинилхлорида
Метод прямого прессования широко используется для производства изделии из термореактивных материалов. На рис.2 представлена типич-ная пресс-форма,...
-
Формование листовых термопластов является чрезвычайно важным процессом для производства трехмерных изделий из поливинилхлорида. Схема этого процесса...
-
Общие правила охраны окружающей среды и техники безопасности на участке по производству щебня 1. Плотные горные породы нетоксичны, пожаро - и...
-
Шприцевание фарша в оболочки или формы - Производство колбасных изделий
Для шприцевания фарша в оболочки или формы применяют специальные машины - шприцы, которые подают фарш под давлением. Фарширование колбасы набивают также...
-
Механизация и автоматизация технологических процессов Технология переработки полимеров - это область науки и техники, изучающая процессы, предназначенные...
-
Пневмоформование - Технологические процессы производства изделий из поливинилхлорида
Большое количество полых пластических изделий их ПВХ производят методом пневмоформования: канистры, мягкие бутылки для напитков и пр. Пневмоформование...
-
Основные положения к выбору способа литья - Технология конструкционных материалов
При выборе способа литья для получения заготовки в первую очередь должен быть рассмотрен вопрос экономии металла. Металлоемкость можно снизить...
-
Специальные способы литья под давлением - Характеристика литья под давлением
Литье под давлением с использованием вакуума. Для осуществления данного способа литья используют разные методы вакуумирования полости пресс-формы и...
-
Общие сведения о крахмале и крахмалопродуктах - Технология производства крахмала и крахмалопродуктов
Крахмал - сложный углевод, образующийся в растениях и откладываемый ими в качестве запасного питательного вещества. Химическая формула (C6H10O5)n. Он...
-
Рис. 2.1 Технологическая схема приготовления белых кореньев Требования к качеству готовой продукции Контроль качества осуществляют по ГОСТ 16731-71...
-
Вступление - Технология производства макаронных изделий
Актуальность темы: Еще в древности люди ценили всевозможные пряности. Тогда для многих торговцев это был очень ценный товар. С тех времен по наши дни...
-
Поступающие на производство белые коренья должны соответствовать требованиям к качеству сырья. Не допускается наличие насекомых, либо наличие...
-
Тот факт, что ПВХ используют и самых различных формах, таких, как стержни, трубы, листы, пенопласты, а также как прессованные изделия, подразумевает...
-
Обувь для детей подбирается в соответствии с размерами, определяемыми по длине стопы: расстояние между наиболее выступающей точкой пятки и концом самого...
Литье тонкостенных изделий - Общие аспекты и технология производства пластических масс