Устройство литейной машины под давлением

Общее устройство и работа литьевой машины. Механизм пластикации и впрыска

Литье под давлением – один из распространенных методов переработки полимеров. В процессе реализации этого метода расплав полимерного материала под высоким давлением через литниковые каналы формы впрыскивается в полость закрытой формы, уплотняется в ней и фиксируется изделие за счет охлаждения формы. После этого форма открывается и готовое изделие извлекается из формующих гнезд. Этим методом перерабатывают термопластичные материалы.

Наибольшее распространение получили горизонтальные литьевые машины с червячной пластикацией расплава (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Схема горизонтальной литьевой машины

Перерабатываемый материал загружается в бункер 9, захватывается червяком 7 и за счет разности коэффициентов трения между материалом и обогреваемым цилиндром 8 и материалом с червяком транспортируется вперед. Доза расплава 12 накапливается в передней части материального цилиндра, перемещая червяк-поршень вправо. Это обеспечивается шлицевым соединением хвостовика червяка с колесом редуктора 10. При наборе необходимой дозы расплава вращение червяка поршня прекращается концевыми выключателями 13 и одновременно включается подача рабочей жидкости в поршневую полость цилиндра впрыска 11. Весь узел пластикации и впрыска перед этим гидроцилиндром 14 подводится к литниковой втулке литьевой формы 5. Подвижная часть формы 5 закреплена на плите 4, а неподвижная на плите 6. Замыкание и раскрытие формы происходит под действием гидроцилиндра 1, шток которого связан с подвижной плитой 4. Гидроцилиндр 1 закреплен на регулируемой плите 2, и стягивают все плиты колонны 3, по которым движется подвижная плита с полуформой.

Циклограмма работы литьевой машины, работающей по описанному

технологическому методу, представлена на рисунке 1.2.

Линия 1a соответствует перемещению подвижной плиты прессовой части при смыкании формы (t₁ – время, необходимое для смыкания формы).

После закрытия формы с заданным усилием запирания подается команда на подвод сопла инжекционной части к форме (линия 2а). t₂ – время, требующееся для подвода сопла к форме (смыкание формы и подвод сопла могут также осуществляться одновременно).

Рисунок 1.2 – Циклограмма работы литьевой машины

Далее шнек-поршень движется вперед (линия 3а). При этом подготовленный в инжекционном цилиндре расплавленный материал впрыскивается в форму. Время, необходимое для впрыска, составляет t₃.

При выдержке материала в форме (линия 3б) в течение времени t₄ сопло инжекционной части прижато к форме (линия 2б), а затем по команде отходит (за время t₇) назад (линия 2в).

Вращательное движение шнека при пластикации материала может начаться после выдержки под давлением сразу (линия 3в) или по истечении некоторого времени (такой режим применяют при переработке некоторых нетермостабильных термопластичных материалов). Время, необходимое для набора порции материала, составляет t₅; при этом шнек возвращается назад в исходное положение.

В течение всего цикла форма замкнута (линия 1б). После охлаждения изделия (за время t₆) форма раскрывается (линия 1в). t₈ – время необходимое для размыкания. Далее цикл повторяется.

Инжекционная часть в зависимости от конструкции или режима работы машины может быть прижата к литниковой втулке формы в течение всего цикла (при работе с точечными литниками), может отводиться от формы по окончании, выдержки материала под давлением (при работе с самозапирающимися соплами и др.) и может отводиться от формы после окончания пластикации (при работе с открытыми соплами).

На рис. 42, а приведена структура материала в сечении толстостенного изделия, отлитого в стандартном режиме литья, а на рис. 42, б – в режиме с резким многократным (четырехкратным) уменьшением (сбросам) давления.

Наружная оболочка изделия (1) получается в процессе заполнения формы. Она сильно ориентирована и имеет высокие прочностные свойства.

За наружной оболочкой идет слой 2, который формируется в течение период выдержки под давлением. Этот слой менее ориентирован и имеет меньшую прочность, чем наружная оболочка 1, но тоже упрочнен.

Сердцевина изделия, полученного в обычном режиме литья, составляет центральный слой 3, который формируется в процессе охлаждения. Этот ело неориентирован и неупрочнен.

