Литье под давлением с плавким сердечником - Fusible core injection molding - Wikipedia

Литье под давлением с плавким сердечником, также известный как литье под давлением с потерянным сердечником, является специализированным пластик литье под давлением процесс, используемый для формования внутренних полостей или поднутрения которые невозможно формовать с разборный ядра. Строго говоря, термин «литье под давлением с плавким сердечником» относится к использованию плавкий сплав в качестве основного материала; когда основной материал сделан из растворимый пластик процесс известен как литье под давлением растворимого сердечника. Этот процесс часто используется для автомобильный части, такие как впускные коллекторы и корпуса тормозов, однако он также используется для аэрокосмический части сантехника части велосипедные колеса, и обувь.[1][2]

Наиболее распространенные формовочные материалы - стеклонаполненные. нейлон 6 и нейлон 66. Другие материалы включают нейлон без наполнителя, полифениленсульфид, стеклонаполненный полиарилэфиркетон (ПАЭК), стеклонаполненный полипропилен (ПП), жесткий термопласт уретан, и эластомерный термопласт полиуретан.[3][4]

История

Первый патент на этот тип процесса формования был получен в 1968 году, однако он редко использовался до 1980-х годов. Вот когда автоматизированная индустрия проявил интерес к разработке впускных коллекторов.[5][6]

Процесс

Процесс состоит из трех основных этапов: литье или формование сердечника, вставка сердечника в форму и съемка формы и, наконец, удаление формовки и плавление сердечника.

Основной

Сначала формируется сердечник или литье под давлением в форме полости, указанной для литого компонента. Его можно сделать из металл с низкой температурой плавления, например банка -висмут сплав, или полимер, например, растворимый акрилат. Полимер имеет примерно такую ​​же температуру плавления, что и сплав, 275 ° F (135 ° C), однако соотношение сплавов может быть изменено для изменения точки плавления. Еще одно преимущество использования металлического сердечника состоит в том, что несколько сердечников меньшего размера можно отлить с соответствующими заглушками и отверстиями, чтобы их можно было собрать в окончательный большой сердечник.[7][8]

Один из ключевых моментов при отливке металлических стержней - убедиться, что они не содержат пористость так как это вызовет дефекты в формованной части. Для минимизации пористости металл можно гравитационный бросок или формовочная полость может находиться под давлением. Другая система медленно раскачивает литейные формы по мере заполнения формовочной полости, чтобы «вытряхнуть» пузырьки воздуха.[9]

Металлические сердечники могут быть изготовлены из ряда сплавов с низкой температурой плавления, наиболее распространенной из которых является смесь 58% висмута и 42% олова, которая используется для формования нейлона 66. Одна из основных причин его использования заключается в том, что он расширяется при охлаждении, что хорошо уплотняет форму. Другие сплавы включают сплавы олово-свинец-серебро и сплавы олово-свинец-сурьма. Между этими тремя группами сплавов может быть достигнута температура плавления от 98 до 800 ° F (37–425 ° C).[3]

Полимерные стержни не так распространены, как металлические стержни, и обычно используются только для форм, требующих простых деталей внутренней поверхности. Обычно они имеют полое поперечное сечение толщиной от 0,125 до 0,25 дюйма (от 3,2 до 6,4 мм), которое сформовано в две половины и ультразвуковая сварка вместе. Их самым большим преимуществом является то, что они могут быть отформованы на традиционных машинах для литья под давлением, которые у компании уже есть, вместо того, чтобы вкладывать средства в новое оборудование для литья под давлением и учиться его использовать. Из-за этого материалы полимерного сердечника являются наиболее подходящими для небольших производственных циклов, которые не могут оправдать дополнительных затрат на металлические сердечники. К сожалению, он не так пригоден для вторичной переработки, как металлические сплавы, используемые в сердечниках, потому что вместе с переработанным материалом необходимо добавлять 10% нового материала.[10][11]

