Обзор типов процессов литья под давлением

Литье под давлением — один из наиболее развитых методов производства в современной промышленности. Количество его разновидностей постоянно растёт в соответствии с растущими потребностями производства. В этой статье мы предложим вам краткий, но точный обзор используемых в настоящее время видов литья под давлением.

Что определяет литье под давлением

Литье под давлением Это процесс подачи расплавленного материала под давлением в полость стальной или алюминиевой формы с помощью литьевой машины. После затвердевания детали она выталкивается из формы, и цикл повторяется. “Тип” литья под давлением определяется тремя факторами: архитектурой формы, системой материалов и методом обработки. Изменение любого из них изменит экономические и производственные показатели.

Основные типы процесса литья под давлением

Стандартное литье термопластов под давлением

Стандартное литье под давлением термопластов является одним из наиболее распространенных вариантов литья под давлением и использует такие распространенные смолы, как АБС, поликарбонат (ПК), полипропилен (ПП), нейлон (ПА) и смеси, такие как ПК/АБС. Подходит для корпусов, кронштейнов, рамок, деталей бытовой техники, всего, что имеет стенки, близкие к стандартным (около 2–4 мм для многих смол) и средние характеристики.

Литье пластмасс под давлением обеспечивает самую низкую себестоимость детали при массовом производстве, самый широкий выбор материалов и продуманную инструментальную оснастку. Семейные пресс-формы и горячеканальные системы способствуют снижению отходов. Благодаря оптимизированному литниковому профилированию и охлаждению время цикла сокращается, а повторяемость превосходна. Обычно это первый шаг, если геометрия или производительность не подталкивают команду к использованию специализированного процесса.

Тонкостенное литье под давлением

Тонкостенное литьё позволяет получать детали тоньше, чем обычно, часто до 0,4–0,8 мм, иногда даже меньше, в зависимости от смолы и длины потока. Вспомните корпуса смартфонов, аккумуляторы и бытовую электронику высокой плотности, где важна даже десятая доля миллиметра.

Этот процесс характеризуется более высокими давлениями и скоростями впрыска, а также тщательно сбалансированными литниковыми системами, которые проталкивают смолу по длинным и узким каналам. Для форм требуется надёжный выбор стали, полированные каналы и эффективная вентиляция. Пресс-формы должны обладать высокой скоростью отклика и достаточным усилием смыкания, чтобы противостоять пиковым давлениям в полости.

Однако здесь есть и недостатки: инструментарий сложнее, а окно процесса уже.

Микролитье под давлением

Микроформовка позволяет изготавливать детали размером от миллиграммов до граммов с микроскопическими характеристиками: микрофлюидные чипы, миниатюрные шестеренки, наконечники катетеров или компоненты предметного столика микроскопа. Размеры литников и объёмы впрыска очень малы, поэтому контроль времени пребывания критически важен для предотвращения деградации материала.

Этот высокотехнологичный прецизионный метод позволяет создавать детали размером менее 100 мкм, обеспечивая жёсткие допуски и сверхстабильное дозирование от дозы к дозе. Из-за сложности процесса выбор материалов ведётся в пользу стабильных смол, пригодных для использования в чистых помещениях (ПЭЭК, ПЭИ, ПП медицинского назначения). Инструментальная оснастка дорогая и хрупкая. Но когда детали мельчайшие, а объёмы большие, ни один другой метод не сравнится с ними по повторяемости и стоимости изготовления.

Формование поверх формовки, вставка и многокамерное формование

Формование

Многослойное формование предполагает наложение одного материала на другой, обычно мягкий эластомер, на жёсткую основу, например, на рукоятку электроинструмента, обеспечивающую сцепление. Это улучшает эргономику, герметичность, амортизацию ударов и эстетику без использования сборочных приспособлений.

Распространенные подходы:

• Двухэтапное формование: сначала формуют жесткую подложку, затем помещают ее во вторую форму для мягкого формования.
• Формование в форме: в одном инструменте, который вращает или перемещает деталь между полостями.

Вставить молдинг

Формование со вставкой подразумевает инкапсуляцию предварительно установленного компонента, часто металлического, внутрь формованного пластика. Типичные вставки включают резьбовые втулки, втулки, штампованные контакты, магниты или корпуса датчиков. Этот метод заменяет вторичную сборку и повышает прочность соединения и точность позиционирования.

