Литье под давлением

Литье под давлением прототип в Triola

Литая деталь из пластика

Термопластавтомат без инструмента для литья

форма

Форма для литья под давлением Lego, нижняя сторона детали

Форма для литья под давлением Lego, деталь сверху

Детали, изготовленные литьем под давлением, литник и детали, разделенные слева

Литье под давлением (часто называют литья под давлением или литья под давлением называют) является формованием метод , который является в основном в переработке пластмасс используется. Соответствующий материал сжижается ( пластифицируется ) с помощью машины для литья под давлением и впрыскивается под давлением в форму, инструмент для литья под давлением . В инструменте материал возвращается в свое твердое состояние за счет охлаждения или реакции сшивания и удаляется как готовая деталь после открытия инструмента. Полость, полость инструмента определяет форму и структуру поверхности готовой детали. Сегодня можно производить детали весом от нескольких десятых грамма до 150 кг.

С помощью этого процесса формованные детали, которые можно использовать напрямую, можно производить недорого в больших количествах. Стоимость инструмента составляет значительную часть необходимых инвестиций. В результате, даже с помощью простых инструментов, экономический порог достигается всего с несколькими тысячами деталей. С другой стороны, инструменты можно использовать для изготовления до нескольких миллионов деталей.

Литье под давлением, в частности передовые специальные процессы, позволяет практически свободно выбирать форму и структуру поверхности, например: B. гладкие поверхности, зернистость для сенсорных участков, узоры, гравюры и цветовые эффекты. Вместе с экономической эффективностью это делает литье под давлением наиболее распространенным процессом массового производства пластиковых деталей практически во всех областях.

Формованные детали, изготавливаемые методом литья под давлением, можно разделить на следующие категории: детали A - прецизионные детали с самыми высокими требованиями, детали B - технические детали с высокими требованиями и детали C - геометрически простые формованные детали из стандартных пластмасс с низкими требованиями. Все категории имеют следующие важные качественные характеристики: размеры и вес формованных деталей, прочность, коробление и свойства поверхности.

Подразделение процесса литья под давлением

При литье под давлением пластмассы обрабатываются почти исключительно. Их можно разделить на термопласты , реактопласты и эластомеры . В процессе литья под давлением могут использоваться все три типа материалов, при этом литье под давлением термопласта имеет наибольшее экономическое значение. Это наиболее часто используемый метод обработки пластмасс.

Поэтому далее процесс будет сначала объяснен для термопластов. В принципе, литье под давлением термореактивных материалов и эластомеров работает одинаково и отличается, прежде всего, только рабочими параметрами (например, температурами).

Специальные процедуры, описанные ниже, представляют собой расширения или модификации основного процесса для определенных приложений.

Литье термопластов под давлением

Базовая структура термопластавтомата

Распространенная сегодня шнек- поршневая машина для литья под давлением состоит из двух блоков: блока впрыска или блока пластификации , который пластифицирует, обрабатывает и дозирует пластик, и блока закрытия , который закрывает, закрывает и открывает форму.

Блок впрыска по существу состоит из горизонтального цилиндра, пластифицирующего цилиндра и расположенного в нем шнека . Винт вращается и может также перемещаться в цилиндре в осевом направлении . На одном конце пластифицирующего цилиндра находится бункер для загрузки сырья , на другом - сопло , которое может быть закрыто или нет, оно представляет собой переход к закрывающему узлу.

Узел зажима состоит из самой формы, которую можно разделить на две половины (плоскость разъема формы). Половинки установлены на двух прижимных пластинах , одна из которых со стороны сопла является жесткой и обращена к соплу узла впрыска. Другая сторона , эжекторная , подвижна. Его можно отодвинуть со стороны сопла гидравлически или электромеханически (коленчатый механизм) или прижать к нему с силой. Он содержит одноименный механизм, который извлекает отформованную под давлением деталь (выталкивает).