Литье

На втором этапе стержень вставляется в форму. Для простых форм это так же просто, как вставить стержень и закрыть штампы. Однако более сложные инструменты требуют от запрограммированного робота нескольких шагов. Например, некоторые сложные инструменты могут иметь несколько стандартных боковые тяги которые сопрягаются с сердечником, чтобы добавить жесткости сердечнику и уменьшить массу сердечника. После загрузки сердечника и закрытия пресса пластик снимается.[8]

Расплавление

На последнем этапе формованный компонент и сердечник извлекаются из формы, а ядро расплавленный из молдинга. Это делается в горячая ванна, через индукционный нагрев, или через их комбинацию. В горячих ваннах обычно используется ванна, наполненная гликоль или же Lutron, который является фенол жидкость на основе. Температура ванны немного выше, чем температура плавления основного сплава, но не настолько высока, чтобы повредить отливку. В типичных коммерческих применениях детали погружаются в горячую ванну через подвесной конвейер. Преимущество использования горячей ванны заключается в том, что она проще, чем индукционный нагрев, и помогает отверждать термореактивные формованные изделия. Недостатком является то, что он неэкономично медленный при времени цикла от 60 до 90 минут и создает проблемы с очисткой окружающей среды. Обычно раствор для горячей ванны требует очистки или замены каждый год или каждые полгода при использовании в сочетании с индукционным нагревом.[10]

Для термопластичных формованных изделий требуется индукционный нагрев основного металла, иначе длительное нагревание от горячей ванны может деформировать его. Индукционный нагрев сокращает время плавления до одной-трех минут. Недостатком является то, что индукционный нагрев не удаляет весь материал сердечника, поэтому его необходимо обработать в горячей ванне или вычистить щеткой. Еще один недостаток заключается в том, что индукционные катушки должны быть изготовлены индивидуально для каждой формы, поскольку катушки должны находиться на расстоянии от 1 до 4 дюймов (от 25 до 102 мм) от детали. Наконец, системы индукционного нагрева нельзя использовать с формованными элементами, имеющими латунь или сталь вставки потому что процесс индукционного нагрева может разрушить или окислить вставку.[12]

Для сложных деталей может быть трудно вывести всю жидкость из активной зоны в любом процессе плавления. Чтобы избежать этого, детали можно вращать до часа. Жидкий металл сердечника собирается на дне нагретой ванны и может использоваться для нового сердечника.[12]

Оборудование

Традиционный горизонтальный термопластавтоматы используются с середины 1980-х годов, однако загрузка и разгрузка сердечников от 45 до 91 кг затруднительны, поэтому два роботы необходимы. Причем время цикла довольно велико, примерно 28 секунд. Эти проблемы решаются за счет использования термопластавтоматов вращательного или челночного действия. Для этих типов машин требуется только один робот для загрузки и выгрузки сердечников, а время цикла сокращается на 30%. Однако эти типы машин стоят примерно на 35% больше, чем горизонтальные машины, требуют больше места и требуют двух нижних форм (потому что одна находится в машине во время цикла, а другая выгружается и загружается новым сердечником), что добавляет примерно 40% от стоимости инструмента. Для изготовления мелких деталей по-прежнему используются горизонтальные термопластавтоматы, потому что вес сердечника недостаточен, чтобы оправдать использование роторной машины.[13]

Для четырехцилиндровых манифольдов требуется 500-тонный пресс; для коллектора с шестью-восемью цилиндрами требуется пресс мощностью от 600 до 800 тонн.[13]

Преимущества и недостатки

Самым большим преимуществом этого процесса является его способность производить цельные отливки под давлением с очень сложной внутренней геометрией без дополнительных операций. Предметы аналогичной формы обычно изготавливаются из алюминиевых отливок, которые могут весить на 45-75% больше, чем сопоставимые отливки. Инструмент также служит дольше, чем инструмент для литья металла, из-за отсутствия химических веществ. коррозия и носить. К другим преимуществам относятся:[4]

