Литьевое прессование (Компрессионное формование)

Литьевое прессование (Injection-Compression Molding) представляет собой дальнейшее развитие технологии литья под давление за счет добавления усилия прессования механизма смыкания. Это позволяет обеспечить стабилизацию размеров изделий и получение поверхности, точно соответствующей технологическим требованиям. В этой технологии формующая полость изначально имеет большое сечение , что позволяет расплаву полимерного материала свободно заполнить все удаленные участки при относительно низком давлении. В некоторый момент в ходе или после завершения впрыска материала толщина формы уменьшается за счет её дополнительного механического сжатия, что заставляет расплав заполнить всю форму с большим уплотнением. Воздействие усилия прессования на форму приводит к одинаковому распределению давления в полости, позволяет добиться более равномерного распределения физических свойств и уменьшить усадку, деформацию и внутренние напряжения в отливке по сравнению с традиционным литьем под давлением.

Описание технологического процесса

После поступления заданного количества полимерного материала в приоткрытую литьевую форму к ней прикладывается усилие прессования и продолжается до конца формования изделия. На рисунке показаны обе стадии: начального впрыска и последующая стадия прессования. Закрытие формы также может происходить и в процессе впрыска полимера. Различные варианты технологии, основанные на особенностях процесса, можно разделить на три категории:

• двухстадийное последовательное литьевое прессование; 

• одновременное литьевое прессование;

• избирательное литьевое прессование.

Простейшим вариантом технологии является двухстадийный процесс литьевого прессования, состоящий из стадии впрыска и стадии прессования. В ходе впрыска полимер поступает под давлением в полость, глубина которой на 0,5 - 10 мм больше толщины изделия. После окончания впрыска начинается стадия прессования, в течение которого глубина полости уменьшается до заданного значения. Усилие прессования, приложенное к литьевой форме, заставляет расплав заполнить оставшиеся незаполненными зоны, а затем происходит его уплотнение, компенсирующее усадку в процессе охлаждения. К потенциальным недостаткам процесса литьевого прессования с двумя стадиями относятся метки «остановки», или «памяти», на отливке, вызванные временной остановкой потока при переходе от впрыска к прессованию.

Процесс одновременного впрыска и прессования используется, чтобы избежать поверхностных дефектов и обеспечить непрерывность потока расплава полимера. При этом прессование начинается до завершения впрыска. В третьем варианте технологии (избирательное литьевое прессование) сжатие начинается, когда толщина отливки достигает номинального значения. Во время впрыска давление расплава перемещает форму по направлению к цилиндру, который закреплен на пуансоне. В зависимости от давления в формующей полости или от времени стадия прессования начинается включением цилиндра, который для сжатия расплава прикладывает усилие к пуансону.

Для литьевого прессования может быть адаптирована традиционная литьевая машина с точным управлением объемом впрыска, однако необходим дополнительный модуль для управления стадией прессования. Кроме того, существуют некоторые дополнительные требования и предварительные условия как для технологиче¬ского процесса, так и для литьевых форм:

• конструкция с вертикальным расположением плоскостей предназначена для того, чтобы избежать неконтролируемых утечек расплава через них;
  
• необходимы игольчатые клапаны, позволяющие сохранять герметичность формующей полости и сохраняющие время задержки (время после окончания впрыска и начала прессования) настолько низким, насколько это возможно, чтобы избежать поверхностных дефектов;
  
• необходимо точное механическое устройство завершения впрыска в ГКС, чтобы гарантировать подачу точного количества расплава в форму.
  

Преимущества

Главным преимуществом литьевого прессования является способность производить изделие со стабильными размерами и относительным отсутствием остаточных напряжений при низком давлении впрыска, а также возможность добиться снижения усилия смыкания формы (обычно на 20 - 50%) и сокращения времени цикла. Напомним, что в традиционной литьевой машине создаются значительное давление впрыска и уплотнение расплава в сопле машины, чтобы его было достаточно для достижения потоком расплава всех удаленных зон полости и уплотнения. Для изготовления тонкостенных изделий, таких, как компакт-диски, обычно очень важную роль играет изменение давления вдоль плоскости изделия из-за высокого сопротивления потоку. Это приводит к неравномерному уплотнению и объемной усадке внутри изделия, что, в свою очередь, ведет к остаточным напряжениям и ухудшению его износостойкости. В описываемой технологии усилие прессования приложено перпендикулярно толщине изделия (в отличие от давления, параллельного наибольшему размеру изделия) для большинства (но не для всех) изделий. В результате данная технология обеспечивает более равномерное распределение давления уплотнения/выдержки расплава, а величина давления при этом существенно меньше. Это обстоятельство позволяет добиться хорошего уплотнения в форме, а также минимизировать остаточные напряжения внутри отливки и её деформацию.

В таблице приведено сравнение литьевого прессования с двумя другими технологиями, чаще всего используемыми для получения тонкостенных изделий.

Сравнение различных технологий для получения тонкостенных изделий

Недостатки

Недостатки литьевого прессования можно свести к следующим пунктам:

• литьевые формы для этого технологического процесса относительно дороги и изнашиваются в процессе прессования;
  
• необходимы дополнительные затраты на модернизацию литьевой машины, а именно, модуль управления стадией прессования;
  
• экономически технология оправдана только в рамках крупносерийного производства (например, компакт-дисков) или при получении изделий, в которых необходимы минимальные внутренние остаточные напряжения (например, оптических линз).

Материалы

При изготовлении тонкостенных изделий материалы с низкой текучестью расплава, такие, как ПК и полиэфиримид, можно использовать для получения изделий толши' ной до 0,5 мм. С другой стороны, ПК с высоким показателем текучести 6олее подходит для изготовления компакт-дисков. Кроме того, из-за отличных оптических свойств ПК большинство линз производится именно из этого материала. К другим материалам, которые используются в технологии литьевого прессования, относятся акрил, ПЭ, ПА и ПП, а также термопластичный каучук и термореактивные материалы.

Типичные варианты применения

Технология литьевого прессования лучше всего подходит для производства высококачественных и недорогих компакт-дисков и различных оптических линз. В настоящее время заметен интерес к производству литьевым прессованием тонкостенных изделий.

Источник: Литье пластмасс под давлением, издательство «Профессия»