Ресурсосберегающие технологии литья

Ресурсосберегающие технологии литья

     Возникающий при проектировании и изготовлении изделий комплекс проблем не всегда можно решить конструктивными доработками деталей. Часто возникают противоречивые с точки зрения традиционного оформления формообразующих частей задачи.

      Такие детали как силовые детали автомобиля (см. рис. 1), вешалки (см. рис. 2), посуда из пластика (см. рис. 3) должны с одной стороны быть прочными, а с другой формировать поверхности, удобные с точки зрения дизайна и эргономики.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

    Помимо этого существует необходимость уменьшения себестоимости готовой продукции. Себестоимость обычно складывается из стоимости сырья и стоимости работ по изготовлению изделия и его последующей сборки.

     Существуют большое многообразие способов решения описанных выше задач.

    Одним из эффективных методов решения является использование технологии литья с газовой поддержкой.

        Для того чтобы осуществлять литье с газом не нужно иметь дорогостоящего оборудования. Необходимо лишь приобрести вспомогательный газовый модуль, который легко работает совместно с любым термопластавтоматом.

      Особенность процесса  такого литья заключается во введении в форму сжатого газа, обычно азота. Газ создает пузырь внутри расплава пластмассы, который толкает материал и создает полости внутри утолщенных частей отливки.

Рис. 4

     Существует несколько разновидностей литья с газовой поддержкой. Эти разновидности отличаются друг от друга по методам и размещению инжекции газа. Газ может быть инжектирован через:

• сопло термопластавтомата (см. рис. 4);
• систему разводящих литников;
• литниковую втулку;
• непосредственно в формообразующую полость.

       Газ может поступать в форму:

• под постоянным давлением;
• в постоянном объеме.

       Использование технологии литья с газом позволяет решить множество проблем, которые другими способами не разрешимы. При конструировании деталей становится возможным:

• выполнять толстые ребра не боясь появления утяжин на внешних поверхностях детали;
• в силовых конструкциях получать более высокое соотношение жесткости к весу детали;
• получать монолитные большие сечения деталей.

     Кроме того, можно добиться экономии и по используемому оборудованию:

• снизить усилие смыкания пресс-формы;
• снизить давление впрыска;
• уменьшить время цикла литья. 

        При прочих равных условиях, использование литья с газом позволяет добиться улучшения внешнего вида и повышения точности размеров деталей, так как существенно снижаются внутренние остаточные напряжения, возникающие в процессе охлаждения отливки.

      Помимо технологии литья с газовой поддержкой существует технология литья с водой. Используя эту технологию можно получать детали сложной формы, которые не возможно было бы изготовить другим способом. Так изготавливают трубы для автомобилей (см. рис. 5).

Рис. 5

      Процесс заполнения формы состоит из следующих стадий (см. рис. 6):

Рис. 6

1. Сначала происходит впрыск пластика;
2. После заполнения формы открывается клапан и подается вода, при этом материал имеет возможность выхода в специальную камеру;
3. Процесс впрыска воды продолжается до момента ее выхода в камеру, после чего деталь извлекается из формы.

      Использование технологии литья с водой позволяет существенно снизить цикл охлаждения при литье и получать тонкостенные детали сложной формы.

     Другой вариант решения конструктивных и экономических задач использование многокомпонентного литья. При выпуске изделий массовыми тиражами целесообразно стремиться к уменьшению себестоимости за счет снижения трудоемкости работ по изготовлению изделий. В этом случае используется дорогостоящее оборудование: Термопласт автоматы и пресс-формы для многокомпонентного литья.

    Термопластавтоматы для многокомпонентного литья отличаются по компоновке узлов впрыска и количеству этих узлов (см. рис. 7):

Рис. 7

1) вертикальный узел впрыска; 2) двойной узел впрыска; 3) два вертикальных узла впрыска; 4) L-образное размещение; 5) параллельное размещение; 6) L-образное размещение и параллельное размещение; 7) Т-образное размещение.

