Виды литья металлов и сплавов

Характеристика станков для литья

Для выбора оптимально производственного оборудование следуют ознакомиться со следующими характеристиками ТПА:

  • Сила, с которой материальный цилиндр смыкается с формой для литья. Она измеряется в килоньютонах.
  • Максимальный объем впрыска. Несмотря на название, это масса, так как измеряется он в граммах. Чем он больше, тем большее количество форм может обслуживать аппарат.
  • Давление, которое создает пластикатор при впрыске материала в литьевую форму.
  • Максимальный размер используемой пресс-формы.

Приведенные характеристики находятся в зависимости друг от друга, часто производитель указывает лишь силу действия материального цилиндра. Для полного сравнения аппаратов между собой этого, конечно же, недостаточно.

Даже не обладая глубокими познаниями в экономической теории можно указать, что полное время цикла имеет огромное значение. Чем оно меньше, тем большее количество изделий можно изготовить за тот же период времени. Время складывается из четырех составляющих:

  • пластикация материала;
  • время впрыска;
  • время воздействия давления и охлаждения изделия.

Время плавления сырья зависит от его типа и варьируется в нешироких пределах, оно практически не влияет на изменение общего времени цикла. Длительность впрыска и воздействия давлением зависит от общего объема литейной формы и устройства литниковой системы. Наибольший вклад в общую продолжительность производства приходится на время охлаждения. Оно, к сожалению, больше зависит от характеристик формы, чем сложнее деталь, тем дольше она будет отдавать тепло.

Литьевые формы для термопластавтомата

Пресс-формы для литья пластмасс обычно состоят из двух частей, которые смыкаются в одну форму. Одна половина литьевой формы четко фиксируется на неподвижной плите термопластавтомата, эта часть пресс-формы называется матрицей. Вторая часть крепится на подвижной детали литьевой машины, данная часть пресс-формы называется пуансоном.

Когда форма находится в сомкнутом положении, полость между половинами имеет форму готового изделия, которое на ней будет изготавливаться. Эта полость имеет название оформляющей полостью формовки. Расплавленный полимерный материал подается на литейную форму по литниковым каналам, совокупность таких каналов называют литниковой системой. Если для формования изделия используется всего один литниковый канал большого размера, то при обрезке или отламывании его от готового изделия остается след. В конструкцию пресс-формы для литья также входит автоматический выталкиватель, газоотводящие каналы и система нагрева с патронными или спиральными нагревателями.

Параметры впрыска полимерного материала при ЛпД

Давление, развиваемое при впрыске ТПА, зависит от нескольких параметров:

  • вязкости расплавленного полимера,
  • особенностей литниковой системы, в частности наличия холодного или горячего канала,
  • конструкции прессформы,
  • конструкции пластикового изделия и места впуска расплава.

Давление в прессформе при впрыске расплавленной полимерной массы растет по мере заполнения формообразующей полости и дальнейшей выдержки отливки. При этом, как правило, величина заданного давления выдержки достигает 30-50 процентов от заданной величины параметра. Эти параметры на современных термопластавтоматах задаются в системе управления и реализуется при помощи гидравлической (реже самой современной – электрической) системы литьевой машины.

Виды литья металлов

Существуют 4 основных вида литья металлов:

  • статическая заливка (заливка в неподвижную форму). Самый распространенный вид литья, процедура проста: заливание до полного наполнения и ожидание до полного затвердевания;
  • литье под давлением. Как понятно из названия, во время процедуры литья металл находится под давлением. Это позволяет добиться высокой точности в производстве, высокого качества поверхности и высокой производительности;
  • центробежное литье. Процесс этого вида литья заключается в заливании металла в песочную или металлическую форму, находящуюся во вращении. Эффективно для создания труб и других круглых полых объектов;
  • вакуумная заливка. Плавка происходит в вакууме, это позволяет уменьшить содержание газов в составе сплава.

Принцип работы термопластавтомата

Литьевая машина осуществляют загрузку гранулированного (гораздо реже порошкобразного) полимера из загрузочного бункера сырья в зону загрузки материального цилиндра. Затем путем нагрева и пластикации (перемешивания) расплавленной массы шнеком осуществляется его переход в вязкотекучее (близкое к жидкому) состояние. После набора необходимой дозы полимера термопластавтомат при помощи создаваемого гидроцилиндром усилия производит инжекцию (впрыск) расплавленного пластика в прессформу. Затем в ее полости происходит выдержка отливки под давлением и стадия охлаждения (для реактопластов – отверждения).

