Технология переработки из расплавов аморфных и кристаллизующихся веществ (стр. 8 из 9)

В последнее время стали применять литье с газом и для получения тонкостенных изделий (корпусные детали мобильных телефонов и т.д.). Ввиду того, что литье подобных изделий связано с рядом особенностей, для него часто используют особый термин "тонкостенное литье с газом".

Поведение полимера и газа в полости формы определяется многими факторами и очень сильно зависит от особенностей используемой марки полимера. Компьютерный анализ позволяет спрогнозировать это поведение и оптимизировать конструкцию изделия и пресс-формы на этапе подготовки производства [53 – 55].

Один из недостатков технологий с подачей газа в расплав полимера - неравномерная толщина стенки полимера. Наибольшая неравномерность толщины наблюдается на "поворотах": слой полимера минимален с внутренней стороны газового канала. Вблизи газовой иглы обычно наблюдаются резкое изменение толщины слоя полимера, а на поверхности изделия - дефекты текстуры.

Литье с неполным впрыском полимера

При литье с неполным впрыском (рис. 9) в пресс-форму подается расплав полимера, но после заполнения изделия на 50-60% для визуально-толстостенных и 90-95% для крупногабаритных деталей [56] впрыск полимера прекращается, и в полость формы подается газ. В крупногабаритных изделиях газ подается в так называемые газовые каналы - утолщения, предусмотренные в конструкции изделия. Газ вытесняет расплав полимера из горячих внутренних областей полости в незаполненные участки, обеспечивает полное оформление изделия.

Рис. 9. Схема процесса литья с газом при неполном впрыске полимера: слева - газ подается через литниковую систему, справа - газ подается прямо в изделие [57]

К моменту подачи газа на поверхности отливки формируется корка из застывшего полимера, которая препятствует выходу газа наружу. Толщина корки определяется несколькими факторами, важнейшим из которых является "время задержки" – промежуток времени между моментом остановки впрыска полимера и началом подачи газа.

Одной из проблем в данном процессе является след на изделии на линии остановки полимера [51, 52], который иногда можно устранить изменением технологического режима.

Литье с полным впрыском с применением прибыли

Проблема следа на изделии может быть решена при 100% заполнении формующей полости расплавом перед подачей газа. Расплав полимера из внутренних областей изделия вытесняется газом в прибыль. Между изделием и прибытью устанавливают запорный клапан, который находится в закрытом состоянии во время заполнения изделия расплавом [52]. Различают варианты процесса. В первом варианте прибыль открывается перед подачей газа. Во втором варианте, запатентованном фирмой Cinpres Gas Injection, газ подается перед открытием прибыли, что позволяет дополнительно уплотнить материал.

Литье с полным впрыском с вытеснением расплава полимера в материальный цилиндр литьевой машины

Интересным вариантом технологии литья с газом является процесс со 100% заполнением изделия расплавом, при котором подача газа производится в противоположную от впуска полимера часть изделия [49, 52]. Газ вытесняет расплав полимера из внутренних областей изделия в материальный цилиндр литьевой машины (при этом газ не должен попасть в цилиндр литьевой машины).

Литье с локальной подачей газа в область изделия для устранения утяжек

Задача устранения утяжек может быть решена при локальной подаче газа в определенную область изделия [52]. При этом основная часть изделия уплотняется, как и в обычном процессе литья под давлением за счет давления полимера (стадия выдержки под давлением). Газ создает дополнительное давление в проблемных областях с повышенной объемной усадкой и обеспечивает хорошее качество поверхности изделия.

Литье со смещением знаков

Процесс литья с газом со смещением знака [52] проводится следующим образом. После впрыска полимера открывается дополнительная полость за счет смещения подвижного знака пресс-формы. Эта полость заполняется полимерным материалом, который "раздувается" под действием давления газа.

Особенности литья с газом крупногабаритных изделий. Принципы конструирования газовых каналов

Газовые каналы выполняют при литье с газом крупногабаритных изделий 3 функции: а) на стадии впрыска полимера газовые каналы работают как холодноканальные литники, транспортируя расплав полимера к дальним областям изделия; б) после впуска газа последний вытесняет расплав полимера из внутренних областей газовых каналов (стадия вытеснения), обеспечивая 100% заполнение изделия полимером в процессе с неполным впрыском; с) далее под действием давления газа происходит уплотнение полимера в изделии (стадия уплотнения). Конструкция газовых каналов должна учитывать особенности поведения полимера и газа на этих трех стадиях процесса.