Узлы впрыска и зажима должны быть закалены в зависимости от материала, компонента и процесса (пресс-форма может регулироваться по температуре). Поскольку два блока имеют разные температуры, их можно перемещать друг от друга для термического разделения , за исключением горячеканальных систем.

Поршневые термопластавтоматы использовались до 1956 года .

Процедура

Принцип: 1. Винт 2. Загрузочная воронка 3. Гранулят 4. Пластифицирующий цилиндр 5. Нагревательные элементы 6. Инструмент

Пластификация и дозирование

Термопластический материал просачивается в резьбу вращающегося винта в виде гранул . Гранулят перемещается к наконечнику шнека и за счет тепла цилиндра и тепла трения , которое при резке и сдвиге формируется из материала, нагревается и плавится . Расплав собирается перед наконечником винта, потому что в этот момент сопло закрыто. Поскольку винт может двигаться в осевом направлении, он отступает от давления, а также откручивается от массы, как штопор . Обратное движение тормозится гидроцилиндром или электрически, так что в расплаве создается динамическое давление . Это динамическое давление в сочетании с вращением шнека сжимает и гомогенизирует материал.

Положение шнека измеряется, и как только накапливается достаточное количество материала для объема заготовки, процесс дозирования завершается и вращение шнека прекращается. Шнек также активно или пассивно разгружается, так что расплав разжимается.

Инъекции

На этапе впрыска узел впрыска перемещается к узлу зажима, прижимается соплом и винт находится под давлением сзади. Расплав продавливается под высоким давлением (обычно от 500 до 2000  бар ) через открытое сопло и литник или литниковую систему инструмента для литья под давлением в формовочную полость. В невозвратный клапан предотвращает протекание расплава обратно в сторону загрузочного бункера.

Во время нагнетания делаются попытки добиться максимально возможного ламинарного течения расплава. Это означает, что расплав немедленно охлаждается в форме, где он касается остывшей стенки формы, и остается затвердевшим и «прилипшим». Продвигающийся расплав проталкивается через канал расплава, который в результате сужается, с еще большей скоростью и с еще большей деформацией сдвига, и деформируется по направлению к краю в передней части расплава. Теплоотвод через стенку формы совмещается с подачей тепла за счет нагрева сдвигом. Высокая скорость впрыска создает скорость сдвига в расплаве, что позволяет расплаву течь легче. Однако быстрое впрыскивание не всегда желательно, поскольку высокая скорость сдвига также увеличивает разрушение молекул. На поверхность, внешний вид и ориентацию также влияет фаза впрыска.

Прижать и остыть

Поскольку инструмент (обычно от 20 до 120 ° C) холоднее пластикового компаунда (обычно от 200 до 300 ° C), расплав остывает в форме и затвердевает, когда достигает точки замерзания . Охлаждение идет рука об руку с объемной усадкой , что отрицательно сказывается на точности размеров и качестве поверхности детали. Чтобы частично компенсировать эту усадку, пониженное давление поддерживается даже после заполнения формы, чтобы материал мог течь внутрь и компенсировать усадку. Это нажатие может продолжаться до тех пор, пока не будет достигнута точка уплотнения , то есть литник не затвердеет.

После завершения прессования форсунку можно закрыть, и процесс пластификации и дозирования следующей формованной детали уже может начаться в узле впрыска. Материал в форме продолжает охлаждаться в течение оставшегося времени охлаждения до тех пор, пока сердцевина , жидкая сердцевина заготовки, не затвердеет и не будет достигнута жесткость, достаточная для извлечения из формы .

Затем блок впрыска отводится от зажимного блока (поднимается), так как пластик больше не может выходить из литника. Это предотвращает чрезмерную теплопередачу от более теплого сопла к более холодному инструменту и, таким образом, предотвращает чрезмерное охлаждение сопла (замерзание).

