Литье плавких сердечников под давлением

Литье под давлением с плавким стержнем , также известное как литье под давлением с выплавленным стержнем , представляет собой специализированный пластмасс процесс литья под давлением, используемый для формования внутренних полостей или подрезов , которые невозможно отлить с помощью съемных стержней. Строго говоря, термин «литье под давлением плавкого сердечника» относится к использованию легкоплавкого сплава в качестве материала сердечника; Когда материал сердцевины изготовлен из растворимого пластика, этот процесс известен как литье под давлением растворимого ядра . Этот процесс часто используется для автомобильных деталей, таких как впускные коллекторы и корпуса тормозов , однако он также используется для деталей аэрокосмической промышленности , деталей сантехники , велосипедных колес и обуви . ^[1]^[2]

Наиболее распространенными формовочными материалами являются стеклонаполненный нейлон 6 и нейлон 66 . Другие материалы включают ненаполненный нейлон, полифениленсульфид , стеклонаполненный полиарилэфиркетон (ПАЭК), стеклонаполненный полипропилен (ПП), жесткий термопластичный уретан и эластомерный термопластичный полиуретан . ^[3]^[4]

История

Первый патент на этот тип процесса формования был получен в 1968 году, однако до 1980-х годов он использовался редко. Именно тогда автомобильная промышленность заинтересовалась им для разработки впускных коллекторов. ^[5]^[6]

Процесс

Процесс состоит из трех основных этапов: отливка или формование стержня, вставка стержня в форму, обстрел формы и, наконец, удаление формовки и выплавка стержня.

Основной

Сначала сердечник формуют или отливают под давлением в форме полости, заданной для формованного компонента. Он может быть изготовлен из металла с низкой температурой плавления , например олова и висмута сплава , или полимера , например растворимого акрилата . Полимер имеет примерно ту же температуру плавления, что и сплав, 275 ° F (135 ° C), однако соотношение сплавов можно изменить, чтобы изменить температуру плавления. Еще одним преимуществом использования металлического сердечника является то, что можно отлить несколько меньших сердечников с ответными пробками и отверстиями, чтобы их можно было собрать в окончательный большой сердечник. ^[7]^[8]

Одним из ключевых моментов при отливке металлических стержней является обеспечение отсутствия пористости , поскольку это приведет к образованию дефектов в отлитой детали. Чтобы свести к минимуму пористость, металл может быть отлит под действием силы тяжести или полость формования может находиться под давлением. Другая система медленно раскачивает литейные формы по мере заполнения формовочной полости, чтобы «вытрясти» пузырьки воздуха. ^[9]

Металлические сердечники могут быть изготовлены из ряда сплавов с низкой температурой плавления, наиболее распространенным 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 упаковывает 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 сердечники не так распространены, как металлические, и обычно используются только для формованных изделий, требующих простых деталей внутренней поверхности. Обычно они представляют собой полые поперечные сечения толщиной от 0,125 до 0,25 дюйма (от 3,2 до 6,4 мм), которые отформованы из двух половин и сварены вместе ультразвуковой сваркой . Их самым большим преимуществом является то, что их можно формовать на традиционных машинах для литья под давлением, которые уже есть у компании, вместо того, чтобы инвестировать в новое оборудование для литья под давлением и учиться его использовать. По этой причине полимерные материалы сердцевины наиболее подходят для небольших производственных партий, которые не могут оправдать дополнительные затраты на металлические сердцевины. К сожалению, он не так пригоден для вторичной переработки, как металлические сплавы, используемые в сердечниках, поскольку к переработанному материалу необходимо добавлять 10% нового материала. ^[10]^[11]

Молдинг

На втором этапе стержень вставляется в форму. Для простых форм это так же просто, как вставить стержень и закрыть матрицы. Однако более сложные инструменты требуют от запрограммированного робота нескольких шагов. Например, некоторые сложные инструменты могут иметь несколько обычных боковых тяг , которые сопрягаются с сердечником, чтобы повысить жесткость сердечника и уменьшить массу сердечника. После загрузки стержня и закрытия пресса пластик простреливают. ^[8]