У изделия, полученного в режиме с резким многократным уменьшением (сбросом) давления, в период первой выдержки под давлением образуется слой 4 (рис. 42, б). В период второй выдержки под давлением после первого резкого уменьшения давления образуется слой 5. В период третьей выдержки под давлением после второго резкого уменьшения давления образуется слой 6. В период четвертой выдержки под давление после третьего резкого уменьшения давления образуется слой 7.Внутренние слои 4, 5, 6, 7 ориентированы и упрочнены. В целом изделие получается более прочным.

Для сравнения прочностных характеристик изделий, полученных в разны режимах, на рис. 43, а приведена диаграмма усилие–деформация для изделия, полученных в стандартном режиме литья, а на рис 43, б – в режиме с многократным резки уменьшением (сбросом) и восстановлением давления. Разрушающее напряжение при растяжении изделия, полученного в режиме со сбросом и восстановлением давления значительно превышает разрушающее напряжение изделия, полученного в обычно режиме литья. Упрочненные изделия также имеют повышенные ударные характеристика.

При заполнении формы кристаллическим полимером имеются две области (см. рис. 46, I – заполнение полости формы; II – профиль скоростей): застывшего на стенках, не участвующего в течении полимера с температурой Т₂, и текущего между ними расплава с температурой Т₁. При этом граница раздела ядра и застывших слоев (граница фазового перехода первого рода), имеющая температуру , сосредоточена в довольно узкой области возле координаты .

Таким образом, расплав течет в канале, образованном застывшим слоем полимера. Сдвиговые напряжения, возникающие в потоке, приводят к интенсивной ориентации цепных молекул полимера в направлении течения.

Конструкция литьевых машин определяет процессы пластикации и формования полимеров, возможность реализации различных технологических режимов изготовления изделий, их качество, а также их технико-экономические показатели. Конструкции литьевых машин весьма разнообразны, но каждая из них включает основные узлы:

– узел пластикации и впрыска, состоящий из устройства для дозирования материала, пластикации его в материальном цилиндре, а затем впрыска за счёт гидроцилиндра;

– узел запирания, включающий устройство для перемещения литьевой формы, удержания её в сомкнутом состоянии и выталкивания отливки из полости формы;

– аппаратуру для управления технологическими режимами;

− устройства, обеспечивающие безопасность работы (блокировки механические, электрические).

Назначение механизма пластикации и впрыскасостоит в выполнении следующих технологических операций:

§ набор и пластикация дозы перерабатываемого материала;

§ впрыск расплава и выдержка его под давлением в форме до затвердевания материала в литнике.

Механизм запирания литьевой машина предназначен для перемещения литьевой формы а так же удержании ее в сомкнутом состоянии при впрыске и формовании изделия. Механизмы запирания можно разделить на две группы: простые и комбинированные. По виду привода простые и комбинированные конструкции подразделяются на гидравлические, пневматические, гидромеханические, пневмомеханические и механические.

Основными параметрами литьевых машин, которые оказывают основное влияние на конструкцию и технико-экономические характеристики машин являются:

– объём впрыска за цикл (объём отливки) ;

– объёмная скорость впрыска Q_впр (время впрыска t_впр);

– усилия запирания и раскрытия формы F и F_р;

– максимальное расстояние между плитами L_пп;

– жёсткость, быстроходность Б;

– пластикационная способность q_пл.

Узел пластикации и впрыска рис. 63 включает в себя цилиндр пластикации 1, механизм набора дозы и впрыска 2. Эти элементы крепятся на столе 3, механизм управляем запирающим клапаном сопла 4. Стол 3 перемещается по плоским направляющим, смазываемым через пресс-маслёнки. Контроль конечного положения стола осуществляется конечным выключателем 5.Перестановкой фишки 6 по линейке 7 задаётся величина отвода механизма в цикле.

В пластикационном цилиндре (рис. 64) происходит транспортировка, плавление, сжатие, смешивание и выдавливание материала в форму.

При вращении шнека 7, материал, проходя по цилиндру 1 (из-за разности коэффициентов трения материал-цилиндр, материал-шнек) нагревается под действием нагревателей 6 и переходит в вязко-текучее состояние, проходит через втулочный, накапливается перед торпедой шнека 4 и создаёт давление, которое отводит шнек назад (вправо). При осуществлении впрыска клапан 3 плотно прижимается к кольцу 2 и не позволяет материалу перетекать в обратном направлении. Нормальная и стабильная работа этого уплотнительного устройства оказывает большое влияние на точность дозы при впрыске. Для предотвращения утечки пластицируемого материала в процессе дозировки служит сопло 10 с игольчатым клапаном 5. Открытие и закрытие клапана производится механизмом управления клапаном 4.

