Машины литья под давлением с холодной камерой прессования

ВВЕДЕНИЕ

Однако кроме основных параметров, определяющих типоразмер (усилие смыкания форм, объем впрыска и пластикационная производительность), специалисту приходится решать целый ряд других задач, связанных с технологией литья, особенностью конструкции будущего изделия, вопросами экономики и т.д. Причем решения могут оказаться принципиально разными, когда речь идет о приобретении нового оборудования или об использовании свободных мощностей литьевых машин, уже имеющихся на данном производстве. Литьевые машины относятся к самым востребованным видам оборудования для переработки пластмасс. Поэтому естественно, что для производства огромной номенклатуры литьевых изделий машиностроительными фирмами выпускается очень широкая гамма машин различной конструкции и назначения. Это обстоятельство способствовало тому, что для упорядочения этого разнообразия было предложено много классификационных признаков.

Технология литья под низким давлением

Ещё один способ литья подразумевает использование низкого давления. Эта технология обладает определёнными преимуществами:

1. Возможность изготавливать изделия больших размеров, с тонкими стенками.
2. Меньше материала расходуется на литниковую систему.
3. Низкое давление не воздействует разрушительно на стенки пресс-формы, рабочие элементы оборудования.
4. Высокая скорость подачи расплавленного металла позволяет изготавливать крупногабаритные полые детали.

Чаще всего технология литья под низкими нагрузками применяется в черной металлургии.

Литература

Ю.А. Степанов, Г.Ф. Баландин, В.А. Рыбкин “Технология литейного производства: Специальные виды литья” М.: Машиностроение, 1983.

Классификация литьевых машин

По виду перерабатываемого полимера машины делятся на термопластавтоматы (для переработки термопластичных материалов), реактопластавтоматы (для переработки термореактивных материалов), машины для литья изделий из резиновых смесей. В задачи данного учебного пособия входит описание методики выбора термопластавтоматов.

По назначению литьевые машины разделяют на универсальные, специальные, лабораторные и машины для микролитья.

Универсальные машины предназначаются для производства самого широкого ассортимента изделий, их конструкция предусматривает удобство и быстроту замены литьевых форм, а система управления позволяет менять в широких пределах технологические параметры литья. Схема одного из возможных вариантов конструкции универсальной машины представлена на рис. 1. Основные компоненты литьевой машины – узел пластикации и впрыска, узел смыкания форм и компоненты привода, включая систему электроуправления.

Специальные машины создаются для производства узкой номенклатуры близких по конструкции изделий и, как правило, включают в себя дополнительные узлы, не свойственные универсальным машинам. Достаточно часто

эти машины предназначаются для производства только одного вида изделия. В ряде случаев специальные машины являются составной частью сложных автоматизированных технологических линий. Иногда они используются для осуществления «нестандартных» технологий литья под давлением (табл. 1).

-269130-41689

Рис. 1 Схема одного из возможных вариантов конструкции универсальной машины

Таблица 1

Виды литья под давлением

Литье под нагрузками — эффективный способ изготовления металлических деталей сложной формы. Расплавленным металлом заполняют специальную камеру, которая предназначена для сжатия материала. Когда давление поднимается, расплавленная смесь с высокой скоростью заполняет металлическую форму. Камера сжатия может поддерживать температуру плавления материала до 450 градусов. Выделяется три вида технологического процесса зависимо от скорости заполнения металлической конструкции:

1. Низкая скорость — до 2,5 м/с. Технология применяется для изготовления деталей с толстыми стенками.
2. Средняя скорость — до 15 м/с. Металл заполняет форму турбулентными движениями. Центр отливки заполняется пузырьками воздуха, которые удаляются под воздействием больших нагрузок.
3. Высокая скорость — больше 30 м/с. Расплавленный материал подаётся на такой скорости, что распыляется по поверхности машины. Это захватывает большое количество воздуха, который ухудшает прочность отливки. Чтобы вывести воздух, нагнетаются высокие нагрузки — около 500МПа.

Литье под нагрузкой осуществляется машинами с горячими и холодными камерами.

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.

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.

