Технология литья пластмасс под давлением¶

Литьё пластмасс под давлением — технологический процесс изготовления изделий из термопластичных полимеров, при котором расплавленный материал под высоким давлением впрыскивается в замкнутую форму, где он затвердевает, приобретая конфигурацию полости формы. Метод относится к циклическим процессам переработки пластмасс и является одним из наиболее распространённых способов производства изделий массового потребления и технического назначения.

¶История

Первые патенты на литьё под давлением целлулоида были выданы в США в 1872 году братьями Исайей и Джоном Хайатами. Однако промышленное развитие технологии началось в 1920-х — 1930-х годах с появлением доступных термопластов (полистирол, поливинилхлорид) и первых поршневых машин. В 1946 году американский инженер Джеймс Уотсон Хендри запатентовал шнековую (червячную) пластикацию, что позволило повысить качество расплава и точность дозирования. С 1950-х годов технология активно внедрялась в СССР для производства товаров народного потребления и деталей машиностроения. В 1960-х годах появились машины с гидравлическим приводом и электронным управлением, а в 1980-х — с компьютерным числовым управлением.

¶Сущность процесса

Процесс литья под давлением состоит из нескольких последовательных стадий:

1. Загрузка и пластикация — гранулы полимера подаются из бункера в нагретый цилиндр, где расплавляются и гомогенизируются вращающимся шнеком.
2. Впрыск — шнек движется поступательно, выдавливая расплав через сопло в полость сомкнутой формы под давлением 30–150 МПа.
3. Выдержка под давлением — для компенсации усадки материала при охлаждении в форму дополнительно подаётся небольшое количество расплава.
4. Охлаждение — изделие затвердевает в форме при принудительном охлаждении (вода, масло, воздух).
5. Раскрытие формы и извлечение — форма размыкается, изделие удаляется выталкивателями или вручную.

Полный цикл длится от нескольких секунд (мелкие детали) до нескольких минут (крупные изделия).

¶Оборудование и оснастка

Основное оборудование — термопластавтомат (литьевая машина). Ключевые узлы: узел впрыска (цилиндр, шнек, сопло), узел смыкания (гидравлический или электрический механизм, удерживающий форму), система управления. По конструкции привода различают гидравлические, электрические и гибридные машины; электрические отличаются более высокой точностью и энергоэффективностью.

Литьевая форма — дорогостоящий инструмент, изготавливаемый из инструментальной стали или алюминия. Состоит из неподвижной и подвижной плит, системы литниковых каналов, системы охлаждения и выталкивателей. Качество поверхности и геометрия изделия напрямую зависят от точности изготовления формы.

¶Материалы

Для литья под давлением пригодны практически все термопласты: полипропилен, полиэтилен, полистирол, АБС-пластик, полиамиды, поликарбонат, полиметилметакрилат (оргстекло), полиоксиметилен и другие. Также перерабатываются термоэластопласты и некоторые реактопласты (фенопласты). Выбор материала определяется требованиями к механической прочности, термостойкости, химической стойкости, внешнему виду и стоимости изделия.

¶Преимущества и ограничения

Преимущества метода:

• высокая производительность и возможность полной автоматизации;
• высокая точность размеров и повторяемость геометрии (допуски до ±0,05 мм);
• возможность получения изделий сложной конфигурации с тонкими стенками;
• минимальная потребность в последующей механической обработке;
• хорошее качество поверхности, не требующее отделки.

Ограничения:

• высокая стоимость пресс-форм, экономически оправданная только при серийном и массовом производстве;
• ограничения по размеру изделия (зависят от усилия смыкания машины);
• сложность переработки некоторых высокотемпературных и высоковязких полимеров;
• образование литниковых отходов (при использовании холодноканальных форм), подлежащих вторичной переработке.

¶Применение

Литьё под давлением используется во всех отраслях промышленности. В автомобилестроении изготавливают бамперы, панели приборов, корпуса зеркал. В электронике и электротехнике — корпуса бытовой техники, разъёмы, изоляторы. В медицине — шприцы, корпуса ингаляторов, детали хирургических инструментов. В упаковке — крышки, контейнеры, ведра. В строительстве — соединительные фитинги, элементы вентиляции. В России технология широко применяется на предприятиях нефтехимического комплекса и в перерабатывающей промышленности.

¶Особые разновидности

Существуют модификации процесса: многокомпонентное литьё (двухцветное, сэндвич-литьё), литьё с газом или водой (для полых изделий), микролитьё (изделия массой до 0,01 г), литьё с низким давлением (для заливки электронных компонентов). Современные системы автоматизированного проектирования (CAD/CAE) позволяют моделировать заполнение формы и оптимизировать параметры процесса до изготовления оснастки.