Содержание
Литьё под давлением — один из самых распространённых и эффективных методов производства деталей и изделий в промышленности. Это технология, при которой расплавленный материал вводится под высоким давлением в металлическую форму (матрицу), где происходит его затвердевание с получением готовой детали. Правильный выбор материала для литья под давлением напрямую влияет на качество, функциональность и стоимость конечного продукта.
В этой статье мы рассмотрим основные группы материалов, применяемых в литье под давлением: металлы, пластики и силиконы.
Металлы для литья под давлением
Литьё металлов (обычно сплавов) под давлением позволяет получать детали с высокой точностью, тонкими стенками и отличной поверхностной отделкой. Это широко используется для производства в автомобилестроении, электронике и бытовой технике.
1.1. Основные металлические сплавы:
Алюминиевые сплавы
- Состав и свойства: Основу составляют алюминий с добавками кремния, магния, меди и цинка. Обеспечивают высокую прочность, коррозионную стойкость, хорошую теплопроводность и лёгкость.
- Применение: Автомобильные и авиационные детали, корпуса электроники, радиаторы, элементы двигателей.
- Особенности литья: Высокая температура плавления (около 600–700°C) требует специальных форм и оборудования. Возможна обработка тонкостенных деталей (от 1,5 мм).
Цинковые сплавы
- Состав и свойства: Основной металл — цинк с алюминием, медью и магнием. Отличаются низкой температурой плавления (~420°C), высокой точностью отливок и хорошей текучестью.
- Применение: Мелкие и сложные детали: замки, фурнитура, корпуса электроники.
- Особенности литья: Позволяют получать очень тонкие стенки (до 0,3 мм), высокую детализацию.
Магниевые сплавы
- Состав и свойства: Легчайшие из металлов, обладают хорошей прочностью и демпфирующими свойствами.
- Применение: Авиация, автоспорт, электроника, где важен минимальный вес.
- Особенности: Требуют особых мер безопасности из-за горючести магния.
Медные и латунные сплавы
- Состав и свойства: Высокая теплопроводность и износостойкость.
- Применение: Электротехнические и декоративные изделия.
1.2. Технология литья металлов
Процесс литья металлов под давлением включает несколько этапов:
- Расплавленный металл загружается в камеру прессования.
- Под высоким давлением с помощью плунжера или другого механизма металл впрыскивается в полость пресс-формы.
- Пресс-форма выдерживается под давлением, пока металл не застынет.
- После застывания плунжер отходит назад, и отливка извлекается из пресс-формы.
Особенности:
- Перед каждой запрессовкой жидкого расплава рабочую поверхность пресс-формы и плунжера смазывают, чтобы уменьшить прилипание металла и облегчить извлечение отливки.
- Существует несколько методик литья под давлением, которые отличаются по способу заполнения пресс-формы, например, литье с подпором, литье с вакуумом или литье с использованием газового давления.
Оборудование
Для литья металлов под давлением используют специализированные литейные машины с системой давления. Некоторые виды оборудования:
- Машины с горячей камерой прессования — для литья сплавов на основе цинка или латуни, так как камера погружена в расплав, что позволяет поддерживать постоянную температуру пресс-формы.
- Машины с холодной камерой прессования — для литья под давлением алюминиевых, магниевых, медных сплавов.
1.3. Преимущества металлического литья под давлением
- Высокая точность и повторяемость деталей
- Отличное качество поверхности без дополнительной обработки
- Высокая производительность и экономичность при массовом производстве
- Возможность изготовления сложных форм и тонкостенных деталей
1.4. Ограничения
- Высокая стоимость форм и оборудования
- Ограничения по размерам изделий (обычно до 3–4 кг)
- Требования к точному контролю температуры и давления
Пластики для литья под давлением
Литьё пластмасс под давлением — наиболее распространённый способ изготовления пластиковых изделий с высокой точностью и повторяемостью.