Общая информация #Литье металлов_иннов_описание

2.1 Описание назначения #Литье металлов_иннов_назначение

Литьём под давлением изготавливают:

• детали автомобильных двигателей (в том числе алюминиевые блоки, детали карбюраторов);
• детали сантехнического оборудования;
• детали бытовых приборов (пылесосы, стиральные машины, телефоны);
• детали приборов
• детали кораблей
• детали самолетов
• детали для аэрокосмической промышленности
• детали автомобилей
• корпуса электродвигателей
• детали для энергетической промышленной
• деталей для централизованного отопления квартир и домов

Также литьё под давлением используется при производстве компьютеров, смартфонов и прочей электроники.

Практически любую деталь из алюминия можно отлить на машинах литья под давлением. Поскольку при литье под давлением можно получить детали с высокими допусками по пористости и плотности изделия.

2.2 Используемые материалы #Литье металлов_иннов_материалы

Способ литья под давлением применяется для сплавов цветных металлов (на основе цинка, алюминия, меди, магния, сплав олово-свинец) из-за их низкой температуры плавления, а также для некоторых сталей. Важнейшее свойство металла, который предполагается использовать для литья, – его текучесть. Сплав в расплавленном виде должен максимально легко перетекать из одного тигля в другой, заполняя при этом его мельчайшие выемки. Чем выше текучесть, тем тоньше стенки можно сделать у готового изделия. С металлом, который растекается плохо, намного сложнее. В обычных условиях он успевает схватиться значительно раньше, чем заполнит все промежутки формы. Именно с этой сложностью промышленники сталкиваются, когда выполняют литье сплавов металлов. Наиболее востребованными в промышленности являются металлы, имеющие низкую температуру плавления, так как их производство менее затратное. Чем ниже температура плавления материала, тем легче производится его отливка.

2.3 Описание технологического процесса #Литье металлов_иннов_процессы

Современное литейное производство кроме традиционной технологии заливки жидкого металла в песчаные формы применяют и другие высокотехнологичные, производительные способы литья:

• вакуумный;
• центробежный;
• под давлением;
• центробежный;
• оболочковый;
• многократный;
• ртутный;
• по выплавляемым моделям;
• электрошлаковый.

Чаще всего сегодня в промышленных масштабах используются следующие технологии производства:

• в металлические формы (коколь);
• статическое литье;
• отливка под давлением;
• в оболочковые формы;
• в выплавляемые модели.

Отливка под давлением

• Первый этап, это раскрытие пресс-формы и смазка. Это необходимо для того, чтобы готовая отливка легко отходила от полостей пресс-формы и металл в поршне не застывал до того, как он будет запрессован. Также образуется пленка, которая помогает стабилизировать температуру и защищает поверхность пресс-формы, что увеличивает срок службы оснастки.
• Второй этап, это смыкание пресс-формы. Усилие смыкания пресс-формы эта та характеристика, которая по современной классификации дает название всей машине, то есть например если у машины литья под давлением название C300D, то ее усилие смыкания 3000 кило-Ньютонов или 300 тонн и она является аналогом машины литья под давлением 711А08 по Советской классификации. Другими словами такая машина способна сдержать металл, который создает усилие, стремящееся раскрыть пресс-форму в триста тонн.
• Третий этап, это заливка металла в поршень. После смазки пресс-формы и поршня рабочий зачерпывает из печи необходимое количество металла и заливает его в горловину поршня.
• Четвертый этап, это запрессовка металла. Поршень под воздействием пневматики, в которую как правило закачан азот, совершает поступательное движение и закачивает метал в камеру прессования.
• Пятый этап, это снятие готового изделия.

Классификация литьевых машин

По виду перерабатываемого полимера машины делятся на термопластавтоматы (для переработки термопластичных материалов), реактопластавтоматы (для переработки термореактивных материалов), машины для литья изделий из резиновых смесей. В задачи данного учебного пособия входит описание методики выбора термопластавтоматов.

По назначению литьевые машины разделяют на универсальные, специальные, лабораторные и машины для микролитья.

Универсальные машины предназначаются для производства самого широкого ассортимента изделий, их конструкция предусматривает удобство и быстроту замены литьевых форм, а система управления позволяет менять в широких пределах технологические параметры литья. Схема одного из возможных вариантов конструкции универсальной машины представлена на рис. 1. Основные компоненты литьевой машины – узел пластикации и впрыска, узел смыкания форм и компоненты привода, включая систему электроуправления.