Снос

Для извлечения из формы открывается сторона выталкивателя зажимного устройства, и заготовка выталкивается штифтами, проникающими в полость. Затем он либо падает ( сыпучий материал ), либо удаляется из инструмента с помощью манипуляторов и хранится в установленном порядке или сразу же отправляется на дальнейшую обработку.

Литник должен быть удален путем отдельной обработки или автоматически срезан при извлечении из формы. Литье под давлением без литника также возможно с горячеканальными системами , в которых температура литниковой системы постоянно превышает температуру затвердевания, и содержащийся материал, таким образом, может быть использован для следующего цикла.

После извлечения из формы инструмент снова закрывается, и цикл начинается снова.

Типы используемого пластика и изделий

Детали, изготовленные литьем под давлением, могут иметь вес от нескольких миллиграммов до примерно 150 кг. Обработанные термопласты модифицируются добавками и наполнителями для обработки под давлением и последующего использования. К ним также относятся очень твердые неорганические наполнители, такие как стеклянные шарики или, очень часто, стеклянные волокна .

В автомобилестроении полиолефины , в основном полипропилен , используются для изготовления приборных панелей и бамперов при литье под давлением. Оргстекло (PMMA) и поликарбонат (PC) используются для изготовления прозрачных объектов (автомобильных фар, задних фонарей). Полистирол (PS) и его сополимеры (ABS = акрилонитрил-бутадиен-стирол ) в основном используются для изготовления игрушек (например, Lego ) и бытовой техники. Полиамид (PA), полиоксиметилен (POM) и многие другие технические пластики также используются в машиностроении и электротехнике, но в гораздо меньших количествах для изготовления дорогих деталей.

При литье под давлением натурального волокна используются термопласты, наполненные натуральными волокнами.

Термореактивное литье под давлением

Процедура

Литье под давлением из термопласта отличается от литья под давлением из термопласта своими рабочими параметрами. Дуропласты обычно затвердевают при нагревании. После затвердевания повторное плавление уже невозможно, только переработка . Поэтому еще не затвердевшая масса должна быть впрыснута в форму при сравнительно низкой температуре (примерно от 30 до 110 ° C в зависимости от материала) и затвердеть там при более высокой температуре (от 130 ° C до 250 ° C в зависимости от термореактивного материала).

Приготовленная формовочная масса течет u. а. хуже термопластов плавится из-за высокого содержания наполнителя. Процесс литья под давлением должен быть адаптирован к этим особенностям.

Термопластавтомат работает с шнековым конвейером, который выделяет небольшое количество тепла сдвига. Достижимое давление до 2500  бар . Формованная часть извлекается из формы в горячем состоянии. Литье под давлением без литников возможно с системами с холодными литниками, аналогом с горячими литниками, в которых литник охлаждается и предотвращается образование поперечных связей.

Термореактивное литье под давлением позволяет добиться очень большой толщины стенок деталей - до 50 мм.

применение

Типичной областью применения термореактивных материалов ( BMC ) являются автомобильные фары , а точнее их отражатели , в которых важны высокая точность размеров и термостойкость термореактивных материалов. Однако при толщине стенок примерно до 4 мм продолжительность цикла обработки термореактивных пластиков обычно больше, чем у термопластов, поэтому термореактивные пластики, если можно обойтись без их особых электрических и механических качеств, обычно проигрывают по сравнению с термопластами, несмотря на их обычно более низкую стоимость материала.

Литье эластомеров под давлением

Эластомеры - такие , как натуральный каучук - вулканизация в точно так же , как реактопласты при воздействии тепла. Инструмент должен быть горячее, чем формовочная масса во время процесса впрыска. Исключение составляют термопластичные эластомеры.

