Литье под давлением — одна из наиболее развитых технологий производства в современной промышленности. Количество её разновидностей постоянно растёт в соответствии с растущими производственными потребностями. В этой статье мы предложим вам краткий, но точный обзор типов литья под давлением, используемых в настоящее время.
Что определяет литье под давлением?
литье под давлением Литье под давлением — это процесс, при котором расплавленный материал под давлением подается в полость стальной или алюминиевой формы с помощью литьевой машины. После затвердевания детали она извлекается из формы, и цикл повторяется. «Тип» литья под давлением определяется тремя факторами, работающими вместе: архитектурой формы, системой материалов и методом обработки. Изменение любого из них приводит к изменению экономических показателей и возможностей.
Основные типы процесса литья под давлением
Стандартное термопластичное литье под давлением
Стандартное термопластичное литье под давлением, являющееся одним из наиболее распространенных видов литья под давлением, использует такие распространенные смолы, как АБС-пластик, поликарбонат (ПК) и другие. полипропилен Полипропилен (PP), нейлон (PA) и их смеси, такие как PC/ABS. Подходит для корпусов, кронштейнов, рамок, деталей бытовой техники, любых изделий со стенками толщиной, близкой к стандартным (около 2–4 мм для многих смол), и со средними характеристиками.
Литье пластмасс под давлением обеспечивает самую низкую себестоимость детали при больших объемах производства, самый широкий выбор материалов и отработанные технологии изготовления оснастки. Семейные пресс-формы и системы горячего литья помогают снизить количество отходов. Благодаря оптимизированной системе литников и охлаждения, время цикла сокращается, а повторяемость результатов превосходна. Обычно это первый этап, если только геометрия или характеристики не вынуждают команду перейти к специализированному процессу.
Тонкостенное литье под давлением
Литье тонкостенных изделий позволяет получать детали тоньше, чем это принято считать, часто до 0.4–0.8 мм, а иногда и меньше, в зависимости от смолы и текучести. Вспомните корпуса смартфонов, аккумуляторные батареи и бытовую электронику высокой плотности, где даже одна десятая миллиметра имеет значение.
Этот процесс характеризуется более высоким давлением впрыска, более высокой скоростью впрыска и тщательно сбалансированными литниковыми системами, которые проталкивают смолу по длинным, узким каналам потока. Для изготовления пресс-форм необходимы прочная сталь, полированные каналы потока и агрессивная вентиляция. Машины должны обладать высокой скоростью отклика и достаточным усилием смыкания для противодействия пиковому давлению в полости.
Однако у этого метода есть и свои недостатки: оснастка более сложная, а технологический диапазон уже.
Микролитье под давлением
Микроформование позволяет изготавливать детали размером от миллиграммов до граммов с микроскопическими элементами: микрофлюидные чипы, крошечные шестерни, наконечники катетеров или компоненты предметных столиков микроскопов. Размеры литниковых каналов и объемы впрыска очень малы, а контроль времени пребывания имеет решающее значение для предотвращения деградации материала.
Этот высокотехнологичный метод позволяет создавать детали размером менее 100 мкм, обеспечивать жесткие допуски и сверхточную дозировку от импульса к импульсу. Из-за сложности процесса выбор материалов смещается в сторону стабильных, подходящих для чистых помещений смол (PEEK, PEI, PP медицинского класса). Изготовление оснастки дорогостоящее и требует высокой точности. Но когда детали очень маленькие, а объемы большие, ни один другой метод не может сравниться с ним по повторяемости и стоимости за единицу.
Литье с наплавкой, вставка и многокомпонентное литье
многокомпонентное формование
Технология литья под давлением (overmolding) предполагает нанесение одного материала на другой, обычно это мягкий эластомер, наложенный на жесткую основу, как, например, цепкое покрытие на рукоятке электроинструмента. Она улучшает эргономику, герметичность, гашение ударов и эстетику без использования крепежных элементов.
Распространенные подходы:
- Двухэтапное литье под давлением: сначала формуется твердая основа, затем она помещается во вторую форму для получения мягкой оболочки.
- Литье с переформованием внутри пресс-формы: внутри одной формы, которая вращает или перемещает деталь между полостями.
Вставить молдинг
Литье с закладными элементами предполагает помещение предварительно установленного компонента, часто металлического, внутрь формованного пластика. Типичные закладные элементы включают резьбовые выступы, втулки, штампованные контакты, магниты или корпуса датчиков. Этот метод заменяет вторичную сборку и повышает прочность соединения и точность позиционирования.