Специальные машины создаются для производства узкой номенклатуры близких по конструкции изделий и, как правило, включают в себя дополнительные узлы, не свойственные универсальным машинам. Достаточно часто

эти машины предназначаются для производства только одного вида изделия. В ряде случаев специальные машины являются составной частью сложных автоматизированных технологических линий. Иногда они используются для осуществления «нестандартных» технологий литья под давлением (табл. 1).

-269130-41689

Рис. 1 Схема одного из возможных вариантов конструкции универсальной машины

Таблица 1

HM — H серия – машины с горячей камерой прессования для высокоточного литья (усилие запирания 1.800 – 2.000 кН)

Машины для литья под давлением с горячей камерой серии HM-H – это высокая производительность и надежность.

• Давление и скорость управляются с помощью пропорционального клапана. Параметры впрыска задаются на экране дисплея Siemens
• Специально разработанные поршневые гидроаккумуляторы увеличенной емкости обеспечивают непревзойденную скорость и точность впрыска
• Усовершенствованная система нагрева гузнека имеет функцию сигнализации о высоком и низком уровне температуры
• Система впрыска имеет трехфазное управление: медленный впрыск, быстрый впрыск и подпрессовка. Три фазы впрыска позволяют добиваться высокого качества отливок.
• Плиты изготовлены из закаленной стали с большей прочностью и жесткостью.
• Высокоскоростной гидравлический контур узла запирания в сочетании с независимым поршневым аккумулятором большой емкости эффективно повышают производительность машины.

Виды литья под давлением

Инжекционный вид литья под давлением

Нужный объем расплава накапливается в материальном цилиндре, а потом впрыскивается под высоким давлением (около 120-190 МПа) и инжектируется в форму за не большой интервал времени. Инжекционный вид литья — это самый распространенный способ литья под давлением. Он позволяет изготавливать изделия сложной конструкции, с разной толщиной стенок. Особенностью этой технологии литья под давлением является то что объем изделий с литниками не может превышать объем впрыска.

Интрузиотый метод литья под давлением

Интрузиотый метод литья под давлением используется для изготовления толстостенных изделий. Отличительной чертой этого вида литья это то, что сплав при экструзии подается в пресс-форму и полностью заполняет ее с помощью вращения червяка. Когда форма заполняется червяк прекращает движение и осевым движением подпитывает форму, уменьшая усадку постепенно остывающего расплава. Этот метод не позволяет получать сложные и изделия с тонкой стенкой, но при этом объем получаемого изделия может превышать паспортный объем впрыска.

Инжещионно-прессовый литья под давлением

Инжещионно-прессовый метод литья под давлением применяется для изготовления деталей имеющих большую площадь прессования. при этом методе при заполнении формы существенно снижается давление расплава на ее периферии. Это явление при литье под давлением вызывает эффект разнопрочности получаемого изделия. Особенность этой технологии литья под давлением заключаена в том, что давление на расплав находящийся в форме осуществляется совместно с помощью инжекции и прессового механизма узла смыкания, поэтому для токого литья могут применяться формы с перемещение пуансона и после смыкания формы.

Литье с подачей сжатого газа

Технологически процесс литья с подачей сжатого газа под давлением состоит в следующем: расплав полимера инжектируется в форму и заполняет ее на 75-95%. Далее в форму через специальное сопло или ниппель в форму подается под давлением газовая смесь и заполняет конструктивные углубления. В конце операции литья газовая смесь удаляется из пресс формы в приемник, а пластикатор впрыскивает остаток расплава для закрытия формы. Технология литье с подачей сжатого газа позволяет сократить цикл изготовления продукции на 25-35% и уменьшает вероятность появления коробления, утяжены и облоя.

Инжекционно-газовое литье (ИГЛ)

Относится к новым методам переработки термопластов с помощью ТПА, его названия еще до конца не определилось. В литературе можно встретить название «литье с газом», «литье с подачей сжатого газа», GJD-TEHNJKA, GAS-Jngection Molding и другие. Технологически процесс заключается в следующем: расплав полимера инжектируется в форму, заполняя ее на 70-95%. Затем в форму через специальное сопло, или через ниппель в форме подается под давлением газовая смесь, которая «раздувает» расплав, увеличивая тем самым толщину слоя полимера, образовавшегося при его соприкосновении с холодной стенкой формы, и способствуя заполнению конструктивных углублений. После образования изделия газовая смесь удаляется из формы в приемник, пластикатор впрыскивает остаток расплава, «запечатывающий» форму.