    Существуют так же автономные узлы впрыска, которые могут устанавливаться на обычные термопластавтоматы (см. рис. 8).

Рис. 8

     Эти узлы могут крепиться как к неподвижной, так и к подвижной плите термопластавтомата. Появляется гибкость в выборе дополнительного места впрыска на пресс-форме. Подобные системы позволяют формировать разнообразные сочетания материалов в деталях и обеспечивают подвод этих материалов в зависимости от конструктивной необходимости.

  Это оборудование позволяет существенно снизить трудоемкость работ по сборке изделия, упростить конструкцию и улучшить внешний вид деталей и мест их сопряжений (см. рис. 9, 10).

Рис. 9

Рис. 10

     Кроме того, часто возникает  необходимость сочетания в одной детали мест с разными свойствами материала. Например, ручки в автомобилях часто выполняют из двух компонентов: прочного каркаса и упругого эластичного материала. Это позволяет добиться необходимой жесткости в сочетании с хорошими тактильными ощущениями (см. рис. 11).

Рис. 11

    Если объёмы выпуска деталей не очень большие, а необходимо добиться результата, аналогичного многокомпонентному литью, используют литье с закладными элементами. В этом случае можно использовать обычные термопластавтоматы и пресс-формы. Изготавливаются части деталей, а потом закладываются в оснастку, где заливаются другим материалом. Таким образом, снижается трудоемкость сборки изделия и достигается аналогичное многокомпонентному литью качество мест сопряжения между частями детали, выполненными из разного материала.  

Однако часто возникают задачи, которые можно решать, используя менее дорогостоящее технологическое оборудование. Так для обеспечения качества толстостенных поверхностей может использоваться сэндвич литье. Например, для изготовления толстостенных ручек пластиковых столовых приборов часто используется двухшнековые термопласт автоматы с впрыском материалов через одно сопло.

Процесс сэндвич литья состоит из следующих стадий (см. рис. 12):

Рис. 12

1. Материал разогревается в двух шнеках. В вертикальном - материал, формирующий внешнюю поверхность (на рис. 12 изображен желтым цветом) и в горизонтальном – материал сердцевины (на рис. 12 изображен красным цветом).
2. Вертикальный шнек подводится к горизонтальному и происходит набор необходимой дозы непосредственно в основной шнек.
3. Вертикальный шнек отводится и горизонтальный подводится к литниковой втулке пресс-формы.
4. Происходит впрыск, в течение которого материал, формирующий внешнюю  поверхность, затвердевает около формообразующих частей пресс-формы, а внутренний расплавленный материал вытесняется материалом сердцевины.

      В результате формируется качественная внешняя поверхность детали из одного материала, а внутренняя часть изделия заполняется материалом, позволяющем избежать короблений и усадок, которые в другом случае неизбежно бы возникали при такой форме и толщине отливки (см. рис. 13). Конечно, можно было бы использовать технологию литья с газом, однако в этом случае нельзя будет добиться необходимого для данного вида изделий веса отливки.

Рис. 13

Другим хорошим решением, при изготовлении деталей, является создание конструктивных элементов, путем отливки их в одной пресс-форме таким образом, что одновременно обеспечивается их сборка в единый узел изделия. Например, если необходимо обеспечить конструкцию упаковки или корпуса способную открываться вращением вокруг оси, можно обеспечить это вращение, расположив обе половинки корпуса в одной пресс-форме и сформировав зазор в оси вращения знаками формообразующих частей оснастки (см. рис. 14). Такой способ существенно снижает себестоимость изделия, так как уменьшает и количество деталей, и трудоемкость сборочных операций.

Рис. 14

Используя методы, о которых говорится в этой статье, можно существенно расширить возможности дизайна и конструирования изделий, а так же значительно снизить себестоимость производства деталей.

 

Автор: Патрикеев Иннокентий Владимирович (Генеральный директор ООО "Инпат")