Материал нагревается при помощи ленточных нагревателей, охватывающих цилиндр пластикации. Цилиндр пластикации по длине имеет 4 зоны нагрева. Температура нагрева каждой зоны задаётся индивидуально в зависимости от технологии изготовления отливаемой детали.

Температура нагрева измеряется при помощи термопар 8 и автоматически регулируется. Для уменьшения передачи тепла к механизму впрыска на цилиндре установлена охлаждающая рубашка 9. Охлаждение производится проточной водой. Вода подводится от цеховой системы водоснабжения. Максимальная температура охлаждающей рубашки задаётся с пульта (в зависимости от перерабатываемого материала) и контролируется термопарой 13. При достижении этой температуры – системой управления подаётся предупреждающий сигнал и происходит отключение обогрева пластикационного цилиндра.

Механизм впрыска (рис. 65) состоит из гидромотора, вала соединяющего мотор и шнек-поршень, а также двух гидроцилиндров впрыска. Набор необходимой дозы материала происходит при вращении шнека 4. Он приводится во вращение при помощи высокомоментного радиально-поршневого нерегулируемого гидромотора 1, через соединительный вал 2. Под давлением пластицируемого материала, нагнетаемого вращающимся шнеком в переднюю часть цилиндра, шнек-поршень перемещается вправо. Величина набираемой дозы зависит от величины перемещения шнека в осевом направлении – ход шнека. Перед впрыском необходимой дозы открывается игольчатый клапан механизмом управления клапаном и с помощью двух гидроцилиндров 3 происходит впрыск материала в форму по программе с выдержкой под давлением в конце цикла. После этого происходит закрытие игольчатого клапана и начинается цикл набора дозы.

Регулировать процессы формования можно изменением скорости течения полимера при заполнении формы путём изменения скорости впрыска (скорости перемещения шнека). Скорость перемещения шнека задаётся на отдельных участках перемещения шнека, в мм/с. Изменение скорости перемещения шнека (заполения) позволяет регулировать давление в форме и его распределение по длине формы в период её заполнения.

На термопластавтомате предусмотрена механическая, гидравлическая и электрическая блокировка подвижных щитов ограждения зоны замыкания с целью защиты оператора от травм во время технического обслуживания или замены формы. При открытии одного из двух щитов ограждения зоны запирания, происходит электрическая, гидравлическая и механическая блокировка перемещения подвижной плиты на закрытие формы. Нагревательные элементы закрыты кожухом. Зона касания сопла закрыта прозрачным щитом с электрической блокировкой.

19. Декорирование: печатание на изделиях из пластмасс.

Декоративная обработка и отделка поверхности значительно улучшает товарный вид изд. И увеличивает эстетическое восприятие у покупателей.

К процессам декоративной отделки и обработки относят:

-нанесение различными способами печати, надписи, товарных знаков и др. изобр. на изд.;

-горячее тиснение фольгой;

-металлизация плоских изд. с целью замены цветных металлов с целью снижения массы изделий в ответственных конструкциях.

Печать на изделия можно наносить различными способами:

— способом высокой печати,

— способом плоской печати,

— способом глубокой печати,

— методом трафаретной печати,

— методом сочетания этих способов.

Способ высокой печати основывается на использовании жестких металлических форм, в которых печатающие элементы выступают наружу.

— применение высоко вязких красок, особенно на невпитывающих материалах.

Разновидностью данного способа печати является флексографическая печать, которая основана на применении нежестких металлических форм, а применяются эластичные печатные формы и быстросохнущие краски на летучих растворителях. Это один из наиболее экономических способов.

Способ плоской печати: пробельные и печатные элементы формы находятся в одной плоскости. Используются жирорастворимые краски.

1-печатная форма, 2-краска, 3-оттиск, 4-подложка.

1-печатная форма, 2-краска, 3-оттиск, 4-подложка.

— флексографию можно осуществить несколькими красками в быстрой последовательности, т.к применяются быстросохнущие краски,

— хорошая воспроизводимость полутоновых изображений и различных оттенков.

