- RU
- ENG
Универсальный токарно-винторезный станок модели CS6266Bх1500 (Ø660 х 1500 мм)Страна: КитайПроизводитель:
|
|
 |
 |
 |
 |
 |
Литье под давлением термопластичных материалов постепенно выходит на новую фазу развития — от использования уже известных и хорошо опробированных технологий к новым, которые, с одной стороны, усложняют управление процессом литья под давлением, а с другой — позволяют улучшать технологичность и качество изделий при одновременном снижении материальных и энергозатрат.
В этой статье речь пойдет о литье пластиковых изделий с использованием поступающих под давлением газа (азота) или воды внутрь расплава в полости пресс-формы. Мы раскроем ноу-хау и способы применения этой инновационной технологии.
Суть процесса
Сразу стоит отметить, что по своей сути литье с использованием газа и с использованием воды идентично, поэтому в дальнейшем мы будем описывать процесс литья под давлением с довпрыском газа, а области применения газа и воды рассмотрим отдельно.
Если при обычном процессе литья под давлением расплав полимера полностью заполняет полости пресс-формы, то при литье с газом расплав заполняет только часть полости пресс- формы с учетом объема полой сердцевины изделия, которая будет формироваться подаваемым под давлением газом. Далее внедренные форсунки в полости пресс-формы открывают доступ газу под давлением от 30 до 400 бар (в зависимости от геометрии готового изделия), который распределяет полимер по поверхности полости пресс-формы.
Внутреннее давление газа позволяет противостоять усадке полимера при остывании детали, что значительно улучшает качество поверхности и точность геометрических размеров готового изделия. Более того, создание полой сердцевины под давлением предполагает наличие тонких стенок у отливки, что позволяет сэкономить на сырье и, что также немаловажно, уменьшить длительность цикла охлаждения.
Заданная кривая нарастания и снижения давления газа поддерживается либо собственным блоком управления установки для подачи газа, либо интегрирование от центрального NC-контроллера ТПА. В установках газ под давлением находится в накопительных баллонах. Рабочее давление создается гидравлическим поршневым компрессором, и профиль давления точно регулируется сервоклапаном. Отработавший газ возвращается в установку в рекуперационный бак.
Существует несколько вариантов литья под давлением с использованием газа/воды.
Совместный процесс
Название процесса условно. Его суть заключается в том, что газ впрыскивается через сопло узла впрыска. Для этого сопло имеет запорный механизм, который предотвращает попадание газа в цилиндр впрыска, а расплава — в газоход. Такой процесс используется в случае литья деталей, у которых удается оптимально совместить места впрыска расплава и газа и где по окончании формования изделия необходимо закупорить отверстия, куда подавался газ. Для этого газ стравливается, запорный механизм перекрывает газоход и открывает доступ порции впрыскиваемого расплава, который запечатывает отверстие.
Преимущества этого способа заключаются в возможности использовать инструмент без специальных элементов для впрыска газа. Однако горячеканальные формы для этого способа не годятся. Кроме того, в большом числе случаев просто невозможно совместить места впрыска газа и расплава. Для этих случаев предусмотрены специальные конструктивные элементы пресс-форм — газоподающие иглы.
В случае, когда ось иглы находится под углом к направлению выталкивания готовой детали, игла выполняется подвижной и при размыкании пресс- формы извлекается из изделия посредством компактного гидроцилиндра, после чего изделие беспрепятственно извлекается из полости пресс-формы толкателем.
Стандартный процесс
В начале полость пресс-формы частично заполняется заданным количеством расплава полимера (рис. 1), после чего следует впрыск под давлением 30-400 бар газа или под давлением 20-200 бар воды. Газ или вода за счет своего давления распределяет материал по стенкам полости пресс-формы для формообразования изделия. Впрыск газа (здесь и далее по тексту для упрощения изложения вода не упоминается) осуществляется либо через сопло узла впрыска (только для газа), либо через форсунку, расположенную рядом с затвором, либо через форсунку по каналу непосредственно в пресс-форму (для воды и газа). Газ не может попасть в полость пресс-формы, пока его давление не превысит давление расплава.
После завершения формовочного процесса газ должен взять на себя функцию удержания давления, которая в обычных ТПА реализуется самим узлом впрыска. По завершении фазы удержания давления газ покидает деталь и возвращается в рекуперационный бак модуля подачи газа.
Есть и другая разновидность процесса, когда газ впрыскивается не непосредственно в расплав, а в пространство между стенкой полости пресс- формы и расплавом, вытесняя и прижимая последний к противоположной формообразующей стенке пресс-формы, которая формирует лицевую сторону изделия. Так можно получать плоские детали с хорошими поверхностными свойствами лицевой стороны, когда можно пожертвовать тыльной. Этот процесс технологически менее сложен, однако имеет ограниченную область применения.
