Меню

Что такое литая под давлением

Литье под давлением

Литье под давлением, называемое также инжекцией или шприцгусом – наиболее производительный метод получения высококачественных изделий из пластмасс.

Гранулы полимера размягчаются в нагревательном (инжекционном) цилиндре литьевой машины до вязкотякущего состояния, и полученный расплав впрыскивается поршнем через мундштук (форсунку) соплом, литниковый и разводящие каналы в гнезда охлаждаемой прессформы, которая после этого немного отодвигается от сопла во избежание теплообмена между ними. Расплав охлаждается в гнездах и затвердевает. Затем прессформа размыкается, и оформленное изделие выталкивается из нее.

Процесс оформления материала в изделие, получаемое с высокой степенью точности, протекает чрезвычайно быстро: один цикл – за 20-30 секунд, а в быстроходных машинах – за 3-5 секунд.

Все операции литья под давлением автоматизированы.

На литьевых машинах обычно перерабатывают термопласты.

Параметры, от которых в основном зависит качество отлитого изделия, следующие: температура расплава, температура прессформы, удельное давление инжекции (расплава) и продолжительность выдержки под давлением.

Температура расплава определяет его вязкость, плотность и во многих случаях структуру.

Кристаллические полимеры при нагревании переходят в аморфное состояние, что сопровождается их расширением, кроме того, происходит термическое расширение материала (например, полистирол при нагревании до 232 о С увеличивает объем на 9%).

Слишком высокая температура расплава может привести к деструкции полимера. Это вызывает понижение прочности изделия, а также частичное обугливание массы и газовыделение. При повышенной температуре наблюдается окисление ПЭ и некоторых других полимеров кислородом воздуха, приводящее к частичной сшивке, снижению эластичности и другим нежелательным последствиям.

При охлаждении расплава вначале остывает и сжимается его наружный слой. В связи с низкой теплопроводностью полимеров соседний слой охлаждается значительно позже. Это приводит к образованию усадочных напряжений. Следовательно, при холодных стенках прессформы величина усадочных напряжений будет больше.

Структурные изменения, происходящие при охлаждении расплава в прессформе, оказывают влияние на физико-механические свойства изделий. ПЭ, ПА и другие кристаллические полимеры в той или иной степени восстанавливают кристаллическую структуру, что сопровождается значительной усадкой. Например, плотность кристаллической фазы ПЭ равна 1, а аморфной 0,84 г/см 3 , следовательно, кристаллизация ПЭ сопровождается значительным уменьшением объема (помимо термического сжатия). Быстрое охлаждение кристаллических полимеров приводит к тому, что большая часть аморфной фазы остается незакристаллизованной.

При хранении и эксплуатации изделий может происходить самопроизвольный переход аморфной структуры в кристаллическую (например, для ПЭ наблюдалось повышение кристалличности на 6% за 1300 суток). Это сопровождается соответствующим изменением размеров и механических свойств изделий.

Наряду с усадочными напряжениями имеются ориентационные напряжения, вызванные ориентирующим действием течения на макромолекулы полимера. Слой расплава, расположенный у стенки прессформы, охлаждается и замедляет свое движение, в то время как соседний слой продолжает двигаться с большей скоростью. Взаимодействие между этими слоями приводит к распрямлению молекул и их ориентации в направлении потока. При отвердевании полимера возникают так называемые «замороженные» напряжения, величину которых можно значительно уменьшить, повышая температуру стенок прессформы и увеличивая скорость ее заполнения расплавом. На практике обычно впрыскивают расплав в слегка нагретые – чаще всего до 50-70 о С – прессформы.

Читайте также:  После парилки понижается давление

Нередко изделие подвергают отжигу: нагревают до температуры, при которой деформация еще не происходит, и затем медленно охлаждают. Отжиг до температуры более низкой, чем температура стеклования, способствует снятию или более равномерному распределению усадочных напряжений, но не влияет на ориентационные напряжения, возникающие, как известно, при температурах, средних между температурами стеклования и текучести.

Усадочные напряжения часто приводят к растрескиванию изделий, особенно при наличии арматуры, так как термический коэффициент расширения полимеров в несколько раз выше, чем металлической арматуры.

Давление, оказываемое на расплав, должно быть достаточным для того, чтобы он проталкивался внутри инжекционного цилиндра и через сопло в прессформу, а также для заполнения прессформы при требуемой текучести полимера. Излишнее давление повышает расход энергии и ускоряет износ машины и прессформы.

Величина удельного давления инжекции определяется вязкостью расплава, которая зависит от молекулярного веса и температуры. Чем меньше вязкость расплава, тем ниже удельное давление. Увеличив площади сечения литниковых и разводящих каналов и диаметр сопла, также можно уменьшить удельное давление, но в этом случае увеличивается литник.