Недостаток: данный способ экономически оправдан только при крупнотеражной печати, т.к дорогостоящий и трудоемкий процесс, более сложные пусконаладочные работы.

Трафаретная печать: заключается в продавливании краски посредствам ракеля на запечатывающий материал через трафарет, который служит печатной формой. Форма представляет собой сита из тонких металлических или полимерных нитей, образующих сетку с мельчайшими ячейками, часть которых – пробельные элементы, закупорены и не пропускают краску, в то время как через другие краска свободно поступает, образуя печатный оттиск.

Сочетание различных способов:

1.Способ высокой непрерывной печати: послойное изображение обусл. печатающими элементами форм, возвышающиеся над пробельными передается не прямо на запечатываемый материал, а косвенно, т.е через промежуточный эластичный цилиндр как при офсетном способе печати.

2.Способ непрямой глубокой печати: изображение с формного цилиндра передается на запечатываемый материал посредствам эластичного цилиндра, который обладает преимуществами как глубокой так и офсетной печати. Благодаря небольшим давлениям в печатной паре значительно уменьшается износ формного цилиндра. Здесь используются быстролетучие растворители, поэтому легко решается задача сушки оттисков.

3.Способ непрямой трафаретной печати: применяется для запечатывания объемных изделий литьевых, прессовых, выдувных. В способе непосредственно через трафарет запечатывают не изделие, а резиновую пленку, с которой уже затем переносится красочное изображение на декорируемое изделие. Именно это позволяет запечатывать поверхности различной кривизны, к которым непостредственый доступ при обычном способе не возможен.

Для запечатывания полимерных пленок с рулона применяют ротационные печатные машины.

Принцип работы ротационных машин основывается на непрерывном запечатывании ленточного полотна формами на вращающемся ротационном цилиндре. Основными узлами ротационных печатных машин явл. размоточные устройства, печатные аппараты, сушильные устройства, намоточные устройства. Размоточное устройство обеспечивает равномерное разматывание ленточного полотна с рулона и подачу его в машину для непрерывного запечатывания. Принцип работы печатного аппарата рассмотрен на примере флексографической печати.

1-окрасочная ванна, 2- дукторный валик, 3- накатной валик (передаточный), 4- формный цилиндр, 5- печатные формы, 6- запечатываемое полотно, 7- печатный цилиндр.

Печатная краска из ванны 1 захватывается вращающимся дукторным валиком 2 и передается накатному валику 3, который соприкосаясь с вращающимся формным цилиндром 4 наносит ее на поверхность расположенных на нем печатных форм 5. При этом краска воспринимается печатными элементами, которые оставляют след или печатный оттиск на поверхности, соприкосающейся с ним лент. полотна 6. Лент. полотно погджимается с тыльной стороны печатным цилиндром 7.

1- рулон пленки, 2- печатные аппараты.

Декорирование изделий из пластмасс методом горячего теснения фольгой.

