Специальные методы литья пластмасс

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА-КАИ

Филиал «Восток»

Кафедра приборостроения

Реферат

по дисциплине «Технология приборостроения»

«Специальные методы литья пластмасс»

Выполнила:

ст. гр. 21301 Алексеева А.Г.

Проверила:

ст. пр. Туктарова В.В.

г. Чистополь, 2016

Введение

Литье пластмасс представляет собой ряд специальных работ, в процессе которых производятся изделия полимерного состава. Данные работы основаны на том, что в специальные формовочные изделия производится впрыскивание расплавленного полимерного вещества. Расплавление полимерного материала производится посредством воздействий сил высокого давления. Далее форма с полимерным материалом подвергается процессу охлаждения. После чего изделие вынимается из формы и его можно считать готовым.

На сегодняшний день такой способ получения полимерных изделий является наиболее распространенным, ввиду его несложности и небольших временных затрат. Однако для производства пластмассовых изделий, таким образом, требуется наличие специального устройства, которое именуется термопластавтоматом. Оснащение таким оборудованием, как правило, производится при достаточно больших, можно даже предположить промышленных масштабах поставляемой продукции, в противном случае, при малых масштабах поставляемых полимерных продуктов, использование такого оборудования будет довольно дорогостоящим. Поэтому производственный процесс литья пластмасс должен быть крупносерийным.

1. История литья пластмасс

Современные пластмассы, как мы их знаем сегодня, берут свое начало с конца 19 века, когда многие европейские и американские химики экспериментировали с различными типами резины и остатков химических смесей.

В 1865 году Джон У. Хаятт запатентовал процесс объединения нитрат целлюлозы и камфоры, полученный состав он назвал "целлулоид", который был использован в качестве материала для замены слоновой кости в производстве бильярдных шаров. Целлулоид широко использовался для производства фотопленки и кинопленки.

Первый формовочный материал был изобретен в 1907 году Лео Хендрик Baekeland, которым был фенольный материал, он назвал его "Бакелит". Бакелит был универсальный и прочный материал, который использоваться для изготовления бытовой, промышленной и военной продукции.

На протяжении 20-го века были разработаны многие новые пластиковые материалы в том числе: вискоза в 1891 году; целлофан в 1913 году; нейлон в 1920; поливинилхлорид (ПВХ) в 1933; тефлон в 1938 году; полиэтилен в 1933 году.

С 1950-х годов, производство пластмасс переросло в крупную отрасль переживающую бурный рост, который не спадает до сих пор. Сегодня с постоянным развитием промышленности, появились всевозможные модификации и новые пластические материалы.

Существует два основных вида пластмасс: Термопластичные и Термореактивные материалы.

Оригинальное литьё пластмасс остаётся в целом неизменным вплоть с 1946 года, когда вторая мировая война создала огромный спрос на недорогие, изделия массового производства. Джеймс Хендри построил первую винтовую (шнековую) машину литья под давлением и совершил революцию в индустрии пластмасс. Сегодня, примерно 95% всех формовочных машин использовать винты (шнеки) для эффективного обогрева и смешивания, и впрыскивания пластмассы в форму.

2. Литье пластмасс с газом

Литье с газом - подходящий способ изготовления толстостенных изделий из пластмасс. При литье крупногабаритных изделий, таких как бамперы и панели приборов автомобилей, корпуса телевизоров, мониторов, литье пластмасс с газом позволяет получать высококачественные детали, применяя меньшие усилия смыкания термопластавтоматов. При литье с газом, как правило, используют стандатные литьевые машины, что и является секретом популярности данной технологии. Литье с газом позволяет использовать ТПА с небольшим усилием смыкания, что приводит к отличным экономическим результатам при литье больших изделий.