Форма и размеры поперечного сечения, расположение газовых каналов, места впуска полимера и газа выбираются с учетом следующих факторов:

1) Необходимо обеспечить возможность заполнения 80-95% изделия расплавом до подачи газа в процессе с неполным впрыском или 100% в процессе с полным впрыском, а также уплотнение полимера. Газ может двигаться в канале, только вытесняя из него полимер или уплотняя полимер. В процессе с неполным впрыском при малом объеме газовых каналов возникает недолив. Если объем газовых каналов слишком большой, газ не может дойти до конца газовых каналов. Это приводит к утяжкам (в каналах, заполненных полимером), короблению и значительно увеличивает время цикла.

2) Необходима сбалансированность заполнения изделия расплавом [50, 51]. Нарушение данного принципа может привести к недоливу, короблению изделия. Согласно работе [50] газовые каналы должны заканчиваться рядом с теми областями изделия, которые заполняются на стадии впрыска полимера в последнюю очередь.

3) Необходима также балансировка для газа [50,51]. Неравномерность движения газа может быть вызвана неравномерностью охлаждения полимера или другими причинами.

4) При течении полимера могут образовываться воздушные ловушки и линии спая. На стадии впрыска расплав полимера движется по газовым каналам быстрее, чем по более тонким областям изделия. При большой толщине газовых каналов происходит образование воздушных ловушек и линий спая между двумя газовыми каналами. Для предотвращения этого явления рекомендуется выбирать для начала толщину газовых каналов в 2-2.5 раз больше толщины изделия [50, 51]. Это оценочная величина и часто такая толщина газовых каналов будет недостаточна. Поведение расплава в реальной пресс-форме зависит от вязкости материала, толщины изделия и др. факторов. Согласно [58] толщина газовых каналов может превышать основную толщину изделия в 4 раза. Чем меньше толщина газовых каналов, тем большее давление газа должно быть использовано.

5) Впуск полимера может производиться в газовый канал или в основную стенку изделия. В первом случае облегчается заполнение крупногабаритных изделий. Во втором варианте уменьшается длина затекания, но одновременно снижается эффект ускорения течения расплава по газовым каналам [51].

6) Так как в изделии с газовыми каналами имеется большой перепад толщин, часто может проявляться эффект замедления, который повышает неравномерность заполнения и приводит к недоливу.

7) Искривление газового канала приводит к неравномерному уменьшению толщины слоя полимера и ослабляет изделие (газ движется в искривленном газовом канале по кратчайшему пути) [49 – 51]. Этот эффект можно предотвратить, увеличивая охлаждение канала с соответствующей стороны (за счет правильного выбора формы поперечного сечения канала, расположения охлаждающих каналов).

8) Попадание газа в тонкостенные части изделия [49 – 51] значительно снижает механическую прочность изделия и ухудшает его внешний вид (для прозрачных изделий). Данный эффект часто наблюдается при расположении газовых каналов перпендикулярно направлению растекания расплава. Эффект можно устранить при задержке подачи газа, повышении эффективности охлаждения изделия, снижения давления газа, уменьшении основной толщины изделия. Использование специальной канавки, расположенной вдоль газового канала также является возможным решением для устранения данного эффекта.

9) Замкнутые газовые каналы могут создавать несколько проблем [49 – 51]. Во-первых, они приводят к образованию воздушных ловушек. Во-вторых, в месте встречи 2-х воздушных пузырей всегда остается слой полимера. Для полного охлаждения этого слоя необходимо значительно увеличить время цикла. Часто давления газа недостаточно для уплотнения толстого слоя полимера, поэтому здесь возможна утяжка.

10) Механическая прочность и жесткость изделия. Газовые каналы, если у них достаточная толщина стенки, повышают механические характеристики изделия. Однако авторы работ [49, 50] не рекомендуют пытаться использовать газовые каналы для улучшения механических характеристик изделия. Проще всего это сделать за счет системы обычных ребер.

11) При литье с газом нередко используются несколько впусков газа в изделие. Количество впусков газа должно быть минимальным. Каждый впуск - это отверстие в изделии (хотя в настоящее время существует технология, позволяющая "заделать" дырку впрыском дополнительной порции расплава, эта технология требует особой литьевой машины). В разных впусках сопротивление газу может различаться - газ может проигнорировать впуск с большим сопротивлением.

12) При разводке газовых каналов необходимо учитывать, что уплотнение полимера и компенсация объемной усадки происходит в данной технологии за счет давления газа. При увеличении расстояния от области изделия до газового канала эффективность уплотнения этой области уменьшается. Чем меньше текучесть материала, тем ближе должны быть газовые каналы к уплотняемой области изделия.