В общем виде этот метод заключается в перенесении блестящего или окрашенного рисунка фольги на поверхность изделия с помощью нагретого клеше под давлением. Фольга обычно находится на несущей лавсановой или ПЭТФ плёнке. В настоящее время распространен способ теснения—вдавливание фольги в глубь материала с помощью металич. клише с выступающими буквами или знаками. Глубина изображения может быть различной и определяется техническими свойствами и толщиной материала, а так же замыслом художника. На ПС глубина изображения составляет от 0,1 до 0,5 мм. Особенностью теснения на плёнках является слабая адгезия наносимых рисунков к этим материалам; необходимость создания высокой температуры и значительного удельного давления для прочного крепления декоративного покрытия. Для получения качественных чётких надписей и рисунков с высокими адгезионными свойствами, необходима фольга специально предназначенная для определённого вида пластмасс с достаточно высокой термостойкостью, т.е. не ниже 140-150С. Фольга обычно состоит из нескольких слоёв, которые накладываются на несущую лавсановую плёнку, толщиной 5-10мкм. На лавсановую плёнку накладывают слой смеси церезина и воска, которые растворяются в бензине, далее идёт слой защитного лака, который может быть окрашен во все цвета. Затем слой алюминия, наносится способом вакуумной металлизации,затем опять слой защитного лака и наконец приклеивающий грунтовочный слой. Общая толщина фольги составляет 10-25мкм.Теснение производят со стороны лавсановой плёнки. Под действием давления и нагрева первый слой плавится, в результате чего все остальные слои отделяются от несущей основы и одновременно приклеиваются к поверхности изделия, на которую наносится теснение. Фольга для теснения изготавливается под цвет золота, серебра и др. на многочисленных пигментирующих красках, а т.ж. под имитацию дерева, мрамора и т.д. Фольга имеет самые разные цвета и бывает прямой и обратной. Прямая фольга предназначена для печати в основном на непрозрачных поверхностях изделий с лицевой стороны, обратная же фольга используется для печати на оборотной стороне изделия, изготовленного из прозрачного материала после чего вся надпись видна и с его лицевой стороны. Каждый вид фольги предназначен для определённых типов пластмасс и имеет свои пределы темп-р для теснения. Поверхность изделия предназначенного для теснения должна быть полированной, т.к. тончайший слой фольги не в состоянии перекрыть шереховатости поверхности. Использование масел, смазок при изготовлении изделия не допускается. Следует т.ж. учитывать свойства и дозировку используемого пластификатора. Все эти материалы при теснении перемещаются в слой оттиска, делая его масловым, загрязнённым и одновременно резко снижают адгезию накладываемого на изделие рисунка. У некоторых материалов (ПС, ПММА, ПЭ) при теснении наблюдаются растрескивание оттиска. Это обусловлено внутренними напряжениями, имеющимися в изделиях. При наличии внутренних напряжений, изделия перед теснением необходимо термостатировать при темп.70-75С, в течение 2-3 часов.

20. Декоорирование изделий из пластмасс: накладная и заформованная аппликация.

Источник

Литье под давлением: как это работает

Машина для литья под давлением (иллюстрация компании Rutland Plastics)

При разработке серийного продукта для рынка электроники вам понадобится корпус. И, скорее всего, он будет сделан из пластика. Для макетирования пластиковых деталей и создания прототипа корпуса используется 3D-печать, а для серийного производства — литье под давлением.

Технология литья под давлением — один из важнейших пунктов на пути продукта на рынок электроники. Поэтому независимо от наличия технического образования, вам стоит разобраться в сути этого процесса хотя бы на базовом уровне.

Все знают, что при разработке нового устройства самая затратная задача — это проектирование электроники, но не все понимают, что при постановке на производство большую часть бюджета на себя перетянет пластиковый корпус.

Это связано прежде всего с высокой стоимостью оснастки или так называемых пресс-форм. На практике стоимость форм для отливки корпуса становится одной из главных статей затрат при выводе нового продукта на рынок.

Основы литья под давлением

Литье под давлением — это относительно старая технология, она используется с конца 1800-х годов. В инжекторно-литьевых машинах установлен огромный винт (шнек), который направляет расплавленный пластик в пресс-форму под высоким давлением. Этот метод винтовой передачи был изобретен в 1946 году, и используется до сих пор.

Машины для литья под давлением — это, конечно, не то же самое, что современные высокотехнологичные аппараты для 3D-печати. В них нет ничего инновационного, но использование литья под давлением — это обязательное условие для создания большинства новых «железячных» продуктов.

Литьевая пресс-форма состоит из двух половинок (матрицы и пуансона), которые при смыкании образуют полость в форме нужной детали. В нее под высоким давлением заливают горячий жидкий пластик.

Высокое давление необходимо для того, чтобы пластик в вязкотекучем состоянии заполнил каждый уголок в полости пресс-формы.

Когда пластик остывает, две половинки пресс-формы раздвигаются, и из них извлекают готовую деталь корпуса.

Разработка дизайна и конструкции корпуса для серийного производства — это довольно сложная задача, а стоимость самих пресс-форм исчисляется десятками тысяч долларов. При этом литье под давлением остается одной из самых востребованных технологий, потому что только оно позволяет производить миллионы идентичных деталей по невероятно низкой цене за штуку.

Стоимость пресс-форм

Оснастка стоит дорого. А для производства большинства устройств требуется несколько пресс-форм, поэтому общая стоимость может оказаться весьма значительной. И чем больше деталей требуется произвести с помощью конкретной формы, тем дороже она будет стоить.

Это связано с тем, что «долгоживущая» пресс-форма должна работать в невероятно жестких условиях. Раз за разом она подвергается воздействию высоких температур и давления.