Обычно, при литье под давлением, уплотнение полимера в прессформе происходит за счет давления, создаваемого на стадии выдержки полимерного материала под давлением в гидроцилиндре узла впрыска термопластавтомата. Если изделие толстостенное, то зачастую на утолщениях - в конструкционных узлах изделия, например, напротив ребер жесткости или закраин, появляются утяжины. Неравномерное уплотнение полимера приводит к неравномерности усадочных процессов, а, следовательно, к короблению готового продукта и вызывает повышенные остаточные напряжения.

В случае применения литья пластмасс с газом, уплотнение полимера достигается главным образом не за счет за счет давления выдержки, а за счет давления газа (50-200 атм). В качестве газа чаще всего используют азот, который относительно дешев и доступен. Кроме того, азот инертен к большинству химических соединений. Газ в формообразующую полость прессформы поступает либо из баллонов, либо из генераторов азота. Технология литья пластмасс с газом помогает производить изделия с высокой стабильностью размеров, хорошим качеством поверхности, минимумом утяжин и короблений, и все это при значительной экономии полимерного материала.

Главным образом, существуют две разновидности технологий литья с газом.

1) Технологии, в которых газ подается в расплавленный полимер и формирует полости внутри расплава (международное название - GAIM или GAM).

2) Технологии, в которых газ подается в полость формы для получения стороннего давления на отливку (международное название - external gas molding).

Оба варианта имеются свои области применения, но почти всегда могут быть применены на одном и том же оборудовании.

В свою очередь, технологии с подачей газа в расплав полимера (первый тип) подразделяются на несколько разновидностей, которые могут быть классифицированы по особенностям проведения технологического процесса, по месту подачи газа, по типам получаемых изделий:

1. Литье пластмасс с газом, используя неполный впрыск материала - (международное название - blow up process, short shut process);

2. Литье пластмасс с газом с полным впрыском полимерного материала - полное заполнение формообразующей полости полимером перед подачей газа (международное название - overflow process/side cavity process/spill-over process);

3. Литье пластмасс с газом с полным впрыском с последующим вытеснением расплава обратно в цилиндр литьевой машины (международное название - push back process);

4. Литье пластмасс с газом, используя точечный впрыск газа в некоторые области изделия для избегания утяжин (международное название - compensation process);

5. Литье пластмасс с газом со смещением знаков прессформы (международное название - core-pull process).

Принцип второго типа технологии литья с газом заключается в том, что после впрыска пластика в полость формы подается газ. В остальном литье производится в обычном режиме. Газ в этом случае подается между стороной изделия, противоположной лицевой и стенкой прессформы. Данная технология также позволяет получить хорошую лицевую поверхность изделия, однако в этом случае страдает поверхность обратной стороны изделия, со стороны которой действует давление газа, которая получается неровной. Кроме того, в этом случае существуют высокие требования к качеству обработки смыкаемых поверхностей полуформ, которые должны точно прилегать друг к другу для избегания утечек газа.

3. Литье с водяным паром

В процессе данного вида литья при каждом цикле подают перегретый водяной пар в каналы пресс-формы. В горячую пресс-форму происходит впрыскивание расплавленного пластика, затем в эти каналы происходит подача охлаждающей жидкости.

Данный метод литья пластмасс очень популярен, так как в результате получается более качественная поверхность изделия (идеально гладкая, глянцевая и без линий спая), хотя и увеличивается время цикла литья.

4. Многокомпонентное литье

Многокомпонентное литье представляет собой процесс литья под давлением изделий сочетающих разные виды ПМ или один и тот же ПМ разных цветов.

Многокомпонентное литье похоже на многослойное литье, но имеет существенные отличия. Например, при многослойном литье впрыск различных материалов осуществляется в одну стадию, в одну форму и получаемое изделие имеет слоистую структуру. При многокомпонентном литье под давлением впрыск различных материалов осуществляется на различных стадиях, в матрицы различной геометрии. В частности, сначала отливается внутренняя часть изделия (вставка), а затем она переносится в другую форму, где на нее отливают второй материал.

