Аннотация: Литье под давлением - универсальный и эффективный производственный процесс для изготовления пластиковых деталей с высокой точностью и повторяемостью. Данное руководство содержит подробное описание основ литья под давлением, передовых технологий, принципов проектирования, выбора материалов и различных применений, служа справочником для инженеров, дизайнеров и производителей.
1. Введение в литье под давлением
Литье под давлением - это производственный процесс, в основном используемый для массового производства идентичных пластиковых деталей с жесткими допусками. Он включает в себя впрыск расплавленного пластического материала в полость формы, где он охлаждается и затвердевает в конечном продукте. Процесс характеризуется высокой скоростью производства, отличной точностью размеров и способностью производить сложные геометрические формы, что делает его одним из наиболее широко используемых методов изготовления пластиковых компонентов в различных отраслях, от потребительской электроники до аэрокосмической.
Основные компоненты системы литья под давлением включают впрыскивающий узел (который пластифицирует и впрыскивает материал), зажимной узел (который удерживает и открывает форму) и саму форму (прецизионный инструмент, определяющий форму детали). История литья под давлением восходит к 1872 году, когда Джон и Исайя Хайат запатентовали первую машину для литья под давлением с плунжером, со значительными достижениями, включая винтовую литьевую машину Джеймса Уотсона Хендри в 1946 году и литье под давлением с газовой поддержкой в 1970-х годах.
2. Процесс литья под давлением: шаг за шагом
Стандартный цикл литья под давлением состоит из шести основных этапов:
- Зажим: Две половины формы надежно закрываются и удерживаются вместе зажимным устройством. Усилие зажима должно быть достаточным, чтобы противостоять высокому давлению впрыска.
- Впрыск: Пластический материал, обычно в виде гранул, подается из бункера в нагретый цилиндр. Возвратно-поступательный шнек транспортирует, плавит и гомогенизирует пластик. Затем расплавленный пластик впрыскивается в полость формы под высоким давлением.
- Выдержка/Упаковка: После заполнения полости давление поддерживается для упаковки дополнительного материала в форму, чтобы компенсировать объемную усадку при охлаждении детали.
- Охлаждение: Деталь остается в форме для затвердевания. Время охлаждения составляет значительную часть общего времени цикла и зависит от толщины детали и свойств материала.
- Открытие формы: Как только деталь становится достаточно жесткой, зажимное устройство открывает форму.
- Выталкивание: Готовая деталь выталкивается из формы с помощью штифтов, гильз или выталкивающих пластин. Затем цикл повторяется.
Основные параметры процесса:
- Температура: Включает температуру цилиндра (для плавления), температуру сопла и температуру формы (критически важна для потока и охлаждения).
- Давление: Давление впрыска преодолевает сопротивление потоку для заполнения полости, в то время как давление выдержки компенсирует усадку. Обратное давление на шнек улучшает гомогенизацию расплава.
- Время: Включает время впрыска, время выдержки и время охлаждения. Общее время цикла напрямую влияет на эффективность производства.
3. Передовые технологии литья под давлением
По мере развития производственных требований было разработано несколько передовых технологий:
Микро-литье под давлением: Используется для производства очень маленьких, высокоточных деталей для медицинских устройств и микроэлектроники. Требует чрезвычайно точного контроля дозирования (до уровня миллиграммов) и температуры (±0,5°C для цилиндра).
Декорирование в форме (IMD): Семейство технологий, которые интегрируют декорирование в процесс формования. Основные варианты включают:
- IML (In-Mold Labeling): Предварительно декорированная пленка помещается в форму перед впрыском, в результате чего получается деталь с прочным, интегрированным покрытием поверхности.
- IMR (In-Mold Release): Декорирование переносится с пленки-носителя на деталь во время формования, при этом пленка-носитель автоматически выводится и наматывается.
Реакционное литье под давлением (RIM): Использует два или более низковязких жидких реагента (например, полиуретан), которые смешиваются и впрыскиваются в форму, где они реагируют и отверждаются. RIM подходит для больших деталей (например, автомобильных бамперов) и требует более низкого давления и усилия зажима по сравнению с обычным литьем под давлением.
Литье под давлением с газовой поддержкой: Включает впрыск инертного газа в полость формы для выталкивания материала в полые секции детали. Это создает полые, жесткие детали с уменьшенным весом и следами усадки.