В ходе последнего этапа производственного цикла машина размыкает форму и выталкивает готовый продукт, реже изделия вынимаются оператором (полуавтоматический режим). Современные производственные единицы включают кроме термопластавтомата так же различные средства автоматации, обычно называемые «роботами». Современные роботы участвуют в съеме отливки из области прессформы, также они могут закладывать в полость оснастки этикетки, закладные детали, а, кроме того, участвовать в «дальнейшей судьбе» отформованной детали, например в ее постобработке, укладке и упаковке.

Литье с газом

Для литьевого производства очень толстостенных изделий из полимеров практически единственной подходящей технологией является инжекция с газом. Переработка пластиков этим способом производится на стандартных машинах, но с использованием адаптированных прессформ и специального модуля для генерации газового впрыска, подключенного к термопластавтомату. Суть процесса в общем случае сводится к доставке неполной дозы полимерного материала в формообразующую полость с последующим впуском сжатого под давлением 5-20 МПа газа в массу расплава через специальные инжекторы. Газ уплотняет пластик «изнутри» и прижимает его к стенкам формы. Таким образом получается полностью отформованная деталь с пустотами внутри. Впрыск с газом может применяться в частности для компенсации утяжин при большой разнотолщинности изделия

Кроме того, немаловажно, что ЛпД с газом производится при пониженном давлении расплава в форме, что позволяет использовать ТПА с меньшими усилиями смыкания, чем при стандартном процессе

Области применения литья под давлением

Литье пластмасс применяется более полувека и позволяет осуществлять массовое производство пластиковых деталей весом от сотых долей грамма до десятков килограммов. Самыми малыми продуктами могут быть, например, микроскопические линзы, компоненты небольших механизмов и т.п. Самыми крупными – различные емкости, в том числе баки и ящики объемом в несколько кубометров, пластиковые поддоны, элементы конструкций и т.п.

Изделия, получаемые описываемым способом переработки, помимо своих очевидных явных достоинств, имеют несколько ограничений. Помимо очевидного лимита по габаритным геометрическим размером, обусловленным ограниченными размерами пресс-формы, существует и несколько менее заметных. Например, толщина стенки любого продукта как правило не превышает нескольких миллиметров

Это важно для экономики процесса, т.к. увеличение толщины стенки приводит к резкому удлинению производственного цикла и соответствующему росту себестоимости и снижению производительности

Данное ограничение снимается при использовании специального метода – литья с газом (см. ниже). С другой стороны – давления литьевого оборудования может не хватить для выпуска слишком тонкостенных, либо очень протяженных деталей. Кроме того, изделие должно быть технологичным, то есть соответствовать описываемому методу. Конструкция его должна предполагать более или менее равнотолщинную структуру, равномерное заполнение расплавом полимера и несложное, в большинстве случаев автоматическое извлечение из полости прессформы.

С чего следует начинать?

Первое, что нужно сделать до организации производства – это выбрать какие именно группы товаров вы будете производить. Здесь многое зависит от ваших конкретных возможностей. Например, если есть возможность договориться о поставках тары для упаковки полуфабрикатов, начинать следует именно с нее. Это даст хороший старт производственному процессу. Позднее при необходимости можно будет расшириться и заняться производством других товарных групп.

Если же наработок никаких нет, то начинать следует с изделий массового потребления:

  • ведер;
  • цветочных горшков;
  • емкостей по рассаду;
  • упаковки.

Бикомпонентная и мультикомпонентная инжекция

Сутью бикомпонентного и мультикомпонентного литья на ТПА является применение двух или нескольких видов полимера, либо одного и того же пластика, но разных цветов, для производства одного изделия на одном термопластавтомате. Как правило, в случае такого вида литья применяются термопластавтоматы с двумя и более узлами пластикации (пары шнек – материальный цилиндр). Сначала в форму впрыскивается первый компонент, затем в ней тем или иным способом открываются дополнительные полости и происходит доинжекция второго компонента и т.д. В редких случаях компоненты поступаются одновременно. При применении би- и мульти-компонентного (многоцветного) литья пластмасс под давлением технологическая оснастка становится значительно сложнее. Как правило применяются формы с двумя и более раздельными горячеканальными системами. Что касается возможностей переключения с одного компонента на другой, то применяют либо поворотные механизмы непосредственно в прессформе, либо так называемый «поворотный стол» в составе бикомпонентной литьевой машины.

2. Особенности и назначение узлов пластикации различного типа

 В соответствии с методом пластикации материала литьевые машины можно классифицировать по следующим признакам:

по конструктивному оформлению (одно- и двухцилиндровые);

по числу шнеков в одном цилиндре (одно- и двухшнековые);

по конструктивно-технологическому (машины без предварительной пластикации и с предварительной пластикацией).

