Объяснение процесса литья пластмасс под давлением: этапы, материалы и качество

Каждый прецизионный компонент начинается с принятия решения о том, как он будет изготовлен, а для пластиковых деталей малого и среднего размера процесс литья пластмассы под давлением обычно является наиболее подходящим вариантом. В компании Suzhou Huanxin Precision Molding мы выполняем этот процесс каждый рабочий день с 2002 года, отливая все: от фиксирующих колец весом 1,5 г для тестеров качества воды до внутренних компонентов принтера весом 108 г. За два десятилетия мы поняли, что литьевое формование снаружи выглядит простым, но требует тщательного проектирования. В этом руководстве мы шаг за шагом объясняем, как работает этот процесс, делимся уроками по материалам и дизайну, которые мы передаем нашим клиентам, и показываем, почему детали так важны.

Что такое процесс литья пластмасс под давлением?

Литье пластмасс под давлением — это производственный процесс, при котором термопластичная смола плавится, впрыскивается под высоким давлением в стальную форму, охлаждается до затвердевания и выбрасывается в виде готовой детали. Пресс-форма, часто называемая инструментом, содержит полость и стержень, которые вместе образуют негативную форму детали. Когда инструмент существует, каждый цикл производит почти идентичную деталь, поэтому этот процесс доминирует в массовом производстве пластиковых компонентов.

Что делает этот процесс таким привлекательным, так это сочетание скорости, повторяемости и геометрической свободы. Ребристые конструкции, элементы защелкивания, прозрачные оптические поверхности и формованные вставки — все это можно изготовить за один этап. Для покупателей B2B экономика также привлекательна: себестоимость единицы продукции резко падает после амортизации оснастки, что делает литьевое формование идеальным для объемов производства от тысяч до миллионов штук.

Шесть стадий цикла литья под давлением

В нашем цехе мы описываем каждый цикл формования в шесть этапов:

1. Зажим: две половины формы смыкаются, а зажимной узел фиксирует их вместе. Усилие зажима, измеряемое в тоннах, должно превышать ожидаемое давление расплава, иначе форма вспыхнет.
2. Инъекция: возвратно-поступательный шнек продвигается вперед и пропускает расплавленную смолу через направляющую систему и литник в полость, заполняя примерно 90–95 процентов объема.
3. Удержание: давление упаковки поддерживается, поэтому дополнительный материал компенсирует усадку по мере охлаждения детали, что имеет решающее значение для точности размеров.
4. Охлаждение: деталь затвердевает внутри инструмента. Охлаждающие каналы в форме отводят тепло, и этот этап обычно занимает более половины общего времени цикла.
5. Открытие формы: зажим освобождается, и форма отделяется, обнажая отлитую деталь.
6. Выброс: штифты или пластины выталкивателя выталкивают готовую деталь, после чего цикл повторяется.

В зависимости от размера детали, толщины стенок и материала полный цикл может длиться от нескольких секунд до пары минут. Устойчивое соблюдение этого цикла, выстрел за выстрелом, — вот где проявляется настоящая дисциплина формования.

Внутри машины и формы

Инъекционный блок

Гранулы подаются из бункера в нагретую бочку, где вращающийся шнек транспортирует, плавит и гомогенизирует смолу за счет сочетания тепла бочки и механического сдвига. В этом случае винт действует как плунжер, впрыскивая точно дозированную дозу в закрытую форму.

Зажимной блок

Приводной или гидравлический зажимной узел удерживает форму закрытой от давления расплава и контролирует открытие и закрытие. Выбор правильного тоннажа имеет значение: слишком малое усилие вызывает вспышку, а чрезмерное усилие приводит к потере энергии и вызывает нагрузку на инструмент.

Сама форма

Инструмент – это то место, где действительно решается качество детали. Полость и стальной сердечник определяют геометрию, литники контролируют поступление расплава, каналы охлаждения регулируют время цикла и коробление, а система выброса освобождает деталь без повреждений. Решения, принимаемые во время проектирования пресс-форм для литья пластмасс, от расположения направляющих до углов уклона, отражаются на протяжении всей жизни проекта, поэтому мы рассматриваем изготовление инструментов как инженерную дисциплину, а не задачу механической обработки.

Выбор правильного материала

Выбор материала — один из первых вопросов, которые мы ведем с клиентами, поскольку смола определяет прочность, термостойкость, химическую стабильность, внешний вид и стоимость. В таблице ниже приведены смолы, которые мы обрабатываем чаще всего, и их преимущества.

Для деталей, которые должны выдерживать повторяющиеся механические нагрузки, часто ответом является армирование стекловолокном. Стеклонаполненная марка, такая как PA66-GF30, смешанная с ПТФЭ, улучшает как жесткость, так и износостойкость, поэтому мы предпочитаем этот материал для требовательных компонентов трансмиссии.