Характер изменения вязкости полимера при повышении температуры в значительной степени зависит от структуры. Полимеры аморфной структуры, например ПС и эфироцеллюлозные этролы, сохраняют пластичность в довольно широком температурном интервале (30-40 о С и выше), тогда как полимеры с высокой степенью кристалличности, например ПЭ и многие ПА, приближаются к капельно-жидкому состоянию при узкой температурной зоне пластичности (5-7 о С). Поэтому регулирование температуры литья кристаллических полимеров должно быть более точным.

Передача тепла от нагретой стенки инжекционного цилиндра полимерам затрудняется вследствие низкой температуропроводности полимеров, значение которой (в м 2 /час) рассчитывается по формуле:

α=λ / ρс

λ – коэффициент теплопроводности, ккал/(м*ч*ºС);ρ – плотность, кг/м 3 ;с – удельная теплоемкость полимера, ккал/(кг*ºС).

Теплопроводность полимеров в десятки и сотни раз ниже теплопроводности металлов.

Теплоемкость полимеров увеличивается при нагревании, причем особенно сильно возрастает для кристаллических полимеров при их плавлении (в связи с переходом из кристаллического в аморфное состояние).

Во избежание перегревания разность температур между стенкой цилиндра и полимером обычно не больше 40-50ºС. При таком небольшом температурном напоре для прогрева массы требуется значительная поверхность теплопередачи.

Полимеры в условиях переработки литьем под давлением имеют заметную сжимаемость. Например, ПС при 230ºС и 1115 кгс/см 2 – на 1%. Следовательно, с увеличением давления масса отлитого изделия тоже увеличивается. Усадка при этом уменьшается и прочность изделия повышается. В этом случае, когда применяется повышенное давление инжекции, извлечение изделия из прессформы может быть затрудненно.

Изменение давления в прессформе за цикл литья вначале соответствует движению полимера до прессформы – избыточное давление в ней отсутствует. Далее расплав заполняет прессформу – давление увеличивается. Затем осуществляется уплотнение расплава в прессформе – давление после ее заполнения повышается за счет дополнительной подачи расплава. Затем, вследствие охлаждения происходит уменьшение объема расплава, сопровождающееся падением давления, которое компенсируется добавочной подачей расплава (выдержкой под давлением). Потом происходить частичное вытекание незатвердевшего расплава из прессформы – давление уменьшается (шнек движется назад). Затвердевший материал закупоривает литниковый канал, и вытекание прекращается. Оканчивается цикл литья отвердеванием изделия.

Читайте также:  Падение давления газа на диафрагме

С увеличением длительности рабочего шнека увеличивается степень уплотнения и уменьшается количество расплава, вытекающего из прессформы.

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

Современные технологии в литье под низким давлением

Сущность литья под низким давлением (ЛНД) как разновидности литья под регулируемым давлением заключается в том, что заполнение полости формы расплавом и затвердевание отливки происходит под действием избыточного давления воздуха или инертного газа. При этом для подъема расплава и заполнения формы требуемое избыточное давление менее 0.1 МПа, чем и объясняется использование термина «низкое давление»:

Технология ЛНД позволяет провести заполнение формы для протяженных тонкостенных отливок, в широких пределах регулировать скорость заполнения формы расплавом, изменять продолжительность заполнения отдельных участков формы отливок сложной конфигурации с переменной толщиной стенки с целью управления процессом теплообмена между расплавом и формой, добиваясь рациональной последовательности затвердевания отдельных частей отливки.

Основными преимуществами процесса ЛНД являются: автоматизация трудоемкой операции заливки формы; возможность регулирования скорости потока расплава в полости формы изменением давления в камере установки; улучшение питания отливки; снижение расхода металла на литниковую систему.

Основные недостатки: невысокая стойкость части металлопровода, погруженной в расплав, что затрудняет использование способа литья для сплавов с высокой температурой плавления; сложность системы регулирования скорости потока расплава в форме, вызванная динамическими процессами, происходящими в установке при заполнении ее камеры воздухом, нестабильностью утечек воздуха через уплотнения, понижением уровня расплава в установке по мере изготовления отливок; возможность ухудшения качества сплава при длительной выдержке в тигле установки; сложность эксплуатации и наладки установок.

Преимущества и недостатки способа определяют рациональную область его применения и перспективы использования. Литье под низким давлением наиболее широко применяют для изготовления сложных фасонных и особенно тонкостенных отливок из алюминиевых и магниевых сплавов в автомобилестроении, авиа- и космической промышленности, простых отливок из медных сплавов и сталей в серийном и массовом производстве.