Наиболее дешевым вариантом, с точки зрения капиталовложений в оснастку, является так называемое «псевдо-многокомпонентное» литье. Этот метод может применяться даже при небольшой серийности изделий. Суть его в том, что деталь отливается в два или более (в зависимости от количества компонентов) приема. Сначала отливается часть детали, которая имеет один цвет или материал, затем эта часть служит в качестве армирующей детали при отливке части другого цвета или материала в другой пресс-форме и т.д. При этом нет необходимости делать дорогостоящую оснастку и использовать дорогостоящий ТПА, оборудованный двумя и более материальными цилиндрами. Этим нехитрым приемом пользовались, например, еще в доперестроечные времена при выпуске заводом «Гидромаш» (г. Нижний Новгород) блестящих пластмассовых головок автосифонов из сополимера МСН черного цвета, с использованием закладной детали из пластика АБС белого цвета, изолирующей проходящую через головку газированную воду от соприкосновения с черной пластмассой, не допускающейся органами санэпиднадзора к контакту с пищевыми продуктами.

Задачей же многокомпонентного литья в чистом виде является автоматическое производство изделий из более, чем одного, полимерного компонента в рамках одного рабочего цикла. В данном процессе каждый цвет или компонент четко разграничен друг от друга; последующий компонент впрыскивается поверх предыдущего, как это имеет место, например, в случае изготовления автомобильной оптики или рамочных компонентов с интегрированными элементами индикации.

Световая панель автомобиля, полученная методом трехкомпонентного литья:

Соединение материалов может быть механическое, термическое или химическое.

Осуществление способа многокомпонентного литья производится с помощью литьевых машин с двумя или более материальными цилиндрами пластикации, скомпонованными различными способами на одном ТПА и с использованием пресс-форм различной конструкции (с перемещающимися частями, подвижными знаками, поворотными устройствами и т.д.). Зачастую для перемещения полуфабрикатов деталей внутри пресс-формы используют робототехнологические комплексы (РТК).

ТПА для двухкомпонентного литья помимо основного узла впрыска, расположенного горизонтально и осуществляющего впрыск через неподвижную плиту, предусматривает ещё один узел впрыска. Как правило, последний монтируется вертикально над узлом смыкания для впрыска в линию разъёма пресс-формы. Вертикальный узел впрыска обычно крепится непосредственно на колоннах ТПА посредством специального блока. На больших машинах для этой цели используется специальный регулируемый направляющий рельс. Это упрощает процедуру съёма узла впрыска при смене пресс-формы.

Для некоторых задач также применяется горизонтальное расположение второго узла впрыска, установленного перпендикулярно главному.

Варианты размещения дополнительных узлов впрыска при многократном литье:

литье пластмасса процесс

В случае трёхкомпонентного литья первый, или главный, узел располагается горизонтально и впрыскивает расплав через неподвижную плиту, второй узел впрыска монтируется вертикально, подобно рассмотренному выше случаю с двухкомпонентным литьём и впрыскивает расплав в линию разъёма формы, третий фиксируется горизонтально, под прямым углом к главному узлу пластикации.

В машине, предназначенной для четырёхкомпонентного литья, добавляется еще один узел пластикации, располагаемый параллельно главному, который также впрыскивает расплав в пресс-форму через неподвижную плиту.

Таким образом, многокомпонентное (многоцветное) литьё может предусматривать два, три или четыре компонента. С увеличением числа компонентов значительно увеличивается сложность конструкции пресс-формы. Для сложных конфигураций стыковки компонентов часто используют пресс-формы с поворотными модулями.

5. Литье с водой

Литье с водой представляет собой процесс, аналогичный литью с газом. Техническое оснащение водоинжекционного способа литья аналогично газоинжекционному и представляет собой комбинацию стандартного литьевого оборудования с устройством для подачи воды под высоким давлением (300 бар). Как и газ, вода используется для создания внутреннего давления, которое вызывает образование полого пространства внутри отливки и препятствует возникновению поверхностных дефектов из-за усадки при охлаждении. Для реализации технологии требуется холодильное оборудование для охлаждения воды.