Для начала технологического процесса вставки сначала загружаются вручную или с помощью автоматизации, удерживаются с помощью элементов или вакуума, а затем заполняются смолой. Инструмент должен компенсировать разницу температурного расширения, чтобы избежать растрескивания или напряжения на границе раздела пластик-металл.
Это идеальный вариант, когда детали требуют локализованной механической прочности или проводимости без полной металлической обработки, например, медицинские фитинги Люэра с металлической резьбой, автомобильные зажимы со стальными износостойкими поверхностями или разъемы со встроенными клеммами.
Двухкомпонентное и трехкомпонентное формование
Многокомпонентное литье предполагает последовательное впрыскивание двух или более материалов (или цветов) в одну и ту же ячейку и, часто, в одну и ту же форму. Поворотные плиты, механизмы обратной подачи сердечника или индексирующие системы автоматически перемещают частично сформированную деталь в следующую полость. Они обеспечивают бесшовное соединение, четкие цветовые переходы, интегрированные уплотнения, подвижные шарниры или комбинации твердых и мягких материалов без ручной обработки. Это также открывает уникальные функциональные возможности, такие как прозрачные окна, отлитые из непрозрачных материалов.
Газо-/водяной и совместный впрыск
Литье под давлением с помощью газа
При формовании с использованием газа инертный газ (обычно азот) впрыскивается после частичного заполнения полости смолой. Газ образует полые каналы вдоль более толстых участков, выталкивая расплавленный пластик к дальним концам и формируя пластиковые детали с меньшей усадкой, деформацией и весом. Однако этот метод также предъявляет некоторые уникальные требования к конструкции пресс-формы, поскольку необходимо тщательно продумать вентиляцию и газовые штифты.
Она способна производить широкий спектр изделий из пластика, включая большие ручки, рамы для телевизоров, мебельные компоненты и детали для автомобильных подкапотных пространств. формовочные детали с толстыми ребрами. Это позволяет создавать более толстые декоративные элементы без усадочных раковин и сокращает время цикла за счет удаления массы, которая в противном случае потребовала бы охлаждения.
Литье под давлением с помощью воды
Принцип тот же, но среда применения другая. При формовании с использованием воды вода впрыскивается для создания полых секций, что особенно подходит для сложных, длинных трубчатых конструкций с изгибами, таких как автомобильные дверные ручки, трубки для подачи жидкости в омыватели и трубки бытовой техники.
Этот производственный процесс известен более быстрым отводом тепла (вода быстро охлаждается), гладкими внутренними стенками и более однородным поперечным сечением полых структур по сравнению с газовым методом в определенных геометрических формах. Инструмент должен обеспечивать отвод воды, коррозионную стойкость и точный дренаж.
Совместное литье под давлением (сэндвич-формование)
Совместное литье позволяет получить структуру «оболочка-ядро»: высокоэффективная или косметическая оболочка инкапсулирует другую смолу-ядро. В качестве ядра может использоваться переработанный полимер, барьерный материал или смола с заданными свойствами (например, вспененное ядро для увеличения жесткости и веса). Этот метод является оптимальным для оптимизации стоимости материалов без ущерба для внешнего вида или контактных слоев, соответствующих нормативным требованиям. В пищевой упаковке часто используются барьерные оболочки, а в потребительских товарах под первичной оболочкой могут использоваться переработанные ядра для улучшения эстетических и эксплуатационных характеристик.
Эластомер, LSR и термореактивный/RIM
Литье под давлением жидкой силиконовой резины (LSR)
Формование LSR использует двухкомпонентные силиконовые системы платинового отверждения, которые дозируются и смешиваются на прессе, а затем впрыскиваются в литниковую систему, где они отверждаются в нагретой полости. Поскольку LSR является термореактивным эластомером, он не плавится повторно: он образует поперечные связи и сохраняет форму под воздействием тепла.
LSR обладает превосходной химической стойкостью, биосовместимостью, широким диапазоном рабочих температур и готовностью к использованию в чистых помещениях. Он подходит для таких изделий, как уплотнения и прокладки, детские товары, носимые устройства, медицинские компоненты и оптические силиконы для линз.
Литье под давлением термопластичных эластомеров/полиэтиленвинилацетатов и резины
Термопластичные эластомеры (ТПЭ) и термопластичные вулканизаты (ТПВ) ведут себя как резина, но обрабатываются на стандартных термопластичных прессах, что обеспечивает возможность вторичной переработки и литья под давлением на жесткие подложки. Они широко используются для изготовления рукояток, уплотнений, сильфонов и виброизоляторов.