Эта технология позволяет экономить до 40% дорогостоящего полимерного материала за счет уменьшения толщины стенки изделия, сократить цикл изготовления на 25-35%, уменьшить вероятность брака за счет исключения таких видов дефектов, как утяжены, коробления, развитый облой. Кроме того, как показывает практика, инжекционно-газовая технология позволяет упростить конструкцию и понизить стоимость формующей оснастки. Существенная трудность в данной технологии состоит в необходимости высокоточного управления литьевой машиной, усложняется конструкция сопла, повышаются требования к расчету и качеству изготовления литниковой системы и сопряжений литьевых форм.

Виды формовки

Определяются разновидностью модели и выбранного метода литья.

По простой модели

Модель размещают на доске лицевой стороной вверх. Центруют ее относительно опоки. Покрывают облицовочной смесью, позже послойно добавляют наполнительную, тщательно уплотняя каждый слой. В опоку добавляют землю до заполнения. Сняв верхнюю опоку, вынимают макет и создают литниковую систему. Собирают опоки вместе, закрепляют и сушат.

По разъемной модели

Способ существенно упрощает технологию и повышает точность изготовления формы для литья. На доску помещают часть макета без шипов, устанавливают нижнюю опоку и формуют землю. По окончании конструкцию переворачивают, присоединяют к макету вторую часть, присоединяют верхнюю опоку и проводят ее набивку.

С фальшопокой

При особо сложной геометрии изделия применяю фальшопоку. Она не контактирует с расплавом, а играет роль фигурной подмодельной доски.

Способы формовки

Кусковая

Применяется при художественном литье, особенно скульптурных композиций. Модель обставляют несколькими независимыми опоками, соприкасающимися своими краями. Иногда отливку делят на относительно простые по конфигурации сегменты, макетируют и льют их независимо, после чего соединяют готовые отливки.

Шаблонная

Производится при литье в землю изделий определенной формы. Различают

• Тела вращения (цилиндрические, конические и эллиптические)
• Прямоугольные или призматические.

Формовка земли осуществляется шаблоном соответствующей конфигурации, приводимым в действие мощным шпинделем для тел вращения или двигающимся по специальным направляющим для призматических форм.

Дозаторы машин литья под давлением

Дозаторы пневматические для алюминиевых сплавов моделей 46141, 4699, 46153 (УП «Институт БелНИИлит») работают по принципу, аналогичному тому, что используется в машинах литья под низким давлением, когда сжатый воздух давит на поверхность расплавленного металла и вытесняет его в лоток подачи в камеру прессования литейной машины (рис 13) Данные машины могут дозировать металл массой от 4 до 70 кг за время от 5 до 30 с, допуская при этом погрешность не более 3 %. Данный дозатор включает плавильную печь, насосы создания давления и автоматическое дозирующее устройство.

Рис. 13. Пневматический дозатор модели 46141 для расплавленного алюминия производства УП «Институт БелНИИлит»

Рис. 14. Дозатор металла модели САМ фирмы Gauss для машин для литья под давлением Italpresse: а — общий вид; б — схема работы; 1 — продольные направляющие; 2 — вертикальные направляющие; 3 — ковш; 4 — привод дозатора; 5 — машина литья под давлением; 6 — камера прессования; 7 — тигель с расплавленным металлом

На рис. 14 показаны общий вид и схема работы механического подвесного на монорельсе дозатора модели САМ фирмы Gauss, устанавливаемого на машины для литья под давлением фирмы Italpresse.

Во время работы ковш погружается в расплав и металл переносится к отверстию камеры прессования машины литья под давлением, куда и опрокидывается. Подобные дозаторы можно использовать и для автоматизации машин центробежного литья.

672

Параметры литья под давлением

Минусы литья под давлением

Необходимо соблюдать режимы давления при литье Специфические требования технологичности конструкций литых деталей Высокая стоимостью пресс-форм

Литье под давлением позволяет получать сложные по геометрии тонкостенные отливки, близкие по размерам к конечной продукции. Этот способ литья очень производителен при автоматизации процесса. Наиболее широко применяется литье под давлением для изготовления отливок из магниевых, цинковых и алюминиевых.

