Литье пластмасс под давлением

Литье пластмасс под давлением с использованием легкоплавких (извлекаемых, растворимых) пуансонов

Технология литья пластмасс с использованием легкоплавких (извлекаемых, растворимых) пуансонов (Fusible (Lost, Soluble) Core Injection Molding) разработана для производст­ва сложных изделийиз пластика, имеющих полости с гладкими поверхностями и сложной гео­метрической формой. При этом изделие производится за один рабочий цикл литье­вой машины. Этот технологический процесс является одной из разновидностей ли­тья пластмасс со вставкой, при котором используются легкоплавкие материалы, например, сплав висмут-олово, воск или термопластичный полимер. После завершения про­цесса формования пуансон расплавляется (или удаляется химическим растворите­лем), форма внутренних полостей отливки соответствует геометрии пуансона. Та­кой технологический процесс уменьшает число компонентов, необходимых для сборки изделия из пластмассы. Кроме того, он позволяет заменить пластмассой металлические де­тали, что улучшает эксплуатационные характеристики (например, коррозионную стойкость), снижает вес и стоимость изделия из пластмассы на заказ, а также исключает необходимость механиче­ской обработки изделия из пластмасс.

Описание технологического процесса

Существует несколько вариантов технологии, позволяющих получать монолитные отливки с гладкими внутренними поверхностями сложной конфигурации и высо­кой стабильностью размеров, которые не могут быть получены при использовании обычного литья пластмасс:

• с легкоплавким пуансоном;

• с растворимым пуансоном;

• с пуансоном из соли.

Все варианты используют одинаковый принцип: из отливки удаляется пуансон, создающий форму внутренних полостей изделия из пластмассы. Среди всех способов удаления пу­ансона использование легкоплавкого материала представляет собой наиболее за­тратный метод с точки зрения энергопотребления. Однако этот недостаток компен­сируется такими преимуществами, как снижение потерь материала пуансона, полу­чение более гладкой внутренней поверхности (что исключает затраты на дополнительную обработку), и ускоренный теплоотвод за счет использования более прочного металлического пуансона с высокой теплопроводностью.

Процесс литья из пластмасс с использованием легкоплавкого пуансона включает в себя сле­дующие шаги:

1. Один или несколько пуансонов предварительно изготавливаются на отдель­ной литьевой машине (рис. 7. 7).

2. Если требуется более чем один пуансон, то их необходимо соединить в обойму.

3. Затем пуансон предварительно нагревают, добиваясь равномерной темпера­туры по всему объему (рис. 7. 8).

4. Полимер впрыскивается в литьевую форму вокруг пуансона, равномерно распределяясь по его поверхности, не застывая, но и не вызывая его расплав­ления.

5. После завершения процесса литья изделие переносится на «плавильное» устройство, где пуансон расплавляется (или растворяется) и удаляется из полого пластмассового изделия (рис. 7. 9).

6. Затем изделие промывается в воде и/пли моющем растворе и поступает на следующий этап обработки после литья, а материал пуансона утилизируется и используется повторно (рецнклируется).

7. Дополнительными операциями могут быть сверление или обработка поверх­ности. В результате получается цельное полое изделие.

Чтобы уменьшить потери материала пуансона из-за окисления и снизить энерге­тические затраты, можно выбрать нужный сплав из серии эвтектических сплавов, наиболее подходящий для литья под давлением.

Такие эвтектические сплавы демонстрируют высокую стабильность размеров (с низкими коэффициентами расширения или усадки), имеют острый пик темпера­туры плавления и короткое время фазового перехода.

Очевидно, что температура плавления легкоплавкого сплава должна быть ниже, чем температура плавления окружающего его полимерного материала, чтобы не рас­плавить все изделие в ванне для плавления.

Преимущества

Основным преимуществом использования легкоплавкого пуансона является воз­можность производить цельные изделия из полимерных материалов с очень сложны­ми, гладкими внутренними поверхностями, исключив большое количество вспомога­тельных операций. Если сравнить стоимость изделия из пластмассы на заказ, выплавленного из алюминия и обработанного на станке, с изделием, полученным по рассматриваемой технологии, то последняя будет дешевле на 45% и легче на 75%. Более того, изделия из пластмассы, отлитые из пластмассы, имеют более продолжительный срок службы из-за стойкости к химиче­ской коррозии и меньшего веса. К дополнительным преимуществам относятся:

больше возможностей при конструировании; высокое качество поверхностей; отсутствие зон, ослабленных сваркой или на­личием соединений;

точные размеры внутренних и внешних поверхностей и высокая структурная целостность; отсутствие интенсивной обработки — необходимы только вторичные операции среднего уровня сложности (зачистка, сверление, чистовая отделка и т. п.); более простая конструкция литьевой формы; небольшое количество отходов сырья от всего технологического процесса; возможность использования комбинированных вставок.

Недостатки

Основным недостатком является стоимость оборудования. Прежде всего, необходи­мы значительные капитальные вложения — от 6 до 8 миллионов долларов. Тех­нологическая линия такого рода требует наличия очень большой машины для литья пластмасс под давлением, обычной литьевой машины, устройства для плавления и периферий­ного оборудования для переноски тяжелых пластиковых изделий с пуансонами из легкоплавкого материала. Кроме того, неизбежны значительные технологические расходы, которые связаны с отливкой пуансонов и большим потреблением электро­энергии, что объясняется наличием большего количества оборудования. Другим не­достатком является подготовка литьевых машин — она занимает значительное коли­чество времени из-за сложности конструкции и необходимости изготовления прото­типов изделия. Из-за этого стоимостного фактора изготовление впускных коллекторов из ПА по данной технологии было заменено на менее дорогую традици­онную технологию литья под давлением, при которой отливаются отдельно две части изделия, которые затем свариваются или соединяются механически.

Материалы

Литье пластмасс с использованием легкоплавкого пуансона обычно используется для техниче­ских термопластов — ПА 6 и ПА 66, армированных стекловолокном. Другие мате­риалы: армированные стекловолокном полифенсульфнд и полпарил-эфир-кетон, армированный стеклом ПП и армированный полиокенэтилен.

По имеющимся данным, в литье с использованием легкоплавкого пуансона мо­гут быть использованы реактопласты, что требует материала с более высокой темпе­ратурой плавления. При выборе пластмассы следует учесть значительное коли­чество факторов. Например, полимерный материал должен быть совместим со спла­вом, из которого отлит пуансон, и должен выдерживать температуру его плавления (от 100 до 180 °С). К этому следует добавить обычные факторы, возникающие из-за условий окружающей среды, эксплуатации изделий из пластмассы и требований к их механиче­ским свойствам.

Типичные варианты применения

Литье с использованием легкоплавкого пуансона до настоящего времени использу­ется в основном для изготовления воздухозаборных коллекторов автомобилей. Дальнейшее развитие технологии и большие возможности конструирова­ния открывают новые интересные перспективы.

Таблица 7. 4. Применение изделий, полученных IX пуансонов

В автомобилестроительной промышленности      В других отраслях промышленности