Когда требуется настоящая резина, нитрил, EPDM, фторэластомеры, а также резина, отверждаемая методом литья под давлением, вулканизируются в пресс-форме. Циклы вулканизации увеличиваются, а оснастка должна обеспечивать контроль кинетики вулканизации и удаление летучих веществ. Выбор часто зависит от требований к химической и температурной стойкости.
Термореактивное и реакционное литье под давлением (RIM)
В процессе литья под давлением термореактивных смол используются смолы, которые необратимо отверждаются: фенольные смолы, эпоксидные смолы и некоторые полиэфиры. Реакционное литье под давлением (РИМ) предполагает смешивание низковязких реактивных компонентов (обычно полиуретановых систем) и их впрыскивание в форму, где они полимеризуются. Этот метод используется для изготовления больших панелей и корпусов, энергопоглощающих бамперов и конструкционных элементов со встроенными ребрами жесткости. РИМ идеально подходит для толстых, крупных деталей с низким внутренним напряжением и меньшим усилием смыкания благодаря низкой начальной вязкости.
В зависимости от свойств материалов, отходы не подлежат повторному плавлению, а температура инструмента и циклы отверждения сильно влияют на производительность. Однако для небольших партий крупных деталей технология RIM часто превосходит термопластичную оснастку по общей стоимости.
Литье под давлением порошковых материалов (MIM/CIM)
Литье под давлением металла (MIM)
Технология MIM (литье под давлением) предполагает смешивание мелкодисперсных металлических порошков с полимерным связующим для создания исходного материала, который можно использовать для литья под давлением в сложные формы. После формования детали подвергаются удалению связующего вещества и спеканию для уплотнения металла, при этом обычно достигается 95–99% от теоретической плотности.
Сильные стороны этого метода заключаются в исключительной точности обработки мелких, сложных металлических деталей, шестерен, защелок, петель, хирургических инструментов и компонентов огнестрельного оружия. Технология MIM конкурирует с обработкой на станках с ЧПУ при больших объемах производства и сложных для фрезерования геометрических формах.
Литье керамики под давлением (CIM)
Технология CIM (Custom-Information) использует ту же логику, что и MIM (Music-Information), но с применением керамических порошков, таких как диоксид циркония или оксид алюминия. Она позволяет создавать износостойкие, электроизоляционные и высокотемпературные компоненты с высокой степенью детализации, сопла, детали для стоматологических изделий и изоляторы для датчиков.
Заключение
Обширная палитра процессов литья под давлением подчеркивает фундаментальный принцип современного производства: выбирайте подходящий инструмент для конкретной задачи. Многообразие вариантов доказывает, что ни один метод не является универсально превосходящим другие; скорее, каждый представляет собой индивидуальное решение.
В конечном итоге, выбор конкретного типа литья под давлением — это стратегическое решение, выходящее за рамки простой геометрии детали. Для правильного выбора процесса производства деталей необходимо учитывать все влияющие факторы, прежде чем принимать решение. В качестве альтернативы вы можете сотрудничать с производителем и заручиться поддержкой отраслевых экспертов..
Часто задаваемые вопросы
Какие ключевые факторы, помимо стоимости самой пресс-формы, влияют на затраты в этих специализированных процессах?
Хотя изготовление оснастки является значительной первоначальной статьей расходов, текущие затраты в значительной степени зависят от самого процесса. Ключевые факторы включают в себя потери материала (отходы из литниковых каналов при стандартном литье по сравнению с отсутствием отходов при горячеканальном литье), время цикла (более длительные циклы для толстых деталей или термореактивных пластмасс), вторичные операции (удаление связующего/спекание при литье под давлением, финишная обработка деталей) и необходимый уровень автоматизации.
Можно ли объединить эти различные процессы формования в одной детали?
Да, это возможно. На самом деле, гибридные подходы — это передовые технологии в производстве. Например, деталь можно изготовить с помощью формования с газовой поддержкой, чтобы выдолбить толстый участок, а затем подвергнуть второй операции для создания микроформованных элементов. Другой пример — использование литья с закладными элементами для размещения металлического компонента, который впоследствии покрывается мягким на ощупь термопластичным эластомером (TPE). Однако это часто требует сложного планирования производства и множества производственных ячеек.