ПА66-GF30 with 15% PTFE Injection Pen Push Rod Толкатель PA66, армированный стекловолокном, модифицирован 15% PTFE для снижения трения и износостойкости. Он показывает, как усиленные самосмазывающиеся материалы обеспечивают жесткость и долговечность таких требовательных компонентов трансмиссии, как механизмы впрыскивания. Посмотреть продукт →

Принципы проектирования, которые предотвращают проблемы

Опытный партнер по формованию проверит чертеж детали задолго до того, как сталь будет разрезана. Некоторые из практик, которые мы подчеркиваем в каждом обзоре конструкции для литья:

• По возможности одинаковая толщина стенок, чтобы избежать вмятин и неравномерной усадки.
• Угол уклона составляет от одного до двух градусов, чтобы детали аккуратно выходили из полости.
• Ребра составляют примерно половину толщины прилегающей стенки, что добавляет жесткости, не проседая.
• Большие закругления углов для снижения концентрации напряжений и облегчения течения расплава.
• Реалистичные допуски, рассчитанные с учетом усадки выбранной смолы.

Последний пункт заслуживает особого внимания. Каждая смола сжимается по мере охлаждения, причем с разной скоростью, поэтому прогнозирование такого поведения отличает плавный запуск от пространственного сюрприза. В нашем руководстве по расчету усадки АБС, ПП и нейлона при литьевом формовании объясняется, как мы устанавливаем коэффициенты усадки во время проектирования пресс-формы.

Распространенные дефекты и как мы их устраняем

Даже хорошо спроектированная деталь может иметь дефекты, если условия процесса отклоняются. Чаще всего мы сталкиваемся с такими проблемами:

• Следы погружения, вызванные недостаточным давлением уплотнения или слишком толстыми секциями.
• Деформация в результате неравномерного охлаждения или несбалансированной усадки.
• Засвет из-за низкой силы зажима или изношенных разделительных поверхностей.
• Короткие кадры, когда расплав замерзает до полного заполнения полости.
• Линии сварки, где встречаются фронты потока вокруг отверстий или вставок.
• Следы ожогов из-за захваченного воздуха или слишком агрессивной скорости впрыска.

Большинство дефектов связано с тремя переменными: параметрами процесса, конструкцией формы или влажностью материала. Гигроскопичные смолы, такие как PA66 и PC, необходимо тщательно высушить перед формованием, а правильная установка обеспечивает стабильность процесса вокруг центра окна, а не по краям.

Где процесс приносит пользу во всех отраслях

Одни и те же основные принципы обслуживают совершенно разные конечные рынки, и наш собственный портфель отражает этот диапазон. В медицинских устройствах точность и чистота материала не подлежат обсуждению. Например, прозрачные компоненты ПК для эндоскопического оборудования требуют как оптической прозрачности, так и строгого контроля размеров, как показывают наши разъемы для гастроскопов.

Прозрачный инъекционный разъем ПК для медицинского гастроскопа Этот разъем для гастроскопа, отлитый под давлением из медицинского поликарбоната, сочетает в себе оптическую прозрачность и жесткие допуски на размеры. Он показывает, почему прозрачные детали ПК подходят для прецизионных медицинских устройств, требующих прозрачности, ударопрочности и гигиенических, легко очищаемых поверхностей. Посмотреть продукт →

В автомобильной промышленности такие компоненты, как корпуса двигателей с регулируемым освещением и втулки электрических стоек, должны сохранять устойчивость к вибрации и перепадам температуры. Электротехнические изделия зависят от стабильных внутренних структур, в то время как пищевое оборудование и приборы для контроля качества воды нуждаются в материалах, устойчивых к влаге, усталости и чистящим химикатам. Шестерни представляют собой классический случай: низкое трение и стабильность размеров ПОМ делают его естественным выбором для трансмиссии пищевого оборудования, которая работает в течение всего дня.

ПОМ Injection Molded Gear for Food Machinery Эта передача, изготовленная из пищевого ПОМ, отличается низким коэффициентом трения, стабильностью размеров и устойчивостью к коррозии. Это демонстрирует, почему ПОМ является естественным выбором для трансмиссий, работающих непрерывно в условиях производства продуктов питания. Посмотреть продукт →

Внедрение процесса в ваш проект

Понимание процесса литья пластмасс под давлением — первый шаг к успешной детали; второй — это выбор партнера, который каждый день живет внутри этих деталей. С 2002 года наша команда в Сучжоу проектирует и производит прецизионные формы и формованные компоненты для клиентов из медицинской, автомобильной, электротехнической и приборостроительной промышленности, и все это на одном предприятии с собственным производством инструментов. Если вы разрабатываете новый компонент или дополняете существующий, мы будем рады просмотреть ваши чертежи, порекомендовать подходящие материалы и поделиться тем, чему нас научили двадцать с лишним лет работы в прессе.