Водоинжекционная технология обладает даже рядом преимуществ перед газоинжекционной: сокращением продолжительности технологического цикла, обеспечением большей равнотолщинности стенок изделий и гладкости их внутренней поверхности, возможностью получения изделий с каналами большой площади сечения. Одним из первых опытов внедрения литья с водой стало производство концерном Lanxes трубок водяного охлаждения из специально разработанного для этого случая легкотекучего полиамида-66 Durethan DP AKV 30X HR EF. Если газоинжекционное литье используется для изготовления изделий меньшего объема или в случаях, когда необходимо обеспечить хорошее качество поверхности, водоинжекционный способ литья применяется для изделий большего диаметра и, кроме того, он способствует уменьшению времени охлаждения благодаря более высокой удельной теплоемкости, чем у газов.

Как и в случае литья с газом, литье с водой применяется не столько для компенсации усадки, но в основном для создания внутренней полости в отливке. Так, например, с помощью водоинжекционного литья могут быть изготовлены изделия с распределительными транспортирующими полостями, которые нельзя было бы создать по какой-либо другой технологии. Оба метода позволяют также уменьшить толщину стенки отливки и сократить благодаря этому время охлаждения. И оба метода являются решением задачи для изделий, которые в противном случае должны были бы изготавливаться как многокомпонентные, а следовательно их изготовление потребовало бы повышенных затрат при производстве на проектирование и изготовление пресс-формы.

6. Литье с декорированием в формате (IMD)

Технология IMD предоставляет уникальные возможности для проектирования новых изделий, так как процесс «декорирования» не только вносит определенный художественный стиль, но и может стать структурной частью изделия, придавая жесткость конструкции, маскируя технологические элементы. Кроме того, технология позволяет провести легкий рестайлинг всего лишь сменив один носитель на другой и, как правило, необходимости в переоборудовании производства нет.

IMD применяется при изготовлении детских игрушек, спортивных товаров, теле- и видеопродукции, корпусов мобильных телефонов, автомобилестроении. В ходе процесса носитель информации (или аппликация) помещается в открытую полость литьевой пресс-формы, чаще матрицу, и уже там проводится в желательное положении вакуумными (или электрическими) суппортами. Затем следует этап закрытия пресс-формы и впрыск полимера в формообразующую полость. Надежность соединения обеспечивается тем, что носитель «вплавляется» в кристаллизующееся изделие и становится его неотъемлемой частью. Любой другой метод менее надежен и не так долговечен, поскольку работает с уже охлажденной пластиковой поверхностью детали. Именно поэтому использование IMD плёнок целесообразнее, чем применение, например, самоклеящихся, так как носитель, который стал частью изделия, уже невозможно отделить, не разрушив последнее.

Использование технологии IMD позволяет не просто улучшить внешний вид изделия, но и добиться экономического эффекта, вызванного сведением к минимуму доли ручного труда за счет применения автоматизированных линий. Это снижает количество брака, практически исключает производственные ошибки и простои, а также существенно увеличивает выход готового изделия. По мимо этого метод подразумевает полный отказ от вторичных ручных операций по оформлению, вносящих существенный вклад в стоимость производства деталей: ручной росписи, тампопечати или шелкографии.

Плюсы IMD технологии:

1. Экологически чистое производство, отсутствие вредных выбросов.

2. Возможность высокоточного воспроизведения эффекта «живого» металла, блеска жемчуга, блеска матового стекла, деревянного зерна и т. д.

3. Поверхность, покрытая по технологии IMD, стойка к царапинам, трению, UV-излучению, или по желанию заказчика, к другим агрессивным средам.

4. При массовом производстве достигается более низкая стоимость продукции.