расплавление

На заключительном этапе формованный компонент и сердечник извлекаются из формы, а сердечник выплавляется из формовки. Это делается в горячей ванне , с помощью индукционного нагрева или с помощью комбинации этих двух методов. Для принятия горячих ванн обычно используется ванна, наполненная гликолем или лютроном , жидкостью на основе фенола . Температура ванны немного выше, чем температура плавления основного сплава, но не настолько высока, чтобы повредить отливку. В типичных коммерческих приложениях детали погружаются в горячую ванну через подвесной конвейер. Преимущество использования горячей ванны заключается в том, что это проще, чем индукционный нагрев, и помогает отверждать термореактивные формованные изделия. Недостаток заключается в том, что это неэкономично медленно при продолжительности цикла от 60 до 90 минут и создает проблемы с очисткой окружающей среды. Обычно решение для горячей ванны требует очистки или замены каждый год или каждые полгода при использовании в сочетании с индукционным нагревом. ^[10]

Для формования из термопластов требуется индукционный нагрев металла сердцевины, иначе длительное тепло от горячей ванны может его деформировать. Индукционный нагрев сокращает время плавления до одной-трех минут. Недостаток заключается в том, что индукционный нагрев не удаляет весь материал сердцевины, поэтому его необходимо затем обрабатывать в горячей ванне или очищать щеткой. Еще одним недостатком является то, что индукционные катушки должны изготавливаться индивидуально для каждой отливки, 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 изделиями, имеющими латунные или стальные вставки , поскольку процесс индукционного нагрева может разрушить или окислить вставку. ^[12]

Для сложных деталей может быть сложно слить всю жидкость сердцевины в любом процессе плавления. Чтобы преодолеть это, детали можно вращать в течение часа. Жидкий металл сердцевины собирается на дне нагретой ванны и может быть использован для изготовления новой сердцевины. ^[12]

Оборудование

Традиционные горизонтальные машины для литья под давлением используются с середины 1980-х годов, однако загрузка и разгрузка стержней весом от 100 до 200 фунтов (от 45 до 91 кг) затруднены, поэтому два робота требуются . Причем время цикла довольно продолжительное, примерно 28 секунд. Эти проблемы решаются с помощью литьевых машин ротационного 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% дороже, чем горизонтальные машины, требуют больше места и требуют двух нижних форм (поскольку одна находится в машине во время цикла, а другая выгружается и загружается новым стержнем), что добавляет примерно 40% от стоимости оснастки. Для небольших деталей по-прежнему используются горизонтальные машины для литья под давлением, поскольку сердечник не весит достаточно, чтобы оправдать использование роторной машины. ^[13]

Для четырехцилиндровых манифольдов необходим пресс усилием 500 тонн; для манифольда с шестью и восемью цилиндрами требуется пресс усилием от 600 до 800 тонн. ^[13]

Преимущества и недостатки

Самым большим преимуществом этого процесса является его способность производить цельные литьевые изделия с очень сложной внутренней геометрией без вторичных операций. Предметы аналогичной формы обычно изготавливаются из алюминиевых отливок, которые могут весить на 45–75% больше, чем сопоставимое литье. Инструмент также служит дольше, чем инструмент для литья металлов, из-за отсутствия химической коррозии и износа. Другие преимущества включают в себя: ^[4]

Очень хорошее качество поверхности без слабых мест из-за стыков и сварных швов.
Высокая точность размеров и структурная целостность
Не трудоемкий из-за небольшого количества необходимых вторичных операций.
Мало отходов
Вставки могут быть включены

Двумя основными недостатками этого процесса являются высокая стоимость и длительное время разработки. Разработка автомобильной детали может занять четыре года; два года на стадии прототипа и два года на стадии производства. Не все продукты занимают так много времени, например, двухходовой клапан производства Johnson Controls занял всего 18 месяцев. Первоначальная стоимость производства коллектора четырехцилиндрового двигателя может достигать 8 миллионов долларов США. Однако компьютерный анализ потока помог сократить время выполнения заказа и затраты. ^[1]^[14]