  • Очень хорошее качество поверхности без слабых мест из-за стыков или сварных швов
  • Высокая точность размеров и структурная целостность
  • Не трудоемко из-за небольшого количества второстепенных операций
  • Мало отходов
  • Вставки могут быть встроены

Два основных недостатка этого процесса - высокая стоимость и длительное время разработки. На разработку автомобильной части может потребоваться четыре года; два года на стадии прототипа и два года на производство. Не все продукты работают так долго, например, двухходовой клапан производства Johnson Controls всего 18 месяцев. Первоначальная стоимость изготовления коллектора четырехцилиндрового двигателя может достигать 8 миллионов долларов США. Однако компьютерный анализ потока помог сократить время выполнения заказа и затраты.[1][14]

Одна из трудностей, связанных с длительным временем разработки и высокими затратами, - это изготовление точных сердечников с возможностью повторения. Это чрезвычайно важно, потому что стержень является неотъемлемой частью формы, поэтому, по сути, каждый выстрел попадает в новую полость формы. Другая трудность заключается в том, чтобы не допустить плавления сердечника, когда пластик выстреливают в форму, потому что температура плавления пластмассы примерно вдвое выше, чем температура плавления материала сердечника. Третья трудность - низкая прочность сердечника. Полые пластиковые сердечники могут разрушиться, если в дробленую пластмассу будет оказано слишком большое давление. Металлические сердечники (с низкими температурами плавления) являются твердыми, поэтому они не могут разрушиться, но только на 10% прочнее стальных сердечников, поэтому они могут деформироваться. Это особенно проблема при формовании коллекторов, поскольку волнистость сердечника может быть вредным для воздушного потока внутри бегунов.[7]

Другой недостаток - необходимость в большом пространстве для размещения машин для литья под давлением, литейных машин, оборудования для плавки и роботов.[4]

Из-за этих недостатков некоторые отливки, которые можно было бы изготовить с помощью этого процесса, вместо этого изготавливают путем литья под давлением двух или более деталей на традиционной машине для литья под давлением, а затем сварка их вместе. Этот процесс менее затратный и требует гораздо меньше капиталовложений, однако он накладывает больше конструктивных ограничений. Из-за конструктивных ограничений иногда детали изготавливаются с использованием обоих процессов, чтобы получить преимущества обоих.[15]

Заявление

Применение процесса плавкого сердечника не ограничивается только закачкой термопласты, но с соответствующими сплавами сердечника также термореактивный пластик формовочные материалы (дюропласт ). Процесс с плавким сердечником находит применение, например, для впускных коллекторов двигателей легковых автомобилей, изготовленных методом литья под давлением. Изменяя оборудование, небольшие формованные детали, такие как клапаны или же насос кожухи могут быть изготовлены, так как изготовление плавких стержней и инжектируемых деталей может осуществляться на машине для литья под давлением.

Рекомендации

  1. ^ а б Schut 1991, п. 1.
  2. ^ Оссвальд, Тернг и Граманн, 2007 г., п. 385.
  3. ^ а б Schut 1991, п. 7.
  4. ^ а б c Оссвальд, Тернг и Граманн, 2007 г., п. 388.
  5. ^ Эрхард 2006, п. 283.
  6. ^ ГБ 1250476, Стивенс, Э. С., "Формование полых изделий", опубликовано 1971-10-20. .
  7. ^ а б Schut 1991, п. 5.
  8. ^ а б Schut 1991, п. 6.
  9. ^ Schut 1991, п. 8.
  10. ^ а б Schut 1991, п. 10.
  11. ^ Schut 1991, п. 9.
  12. ^ а б Schut 1991, п. 11.
  13. ^ а б Schut 1991, п. 4.
  14. ^ Schut 1991, п. 2.
  15. ^ Огандо, Джозеф (сентябрь 1997 г.), Литье под выпадение стержня: пока не в счет, получено 2009-08-12[постоянная мертвая ссылка ].

Библиография

внешняя ссылка