22.08.2024
Виды многокомпонентного литья
В широком понимании многокомпонентное литье пластмасс под давлением — это соединение разных материалов в рамках одного литьевого процесса, причем такое совмещение может происходить как одновременно, так и поэтапно. В результате получается готовое изделие, обладающее свойствами, которые обусловлены спецификой применяемых материалов. Существует несколько основных вариаций данного метода формования.
Учет совместимости материалов
Перед разбором различных методик многокомпонентного литья следует обратить внимание на немаловажный момент совместимости материалов.
Не все пластики в достаточной степени проявляют хорошую адгезию друг с другом, поэтому при проектировании технологии производства того или иного изделия необходимо учитывать данный момент. Некоторые материалы невозможно совместить, но можно воспользоваться различными присадками и модификаторами. В некоторых случаях потребуется дополнительный этап процесса, когда будет наноситься переходный слой материала, если изделию действительно требуется совмещение плохо адгезирующих материалов.
Коинжекция или сэндвич-литье
В рамках этого метода два совместимых расплава материала впрыскиваются последовательно или одновременно в пресс-форму, образуя слоистую структуру. Расплав, впрыскиваемый первым, образует «оболочку», а расплав, впрыскиваемый следующим, формирует «ядро». Получившаяся структура и называется сэндвичем.
Основной проблемой литья пластмасс методом коинжекции является смешивание ядра и оболочки и выход материала ядра на поверхность. Чтобы сохранить конфигурацию сэндвича и однородную толщину слоя, материал оболочки должен иметь такую же или немного более низкую вязкость, чем у ядра. Равномерное распределение материала ядра можно получить путем регулирования скорости и времени впрыска, температуры расплава полимера и температуры формы. Рекомендуется использовать схожие температуры для обоих материалов. Также важно соблюдать соответствие материалов друг другу по параметрам адгезии и усадки.
Коинжекция может осуществляться как последовательный впрыск с с одним каналом. В этом случае используется система горячих каналов (ГКС) и специальный клапан, управляющий потоками расплава.
Выделяется несколько подвидов коинжекции.
При коинжекции с последовательным впрыском (1 канал) можно получить моносэндвич. Для впрыска в форму используется один узел, дополнительный же подготавливает дозу расплава для оболочки. Впрыск осуществляется в основной цилиндр с материалом ядра. В пресс-форму впрыскивается сразу два вида расплава. Преимущества такой методики: нет потери давления, материал не перемешивается во время впрыска, достаточно просто настроить процесс впрыска, появляется возможность модернизации имеющегося ТПА и быстрой смены цвета. Такой способ подходит для изготовления тонкостенных деталей.
Однако есть и недостатки: впрыск материалов происходит с одной скоростью и нет возможности контролировать толщину слоя оболочки.
Коинжекция с одновременным впрыском (2 канала) базируется на принципах последовательного впрыска в один канал. Вместо блока смешивания с клапаном переключения используется специальное сопло. Впрыск расплава ядра происходит вместе с впрыском расплава оболочки, но смещен по времени: сначала осуществляется впрыск слоя оболочки до заданного момента, затем начинается впрыск материала ядра, при этом оба слоя продолжают впрыскиваться одновременно. Затем наступает процесс инкапсуляции и охлаждения изделия. В результате такого подхода потеря давления впрыска незначительна, можно осуществлять независимый контроль скорости впрыска материалов и инспекцию толщины стенки оболочки.
Однако ввиду высокой скорости заполнения формы материал оболочки у стенок литьевого канала может быть частично смыт, что очевидно приведет к изменению толщины внешней оболочки в этой зоне изделия.
При коинжекции с одновременным впрыском (3 канала) добавляется третий канал для формирования слоя оболочки в центре отливки.
Метод трех каналов применяется также при многослойном литье, когда адгезия материалов ядра и оболочки недостаточна. В качестве третьего используют связующий материал с хорошей адгезией к материалам ядра и оболочки.
При таком способе коинжекции устанавливается дополнительный узел впрыска и третий канал в специальной системе контроля подачи материала. Дополнительный канал дает возможность регулировать два внутренних слоя отдельно, а также контролировать толщину поверхности изделия.
Наиболее распространенные виды применения метода коинжекции — двойной и интервальный впрыски.