Наиболее компактными, технологичными и обеспечивающими возможность регулирования основных параметров литья в широких интервалах являются одноцилиндровые конструкции шнекового типа (рис. 1). В таких конструкциях при пластикации шнек вращается, а при инжекции совершает поступательное движение.

Одноцилиндровую конструкцию одношнекового типа применяют для литья широкого круга изделий, в том числе для изготовления толстостенных изделий. Двухцилиндровые конструкции одношнекового типа позволяют получать двухцветные толстостенные изделия.

Одноцилиндровые конструкции двухшнекового типа используют для переработки порошкообразных полимеров.

В машинах без предварительной пластикации шнек наряду с обеспечением пластикации расплава выполняет роль поршня при впрыске расплава в форму; при этом время пластикации совмещено частично с временем впрыска.

В машинах с предварительной пластикацией полимер пластицируется в пластикационном цилиндре, после чего впрыскивается в форму при перемещении поршня (шнека) в инжекционном цилиндре, т. е. стадии пластикации и впрыска разделены.

В настоящее время применяют двухцилиндровые конструкции с пластикационным цилиндром шнекового типа, например, для литья преформ (рис.4).

В этих конструкциях шнек в пластикационном цилиндре вращается, обеспечивая пластикацию полимера, по окончании которой пластицированный полимер перемещается через клапан переключения в инжекционный цилиндр.

Наиболее важный компонент узла пластикации – шнек. Шнек отвечает за транспортирование, разогрев, смешивание и впрыск полимерного материала в форму, а в некоторых случаях и за удаление газов из цилиндра шнека. Обычно используются трёхзонные шнеки (рис. 5) с отношением длины шнека к диаметру (L/D) примерно 20:1±10 %. При применении коротких шнеков качество расплава ухудшается. Более длинные шнеки с соотношением L/D 24:1 и более могут приводить к деструкции ряда полимерных материалов вследствие увеличения времени их пребывания в шнеке.

Рис.4. Двухцилиндровая конструкция поршневого инжекционного узла с

пластикационным цилиндром шнекового типа

Рис. 5. Трёхзонный шнек для переработки термопластов

Основными свойствами полимеров, определяющими профиль шнека, являются характер перехода в вязкотекучее состояние (определяет соотношение длин зон питания и пластикации), термостабильность и чувствительность материала к сдвиговым напряжениям (определяют межвитковый объём и степень сжатия). По этим признакам полимеры можно разделить на три группы. Для каждой из групп применяют специальный шнек.

Продолжение ВЫБОР ЛИТЬЕВОЙ МАШИНЫ часть 2

ПластЭксперт рекомендует: 

Статья о том

Принципиальная схема установки для литья

Процесс литья можно разбить на пять основных этапов:

  1. Материал для готового изделия попадает в пластикатор определенными порциями.
  2. С помощью электрических нагревательных элементов происходит расплавление пластмассы.
  3. Под давлением расплав устремляется в форму и там выдерживается.
  4. Охлаждение готового изделия.
  5. Изделие удаляется из формы и цикл повторяется вновь.

Неизменными в любой литьевой машине являются три основных детали: форма для литья, пластикатор и материальный цилиндр. Смыкание материального цилиндра и формы обеспечивает герметичный объем для создания изделия. Нагретый в пластикаторе при помощи электрического тока материал впрыскивается с помощью винта в закрытый объем пресс-формы. Выдержка под давлением позволяет избежать большей части распространенных литейных дефектов. Охлаждение детали происходит вместе с пресс-формой, в это время пластикатор может приступить к работе с новой формой.

Современные термопластавтоматы (ТПА) состоят из многих десятков узлов и деталей. Управление всем этим комплексом происходит с помощью специализированного программного обеспечения. С его помощью оператор станка может не только контролировать различные параметры цикла, но и влиять на конечные характеристики изделия.

Температуру пластмассы и узлов ТПА выбирают исходя из следующих предпосылок: материал необходимо нагреть на десять или двадцать градусов выше точки текучести и при заполнении формы не должно происходить резкого уменьшения температуры. Чем больше температура в пластикаторе, тем проще, а значит быстрее, происходит заполнение формы, однако при этом увеличивается термический износ станка. Недостаточная температура пресс-формы замедляет процесс заполнения или может даже стать препятствием нормальному формированию объема детали.

Основными производственными отходами является лишний материал, застывающий в литниковых формах. Для уменьшения затрат пластмассы сегодня производители предлагают так называемые горячеканальные пресс-формы. Они позволяют держать литники в вязком состоянии и обеспечивают возможность использования станков с более низким впрыском.

Непрерывное литье

Получение слитков и других изделий, во время перемещения расплава вдоль зон заливки и остывания называют непрерывным литьем. При этом сама литьевая форма может оставаться неподвижной или совершать определенные перемещения.