Литье эластомеров под давлением происходит на машинах для литья под давлением с шнеком. Эластомеры можно втягивать в виде сыпучих порошков или в виде ленты с помощью специального винтового конвейера, который вносит небольшой сдвиг в пластифицированную массу. Цилиндр обычно нагревают с жидкостью примерно до 80 ° C (контроль температуры воды), чтобы избежать перегрева, который может привести к преждевременной вулканизации эластомера. Кроме того, литье эластомеров под давлением без заусенцев представляет собой особую проблему, поскольку эластомеры очень тонкие в проходном сечении (как и термореактивные пластмассы), поэтому усилия, затрачиваемые на конструкцию инструмента, несколько выше, чем с инструментами из термопласта.

За исключением упомянутых особенностей, процесс литья под давлением в основном аналогичен литью под давлением термопласта. Шнек замешивает и перемешивает формовочную массу, которая затем однородно готовится. Это позволяет z. Б. По сравнению с прессованием, при котором неоднородное распределение температуры является результатом подачи тепла извне, достигается улучшение качества производимых формованных деталей. Некоторые механические свойства могут быть на 30% выше, чем у прессованных эластомеров.

При прохождении через сопло и направляющие выделяется теплота трения. Это сокращает время вулканизации. Это делает процесс литья под давлением особенно экономичным. Высокая вязкость материала требует относительно большого поперечного сечения затвора. Системы с холодными литниками также могут использоваться с эластомерами.

При литье эластомеров под давлением часто используются термопластавтоматы с несколькими зажимными узлами для нескольких инструментов и различных деталей, поскольку время вулканизации значительно больше времени подготовки в узле впрыска.

Специальные процедуры

Описанный выше базовый метод может быть изменен или расширен для специальных прикладных целей.

Многокомпонентное литье под давлением позволяет изготавливать детали из разных пластиков за одну операцию. В процессе литья под давлением материалы, вставленные в форму для литья под давлением , впрыскиваются обратно , например В. жесткая пена в шлеме спортивной или меченых фольги ( в пресс-форме маркировки , IML ). В качестве альтернативы, при декорировании в форме ( IMD ) можно вставить только печатную пленку, которую позже удаляют, так что на детали остается только цвет. Металлическая пленка вставки под давлением используется для производства пластмассовых деталей с металлической фольгой покрытия.

Если материал впрыскивается в форму, которая не полностью закрыта, и только после этого форма полностью закрывается, это называется литьем под давлением . Это может быть распространено на штамповку с набуханием посредством обратного впрыска материалов, аналогично процессу в форме .

При литье под давлением с внутренним давлением (также называемом технологией впрыска жидкости ( FIT ), которую можно разделить на литье под давлением с внутренним давлением газа ( GID ) и литье под давлением с внутренним давлением воды ( WID )), дополнительно вводится газ или вода , которые выходят после затвердевания или затвердевания, так что создается полость. Напротив, в методе противодавления газа ( GHD ) газ, вводимый между стенкой формы и отформованной частью, используется для плотного прижатия к противоположной стенке, чтобы а. для достижения высокого качества поверхности. Газы также могут образовываться с помощью пропеллентов, распределенных в пластике, что приводит к образованию пены ( отливка из термопластичной пены , TSG ).

При литье под давлением с плавким сердечником в него заливается легкоплавкий металл , который затем расплавляется в нагревательной ванне с образованием полости.

Инъекции формовочный порошок ( порошок для литья под давлением ( ПИМ )) позволяет производить металла и керамических деталей с помощью металлических и керамических порошков с связующей литьем под давлением, связующее вещество затем удаляют и оставшийся порошок , наконец , спекают есть.

Exjection или экструзионное формование представляет собой сочетание литья под давлением и экструзии представляет. При выдувного формования является литьем под давлением заготовки г. Б. подвергал заготовку из ПЭТ для бутылок последующему процессу вытягивания и выдувного формования .

Эти инструменты тандемных похожи на классический инструмент. На каждой из двух линий разъема имеется по одной полости. По желанию литники могут быть горячими или холодными. Удвоение позволяет ввести первую полость; пока он остывает, другая полость заполняется. Таким образом, можно продуктивно использовать неиспользованное время первого охлаждения.