При двойном (двухэтапном) впрыске происходит одновременный впрыск материала в двух разных точках изделия. Эта мера сокращает длительность цикла; образуется более прочная линия спая двух материалов, так как происходит смешивание потоков при высокой температуре. Но по этой же причине нет четкого разделения двух материалов в изделии, что подходит не для всех изделий.
Наиболее типичным результатом применения интервального впрыска является создание определенного декоративного эффекта — мраморного рисунка. В основном применяется один тип сырья, но разного цвета. Материалы могут впрыскиваться как одновременно, так и последовательно, что роднит этот метод с методом коинжекции. Отличие в том, что интервальный впрыск не применяется для создания структуры «оболочка-ядро», а осуществляются локальные операции по смешиванию материалов и используются специальные смешивающие сопла.
Метод коинжекционного формования изделий гарантирует высокое качество их поверхности при высокой прочности и уменьшении веса. Этот способ популярен при производстве ручек дверей автомобилей и рычагов переключения передач, автомобильных бамперов и кузовных панелей, садовой мебели, хозяйственных товаров, контейнеров и другой продукции.
Многоэтапный впрыск Multi-Shot (MSM)
Метод Multi-Shot (Injection) Molding (MSM) подразумевает, что для получения одного изделия требуется несколько впрысков материала, а оборудование должно быть оснащено не только специальным узлом впрыска, но и особым узлом смыкания плит.
Метод MSM применяется уже более 40 лет. Его суть в том, что материалы располагаются один над другим (горизонтально), слоями, или рядом друг с другом (вертикально). Типичный пример изделий, полученных таким методом, — кнопки компьютерной клавиатуры, когда сама кнопка одного цвета, а буква — другого. Преимуществом такого метода является исключение операций печати и последующей маркировки кнопок клавиатуры; кроме того, повышается долговечность полученного изделия, ведь такие кнопки не подвержены истиранию. Многоцветные задние фонари автомобилей изготавливаются тем же методом. МSM используется и при производстве изделий с комбинацией твердых и мягких материалов, например зубных щеток.
Подвид данной технологии многоэтапного впрыска — Core-Back, когда поэтапное формование изделия осуществляется посредством слайдеров и различных подвижных вставок пресс-формы. В этом случае не нужно раскрывать форму для следующего этапа впрыска, не требуется операция сталкивания изделия между этапами впрыска. Однако, разумеется, конструкция пресс-формы усложняется, а ТПА должен поддерживать возможность управления сложной оснасткой.
Метод применяется, когда нет возможности каким-либо образом перемещать или менять положение частично изготовленных отливок. Подходит для отливки очень мягких или тонкостенных изделий.
При многоэтапном впрыске с поворотом для формования изделия необходимо вращение (горизонтальное или вертикальное) или поворотной платформы (плиты ТПА), или индексного устройства пресс-формы. Поворот платформы увеличивает производительность оборудования многокомпонентного литья пластмасс под давлением.
При повороте индексного устройства пресс-формы осевое движение производится толкателем ТПА благодаря вращению гидравлического или электромотора. Метод не требует увеличивать расстояние между колоннами в отличие от способа с вращением платформы. Но данный подход, конечно, усложняет конструкцию пресс-формы. Он применяется при производстве различных рукояток, заслонок, зубных щеток, автомобильных фонарей, деталей корпусов телефонов и различных приборов, панелей, крышек с уплотнением, линз и многого другого.
Переформовка (Overmolding)
В процессе метода переформовки осуществляется нанесение верхнего слоя пластика поверх существующей заготовки — или произведенной заранее, или отлитой в ходе двухэтапного процесса в одной форме (что по сути не отличается от процесса двойного впрыска). Overmolding или переформовка в свою очередь разделяется на два подвида: литье со вставкой и Lost-Core.
Литье со вставкой (с закладным элементом) тоже относится к технологии многокомпонентного литья пластмасс под давлением. Вставка может быть изготовлена из различных материалов; формование осуществляется как на вертикальных, так и на горизонтальных ТПА стандартного исполнения. Для увеличения производительности активно используются средства автоматизации.
