Меню

Вертикальные машины для литья пластмасс под давлением

Виды литья

Виды литья под давлением

О данном методе переработки полимеров

Литье пластмасс под давлением (ЛпД) наряду с экструзией является наиболее распространенным и изученным методом переработки пластмассы в готовые продукты или полуфабрикаты. В отличие от экструзии, данный метод позволяет сразу получить деталь заданных размеров и практически любой геометрии (с некоторыми ограничениями – см. ниже). Литью находят применение главным образом при производстве изделий из термопластов, однако и для реактопластов этот способ переработки время от времени встречается. Если оборудование для переработки термопластов называется термопластавтомат (ТПА), то реактопласты перерабатывает на реактопластавтоматах, которые конструктивно отличаются от ТПА. В общем виде оборудование для этого способа производства часто называют просто «литьевая машина».

Давление литья, развиваемое термопластавтоматами, находится в диапазоне 80-140 МПа (800-1400 бар), однако ведущие компании и специалисты по изготовлению оснастки (форм) не рекомендуют нагружать прессформы давлением существенно выше 100 МПа.

Переработка пластика литьем под давлением осуществляется на термопластавтоматах поршневого или винтового (шнекового) типа, причем первый тип ТПА до недавнего времени считался устаревшим и вышедшим из употребления. Однако после 2010 года у производителей термопластавтоматов вернулся интерес к поршневому впрыску пластмассы, как наиболее точному процессу. Однако, как правило, современное оборудование является шнековым, а узел впрыска ТПА состоит из пары шнек-материальный цилиндр.

Видео 1. Работа современного термопластавтомата

Области применения литья под давлением

Литье пластмасс применяется более полувека и позволяет осуществлять массовое производство пластиковых деталей весом от сотых долей грамма до десятков килограммов. Самыми малыми продуктами могут быть, например, микроскопические линзы, компоненты небольших механизмов и т.п. Самыми крупными – различные емкости, в том числе баки и ящики объемом в несколько кубометров, пластиковые поддоны, элементы конструкций и т.п.

Изделия, получаемые описываемым способом переработки, помимо своих очевидных явных достоинств, имеют несколько ограничений. Помимо очевидного лимита по габаритным геометрическим размером, обусловленным ограниченными размерами пресс-формы, существует и несколько менее заметных. Например, толщина стенки любого продукта как правило не превышает нескольких миллиметров. Это важно для экономики процесса, т.к. увеличение толщины стенки приводит к резкому удлинению производственного цикла и соответствующему росту себестоимости и снижению производительности. Данное ограничение снимается при использовании специального метода – литья с газом (см. ниже). С другой стороны – давления литьевого оборудования может не хватить для выпуска слишком тонкостенных, либо очень протяженных деталей. Кроме того, изделие должно быть технологичным, то есть соответствовать описываемому методу. Конструкция его должна предполагать более или менее равнотолщинную структуру, равномерное заполнение расплавом полимера и несложное, в большинстве случаев автоматическое извлечение из полости прессформы.

Принцип работы термопластавтомата

Литьевая машина осуществляют загрузку гранулированного (гораздо реже порошкобразного) полимера из загрузочного бункера сырья в зону загрузки материального цилиндра. Затем путем нагрева и пластикации (перемешивания) расплавленной массы шнеком осуществляется его переход в вязкотекучее (близкое к жидкому) состояние. После набора необходимой дозы полимера термопластавтомат при помощи создаваемого гидроцилиндром усилия производит инжекцию (впрыск) расплавленного пластика в прессформу. Затем в ее полости происходит выдержка отливки под давлением и стадия охлаждения (для реактопластов – отверждения).

В ходе последнего этапа производственного цикла машина размыкает форму и выталкивает готовый продукт, реже изделия вынимаются оператором (полуавтоматический режим). Современные производственные единицы включают кроме термопластавтомата так же различные средства автоматации, обычно называемые «роботами». Современные роботы участвуют в съеме отливки из области прессформы, также они могут закладывать в полость оснастки этикетки, закладные детали, а, кроме того, участвовать в «дальнейшей судьбе» отформованной детали, например в ее постобработке, укладке и упаковке.