7. Двухцветное литье пластмасс

Двухцветное и двухкомпонентное литье выполняют с помощью следующих технологий:

· Литье с поворотной формой

Технология литья двухкомпонентных деталей, при которой после формования одного из двух элементов детали и раскрытия пресс-формы подвижная полуформа поворачивается на 180° относительно горизонтальной оси таким образом, что при последующем закрытии пресс-формы элемент закладывается в оформляющее гнездо для формования второго элемента и соответственно двухкомпонентной детали. При таком подходе отпадает необходимость извлечения элемента детали из одного гнезда и закладки в другое.

При изготовлении двухкомпонентного изделия с применением поворотной пресс-формы сначала с помощью впрыска одного узла пластикации отливается заготовка одного цвета. Одновременно данному процессу второй узел впрыска заливает другим цветом заготовку, полученную во время предыдущего цикла. При размыкании пресс-формы литники обеих отливок выталкиваются вместе с готовым двухкомпонентным изделием. Первая заготовка при этом остаётся на оправке. После этого осуществляется поворот плиты вращения на 180°. Первая заготовка теперь находится в позиции ее заливки другим цветом; освободившаяся ячейка заготовки готова к впрыску первого компонента. После впрыска обоих компонентов происходит раскрытие пресс-формы и поворот плиты на 180° - процедура циклично повторяется.

Поворотный механизм может быть, как частью пресс-формы, так и поворотным устройством, установленным на ТПА. Устройства в зависимости от исполнения могут быть с чередующимся поворотом на 90°, 120°, 180°, или с непрерывным вращением. В конструкции пресс-формы может быть предусмотрено приведение в движение также и внутренних плит.

· Литье с переносом детали роботом

Метод основан на передаче с помощью робота-манипулятора предварительно отлитого полуфабриката в другое гнездо этой же пресс-формы или в другую пресс-форму. Во втором случае применяются два ТПА для однокомпонентного литья. При этом методе важно обеспечить строгое соответствие размеров и конфигурации полуфабриката и второго гнезда пресс-формы.

· Литье с подвижным знаком

Технология литья двухкомпонентных деталей, при которой получение двухкомпонентных изделий обеспечивается с помощью подвижного знака.

Метод предусматривает двухэтапную заливку гнезда пресс-формы. После отвердевания части изделия, залитой первой, полость для материала другого цвета образуется на второй стадии литья при выводе из отливки подвижного знака, ранее перекрывавшего доступ расплава к этому месту. Однако таким способом можно получить детали не любой формы.

8. Литье со сборкой в формате (IMA)

Сборка внутри прессформы в процессе формования - один из самых современных и прогрессивных способов изготовления многокомпонентных изделий из пластмасс.

Сборка отдельных компонентов прямо в пресс-форме за счет сопрягающей клепки, сварки и совместного формования дает возможность исключить вторичные технологические операции, производимые вне формы после окончания процесса литья этих компонентов.

Сборка внутри формы позволяет производство изделий даже с подвижными элементами за счет формования сопряжений из эластичных материалов или применения несовместимых материалов. В этом случае задачей является впрыск одного материала рядом с другим так, чтобы они не прилипали друг к другу.

Технология сборки в прессформе с передвигающейся матрицей позволяет также изготовление полых изделий, традиционно получающихся в процессе формования с раздувом. Суть этой технологии заключается в формовании двух половин полого продукта за один впрыск. Затем гидравлический ползун перемещает одно из гнезд пресс-формы в положение напротив соответствующей сопрягаемой детали. Пресс-форма закрывается, и производится второй впрыск для герметизации границы соединения.

Технология IMA обычно требует большого объема партии, поскольку стоимость производства оснастки может быть на 30-70% больше, чем при использовании стандартных пресс-форм.

9. Технология горячеканального литья

Благодаря целому ряду технологических и экономических преимуществ горячеканальные системы (ГКС) получили широкое применение для литья пластиковых деталей под давлением. Основная особенность технологии горячеканального литья заключается в том, что расплав полимера из термопластического автомата транспортируется в полость пресс-формы при заданной температуре, которая поддерживается в течении, как минимум, одного литьевого цикла.