Процесс выдува
Процесс выдува принципиально отличается от остальных тем, что полость пресс-формы заполняется расплавом полностью, а не частично. Затем газ впрыскивается в расплавленный полимер, вытесняя его либо обратно в полость перед шнеком, либо в специальную резервную полость в пресс-форме, доступ расплава в которую становится возможным только после открытия заслонки (рис. 2). Такой процесс позволяет избежать появления поверхностных дефектов, которые могут возникнуть при смене фазы впрыска расплава фазой впрыска газа, особенно в случае использования высококристаллизованных полимеров, компаундов, или когда используются закладные детали, хорошо отполированные или со специальной текстурой.
Таким образом, с одной стороны, этот процесс позволяет получать детали с оптимальным качеством поверхности, с другой стороны, он дает возможность повлиять на толщину формируемой стенки, что достигается за счет задержки впрыска газа на определенное время.
Процесс локального впрыска газа
Когда стоит задача отлить деталь, имеющую разнотолщинный профиль, необходимо правильно соотнести объем впрыскиваемого газа с соответствующими объемами узкого и широкого участков полости пресс-формы. Этого нельзя добиться, воспользовавшись любым из вышеописанных процессов литья с газом, особенно, когда имеешь дело с относительно сложными моделями. Здесь могут не помочь и самые лучшие CAE-программы, которые способны анализировать поведение расплава совместно с впрыскиваемым газом. Если расплав поступает в широкую часть полости пресс-формы и частично заполняет ее (как при стандартном процессе), впрыснутый газ в большинстве случаев не сможет вытеснить расплав в узкую область полости пресс-формы, так как слишком большим оказывается отношение длины течения расплава к толщине стенки, даже максимальное давление газа в 400 бар не изменит ситуацию. Тем более что давление газа, воздействующее на широкую часть полости, не сможет выполнить функцию выдерживания давления полимера в узкой части. Чтобы решить эту проблему, пресс-форму необходимо оснастить подвижной задвижкой, которая позволит изменять размеры полости пресс-формы (рис. 3). Эти задвижки могут приводиться в движение либо автоматически, либо под воздействием давления газа, позволяя отливать монолитные детали с полостями там, где требуется. Этот процесс реализуем только для газа.
Многоточечный впрыск
Если нужно изготовить пластиковое изделие, имеющее крупные размеры (ящики, короба, мусорные баки), и при этом обеспечить высочайшие стандарты качества, не обойтись без многоточечного впрыска, когда газ или вода впрыскивается в полость пресс-формы сразу в нескольких точках. Таким образом, можно формировать полые участки в детали именно там, где это необходимо. Преимуществом такого подхода является то, что отпадает необходимость формовки у изделия ребер, которые нужны только для направления потоков газа и не выполняют функции усиления конструкции или иные конструктивные задачи. В случае очень больших деталей, таких как, например, бамперы автомобилей, можно управлять кривой давления газа в каждой точке по отдельности за счет использования нескольких мобильных модулей подачи газа, которые могут вступать в работу параллельно или поочередно. Такой же принцип используется при литье изделий, имеющих несколько изолированных друг от друга полостей. Многоточечный впрыск также может быть использован совместно с другими уже перечисленными процессами литья с газом/водой.
Процесс циркулирующей заливки воды
Как видно из заголовка, данный процесс был разработан исключительно для использования воды при литье под давлением. Может выполняться совместно с другими процессами (частичного заполнения и выдува), где можно использовать воду в качестве агента, создающего внутреннее давление в расплаве. Вода, во-первых, практически не сжимаема и, таким образом, может прекрасно передавать давление на протяженных участках пути течения расплава, а во- вторых, прекрасно проводит тепло и эффективно рассеивает его равномерно по всему участку полости изделия. Процесс циркулирующей заливки предполагает использование двух форсунок для создания одной полости в детали. После впрыска расплава водяные форсунки по очереди начинают впрыскивать и откачивать воду в расплаве, создавая водяной поток с меняющимся направлением движения (рис. 5). Такой турбулентный поток еще лучше рассеивает тепло и тем самым укорачивает цикл охлаждения. Это в свою очередь позволяет добиться более короткого цикла литья. Процесс особенно незаменим при изготовлении длинномерных, трубчатых деталей или габаритных полых изделий.
Области применения газа и воды
Азот используется в тех случаях, когда химическая инертность агента стоит во главе угла. Воду следует использовать там, где становятся критичными время цикла литья, отвод тепла и конструктивный Обзор возможных областей применений технологий литья с газом и водой приведен в таблице.