Особенности работы с литьевой оснасткой

При переработке термопластов температура прессформы не должна быть выше температуры стеклования полимера или температуры его кристаллизации, поэтому обязательно применяют охлаждение прессформы или ее термостатирование. При переработке реактопластов, напротив, форму нагревают при помощи различных способов до температуры, выше точки отверждения термореактивного пластика.

Рисунок 2. Форма установленная на ТПА

При изготовлении пресс-форм важно помнить о необходимости организации вентиляционных каналов (выпаров), через которые расплавленная масса своим давлением должна вытеснять воздух из полости техоснастки. Отсутствие выпаров приводит к многочисленным трудно устранимым дефектам готовых пластиковых изделий.

Прессформы для литья пластмасс могут быть горячеканальные и холодноканальные. Горячеканальные прессформы – более современны, характеризуются отсутствием или минимальным количеством отходов (литников), более быстрым временем производственного цикла, стабильным технологическим процессом и меньшим количеством брака. Горячеканальная система передает давление впрыска в область прессформы с минимальными потерями. При этом горячеканальные прессформы не рекомендуется применять для переработки некоторых нетермостойких пластиков, например жестких композиций ПВХ.

Рисунок 3. Прибор управления горячим каналом

Параметры впрыска полимерного материала при ЛпД

Давление, развиваемое при впрыске ТПА, зависит от нескольких параметров:

  • вязкости расплавленного полимера,
  • особенностей литниковой системы, в частности наличия холодного или горячего канала,
  • конструкции прессформы,
  • конструкции пластикового изделия и места впуска расплава.

Давление в прессформе при впрыске расплавленной полимерной массы растет по мере заполнения формообразующей полости и дальнейшей выдержки отливки. При этом, как правило, величина заданного давления выдержки достигает 30-50 процентов от заданной величины параметра. Эти параметры на современных термопластавтоматах задаются в системе управления и реализуется при помощи гидравлической (реже самой современной – электрической) системы литьевой машины.

Особенности выбора термопластавтомата

При выборе ТПА для литья пластмасс под давлением прежде всего учитывают объем дозы, то есть количество расплава полимера, необходимого для выпуска каждого конкретного изделия. Также важно усилие смыкания ТПА, сила сжатия необходимая для фиксации пресс-формы во время стадии впрыска и выдержки. При неправильном выборе усилия смыкания форма будет приоткрываться. Третьим важнейшим параметром является геометрия области закрепления оснастки на ТПА, а именно размер плит машины и расстояние между колоннами, а также «высоту прессформы». Эти величины определяют максимальный и минимальный размер литьевой формы для установки на конкретный термопластавтомат.

Читайте также:  Покрасочный аппарат высокого давления своими руками

Кроме указанных важнейших основных параметров по выбору ТПА используют несколько более специальных, которые подробно описаны в специальной отраслевой литературе. Например, величина максимальной скорости инжекции, грузоподъемность плит ТПА (прежде всего подвижной плиты), соотношение длины шнека к его диаметру L/D, наличие режима интрузии и т.п. Также важно оснащение термопластавтомата различными узлами и опциями. Для высокоскоростных машин применяются гидроаккумуляторы впрыска и других перемещений. Для подключения роботов и других вспомогательных устройств контроллер ТПА следует оснастить разъемами Euromap 12 или Euromap 67. Применяются датчики фактического давления расплава, датчики падения отформованной детали и прочие.

Специальные виды литья под давлением:

Как правило, ЛпД полимерных материалов происходит на горизонтальном термопластавтомате с использованием стандартной автоматической прессформы холодноканального или горячеканального типа. Рассмотрим некоторые виды необычного применения технологии литья пластмасс под давлением, которые в сумме составляют несколько процентов от всего объема рынка описываемого вида переработки пластиков.

Работа на вертикальном термопластавтомате

Эта технология отличается от общеупотребляемой тем, что применяется ТПА вертикального типа, а форма открывается также в вертикальном направлении. Метод хорош для мелкосерийного производства, т.к. возможно применять более простые и недорогие в изготовлении прессформы. Также широко применяется вертикальное ЛпД при использовании закладных элементов (как правило металлических). Главным недостатком, присущим такому литью является сложная автоматизация процесса – изделия не могут выпадать из вертикальных прессформ и их приходится извлекать вручную либо роботом.