Эти две разрушительные силы работают на износ пресс-формы, пока в какой-то момент не появляются первые дефекты отливки.

Для создания стойких литьевых форм используются твердые металлы. Твердость металла зависит от того, сколько отливок нужно изготовить с использованием данной конкретной формы. Оснастку для изготовления 10 тыс. деталей, можно произвести ​​из более мягкого металла, по сравнению с той, что рассчитана на 1 млн деталей.

Например, для производства малых серий (до 10 тыс. шт.) широко используется алюминий. Для более крупных объемов производства переключаются на более твердый металл, например, сталь.

Однако чем тверже металл, тем сложнее сделать саму пресс-форму, и тем выше ее стоимость. Кроме того, для получения стальной оснастки потребуется намного больше времени. Это связано с тем, что литьевые формы создаются путем фрезерования, т.е. для твердой пресс-формы потребуется еще более твердый фрезерный инструмент.

Если компания или стартап без внешнего финансирования реализует проект с небольшим бюджетом, ей стоит попробовать найти производителя, который согласится амортизировать затраты на изготовление пресс-форм.

Например, если пресс-формы стоят 25.000 долларов, можно предложить заводу-изготовителю рассчитаться по следующей схеме: вы платите по доллару за каждую произведенную единицу из первых 25.000 изделий.

Конечно, такая схема сокращает прибыль на единицу продукции, но все же это весьма разумный метод финансирования, особенно по сравнению с банковским кредитом.

Дизайн для производства (Design for manufcturing, DFM)

Высокая стоимость пресс-форм — это лишь один из недостатков литья под давлением. Второй недостаток — это сложности и ограничения на этапе разработки дизайна и конструкции пластиковых деталей.

Получив идеальный рабочий прототип, изготовленный на 3D-принтере, приходится уделить значительно больше времени и средств, чтобы адаптировать его для литья под давлением.

Ограничения серийного производства стоит учитывать уже на первых этапах разработки. Одни требования к форме отливок, такие как литейные уклоны, можно отложить по крайней мере до создания второго прототипа.

Другие требования, такие как равномерная толщина стенок и поднутрения, нужно реализовать с самого начала.

Литьевой уклон

Главная задача в работе с деталями, изготовленными за счет литья под давлением — правильно изъять их из формы. Как только пластик остынет, две половинки формы открываются, и мы получаем новую отлитую пластиковую деталь.

Любой 3D-дизайн для литья под давлением должен включать литьевой или технологический уклон для заполнения пресс-формы и беспрепятственного извлечения готового изделия. Литьевой уклон — это по сути небольшой угол наклона, который добавляется к любым вертикальным поверхностям, совпадающих с направлением извлечения изделия из пресс-формы. В большинстве случаев достаточно 1–2 градусов.

Примеры верной реализации поднутрения. Изображение предоставлено ICO Mold.

Некоторые эксперты считают, что поднутрения нужно реализовать в 3D-модели с самого начала.

И хотя учет поднутрений на раннем этапе разработки важен, он создает ненужные осложнения при создании первых прототипов. Поэтому лучше добавлять их в проект, когда вы будете полностью уверены в своем прототипе. Т.е. в большинстве случаев поднутрения стоит добавлять после первой или второй версии прототипа.

Выталкивающие штифты

Выталкивающие штифты или толкатели используются для удаления пластиковых деталей из пресс-формы. Как следует из названия, это небольшие цилиндрические штифты, которые выталкивают деталь из формы.

У толкателей нет стандартного положения, поэтому придется продумать, где они будут располагаться. В идеале они должны располагаться в самой прочной части отливки, чтобы предотвратить ее деформацию при извлечении из пресс-формы.

Стоит учитывать, что выталкивающие штифты, как правило, оставляют небольшие отметки на изделии. Если вы внимательно посмотрите на большинство пластиковых деталей, то сможете увидеть эти крошечные круглые метки, которые появляются в процессе выталкивания отлитой формы.

Это стоит учитывать при разработке продукта. Постарайтесь сделать так, чтобы толкатели соприкасались с отливкой в местах, которые не критичны для внешнего вида продукта. Можно даже попытаться скрыть метки толкателя под этикеткой или логотипом.

Двойной ход толкания

Некоторые пластиковые детали невозможно извлечь из простой двухкомпонентной формы в один прием, в таких случаях используют наклонные толкатели и механизм двойного выталкивания.