Для начала процесса изготовления изделия вставки сначала загружаются вручную или автоматически, удерживаются специальными приспособлениями или вакуумом, а затем заполняются смолой. Инструмент должен выдерживать перепад температурного расширения, чтобы избежать трещин и напряжений на границе раздела пластик-металл.

Это идеальный вариант, когда детали требуется локальная механическая прочность или проводимость без изготовления ее полностью из металла, например, медицинские фитинги Луер с металлической резьбой, автомобильные зажимы со стальными поверхностями износа или разъемы со встроенными клеммами.

Двух- и трехступенчатое формование

Многоступенчатое формование предполагает последовательный впрыск двух или более материалов (или цветов) в одну и ту же ячейку и, зачастую, в одну и ту же форму. Вращающиеся плиты, механизмы возврата стержней или индексирующие системы автоматически перемещают частично отформованную деталь в следующую полость. Они обеспечивают бесшовное соединение, чёткие переходы цвета, интегрированные уплотнения, подвижные шарниры или комбинации жёсткого и мягкого без ручного вмешательства. Это также открывает уникальные функциональные возможности, такие как прозрачные окна, отформованные из непрозрачных материалов.

Газо-/водяная и совместная закачка

Литье под давлением с помощью газа

Формование с газовым сопровождением предполагает подачу инертного газа (обычно азота) после частичного заполнения полости смолой. Газ образует полые каналы вдоль более толстых участков, продвигая расплавленный пластик к дальним концам и формируя пластиковые детали с меньшими усадками, короблением и весом. Этот метод также предъявляет особые требования к конструкции пресс-формы, поскольку необходимо тщательно продумать вентиляционные отверстия и газовые штифты.

Он может производить широкий ассортимент пластиковых изделий, включая большие ручки, рамки телевизоров, мебельные компоненты и детали подкапотного пространства автомобилей. формовочные детали с толстыми ребрами. Это позволяет создавать более толстые косметические секции без утяжин и сокращает время цикла, удаляя массу, которая в противном случае потребовала бы охлаждения.

Литье под давлением с использованием воды

Похожий принцип, другая среда. Формование с использованием воды предполагает впрыск воды для создания полых секций, что особенно подходит для сложных, длинных трубчатых форм с изгибами, таких как автомобильные дверные ручки, шланги для омывателей и шланги бытовой техники.

Этот производственный процесс известен более быстрым отводом тепла (вода быстро охлаждается), гладкими внутренними стенками и более равномерным поперечным сечением полостей по сравнению с газом в определённых геометрических формах. Инструмент должен обеспечивать водоотведение, коррозионную стойкость и точный дренаж.

Совместное литье под давлением (сэндвич)

Совместное инжекторное формование создает структуру «кожа-сердцевина»: высокоэффективная или косметическая оболочка инкапсулирует другую смолу-сердечник. Сердцевина может быть изготовлена из переработанного полимера, барьерного материала или смолы с заданными свойствами (например, вспененного сердечника для увеличения соотношения жёсткости к весу). Этот метод оптимален для оптимизации затрат на материал без ущерба для внешнего вида или наличия нормативных контактных слоёв. В пищевой упаковке часто используются барьерные оболочки, а потребительские товары могут использовать переработанные ядра под первичной оболочкой для эстетики и эксплуатационных характеристик.

Эластомер, LSR и термореактивный/RIM

Литье под давлением жидкой силиконовой резины (LSR)

Для формования LSR используются двухкомпонентные силиконовые системы с платиновым отверждением, которые дозируются и смешиваются в пресс-форме, а затем впрыскиваются в холодноканальную форму, где они отверждаются в нагретой полости. Поскольку LSR — термореактивный эластомер, он не плавится: он сшивается и сохраняет форму под воздействием тепла.

LSR обладает превосходной химической стойкостью, биосовместимостью, широким диапазоном рабочих температур и подходит для использования в чистых помещениях. Он подходит для производства таких изделий, как уплотнители и прокладки, детские товары, носимые устройства, медицинские компоненты и оптические силиконы для линз.