Основные технологические параметры качество отливки при литье под давлением

скорость прессованиягеометрические параметры элементов литниково-вентиляционной системыдавление прессованиятемпература пресс-формы и сплава состав и качество смазки в рабочей зоне пресс-формы

Низкие скорости впуска ухудшают качество поверхности, но при этом способствуют уплотнению отливки. В значительной мере это из-за увеличения содержания газов в отливке при увеличения скорости впуска. С помощью этого метода литья под давлением получают детали для которых не требуются вообще или нет в технологии изготовления дальнейшей механической обработки. Высокие скорости впуска обеспечивают хорошее качество поверхностей отливки, но при этом снижается герметичность и плотность

Дефекты литья под давлением

Большинство дефектов литья под давлением связаны либо с потоком расплавленного материала, либо с неравномерным охлаждением изделия при затвердевании.

Ниже приведён перечень дефектов, о которых необходимо помнить при изготовлении изделий методом литья под давлением. В следующем разделе будут рассмотрены подходы к работе, позволяющие избежать возникновения этих дефектов.

Искривление

При охлаждении (и, в результате, усадке) отдельных частей изделия быстрее, чем других, эти части могут стать искривлёнными за счёт внутренних напряжений. Изделия с неравномерной толщиной стенок наиболее подвержены данному дефекту.

Искривление

Утяжины

При затвердевании внутренней части изделия раньше части могут образовываться небольшие углубления на в целом ровной поверхности, называемые утяжинами.

Изделия с толстыми стенками или некорректно продуманными рёбрами особенно подвержены данному дефекту.

Утяжины

Следы волочения

При усадке пластика он оказывает давление на форму.

При выталкивании изделия стенки изделия будут скользить и цепляться за края формы, что может привести к появлению следов волочения. Изделия с вертикальными стенками (и без угла конусности) особенно подвержены данному дефекту.

Следы волочения

Швы

При встрече двух потоков на изделии могут образоваться места обесцвечивания толщиной с волос. Такие швы портят внешний вид, а также отрицательно сказываются на прочности изделия.

Изделия с крутыми переходами геометрии или отверстиями особенно подвержены данному дефекту.

Швы

Неполный впрыск

Воздушные включения в форме могут попасть в поток материала при литье, что приводит к незавершенности изделия. Правильный дизайн должен способствовать распространению потока расплавленного пластика.

Изделия с тонкими стенками или некачественно проработанными рёбрами особенно подвержены данному дефекту.

Неполный впрыск

Краткая история литья под давлением

Пластмассы вместо слоновой кости

В 1869Джон Уэсли Хайат изобрёл целлулоид, первый практически применимый пластик, целью которого была замена слоновой кости в производстве… бильярдных шаров!

В первых машинах для литья под давлением применялись барабаны для нагрева пластмассы и плунжеры для её подачи в форму.

Революционное изобретение

Изобретение в середине 50-х годов 20 века шнека с возвратно-поступательным движением произвело революцию в индустрии пластмасс. Шнек с возвратно-поступательным движением решилключевые проблемы неравномерного нагрева пластика, от которых страдали предыдущие системы, и открыл новые горизонты для массового производства пластиковых изделий.

Литьё под давлением сегодня

Сегодня рынок литья под давлением оценивается в 300 миллиардов долларов. Более 5 миллионов тонн пластиковых изделий производятся в мире каждый год. В последние время повысился спрос на биоразлагаемые материалы в связи с необходимостью охраны окружающей среды.

Проектирование подвижных знаков

Как видно из изделия, пресс-форма должна быть выполнена с подвижными знаками, причем знаки, которые оформляют внутренние поверхности изделия, должны иметь ход более 200 мм. Конструктор применил оригинальное решение (рис. 12) — это реечная система, которая дает необходимый ход знака. Кроме того, предусмотрено охлаждение знака. Следует отметить, что все использованные в этой конструкции детали являются стандартными элементами HASCO.

Рис. 12. Подвижный знак с реечной системой

Другой знак был спроектирован при помощи мастера подвижных знаков с применением обычной клиновой системы (рис. 13).

Рис. 13. Подвижный знак с клиновой системой