Наклонный толкатель — это составная часть пресс-формы, которая вставляется до начала отливки, а затем извлекается до раскрытия основных частей формы. Наклонный толкатель двигается перпендикулярно к направлению движения двух полуформ.

Стоит приложить все усилия, чтобы не использовать механизм двойного выталкивания, поскольку он значительно увеличивает сложность и стоимость пресс-формы.

Один из основных приемов, который позволяет отказаться от двойного выталкивания — отказ от использования поднутрений. Поднутрение — это выступ или углубление на поверхности отливки, препятствует выталкиванию изделия из пресс-формы за один ход толкания.

Ситуацию с поднутрениями зачастую можно исправить так: добавляем паз (прорезь) под выступом и используем единичное выталкивание вместо двойного.

В конструкции 1 из-за поднутрения потребуется двойной ход толкания. Паз в конструкции 2 позволяет отказаться от двойного выталкивания и снять деталь с пресс-формы за один ход. Изображение предоставлено Proto Labs.

Равномерная толщина стенки

Одна из важных особенностей литья под давлением, которая оказывает огромное влияние на дизайн устройства — это требование к равномерной толщине стенок отливки. Оно связано с тем, что залитый в форму пластик должен остывать с одинаковой скоростью по всей поверхности детали. При неравномерном охлаждении деталь может деформироваться.

Поэтому при разработке корпуса для литья под давлением вместо более толстых секций используются ребра. Корректное проектирование детали с равномерной толщиной стенок определенно требует опыта.

Использование двойного хода толкания и неравномерной толщины стенок отливки — это две самые распространенные ошибки 3D-дизайнеров, которые не знакомы с техническими ограничениями литья под давлением.

Стоит удостовериться в том, что 3D-моделирование вашего устройства выполняет специалист, который знаком с этой технологией.

Примеры конструкций с одинаковой толщиной стенки. Изображение предоставлено ICO Mold.

Радиус / закругление углов

Идеальные углы и края деталей непрактичны для литья под давлением. Расплавленный полимер не сможет равномерно и полностью заполнить всю форму с острыми краями даже в условиях высокого давления. По крайней мере, не стоит на это надеяться при больших объемах производства.

Пример правильной конструкции угла. Изображение предоставлено ICO Mold.

Все края и углы должны быть закруглены или скошены, чтобы полимер заполнил их равномерно и полностью.

Холодные каналы против горячих каналов

Холодноканальная / горячеканальная подача пластика — это варианты литниковой системы, которая направляет расплавленный полимер в полости пресс-формы.

Широкий литниковый канал позволяет полимеру свободно течь при более низких давлениях. Однако широкие каналы требуют больше времени на охлаждение пластика и создают больше отходов производства, оба эти параметра влияют на себестоимость детали.

С другой стороны, узкий литниковый канал сокращает время охлаждения и уменьшает перерасход материала, и, в конечном счете, минимизируют стоимость отливки. Однако у него есть недостаток: для узкого канала требуется более высокое давление, чтобы протолкнуть расплавленный полимер в форму.

Существует решение, которое позволяет использовать узкие каналы при невысоком давлении — горячеканальная литниковая система.

Прямо в пресс-форму вдоль каналов устанавливают нагревательные элементы, которые поддерживают полимер в более жидком состоянии, благодаря им пластик заполняет пресс-форму при более низком давлении.

К сожалению, за все приходится платить, и у горячих каналов тоже есть свои недостатки: дополнительная сложность при изготовлении оснастки, которая всегда выливается в дополнительные затраты.

В большинстве случаев, по крайней мере, изначально, лучше использовать каналы без нагревательных элементов, т.е. холодноканальную литниковую систему. Всегда стоит начинать с самого простого и недорогого решения.

Линия разъема формы

Если вы внимательно рассмотрите любую пластиковую деталь, то увидите так называемую линию разъема. Она будет расположена в месте соединения двух частей пресс-формы.

Это место сопряжения двух полуформ никогда не бывает идеальным, по контуру всегда вытекает немного полимера. По мере старения и износа пресс-формы эта утечка становится все более заметной.

Очень важно выбрать оптимальное место для линии разъема. В идеале она должна размещаться на невидимой части устройства.