Каскадное литье (с запорными клапанами)

Этот вид переработки завоевывает все большую популярность ввиду того, что при относительно невысоких вложениях можно радикально улучшить качество выпускаемых изделий. Каскадный впрыск возможен только с применением горячеканальных прессформ особого типа и отличается от стандартного наличием горячеканальной системы с запорными клапанами. Управление клапанами может быть пневматическое, гидравлическое и новейшее – электрическое и осуществляется при помощи специальных приборов. Каскад позволяет управлять инжекцией полимера в форму по желанию оператора ТПА. Таким образом можно избежать спаев, следов течения полимерного материала, пригаров и многих других видов брака при ЛпД.

Инжекционное прессование

Этот технологический процесс отличается от стандартного тем, что впрыск полимерного материала делают в слегка раскрытую прессформу (в этом случае уместно использовать именно такое название оснастки) за небольшое время до ее окончательного смыкания. Окончательное уплотнение полимера и формование готового продукта осуществляются при полном смыкании прессформы. Способом инжекционного прессования изготавливают различные изделия как из термопластов, так и реактопластов. Метод применим в случае недостаточных характеристик ТПА для данной отливки, в частности усилия смыкания. Также качество при таком прессовании на термопластавтомате в меньшей степени зависят от ориентации макромолекул при впрыске (анизотропии), что может повысить качество продукта в части меньшей усадки (если необходимо), лучших механических свойств и меньшего коробления.

Интрузия

Интрузией называется процесс частичного заполнения формообразующей полости в режиме экструзии за счет вращательного движения шнека. Обычно он применяется для производства тяжелых, материалоемких изделий из пластиков. Таким образом можно применять термопластавтоматы с недостаточным для данного изделия объемом впрыска, т.к. форма заполняется не только за счет поступательного, но и за счет вращательного движения шнека в исходном положении. Для интрузии важно, чтобы полимерный материал был достаточно текучим, а литниковые каналы достаточно большого сечения. Также важно отметить, что режимом интрузии оснащаются не все ТПА, необходимо проверить его наличие в спецификации машины.

Бикомпонентная и мультикомпонентная инжекция

Сутью бикомпонентного и мультикомпонентного литья на ТПА является применение двух или нескольких видов полимера, либо одного и того же пластика, но разных цветов, для производства одного изделия на одном термопластавтомате. Как правило, в случае такого вида литья применяются термопластавтоматы с двумя и более узлами пластикации (пары шнек – материальный цилиндр). Сначала в форму впрыскивается первый компонент, затем в ней тем или иным способом открываются дополнительные полости и происходит доинжекция второго компонента и т.д. В редких случаях компоненты поступаются одновременно. При применении би- и мульти-компонентного (многоцветного) литья пластмасс под давлением технологическая оснастка становится значительно сложнее. Как правило применяются формы с двумя и более раздельными горячеканальными системами. Что касается возможностей переключения с одного компонента на другой, то применяют либо поворотные механизмы непосредственно в прессформе, либо так называемый «поворотный стол» в составе бикомпонентной литьевой машины.

Литье IML

Литье с газом

Для литьевого производства очень толстостенных изделий из полимеров практически единственной подходящей технологией является инжекция с газом. Переработка пластиков этим способом производится на стандартных машинах, но с использованием адаптированных прессформ и специального модуля для генерации газового впрыска, подключенного к термопластавтомату. Суть процесса в общем случае сводится к доставке неполной дозы полимерного материала в формообразующую полость с последующим впуском сжатого под давлением 5-20 МПа газа в массу расплава через специальные инжекторы. Газ уплотняет пластик «изнутри» и прижимает его к стенкам формы. Таким образом получается полностью отформованная деталь с пустотами внутри. Впрыск с газом может применяться в частности для компенсации утяжин при большой разнотолщинности изделия. Кроме того, немаловажно, что ЛпД с газом производится при пониженном давлении расплава в форме, что позволяет использовать ТПА с меньшими усилиями смыкания, чем при стандартном процессе.