Преимущества и недостатки метода литья с газом
Создание пустот за счет давления азота позволяет добиться следующих улучшений в процессе литья:
Одновременно нужно учитывать и возможность появления поверхностных дефектов из-за продувки газом вследствие:
Технологию литья под давлением нельзя рассматривать как решение всех проблем в технике литья. Однако она обязательно займет свое место в ряду инновационных технологий для решения огромного спектра задач. Чтобы воспользоваться преимуществами процесса, необходимо разрабатывать именно те конструкции, которые максимально используют преимущества технологии литья с газом. Интенсивный предварительный анализ технологии для этапов разработки и производства станет главной предпосылкой для успешного использования этой инновационной технологии в современном производстве.
На заметку заказчику
При всех своих преимуществах технология литья под давлением имеет ряд особенностей экономического порядка.
Целесообразность. Безусловно, такие важные преимущества, как экономия сырья и сбережение электроэнергии, позволяют относиться с оптимизмом к возможности внедрения литья с газом на многих предприятиях, занимающихся переработкой полимеров. Однако западные эксперты приходят к неутешительному выводу, что в России до сих пор многие так и не научились считать. И речь не идет об обычной арифметике — выбил хорошую цену, и технологический маховик энергично закрутился. Речь идет о бесспорном технико-экономическом обосновании внедрения того или иного инновационного метода (как, впрочем, и новейшего технологического оборудования). Волшебное словосочетание «экономия сырья» способно затуманить голову многим, несмотря на то что и сами единовременные затраты существенны, а полная стоимость владения технологией и оборудованием требует более детального и всестороннего изучения вопроса.
Единовременные затраты. Помимо стоимости стандартного термопластавтомата (с небольшими вариациями выполнения сопла и расширенной математики NC-контроллера), модуля подачи азота/воды (управляется NC-контроллером), разработки и изготовления пресс-форм с газовыми каналами и соплами, опционов по дополнительной оснастке, придется заплатить еще и за пользование патентом на инновационную технологию.
Большинство инновационных технологий разработаны независимыми институтами и инжиниринговыми компаниями и защищаются патентами на десятилетний срок с момента регистрации ноу-хау. Пока не истечет срок действия патента, производитель ТПА не может продавать технологию как собственную и не брать за это денег. Поэтому помимо приобретения железа придется раскошелиться еще и на приобретение лицензии на пользование патентом. А это тоже немалые деньги.
Что касается оборудования, то невозможно дать единую формулу расчета стоимости всего комплекса оборудования, инструмента и оснастки, отталкиваясь лишь от виртуальной модели изделия, расчетной производительности, материала и т. д. С одной стороны, любой продавец способен даже в уме рассчитать ориентировочную цену комплекта оборудования исходя из предложенных потребителем данных. Но, как показывает практика, совместная детальная проработка проекта поставщиком и заказчиком может существенно увести прогноз первоначальной стоимости, как в сторону плюса, так и минуса. Соответственно, с новыми клиентами поставщики не любят обсуждать вопрос цены более детального изучения реальных потребностей, иначе можно напугать раньше времени или внушить преждевременный оптимизм — оба варианта чреваты прекращением сотрудничества. С другой стороны, любой вендор, действующий на конкурентном пространстве, на стадии обсуждения вопроса цен всегда будет придерживать в рукаве один из козырей конкурентной борьбы — свою «специальную» скидку.
Таким образом, в этой статье мы даже не преследуем цели дать конкретные стоимостные оценки внедрения технологии литья с газом. Как говорится: это стоит столько, сколько вы, в конце концов, заплатите.
Долговременные расчеты. С эксплуатацией и обслуживанием оборудования все более или менее понятно — гарантийное обслуживание в течение года, консультации (платные и бесплатные), обучение специалистов (платное), постгарантийное обслуживание (платное), запчасти и ремонт за свой счет, а также приверженность золотым принципам «скупой платит дважды» и «я не так богат, чтобы покупать что попало».
Расчетные данные технико-экономического обоснования целесообразности внедрения инновационной технологии будут зависеть от случайных факторов колебаний спроса на готовую продукцию, изменения цен на полимерные материалы, энергоресурсы, а также от неожиданно высокого потребления азота.
Сейчас в России обстановка не вполне благоприятная для внедрения новых технологий: большой объем импортируемых изделий и комплектующих из пластмасс, который создает массу проблем отечественному производителю как в плане увеличения объема производства и сбыта, так и в плане ценового управления (дешевый импорт против продукции отечественных производителей с их большими производственными затратами); налоговое бремя для реальных производств; низкая рентабельность производств; отсутствие внятной инвестиционной политики государства; существенная зависимость от импортного сырья и колебаний цен на него, постоянное повышение цен на энергоресурсы.
Тем не менее, в России ряд предприятий уже используют в своем производстве технологии литья под давлением с газом. Их станет больше, когда вырастут объемы производства отечественных продукции и комплектующих к ней из пластмасс.
Евгений Дряхлов
Журнал «Оборудование: рынок, предложение, цены», №5, май 2003 г.