Lost-Core — тоже технология литья со вставкой, которая призвана нивелировать недостатки литья пластмасс с газом и экструзионного выдува при изготовлении полых деталей и деталей со сложной внутренней структурой, когда требуется повышенная геометрическая точность изделия, а также предъявляются особые требования к внутренней поверхности изделия.
Учет совместимости материалов
Перед разбором различных методик многокомпонентного литья следует обратить внимание на немаловажный момент совместимости материалов.
Не все пластики в достаточной степени проявляют хорошую адгезию друг с другом, поэтому при проектировании технологии производства того или иного изделия необходимо учитывать данный момент. Некоторые материалы невозможно совместить, но можно воспользоваться различными присадками и модификаторами. В некоторых случаях потребуется дополнительный этап процесса, когда будет наноситься переходный слой материала, если изделию действительно требуется совмещение плохо адгезирующих материалов.
Коинжекция или сэндвич-литье
В рамках этого метода два совместимых расплава материала впрыскиваются последовательно или одновременно в пресс-форму, образуя слоистую структуру. Расплав, впрыскиваемый первым, образует «оболочку», а расплав, впрыскиваемый следующим, формирует «ядро». Получившаяся структура и называется сэндвичем.
Основной проблемой литья пластмасс методом коинжекции является смешивание ядра и оболочки и выход материала ядра на поверхность. Чтобы сохранить конфигурацию сэндвича и однородную толщину слоя, материал оболочки должен иметь такую же или немного более низкую вязкость, чем у ядра. Равномерное распределение материала ядра можно получить путем регулирования скорости и времени впрыска, температуры расплава полимера и температуры формы. Рекомендуется использовать схожие температуры для обоих материалов. Также важно соблюдать соответствие материалов друг другу по параметрам адгезии и усадки.
Коинжекция может осуществляться как последовательный впрыск с с одним каналом. В этом случае используется система горячих каналов (ГКС) и специальный клапан, управляющий потоками расплава.
Выделяется несколько подвидов коинжекции.
При коинжекции с последовательным впрыском (1 канал) можно получить моносэндвич. Для впрыска в форму используется один узел, дополнительный же подготавливает дозу расплава для оболочки. Впрыск осуществляется в основной цилиндр с материалом ядра. В пресс-форму впрыскивается сразу два вида расплава. Преимущества такой методики: нет потери давления, материал не перемешивается во время впрыска, достаточно просто настроить процесс впрыска, появляется возможность модернизации имеющегося ТПА и быстрой смены цвета. Такой способ подходит для изготовления тонкостенных деталей.
Однако есть и недостатки: впрыск материалов происходит с одной скоростью и нет возможности контролировать толщину слоя оболочки.
Коинжекция с одновременным впрыском (2 канала) базируется на принципах последовательного впрыска в один канал. Вместо блока смешивания с клапаном переключения используется специальное сопло. Впрыск расплава ядра происходит вместе с впрыском расплава оболочки, но смещен по времени: сначала осуществляется впрыск слоя оболочки до заданного момента, затем начинается впрыск материала ядра, при этом оба слоя продолжают впрыскиваться одновременно. Затем наступает процесс инкапсуляции и охлаждения изделия. В результате такого подхода потеря давления впрыска незначительна, можно осуществлять независимый контроль скорости впрыска материалов и инспекцию толщины стенки оболочки.
Однако ввиду высокой скорости заполнения формы материал оболочки у стенок литьевого канала может быть частично смыт, что очевидно приведет к изменению толщины внешней оболочки в этой зоне изделия.
При коинжекции с одновременным впрыском (3 канала) добавляется третий канал для формирования слоя оболочки в центре отливки.
Метод трех каналов применяется также при многослойном литье, когда адгезия материалов ядра и оболочки недостаточна. В качестве третьего используют связующий материал с хорошей адгезией к материалам ядра и оболочки.
При таком способе коинжекции устанавливается дополнительный узел впрыска и третий канал в специальной системе контроля подачи материала. Дополнительный канал дает возможность регулировать два внутренних слоя отдельно, а также контролировать толщину поверхности изделия.
Наиболее распространенные виды применения метода коинжекции — двойной и интервальный впрыски.
При двойном (двухэтапном) впрыске происходит одновременный впрыск материала в двух разных точках изделия. Эта мера сокращает длительность цикла; образуется более прочная линия спая двух материалов, так как происходит смешивание потоков при высокой температуре. Но по этой же причине нет четкого разделения двух материалов в изделии, что подходит не для всех изделий.