Основные виды пластиков
| Пластик | Основные свойства | Температура плавления (°C) | Применение | Особенности |
|---|---|---|---|---|
| Полиэтилен (PE) | Химическая стойкость, гибкость, ударопрочность | 110–130 | Упаковка, бутылки, трубы, игрушки | Низкая жесткость и термостойкость |
| Полипропилен (PP) | Жесткость, прочность, хим. и термостойкость | 160–170 | Автодетали, упаковка, бытовая техника | Устойчив к изгибам, легко окрашивается |
| Полистирол (PS) | Жесткий (GPPS), ударопрочный (HIPS), прозрачный | 90–100 | Корпуса электроники, упаковка, игрушки | Низкая термостойкость, легко окрашивается |
| Акрилонитрил-бутадиен-стирол ABS | Высокая ударопрочность и жесткость | ~100 | Корпуса, игрушки, автодетали | Сочетает жесткость и ударопрочность |
| Полиамиды (PA, нейлон) | Прочность, износостойкость, гигроскопичность | 220–260 | Технические детали, зубчатые колеса | Требует сушки, чувствителен к влаге |
| Поливинилхлорид (PVC) | Химическая стойкость, огнестойкость | 75–105 | Трубы, профили, кабельная изоляция | Может выделять хлор, требует стабилизаторов |
| Полиэтилентерефталат (PET) | Прочность, термостойкость, влагостойкость | 250 (кристаллизованный) | Бутылки, упаковка, волокна | Требует сушки, используется кристаллизованным |
| Полиоксиметилен (POM) | Жесткость, износостойкость, низкое трение | 165–175 | Механические детали, подшипники | Низкая гигроскопичность, стабильные размеры |
2.2. Технология литья термопластов
Процесс литья под давлением включает несколько последовательных стадий:
- Закрытие пресс-формы под действием гидравлического пресса.
- Нагрев и плавление материала в узле пластификации литьевой машины.
- Впрыск расплавленного материала в пресс-форму и её заполнение.
- Охлаждение полимерного материала в пресс-форме и его затвердевание.
- Раскрытие пресс-формы.
- Извлечение готового изделия из пресс-формы. Далее цикл повторяется.
Современные термопластавтоматы оснащены системами автоматизации, которые позволяют точно контролировать параметры процесса: температуру, давление, скорость впрыска и время охлаждения.
Оборудование
Ключевой элемент процесса — термопластавтоматы (ТПА) — инжекционно-литьевые машины.
Некоторые типы ТПА:
- Горизонтальные — для изготовления изделий в промышленных объёмах.
- Вертикальные — для мелкосерийных производств изделий с закладными элементами.
Особенности технологии
- Температура плавления пластика ниже, чем у металлов (от ~150°C до 300°C).
- Более простое оборудование и формы по сравнению с металлом.
- Возможность добавления красителей, наполнителей (стекловолокно, углеродное волокно) для улучшения свойств.
2.3. Преимущества
- Низкая стоимость производства при больших объёмах
- Высокая точность и повторяемость
- Возможность создания сложных и тонкостенных деталей
- Широкий выбор материалов с различными свойствами
2.4. Ограничения
- Меньшая прочность и термостойкость по сравнению с металлом
- Возможность деформаций при высоких температурах
Силиконы для литья под давлением
Силиконы — полимеры на основе кремния, обладающие высокой эластичностью, термостойкостью и химической инертностью. Литьё силиконов под давлением применяется для изготовления гибких, упругих деталей.