Литье SOFIT

Кроме описанных выше существует множество видов более специальных технологий описанного вида переработки, например, литье при низком давлении, PIM и RIM технологии, технологии «сэндвич» и «моносэндвич», работа на «карусельных» машинах и т.д.

Читайте также:  Что делать при низком внутричерепном давлении

Статья о том, как выбрать изготовителя прессформы для литья пластмасс?

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

Источник

Выбор литьевой машины. Часть 1

ВВЕДЕНИЕ

Выбор литьевого оборудования является одной из распространенных задач, решаемых при проектировании технологических процессов изготовления изделий из термопластов. Исходными данными для решения этой задачи служат сведения по количеству и ассортименту изделий, выпускаемых или намечаемых к выпуску. Определяется также перечень видов (типоразмеров) литьевых машин, на базе которых планируется проводить техническое оснащение производства. Для каждого изделия типоразмер литьевой машины выбирается таким образом, чтобы при этом гарантировалось достижение требуемого качества изделий и обеспечивались наилучшие технико-экономические показатели производства.

Однако кроме основных параметров, определяющих типоразмер (усилие смыкания форм, объем впрыска и пластикационная производительность), специалисту приходится решать целый ряд других задач, связанных с технологией литья, особенностью конструкции будущего изделия, вопросами экономики и т.д. Причем решения могут оказаться принципиально разными, когда речь идет о приобретении нового оборудования или об использовании свободных мощностей литьевых машин, уже имеющихся на данном производстве. Литьевые машины относятся к самым востребованным видам оборудования для переработки пластмасс. Поэтому естественно, что для производства огромной номенклатуры литьевых изделий машиностроительными фирмами выпускается очень широкая гамма машин различной конструкции и назначения. Это обстоятельство способствовало тому, что для упорядочения этого разнообразия было предложено много классификационных признаков.

1. Классификация литьевых машин

По виду перерабатываемого полимера машины делятся на термопластавтоматы (для переработки термопластичных материалов), реактопластавтоматы (для переработки термореактивных материалов), машины для литья изделий из резиновых смесей. В задачи данного учебного пособия входит описание методики выбора термопластавтоматов.

По назначению литьевые машины разделяют на универсальные, специальные, лабораторные и машины для микролитья.

Универсальные машины предназначаются для производства самого широкого ассортимента изделий, их конструкция предусматривает удобство и быстроту замены литьевых форм, а система управления позволяет менять в широких пределах технологические параметры литья. Схема одного из возможных вариантов конструкции универсальной машины представлена на рис. 1. Основные компоненты литьевой машины – узел пластикации и впрыска, узел смыкания форм и компоненты привода, включая систему электроуправления.

Специальные машины создаются для производства узкой номенклатуры близких по конструкции изделий и, как правило, включают в себя дополнительные узлы, не свойственные универсальным машинам. Достаточно часто

эти машины предназначаются для производства только одного вида изделия. В ряде случаев специальные машины являются составной частью сложных автоматизированных технологических линий. Иногда они используются для осуществления «нестандартных» технологий литья под давлением (табл. 1).

-269130-41689

Рис. 1 Схема одного из возможных вариантов конструкции универсальной машины

Классификация специальных технологий литья под давлением

Введение дополнительного материала(ов) или компонента(ов) в литое изделие

Добавление или впрыск другого полимерного

материала

Заливка

металлических вставок или наполнение их расплавом

Впрыск газа в расплав полимера

Впрыск жидкости или воды в расплав полимера

Впрыск газа в смесь полимера с порошкообраз-ным металлом (или керамикой)

Армирование в форме

Вставка пленки, фольги, ткани или текстолита для декорирования внешней поверхности отливки

Двухкомпонентное (сэндвич) литье Литье под давлением со вставкой и на металлическое основание Литье с газом Литье с сжиженным газом Литье с газом и добавлением порошковых неполимерных материалов Литье реактопластов Литье с декорированием в форме Многокомпонентное литье Литье с использованием легкоплавкого пуансона Литье с водой Структурированное реоформование Литье при низком давлении Микрослоистое литье под давлением

Изменение состава компонентов расплава

Смешение полимера с жидкостями в сверхкритическом состоянии

Смешение расплава полимера с химическими или физическими пенообразующими агентами