Рабочая температура расплава в каналах ГКС обеспечивается электрическими нагревателями, управляют заданными тепловыми параметрами контроллеры (регуляторы), принимающие информацию от специальных датчиков (термопар), расположенных в различных точках системы.

Если сравнивать с холодноканальными системами, в каналах которых полимерный материал затвердевает и выталкивается вместе с отформованным изделием, то в ГКС расплав постоянно находится в текучем состоянии и не образует литника (застывшего в канале пластика). Именно поэтому горячеканальную систему ещё называют «безлитниковой». Подогрев литниковых каналов позволяет транспортировать текучую массу к точкам впрыска практически независимо от его длины и сечения, что обеспечивает равномерное (и одновременное) заполнение всех полостей оснастки практически любой сложности, в том числе крупногабаритной и многогнёздной.

Преимущества и недостатки ГКС

Применение безлитниковых систем даёт ряд преимуществ, недоступных при традиционном, холодном, литье.

§ Они снижают себестоимость готового изделия и повышают рентабельность производства в целом.

§ Сокращается длительность цикла, из-за уменьшения времени охлаждения детали - не требуется ждать, когда застынет ещё и литник.

§ Литник не нужно удалять из формы, отрезать от изделия, перерабатывать, хранить.

§ Требуется меньшее количество материала, так как он не расходуется на литники. Соответственно, можно использовать менее производительную (по объёму впрыска, количеству приготовления расплава, давлению), не такую дорогую машину.

§ Необходимо меньшее усилие на запирание пресс-формы (из-за меньшей площади соединяемых частей - плоскости разъёма).

§ Не требуется дополнительное охлаждение литников.

§ Нет существенных потерь давления. Оно может быть ниже как на впуске, так и при выдержке.

§ Снижаются остаточные напряжения в изделии, уменьшается размер и количество утяжек.

§ Возможно изготовления сложных деталей в габаритных, многоэтажных и многоместных формах. Доступны особые варианты литья (каскадное, «сэндвич», вспененное, многоцветное…).

§ Значительно улучшается качество и эксплуатационные характеристики готового изделия - снижается и стабилизируется вес, увеличивается прочность. Можно уменьшить толщину стенок. Остаются лишь незначительные следы от питателя, так как нет необходимости отделять от детали застывшие отходы, как при холодном литье.

У ГКС есть некоторые недостатки, которые, между тем, нивелируются при больших объёмах производства.

§ Пресс-форма для горячеканального литья намного сложнее, чем для холодных каналов, и несколько дороже. Во-первых, из-за наличия термических элементов, технологичных систем контроля температуры, дополнительных деталей. Второе, применяются особые (по теплопроводности), стойкие материалы и специальные покрытия деталей. Третье, конструирование и производство литьевого блока должно быть очень точным, особенно это касается пресс-формы.

§ Повышается энергопотребление (если не учитывать расходы на переработку литников традиционных систем).

§ Требуется более тщательное и квалифицированное обслуживание элементов системы.

§ При неполадках имеется опасность термического разложения материала.

§ После остановки работы системы, для возобновления процесса необходимо некоторое время.

§ Требуется фильтрация расплава, либо использование только первичного качественного сырья.

Заключение

В заключении отметим, что все большее применение находит метод литья с водяным паром. Этот метод популярен из-за того, что он обеспечивает значительно более качественную поверхность изделия.

Остальные же методы литья пластмасс могут быть менее долговременными, но и менее качественными.

Список литературы

1. http://plastikkorpus.ru/moulding

2. Беккер М.Б., Заславский М.Л. «Литьё под давлением»

3. Калинчев «Справочное пособие для эффективного литья пластмасс под давлением»

4. http://uas.su/books/spesialmethodsforcasting/1/razdel1.php

Размещено на Allbest.ru