Литье под давлением ТПЭ/ТПВ и резины

Термопластичные эластомеры (ТПЭ) и термопластичные вулканизаты (ТПВ) ведут себя как резина, но обрабатываются на стандартных термопластичных прессах, что позволяет перерабатывать их и формовать на жёстких подложках. Они широко используются для изготовления ручек, уплотнителей, сильфонов и виброизоляторов.

Когда требуется настоящая резина, нитрил, EPDM, фторэластомеры и литье резины под давлением отверждают материал в форме. Продолжительность цикла увеличивается, а оснастка должна обеспечивать кинетику отверждения и отвод летучих веществ. Выбор часто зависит от требований к химической и температурной стойкости.

Термореактивное и реакционное литье под давлением (RIM)

Термореактивные литьевые смолы перерабатывают необратимо отверждающиеся смолы: фенольные, эпоксидные и некоторые полиэфирные. Реакционно-литьевое литье (RIM) смешивает маловязкие реактивные компоненты (обычно полиуретановые системы) и впрыскивает их в форму, где они полимеризуются. Этот метод применяется для изготовления крупногабаритных панелей и корпусов, энергопоглощающих бамперов и структурных компонентов со встроенными рёбрами. RIM отлично подходит для изготовления толстых, крупногабаритных деталей с низким внутренним напряжением и меньшим усилием зажима благодаря низкой начальной вязкости.

В силу особенностей материала отходы не подлежат переплавке, а температура инструмента и циклы отверждения существенно влияют на производительность. Однако при изготовлении небольших партий крупногабаритных деталей RIM часто превосходит термопластичную оснастку по общей стоимости.

Литье порошковых материалов под давлением (MIM/CIM)

Литье металлов под давлением (MIM)

Технология MIM (MIM) представляет собой смешивание тонкодисперсных металлических порошков с полимерным связующим для получения материала, пригодного для литья под давлением в сложные формы. После формования детали подвергаются декомпозиции для удаления связующего и спеканию для уплотнения металла, обычно достигая теоретической плотности 95–99%.

Преимущества этой технологии заключаются в исключительном разрешении деталей при обработке небольших и сложных металлических деталей, таких как шестерни, защёлки, петли, хирургические инструменты и детали огнестрельного оружия. Технология MIM конкурирует с обработкой на станках с ЧПУ в условиях больших объёмов производства и сложностей с фрезерованием геометрических форм.

Керамическое литье под давлением (CIM)

Технология CIM следует той же логике, что и MIM, но с использованием керамических порошков, таких как диоксид циркония или оксид алюминия. Она позволяет создавать износостойкие, электроизоляционные и высокотемпературные компоненты с высокой степенью детализации, такие как сопла, стоматологические детали и изоляторы датчиков.

Заключение

Обширный спектр методов литья под давлением подчёркивает основополагающий принцип современного производства: выбирать правильный инструмент для конкретного случая. Существование стольких вариантов доказывает, что ни один метод не является универсальным; каждый метод представляет собой индивидуальное решение.

В конечном счёте, выбор конкретного типа литья под давлением — это стратегическое решение, выходящее за рамки просто геометрии детали. Чтобы правильно выбрать технологию производства деталей, необходимо учесть все влияющие факторы перед принятием решения. В качестве альтернативы, вы можете сотрудничать с производителем и получать помощь от промышленных экспертов.

Часто задаваемые вопросы

Каковы основные факторы, влияющие на стоимость, помимо самой формы, в этих специализированных процессах?

Хотя оснастка составляет значительную часть первоначальных затрат, текущие расходы во многом зависят от процесса. Ключевыми факторами являются отходы материала (отходы от литников при стандартном литье по сравнению с отсутствием отходов при литье с использованием горячеканальных систем), время цикла (более длительный цикл для толстых деталей или термореактивных материалов), вторичные операции (удаление связующего/спекание для PIM, финишная обработка деталей) и требуемый уровень автоматизации.

Можно ли объединить эти различные процессы формования в одной детали?

Да, можно. Гибридные подходы — это, по сути, передовая область передового производства. Например, деталь можно изготовить методом газового формования, чтобы выдолбить толстую часть, а затем подвергнуть второй операции для микроформования. Другой пример — литье со вставкой для установки металлического компонента, который затем покрывается мягким термопластичным эластомером (ТПЭ). Однако это часто требует сложного планирования производства и использования нескольких производственных ячеек.