Смешение расплава полимера с металлическими или керамическими порошковыми материалами

Смешение форполимеров (мономеров или реагентов) перед впрыском

Литье по технологии MuCell Литье со вспениванием Литье под давлением с добавлением металлических/керамических порошковых материалов Литье по технологии RIM Структурированное реоформование Литье реактопластов

Воздействие на расплав

Приложение вибрационных усилий к расплаву в процессе переработки

Использование изменения скорости вращения шнека и противодавления для управле ния температурой расплава

Литье по технологии LFIM Литье при низком давлении Литье по технологии Push-Pull Injection Molding Реоформование

Перемещение расплава

Приложение сжатия при закрытии литьевой формы

Специальные изделия или их геометрические особенности

Производство изделий миниатюрных размеров или с относительно тонкими стенками

Лабораторные машины обычно не велики по своим размерам, служат, как правило, для отработки технологии литья изделий из новых марок полимерных материалов, их система управления позволяет менять в широких пределах технологические параметры литья. Они приспособлены для быстрой замены формующего инструмента и, по сравнению с производственными машинами, оснащены дополнительными датчиками, позволяющими отслеживать все этапы технологического процесса литья.

По объему впрыска машины подразделяются в зависимости от максимального объема впрыскиваемого за один цикл материала. Достаточно долгое время этот классификационный признак считался основным, однако, в последнее время, он по ряду причин отошел на второй план. Несмотря на это, именно объем впрыска наряду с усилием смыкания форм определяет в конечном итоге габариты машины и возможности производства на ней тех или иных изделий.

В основу создания ряда машин для производства изделий различных габаритов большинство машиностроительных фирм в настоящее время закладывают номинальное усилие смыкания форм, которое также считается одним из классификационных признаков.

По количеству цветов одного полимера или количеству различных полимеров, представленных в конструкции отливаемых изделий, машины подразделяются на однокомпонентные, двухкомпонентные и многокомпонентные. В настоящее время известны машины для литья изделий из восьми компонентов.

По взаимному расположению узлов, выполняющих одинаковые функции в процессе работы, машины подразделяют на машины горизонтальные (рис.2, а), угловые машины с горизонтальной компоновкой (рис. 2, б, вид сверху), угловые машины с вертикальной компоновкой (рис. 2, в) и машины вертикальные (рис. 2, г).

Читайте также:  Соотношения паскалей к атмосферному давлению

Компоновка машин определяется многими факторами: требованиями технологии, конструкцией отливаемых изделий, степенью автоматизации и роботизации процесса, соображениями экономии производственных площадей и т. д.

Рис. 2 Литьевые машины с различным взаимным расположением узлов

Варианты компоновки, приведенные на рис. 2, характерны для машин, предназначенных для однокомпонентного литья. Машины для многокомпонентного литья представляют собой весьма сложные сочетания приведенных выше примеров.

Наиболее распространены на производстве машины горизонтального типа, однако наряду с ними достаточно широко в промышленности используются как вертикальные литьевые машины, так и угловые машины с горизонтальной или вертикальной компоновкой узлов под прямым углом.

Преимущества вертикальных литьевых машин:

они занимают небольшую производственную площадь; легко встраиваются в технологическую цепочку с другим оборудованием;

удобны при литье в полустационарные формы, горизонтальная плоскость разъема которых значительно облегчает установку съемных оформляющих деталей (резьбовых знаков и колец, различных вставок, арматуры и других элементов).

В зависимости от возможностей установленного на них формующего инструмента и используемой робототехники вертикальные литьевые машины могут работать в ручном или полуавтоматическом режиме. В автоматическом режиме они работают сравнительно редко, так как требуются достаточно сложные робототехнические устройства для удаления из них готовых изделий.

Основным недостатком вертикальных литьевых машин является их ограничение по мощности, с возрастанием которой увеличивается и высота машин, что затрудняет их обслуживание и требует большой высоты производственных помещений.

Угловая компоновка машин используется некоторыми фирмами-производителями при создании машин для литья крупногабаритных или сложно армированных изделий, так как они отличаются удобством в обслуживании, особенно при литье крупных изделий с затрудненным извлечением из формы. Широкое распространение получило создание на базе угловых машин установок для многоцветного или многокомпонентного литья (рис.3).