Наиболее типичным результатом применения интервального впрыска является создание определенного декоративного эффекта — мраморного рисунка. В основном применяется один тип сырья, но разного цвета. Материалы могут впрыскиваться как одновременно, так и последовательно, что роднит этот метод с методом коинжекции. Отличие в том, что интервальный впрыск не применяется для создания структуры «оболочка-ядро», а осуществляются локальные операции по смешиванию материалов и используются специальные смешивающие сопла.
Метод коинжекционного формования изделий гарантирует высокое качество их поверхности при высокой прочности и уменьшении веса. Этот способ популярен при производстве ручек дверей автомобилей и рычагов переключения передач, автомобильных бамперов и кузовных панелей, садовой мебели, хозяйственных товаров, контейнеров и другой продукции.
Многоэтапный впрыск Multi-Shot (MSM)
Метод Multi-Shot (Injection) Molding (MSM) подразумевает, что для получения одного изделия требуется несколько впрысков материала, а оборудование должно быть оснащено не только специальным узлом впрыска, но и особым узлом смыкания плит.
Метод MSM применяется уже более 40 лет. Его суть в том, что материалы располагаются один над другим (горизонтально), слоями, или рядом друг с другом (вертикально). Типичный пример изделий, полученных таким методом, — кнопки компьютерной клавиатуры, когда сама кнопка одного цвета, а буква — другого. Преимуществом такого метода является исключение операций печати и последующей маркировки кнопок клавиатуры; кроме того, повышается долговечность полученного изделия, ведь такие кнопки не подвержены истиранию. Многоцветные задние фонари автомобилей изготавливаются тем же методом. МSM используется и при производстве изделий с комбинацией твердых и мягких материалов, например зубных щеток.
Подвид данной технологии многоэтапного впрыска — Core-Back, когда поэтапное формование изделия осуществляется посредством слайдеров и различных подвижных вставок пресс-формы. В этом случае не нужно раскрывать форму для следующего этапа впрыска, не требуется операция сталкивания изделия между этапами впрыска. Однако, разумеется, конструкция пресс-формы усложняется, а ТПА должен поддерживать возможность управления сложной оснасткой.
Метод применяется, когда нет возможности каким-либо образом перемещать или менять положение частично изготовленных отливок. Подходит для отливки очень мягких или тонкостенных изделий.
При многоэтапном впрыске с поворотом для формования изделия необходимо вращение (горизонтальное или вертикальное) или поворотной платформы (плиты ТПА), или индексного устройства пресс-формы. Поворот платформы увеличивает производительность оборудования многокомпонентного литья пластмасс под давлением.
При повороте индексного устройства пресс-формы осевое движение производится толкателем ТПА благодаря вращению гидравлического или электромотора. Метод не требует увеличивать расстояние между колоннами в отличие от способа с вращением платформы. Но данный подход, конечно, усложняет конструкцию пресс-формы. Он применяется при производстве различных рукояток, заслонок, зубных щеток, автомобильных фонарей, деталей корпусов телефонов и различных приборов, панелей, крышек с уплотнением, линз и многого другого.
Переформовка (Overmolding)
В процессе метода переформовки осуществляется нанесение верхнего слоя пластика поверх существующей заготовки — или произведенной заранее, или отлитой в ходе двухэтапного процесса в одной форме (что по сути не отличается от процесса двойного впрыска). Overmolding или переформовка в свою очередь разделяется на два подвида: литье со вставкой и Lost-Core.
Литье со вставкой (с закладным элементом) тоже относится к технологии многокомпонентного литья пластмасс под давлением. Вставка может быть изготовлена из различных материалов; формование осуществляется как на вертикальных, так и на горизонтальных ТПА стандартного исполнения. Для увеличения производительности активно используются средства автоматизации.
Lost-Core — тоже технология литья со вставкой, которая призвана нивелировать недостатки литья пластмасс с газом и экструзионного выдува при изготовлении полых деталей и деталей со сложной внутренней структурой, когда требуется повышенная геометрическая точность изделия, а также предъявляются особые требования к внутренней поверхности изделия.