Метод литья под давлением (Metod litya pod davleniyem)

Введение

Метод формования

Компрессионное формование – это метод формования, при котором формовочный материал, как правило предварительно нагретый, сначала помещают в открытую, нагретую полость формы. Форму закрывают верхним плунжером или вставкой, прикладывают давление, чтобы обеспечить контакт материала со всеми поверхностями формы, и поддерживают тепло и давление до завершения отверждения материала; этот процесс известен как метод компрессионного формования, а в случае с резиной – как вулканизация. В процессе используются термореактивные смолы в частично отвержденном состоянии, в виде гранул, пластичной массы или заготовок. Компрессионное формование – это высокопроизводительный метод, требующий высокого давления и подходящий для изготовления сложных, высокопрочных деталей с армированием из стекловолокна. Современные композитные термопласты также могут быть сформованы методом компрессионного формования с использованием однонаправленных лент, тканей, нетканых материалов из волокон произвольной ориентации или коротко нарезанных волокон. Преимущество компрессионного формования заключается в возможности изготовления крупных, достаточно сложных деталей. Кроме того, это один из наиболее экономичных методов формования по сравнению с трансферным формованием и литьем под давлением; к тому же, он производит относительно мало отходов, что выгодно при работе с дорогостоящими материалами. Однако компрессионное формование часто обеспечивает недостаточную стабильность качества продукции и затрудняет контроль образования облоя, а также не подходит для некоторых типов деталей. По сравнению с литьем под давлением образуется меньше литых линий и наблюдается меньшая деградация длины волокна. Компрессионное формование также подходит для производства очень крупных деталей простой формы, размеры которых превышают возможности экструзии. Типичными материалами, изготавливаемыми методом компрессионного формования, являются: полиэфирные смолы, армированные стекловолокном (SMC/BMC), Torlon, Vespel, поли(фениленсульфид) (PPS) и различные марки PEEK. Компрессионное формование часто используется инженерами-конструкторами, которым требуются экономичные резиновые и силиконовые детали. Производители компонентов, изготавливаемых методом компрессионного формования малыми сериями, включают PrintForm, 3D, STYS и Aero MFG. Компрессионное формование было впервые разработано для изготовления композитных деталей в качестве замены металлическим, и обычно используется для изготовления крупных плоских или умеренно изогнутых деталей. Этот метод широко применяется в производстве автомобильных деталей, таких как капоты, крылья, воздухозаборники, спойлеры, а также более мелких и сложных деталей. Формуемый материал помещают в полость формы, после чего нагретые плиты закрываются гидравлическим прессом. Насыпная формовочная масса (BMC) или листовая формовочная масса (SMC) принимают форму формы под действием давления и нагреваются до начала реакции отверждения. Листовой материал SMC обычно разрезается по размеру поверхности формы. Затем форму охлаждают и деталь извлекают. Материал может загружаться в форму в виде гранул или листов, либо форма может загружаться с пластифицирующего экструдера. Материал нагревают выше температуры плавления, формуют и охлаждают. Чем равномернее распределен подаваемый материал по поверхности формы, тем меньше происходит ориентация потока на стадии сжатия. Компрессионное формование также широко используется для производства сэндвич-конструкций с использованием сердцевинного материала, такого как сотовая структура или полимерная пена. Термопластичные матрицы широко используются в массовом производстве. Ярким примером является автомобильная промышленность, где передовыми технологиями являются термопласты, армированные длинными волокнами (LFT), и термопласты, армированные стекловолокном (GMT). При компрессионном формовании инженеру следует учитывать шесть важных факторов:
Определение необходимого количества материала. Определение минимального количества энергии, необходимого для нагрева материала. Определение минимального времени, необходимого для нагрева материала. Определение подходящей техники нагрева. Прогнозирование необходимой силы для обеспечения придания отливке нужной формы. Конструирование формы для быстрого охлаждения после сжатия материала в форме.