Рис. 3. Расположение узлов пластикации и впрыска на угловой литьевой машине для трёхпозиционного литья трёхцветных деталей

Машина, показанная на рис. 3, имеет центральный вертикальный узел смыкания, вокруг которого в горизонтальной плоскости расположены узлы пластикации и впрыска. Расплав обычно впрыскивается по линии разъема. Одна полуформа, обычно верхняя половина, может вращаться вокруг вертикальной оси (угол поворота 180°, 120° или 90°) и перемещать отформованное изделие с позиции 1 на позицию 2, а затем на позицию 3. На каждой из этих позиций в свободную формующую полость, образованную после закрытия и повторного смыкания, вводится новый материал.

К преимуществам конструкции данных литьевых машин относятся, во-первых, производство за один рабочий цикл разноцветных изделий в литьевой форме заданной (1, 2, 3 и т.д.) гнёздности. Эти преимущества обеспечивают повышение производительности труда, благодаря исключению сборки раздельно формуемых разноцветных деталей. Во-вторых, малый уровень остаточных напряжений и очень низкий процент брака многоцветных изделий вследствие «горячего» соединения друг с другом их отдельных цветных элементов.

2. Особенности и назначение узлов пластикации различного типа

В соответствии с методом пластикации материала литьевые машины можно классифицировать по следующим признакам:

по конструктивному оформлению (одно- и двухцилиндровые);

по числу шнеков в одном цилиндре (одно- и двухшнековые);

по конструктивно-технологическому (машины без предварительной пластикации и с предварительной пластикацией).

Наиболее компактными, технологичными и обеспечивающими возможность регулирования основных параметров литья в широких интервалах являются одноцилиндровые конструкции шнекового типа (рис. 1). В таких конструкциях при пластикации шнек вращается, а при инжекции совершает поступательное движение.

Одноцилиндровую конструкцию одношнекового типа применяют для литья широкого круга изделий, в том числе для изготовления толстостенных изделий. Двухцилиндровые конструкции одношнекового типа позволяют получать двухцветные толстостенные изделия.

Одноцилиндровые конструкции двухшнекового типа используют для переработки порошкообразных полимеров.

В машинах без предварительной пластикации шнек наряду с обеспечением пластикации расплава выполняет роль поршня при впрыске расплава в форму; при этом время пластикации совмещено частично с временем впрыска.

В машинах с предварительной пластикацией полимер пластицируется в пластикационном цилиндре, после чего впрыскивается в форму при перемещении поршня (шнека) в инжекционном цилиндре, т. е. стадии пластикации и впрыска разделены.

В настоящее время применяют двухцилиндровые конструкции с пластикационным цилиндром шнекового типа, например, для литья преформ (рис.4).

В этих конструкциях шнек в пластикационном цилиндре вращается, обеспечивая пластикацию полимера, по окончании которой пластицированный полимер перемещается через клапан переключения в инжекционный цилиндр.

Наиболее важный компонент узла пластикации – шнек. Шнек отвечает за транспортирование, разогрев, смешивание и впрыск полимерного материала в форму, а в некоторых случаях и за удаление газов из цилиндра шнека. Обычно используются трёхзонные шнеки (рис. 5) с отношением длины шнека к диаметру (L/D) примерно 20:1±10 %. При применении коротких шнеков качество расплава ухудшается. Более длинные шнеки с соотношением L/D 24:1 и более могут приводить к деструкции ряда полимерных материалов вследствие увеличения времени их пребывания в шнеке.

Рис.4. Двухцилиндровая конструкция поршневого инжекционного узла с

пластикационным цилиндром шнекового типа

Рис. 5. Трёхзонный шнек для переработки термопластов

Основными свойствами полимеров, определяющими профиль шнека, являются характер перехода в вязкотекучее состояние (определяет соотношение длин зон питания и пластикации), термостабильность и чувствительность материала к сдвиговым напряжениям (определяют межвитковый объём и степень сжатия). По этим признакам полимеры можно разделить на три группы. Для каждой из групп применяют специальный шнек.

Статья о том, как выбрать изготовителя прессформы для литья пластмасс

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

Источник

Adblock
detector