Такой вид разлива металла позволяет получать отливки неограниченной длины. Но на самом деле длина отливок напрямую зависит от размеров производственного помещения. Качество получаемого металла напрямую зависит от равномерности скорости перемещения и разлива расплавленного металла, времени кристаллизации и вида удаления отливки. Для ускорения процесса кристаллизации применяют водяное охлаждение. Еще одно преимущество непрерывной разливки металла – это небольшое количество отходов, получаемых во время работы. Кроме того, эта технология разливки металла позволяет снизить трудоемкость процесса и уменьшить количество необходимо оснастки и инструмента.

Коробление

Коробление представляет собой отклонение поверхности изделия от базовой плоскости.

Коробление возникает по нескольким причинам.

Во-первых, коробление возникает в результате релаксации ориентации, возникающей при заполнении формы. Неравномерное охлаждение отдельных участков формы еще более увеличивает коробление изделий, т.к. степень снижения ориентации в этих участках различна.

Причиной коробления может быть разная скорость кристаллизации на различных участках изделия. Разная скорость кристаллизации при охлаждении возникает из-за разницы в скоростях охлаждения разных участков изделия.

Причиной коробления так же может быть разница в термическом изменении размеров отдельных участков изделия при охлаждении из-за разной скорости охлаждения этих участков.

Коробление недопустимо при выпуске технических деталей и автомобильных компонентов при литье под давлением полиамида. Для уменьшения коробления изделия следует стремиться обеспечить температурную однородность охлаждения. Для этого должно быть обеспечено равенство температур обеих половинок формы и однородность температурного поля по всей поверхности половинок формы.

Коробление зависит от следующих технологических параметров: температуры литья Тл,

температуры формыТф, давления литьяРл, продолжительности операций цикла (время выдержки под давлением tвпд, общая продолжительность циклаtц). Коробление зависит от расположения впуска.

Снижению коробления способствует увеличение времени выдержки материала в форме под давлением tвпд и времени охлаждения tохл (общей продолжительности цикла tц),

т.к. в форме (где конфигурация изделия зафиксирована) полнее протекает кристаллизация и в большей степени снижается ориентация.

Коробление уменьшается с понижением температуры материала Тл

и температуры формыТф. Снижению коробления способствует уменьшение давления литья Рл

и увеличение объемной скорости впрыска Q, т.к. уменьшается ориентация, возникающая при заполнении формы (см. раздел «Ориентация и внутренние напряжения»).

Снижению коробления способствует применение режимов формования со сбросом давления (см. раздел «Режимы со сбросом давления»).

Интрузия

Интрузией называется процесс частичного заполнения формообразующей полости в режиме экструзии за счет вращательного движения шнека. Обычно он применяется для производства тяжелых, материалоемких изделий из пластиков. Таким образом можно применять термопластавтоматы с недостаточным для данного изделия объемом впрыска, т.к. форма заполняется не только за счет поступательного, но и за счет вращательного движения шнека в исходном положении

Для интрузии важно, чтобы полимерный материал был достаточно текучим, а литниковые каналы достаточно большого сечения. Также важно отметить, что режимом интрузии оснащаются не все ТПА, необходимо проверить его наличие в спецификации машины

Технология ЖСС

Технология жидко-стекольной смеси применяется там, где вдвигаются повышенные требования к качеству поверхности отливки. В состав смеси добавляют жидкое стекло и получившимся составом заливают модель. В опоку вводят углекислый газ, Проходит реакция, и ЖСС приобретает твердость. Требуется получить две полуформы, которые по окончании их твердения и извлечения макета соединяют. Получается оболочка, вокруг которой формируется наполнительная смесь.

Качество поверхности отливки, соприкасающейся со слоем гладкого стекла, зачастую позволяет обойтись даже без последующей механической обработки. Остатки смеси сбиваются с отливки с помощью дробеструйной установки.

Основные понятия о литье стали

В схематичном представлении, литьё стали представляется как заполнение формы жидким металлом. Но это обывательская точка зрения. На самом деле, для того, чтобы готовое изделие приобрело заложенные инженерами эксплуатационные характеристики, необходимо:

  1. Изготовить форму по имеющемуся чертежу;
  2. Расплавить металл, очистив его от вредных примесей (сера, фосфор и т.д.).
  3. Ввести в расплав нужные легирующие элементы.
  4. Залить жидкую сталь в формы с соблюдением правильного режима охлаждения.

Каждый из пунктов, следует рассматривать как отдельную отрасль производственного цикла, со своими технологиями и методиками.

Поделитесь в социальных сетях:vKontakteFacebookTwitter
Напишите комментарий

Adblock
detector