Проблемы

Из-за широкого диапазона вариантов выбора геометрии компонента, точного процесса литья под давлением и материала, в процессе литья под давлением или готового компонента могут возникать различные, в большинстве своем нежелательные, эффекты. Области литников, в которых структура и форма поверхности отличаются от остальной части компонента, создаются на границе между литником и фактическим компонентом. Причинами этого могут быть локальная переориентация молекул материала, слишком высокая скорость впрыска или слишком низкие температуры процесса. Включения воздуха возникают, когда геометрия компонента выбрана неправильно, температура процесса слишком низкая, скорость впрыска слишком высока или вентиляция недостаточна. Если такие воздушные включения сильно сжимаются в процессе, могут возникнуть локальные очень высокие температуры и, как следствие, обугливание детали. Это также называют дизельным эффектом . Следы подтекания и общее коробление, т.е. отклонение формы детали от желаемой, возникают после формования, во время охлаждения. При этом необходимо учитывать различные факторы. При выборе геометрии компонента, например, скопление массы из-за локально разной толщины стенок компонента может привести к усадке отдельных участков в разной степени во время охлаждения или охлаждения с разной скоростью. Неоптимальная температура процесса или, реже, недостаточно однородный исходный материал также может вызвать эти проблемы.

Ош

Машины для литья пластмасс под давлением представляют собой герметизированные системы, в которых воздействие опасных веществ обычно возможно только во время определенных видов деятельности, в частности, во время модернизации и работ по техническому обслуживанию и, при необходимости, при отборе проб и при возникновении утечек . Тем не менее, продукты разложения при переработке термопластов в термопластавтоматах на воздухе могут представлять опасность для сотрудников.

Рекомендации организаций по страхованию от несчастных случаев (EGU) по оценке рисков основаны на измерениях возможных продуктов разложения термопластов в термопластавтоматах в воздухе на рабочих местах . Они представляют собой подходящую процедуру оценки воздействия при переработке пластмасс в машинах для литья под давлением и предлагают практическую поддержку при проведении оценки рисков, включая защитные меры, в соответствии с Постановлением об опасных веществах . Кожные опасности, например Б. от горячих поверхностей и нагретых пластиков следует рассматривать отдельно при оценке риска.

литература

• Ф. Йоханнабер, В. Михаэли: Ручное литье под давлением. Hanser Verlag, 2002, ISBN 3-446-15632-1 .
• Т. Мунк, Б. Ланц: Последовательная оптимизация процесса литья под давлением. Руководство SGP. 2009, ISBN 978-3-8370-7081-1 .
• С. Штиц, В. Келлер: Технология литья под давлением. Hanser, 2001, ISBN 3-446-21401-1 .

веб ссылки

• Литература по литью под давлением в каталоге Национальной библиотеки Германии
• Страница темы " Основы литья под давлением " журнала Кунсттоффе
• Технический документ «Повышение качества, снижение энергопотребления - руководство» Института интегрированного производства в Ганновере
• Сборник формул по литью под давлением для практикующего специалиста (взят из лекции в университете с известным институтом пластмасс)

Индивидуальные доказательства

1. ↑ Белая книга IPH Энергосбережение. Проверено 15 января 2018 года . 
2. ↑ Christian Bonten: Plastics Technology Introduction and Basics , Hanser Verlag, 2014.
3. ↑ http://kunststoff.bearx.de/ausbildung/spring Fehler / spring Fehler.htm по состоянию на 9 июля 2015 г.
4. ↑ ^{a b} Обязательное страхование от несчастных случаев в Германии e. V. (DGUV): Информация DGUV 213-728 - Рекомендации по оценке риска страховщиков от несчастных случаев (EGU) в соответствии с Постановлением о вредных веществах - обработка термопластов в термопластавтоматах. Проверено 11 ноября 2019 года .