Compression molding is a method of molding in which the molding material, generally preheated, is first placed in an open, heated mold cavity. The mold is closed with a top force or plug member, pressure is applied to force the material into contact with all mold areas, while heat and pressure are maintained until the molding material has cured; this process is known as compression molding method and in case of rubber it is also known as 'Vulcanisation'. The process employs thermosetting resins in a partially cured stage, either in the form of granules, putty like masses, or preforms. Compression molding is a high volume, high pressure method suitable for molding complex, high strength fiberglass reinforcements. Advanced composite thermoplastics can also be compression molded with unidirectional tapes, woven fabrics, randomly oriented fiber mat or chopped strand. The advantage of compression molding is its ability to mold large, fairly intricate parts. Also, it is one of the lowest cost molding methods compared with other methods such as transfer molding and injection molding; moreover it wastes relatively little material, giving it an advantage when working with expensive compounds. However, compression molding often provides poor product consistency and difficulty in controlling flashing, and it is not suitable for some types of parts. Fewer knit lines are produced and a smaller amount of fiber length degradation is noticeable when compared to injection molding. Compression molding is also suitable for ultra large basic shape production in sizes beyond the capacity of extrusion techniques. Materials that are typically manufactured through compression molding include: Polyester fiberglass resin systems (SMC/BMC), Torlon, Vespel, Poly(p phenylene sulfide) (PPS), and many grades of PEEK. Compression molding is commonly utilized by product development engineers seeking cost effective rubber and silicone parts. Manufacturers of low volume compression molded components include PrintForm, 3D, STYS, and Aero MFG. Compression molding was first developed to manufacture composite parts for metal replacement applications, compression molding is typically used to make larger flat or moderately curved parts. This method of molding is greatly used in manufacturing automotive parts such as hoods, fenders, scoops, spoilers, as well as smaller more intricate parts. The material to be molded is positioned in the mold cavity and the heated platens are closed by a hydraulic ram. Bulk molding compound (BMC) or sheet molding compound (SMC), are conformed to the mold form by the applied pressure and heated until the curing reaction occurs. SMC feed material usually is cut to conform to the surface area of the mold. The mold is then cooled and the part removed. Materials may be loaded into the mold either in the form of pellets or sheet, or the mold may be loaded from a plasticating extruder. Materials are heated above their melting points, formed and cooled. The more evenly the feed material is distributed over the mold surface, the less flow orientation occurs during the compression stage. Compression molding is also widely used to produce sandwich structures that incorporate a core material such as a honeycomb or polymer foam. Thermoplastic matrices are commonplace in mass production industries. One significant example are automotive applications where the leading technologies are long fibre reinforced thermoplastics (LFT) and glass fiber mat reinforced thermoplastics (GMT). In compression molding there are six important considerations that an engineer should bear in mind:
Determining the proper amount of material. Determining the minimum amount of energy required to heat the material. Determining the minimum time required to heat the material. Determining the appropriate heating technique. Predicting the required force, to ensure that shot attains the proper shape. Designing the mold for rapid cooling after the material has been compressed into the mold.

Определение процесса

Компрессионное формование — это процесс, при котором пластиковый материал помещают непосредственно в нагретую металлическую форму, где он размягчается под воздействием тепла и, таким образом, принимает форму полости формы при ее закрытии. После завершения формования может быть удален излишек облоя. Обычно станки для компрессионного формования открываются по вертикальной оси.

Характеристики процесса

Использование термореактивных пластиковых компаундов отличает этот процесс формования от многих других. Эти термореактивные материалы могут поставляться в виде заготовок или гранул. В отличие от некоторых других процессов, материалы обычно предварительно нагревают и дозируют перед формованием, что помогает снизить количество облоя. В пресс-форму также можно отливать вставки, как правило, металлические. Важно помнить, что в форме не должно быть поднутрений, так как это значительно усложнит извлечение изделия. Термопластичные матрицы с неограниченным сроком хранения и более коротким циклом формования широко применяются, примеры приведены в источнике 3.

Схема процесса

Компрессионное формование – один из старейших методов производства резиновых изделий. Параметры процесса включают время формования, температуру и давление. Обычно используется зажимное усилие 300–400 тонн. Типичная форма для формования имеет вид раковины, при этом полость формы находится в нижней части. Формовочный пресс во многом напоминает вертикальный пресс с загрузкой сверху, используемый для литья алюминия. При компрессионном формовании используются заготовки, изготовленные на экструдере и обрезном станке (состоящем из двух лезвий, которые сходятся в центре для отрезания экструдата нужной длины) или на роликовом и штамповом резаке. Бутылки для воды изготавливаются из вырезанных листов размером 3х6 дюймов. Один лист помещается под оправку, а другой лист такого же размера – над оправкой, после чего верхняя часть формы опускается вручную или с помощью тали почти до закрытия. Затем форму помещают в пресс, который гидравлически закрывается до полного давления. Температура формы составляет около 350 градусов. Когда цикл завершается (примерно через 3,5–4,0 минуты), пресс открывается, и форму вытягивают к оператору. Оператор открывает верхнюю часть формы и откидывает ее назад к прессу. Видна бутылка, внутри которой все еще находится оправка. Пока бутылка горячая, оператор вставляет выступы между бутылкой и стальной оправкой и растягивает горлышко бутылки, чтобы освободить ее от оправки. Заготовки для центров мячей для гольфа, изготовленных методом компрессионного формования, экструдируются. Заготовка представляет собой круглый цилиндр размером 1х1 дюйм, который устанавливается в полость формы. В течение цикла оператор загружает оправку цилиндрами и помещает оправку над формой. Заготовки высвобождаются в полость формы при выдвижении выдвижного лотка. Когда форма открывается, нижняя плита опускается, и форма гидравлически выталкивается к оператору. Затем тепловой лист (все отформованные детали из этого цикла, соединенные между собой линией разъема (обрезком)) помещают в тележку для вырезки.

Типичные инструменты и геометрия

Используются три типа пресс-форм: пресс-форма с литником, пресс-форма с прямым плунжером и пресс-форма с "посадочным" плунжером. Пресс-форма с литником требует точной дозировки пластика и формирует горизонтальный литник (излишки материала, выступающие за пределы формы). Пресс-форма с прямым плунжером допускает некоторую неточность в дозировке пластика и формирует вертикальный литник. Пресс-форма с посадочным плунжером требует точной дозировки пластика, при этом литник не образуется. Более подробная информация приведена в Источнике 3.