3.1. Виды силиконов
Для литья под давлением силиконовые материалы обычно подразделяются по типу отверждения и свойствам. Вот основные виды силиконов, применяемых для литья под давлением, с кратким описанием:
| Вид силикона | Тип отверждения | Основные свойства | Области применения | Особенности |
|---|---|---|---|---|
| RTV-силиконы (Room Temperature Vulcanizing) | Отверждение при комнатной температуре | Хорошая эластичность, простота обработки | Прототипирование, формовка, малые серии | Медленное отверждение, легко формуются |
| HTV-силиконы (High Temperature Vulcanizing) | Отверждение при высокой температуре | Высокая термостойкость, прочность | Технические детали, уплотнения, изделия с высокой нагрузкой | Требуют нагрева для отверждения, высокая прочность |
| LSR (Liquid Silicone Rubber) | Жидкие при комнатной температуре. Отверждение при высокой температуре | Жидкая форма, высокая точность, эластичность | Медицинские изделия, пищевые компоненты, электроника | Используется в литье под давлением, быстрое отверждение |
| QP1-силиконы | Отверждение с использованием катализаторов | Высокая прозрачность, химическая стойкость | Оптические компоненты, электроника | Специфические свойства для оптики и электроники |
| Силиконы с пластификаторами | Улучшенная гибкость и мягкость | Повышенная эластичность | Уплотнители, прокладки | Могут иметь пониженную прочность |
3.2. Технология литья силикона
Процесс литья силикона под давлением включает несколько этапов:
- Подготовка материала:
- Смешивание базового силикона с катализатором (платиновым для LSR, пероксидным для HCR).
- Добавка пигментов, устранение пузырьков воздуха.
- Загрузка в машину: Подача в цилиндр с точным контролем температуры (250–300°C).
- Формование: Впрыск в прецизионную форму под высоким давлением.
- Отверждение: Термохимическая вулканизация при 170–200°C для формирования сшитой структуры.
- Извлечение: Демонтаж после охлаждения до заданной жесткости.
- Постобработка: Обрезка облоя, стерилизация (для медприменений), контроль качества.
Оборудование
Специализированные машины для Литья силиконов
- LSR-машины:
- Двухшнековые системы с дозирующими насосами.
- Статические смесители для комбинации компонентов LSR.
- Холодные литниковые узлы (до 30°C) для предотвращения преждевременного отверждения.
- Пресс-формы (оснастка):
- Материалы: Закаленная сталь или алюминий с полировкой.
- Нагрев: Встроенные ТЭНы или термоканалы для масла (180–220°C).
- Термоизоляция: Текстолитовые плиты для минимизации потерь тепла.
- Дополнительное оборудование: Вакуумные камеры для дегазации, роботы для автоматизации извлечения.
Отличия от традиционного литья пластмасс:
- Низкая вязкость LSR требует герметичных и прецизионных пресс-форм с точностью ≤ 0.05 мм.
- Обязателен нагрев формы (не охлаждение, как для термопластов).
- Требуют специализированных форм, устойчивых к высоким температурам (до 200°C и выше).
- Процесс отверждения — химический, не только охлаждение.
3.3. Преимущества силиконового литья
- Высокая эластичность и упругость
- Отличная термостойкость и стойкость к ультрафиолету
- Биосовместимость, гипоаллергенность
- Устойчивость к химическим воздействиям
3.4. Ограничения
- Более высокая стоимость материала
- Ограниченная механическая прочность по сравнению с пластиками и металлами
Критерии выбора материала для литья под давлением
| Критерий | Металлы | Пластики | Силиконы |
| Прочность | Очень высокая | Средняя | Низкая, но высокая эластичность |
| Термостойкость | Очень высокая | Средняя | Высокая |
| Точность и отделка | Очень высокая | Высокая | Высокая |
| Вес изделия | Средний (зависит от металла) | Низкий | Низкий |
| Стоимость | Высокая (формы и оборудование) | Низкая | Средняя — высокая |
| Области применения | Машиностроение, электроника | Потребительские товары, электроника | Медицинские изделия, уплотнения |
Заключение
Литьё под давлением — универсальная технология, позволяющая изготавливать детали из различных материалов с высокой точностью и эффективностью. Выбор между металлами, пластиками и силиконами определяется требованиями к конечному изделию: механические свойства, условия эксплуатации, стоимость и объём производства.
- Для прочных и долговечных изделий предпочтительнее металлические сплавы.
- Для массового производства лёгких, сложных и цветных изделий — пластики.
- Для гибких, эластичных и термостойких компонентов — силиконы.
Подобрать технологию, выбрать оборудование и определиться с материалом Вашего изделия поможет наш САЙТ