Прецизионное литье под давлением: Направлено на достижение очень высокой точности размеров, часто в пределах от 0,01 мм до 0,001 мм. Требует специализированных прессов, высококачественных форм и инженерных материалов, таких как PPS, PPA и LCP.
| Технология | Основной принцип | Основные преимущества | Области применения |
| Микро-литье | Формование микромасштабных деталей | Высокая точность, подходит для крошечных компонентов | Микронасосы, медицинские устройства, оптические линзы |
| IMD/IML | Декорирование во время формования | Прочные поверхности, отсутствие последующей обработки, эстетика | Автомобильные панели, корпуса приборов, отделка телефонов |
| Реакционное (RIM) | Химическое отверждение в форме | Большие детали, низкое усилие зажима, гибкие выходы | Автомобильные бамперы, мебель, медицинское оборудование |
| С газовой поддержкой | Внутреннее давление газа | Уменьшенный вес и деформация, полые секции | Ручки, мебель, большие корпуса |
4. Важные соображения при проектировании для литья под давлением
Успешный дизайн детали имеет решающее значение для технологичности, экономической эффективности и производительности.
Толщина стенок: Равномерная толщина стенок имеет решающее значение для предотвращения дефектов, таких как следы усадки, деформация и внутренние напряжения. Следует избегать резких изменений толщины.
- Углы наклона: Конусность должна применяться к поверхностям, перпендикулярным направлению открытия формы, чтобы облегчить легкое выталкивание детали. Обычно рекомендуется минимум 1°.
- Ребра и косынки: Используются для увеличения жесткости и прочности детали без увеличения толщины стенок. Правильная конструкция ребер (обычно 50-70% от толщины основной стенки) необходима для предотвращения следов усадки.
- Галтели и радиусы: Закругленные углы уменьшают концентрацию напряжений, улучшают поток материала и повышают прочность формы.
- Боссы: Используются для сборочных элементов, таких как крепления для винтов. Они должны быть спроектированы с достаточной поддержкой ребер и правильной корреляцией с геометрией сердечника, чтобы предотвратить просадку и другие проблемы.
- Конструкция литника: Литник - это канал, через который расплавленный пластик попадает в полость. Его расположение и тип (например, краевой, туннельный, точечный) существенно влияют на внешний вид, прочность и деформацию детали.
- Поднутрения: Элементы, которые препятствуют выталкиванию детали. Они требуют сложных и дорогостоящих компонентов формы, таких как боковые действия, подъемники или складные сердечники.
5. Выбор материала для литья под давлением
Может использоваться широкий спектр материалов, каждый из которых обладает различными свойствами:
Термопласты: Наиболее распространены для литья под давлением. Они размягчаются при нагревании и затвердевают при охлаждении, что позволяет перерабатывать и переформовывать. Примеры включают:
- Полипропилен (PP): Универсальный, химически стойкий, с хорошей устойчивостью к усталости.
- Акрилонитрилбутадиенстирол (ABS): Прочный, ударопрочный, с хорошими механическими свойствами.
- Поликарбонат (PC): Высокая ударопрочность, прозрачность и термостойкость.
- Нейлон (PA): Высокая прочность, износостойкость и хорошие механические свойства.
- Полиоксиметилен (POM): Высокая жесткость, низкое трение и отличная стабильность размеров.
Термореактивные полимеры: Подвергаются необратимой химической реакции во время отверждения (например, в RIM). Они не плавятся при повторном нагревании. Примеры включают эпоксидные и фенольные смолы.
Эластомеры: Используются для производства гибких резиноподобных деталей.
Добавки: Материалы часто компаундируются с добавками, такими как стеклянные или углеродные волокна для армирования, антипирены, стабилизаторы и красители.
6. Применение в различных отраслях
Универсальность литья под давлением делает его применимым во многих секторах:
- Автомобилестроение: Компоненты, начиная от внутренней отделки, приборных панелей и кнопок до деталей под капотом и корпусов освещения.
- Потребительская электроника: Корпуса для телефонов и ноутбуков, кнопки, разъемы и внутренние компоненты. Прецизионное формование имеет решающее значение для таких компонентов, как оптические линзы и конструктивные детали.
- Медицина и здравоохранение: Шприцы, компоненты для внутривенного введения, хирургические инструменты, корпуса имплантируемых устройств и микрофлюидные устройства. Стерилизуемость и биосовместимость являются ключевыми требованиями.
- Упаковка: Крышки для бутылок, контейнеры и укупорки, часто производимые в очень больших объемах.
- Аэрокосмическая промышленность: Используется как для внутренних, так и для внешних компонентов, которые требуют высокого соотношения прочности к весу и могут выдерживать суровые условия окружающей среды.