Одним из лидеров в области производства отливок методом ЛНД в нашей стране является предприятие ОАО «ВМП «АВИТЕК» г. Киров — старейшее авиационное предприятие России, которое выпускает зенитные управляемые ракеты, уникальные катапультные кресла для боевых самолетов, грузоподъемные механизмы и системы для авиации, а также большой спектр товаров народного потребления и гражданской продукции. Предприятие работает по замкнутому производственному циклу, начиная с литейного и кузнечно-прессового производства и заканчивая сборкой готовых изделий и их испытанием. Сегодня гордостью предприятия является Литейно-технологический центр по изготовлению высококачественных отливок оборонного, авиационного и гражданского назначения для предприятий, входящих в состав Концерна ПВО «Алмаз-Антей» и сторонних организаций. Литейно-технологический центр оснащен самым современным программным обеспечением и оборудованием для изготовления литейных форм и заливки металла, причем весь процесс разработки технологии литья и ее реализации «в металле» завязан в единую цепочку сквозного проектирования:

Читайте также:  Ежевика полезные свойства давление

Сквозная цепочка проектирования литейной технологии, внедренная на предприятии

В центре данной цепочки стоит система автоматизированного моделирования литейных процессов (САМ ЛП) LVMFlow CV, предназначенная для проведения анализа литейной технологии и ее корректировки в кратчайшие сроки. САМ ЛП LVMFlow CV основана на методе контролируемого объема (МКО) и позволяет:

  • проследить заполнение формы металлом
  • рассчитать температурные поля отливки и формы
  • произвести расчет поля жидкой фазы
  • рассчитать поле скоростей
  • рассчитать конвективные потоки
  • рассчитать поле давлений
  • оценить возможные дефекты в отливке
  • рассчитать напряжения и деформацию отливки
  • оценить работу фильтров
  • учесть многократное использование формы
  • разработать технологию ЛПД
  • рассчитать размеры прибылей и литниковой системы
  • учесть поведение газа в полости формы при заполнении
  • прогнозировать захват воздуха в процессе заливки
  • подобрать размеры изо- и экзотермических оболочек для прибылей

Сложность и специфичность процесса ЛНД приводят к тому, что уже на этапе разработки литейной технологии инженер-литейщик сталкивается со следующими трудностями:

  • выбор оптимальной литниково-питающей системы (ЛПС)
  • выбор температуры заливки
  • выбор оптимальной скорости течения расплава
  • предотвращение колебания скоростей потока в процессе заливки
  • подбор статического давления и времени выдержки при нем по окончании заливки формы
  • предотвращение механического пригара
  • конструирование вентиляционной системы

При разработке литейной технологии классическим методом «проб и ошибок» решение технологических трудностей, описанных выше, существенно замедляет процесс освоения нового изделия и в силу специфичности способа ЛНД несет с собой большие материальные затраты. В связи с этим на предприятии была поставлена задача ускорения процесса разработки литейной технологии и выбран способ ее решения – компьютерное моделирование. Предприятием протестировано несколько программ компьютерного моделирования литейных процессов. Самым удобным инструментом для решения этой задачи является САМ ЛП LVMFlow CV, в которой специально для этого была реализована опция литья под низким давлением, позволяющая ускорить разработку оптимальной ЛПС, выбрать скорость заливки и статическое давление, подобрать температуру заливки, сконструировать вентиляционную систему формы и др.

Сущность внедренной на производстве цепочки проектирования технологии и изготовления отливок, представленной на рис. 3, состоит в следующем.

При поступлении нового заказа на литье исходным заданием является двумерный чертеж литой детали. Разработка литейной технологии начинается традиционным способом – исходя из опыта и знаний в области литейного производства, инженер-технолог разрабатывает ЛПС непосредственно на чертеже отливки, подбирает рекомендуемые технологические параметры литья и т.д. Затем, используя систему твердотельного моделирования SolidWorks, воспроизводит разработанную ЛПС в виде 3D-модели:

Имея 3D-модель отливки с ЛПС и технологические данные, необходимые для ее изготовления методом ЛНД, в САМ ЛП LVMFlow CV производится компьютерное моделирование заливки формы, затвердевания и охлаждения отливки. При этом LVMFlow CV учитывает большое количество технологических особенностей ЛНД, таких как:

  • конфигурация и емкость тигля
  • размеры металлопровода
  • параметры «разгона» (поведение расплава в металлопроводе до начала заливки)
  • конфигурация диаграммы «давление-время»
  • статическое давление и время выдержки при нем после окончания заливки

Источник

Adblock
detector