Одноместная и многоместная пресс-формы

На определенном этапе производства появляется возможность сокращения времени отливки за счет многоместных пресс-форм (их еще называют многогнездными). Они используются для увеличения скорости производства и снижения себестоимости заготовок.

Многоместные пресс-формы, как понятно из названия, позволяют создавать несколько копий одной детали за счет одной заливки полимера. Только не стоит использовать эти формы на старте, пока процесс не отлажен и еще не созданы идеальные отливки из одноместных форм. Целесообразно выпустить как минимум несколько тысяч единиц изделий до перехода на многоместные формы.

Как правило, предприниматели с ограниченным бюджетом по-максимуму используют свои одноместные формы, если только сам производитель не финансирует изготовление их пресс-форм.

Семейные пресс-формы

В большинстве случаев для каждой отдельной пластиковой детали в составе устройства используется отдельная форма. Для корпуса понадобится как минимум две части: верхняя и нижняя.

Но для большинства продуктов потребуется больше двух деталей из пластика. Пресс-формы очень дороги, а покупка нескольких пресс-форм сразу — это серьезное финансовое препятствие, поэтому нужно стремиться к минимальному количеству пластиковых деталей.

Альтернативный вариант минимизации необходимых пресс-форм — использование специального типа многоместных пресс-форм, так называемых семейных. Семейная пресс-форма позволяет объединить несколько различных деталей в одной отливке.

В то время как типичная многоместная (многознездовая) форма создает несколько копий одной и той же детали, семейная форма создает разные детали.

Звучит хорошо, правда? К сожалению, не всё так просто, за всё приходится платить. Основная проблема с семейными формами заключается в том, что каждая деталь в них должна быть примерно одинакового размера.

В противном случае одна из полостей пресс-формы заполнится расплавленным полимером раньше других. Семейные формы должны проектироваться таким образом, чтобы все полости заполнялись полимером с примерно одинаковой скоростью. Это явно ограничивает возможности их применения. Маловероятно, что все детали корпуса будут сходного размера.

Выбор материалов

Сегодня в нашем распоряжении оказалось невероятное разнообразие полимеров в различными характеристиками. Два самых распространенных полимера в производстве электроники — поликарбонат (ПК / PC) и АБС-пластик (ABS /акрилонитрилбутадиенстирол).

Поликарбонат обладает гораздо более высокой устойчивостью к ударам и на вид кажется более качественным по сравнению с АБС. Однако ПК, конечно, дороже АБС.

Поликарбонат — самый популярный пластик в изделиях более высокого класса, его любят за прочность и эстетичный внешний вид.

Если качество поверхности имеет решающее значение для нового продукта, то лучше остановить свой выбор на ПК. Если же продукт рассчитан на низкую ценовую категорию, то лучше выбрать АБС.

Где работать с пресс-формами?

Где лучше производить пластиковые детали для своего устройства: на родине или в Китае? В большинстве случаев лучше начать работу с местным производителем в своей стране (если только вы не живете в стране, где промышленность развита очень слабо).

Затем, когда объемы превысят 10 тыс. штук, для снижения затрат можно переходить к китайскому производителю.

Китай — это просто идеальный выбор для крупносерийного производства. Только не стоит там затевать первичную разработку и отладку процесса. С местными производителями любые вопросы можно будет решить гораздо проще и быстрее.

Первый запуск и первые ошибки делать на местном уровне, а затем перемещать производство в Китай.

Примечание переводчика: важно учитывать, что перевозка пресс-формы из одной страны в другую (а тем более в Китай из Европы) — это сложная и дорогая затея. Поэтому мы выбираем для своих клиентов местных производителей прототипов, а серию — если она в сумме будет крупная — сразу размещаем в Китае с расчетом на амортизацию формы за несколько итераций производства. Ведь если запустить серийное производство у местных производителей, то и пресс-форма будет местная, а ее перевозка в Китай или создание второй формы в Китае себя не оправдает.

Заключение

Эта статья рассчитана на первое знакомство с особенностями литья под давлением. Но даже эти базовые знания помогут вам осознанно выбрать 3D-дизайнера для своего нового продукта.

Для неспециалиста не так уж важно понимать все нюансы этой технологии, достаточно получить общее представление о возможностях и сложностях серийного производства корпуса для электроники.

Теперь вы сможете задавать правильные вопросы при встрече со специалистами, которые займутся разработкой и производством корпуса вашего нового продукта.

Источник