Одной из трудностей, возникающих в результате длительного времени разработки и высоких затрат, является повторяемость изготовления точных сердечников. Это чрезвычайно важно, поскольку стержень является неотъемлемой частью формы, поэтому каждый выстрел попадает в новую полость формы. Другая трудность состоит в том, чтобы не допустить плавления сердечника при заливке пластика в форму, поскольку температура плавления пластика примерно в два раза превышает температуру плавления материала сердечника. Третья трудность – низкая прочность сердечника. Полые пластиковые сердечники могут разрушиться, если к дроби приложить слишком большое давление. Металлические сердечники (с низкой температурой плавления) твердые, поэтому они не могут разрушиться, но их прочность всего на 10% выше, чем у стальных сердечников, поэтому они могут деформироваться. Это особенно проблема при формовании коллекторов, поскольку волнистость сердцевины может отрицательно сказаться на потоке воздуха внутри направляющих. ^[7]

Еще одним недостатком является необходимость большого пространства для размещения термопластавтоматов, литейных машин, плавильного оборудования и роботов. ^[4]

Из-за этих недостатков некоторые формованные изделия, которые могут быть изготовлены с помощью этого процесса, вместо этого изготавливаются путем литья под давлением двух или более деталей в традиционной машине для литья под давлением с последующей сваркой их вместе. Этот процесс менее затратен и требует гораздо меньше капитала, однако накладывает больше ограничений при проектировании. Из-за конструктивных ограничений иногда детали изготавливаются с использованием обоих процессов, чтобы получить преимущества обоих. ^[15]

Приложение

Применение процесса плавкой сердцевины не ограничивается только инжекцией термопластов , но и соответствующих сплавов сердцевины также в термореактивные пластмассовые формовочные материалы ( дюропласт ). Процесс изготовления плавкого сердечника находит применение, например, для изготовления впускных коллекторов двигателей легковых автомобилей, отлитых под давлением. Модифицируя оборудование, можно изготавливать небольшие формованные детали, такие как клапаны или корпуса насосов , поскольку изготовление плавких сердечников и литьевых деталей можно осуществлять на машине для литья под давлением.

См. также

Литье по выплавляемым моделям

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Шут 1991 , с. 1.
^ Оссвальд, Тернг и Граманн 2007 , стр. 385.
^ Перейти обратно: ^а ^б Шут 1991 , с. 7.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Оссвальд, Тёрнг и Граманн 2007 , с. 388.
^ Эрхард 2006 , с. 283.
^ GB 1250476 , Стивенс, Е.С., «Формование полых изделий», опубликовано 20 октября 1971 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Шут 1991 , с. 5.
^ Перейти обратно: ^а ^б Шут 1991 , с. 6.
^ Шут 1991 , с. 8.
^ Перейти обратно: ^а ^б Шут 1991 , с. 10.
^ Шут 1991 , с. 9.
^ Перейти обратно: ^а ^б Шут 1991 , с. 11.
^ Перейти обратно: ^а ^б Шут 1991 , с. 4.
^ Шут 1991 , с. 2.
^ Огандо, Джозеф (сентябрь 1997 г.), Формовка с утраченным стержнем: пока не сбрасывайте со счетов , получено 12 августа 2009 г. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}.

Библиография

Эрхард, Г. (2006), Проектирование с использованием пластмасс , Hanser Verlag, ISBN 978-1-56990-386-5 .
Оссвальд, Тим ; Тёрнг, Ли-Шэн; Граманн, Пол Дж. (2007), Справочник по литью под давлением (2-е изд.), Hanser Verlag, ISBN 978-1-56990-420-6 .
Шут, Ян Х. (1 декабря 1991 г.), «Крупный план «потерянного ядра»: головоломка из множества частей» , «Технологии пластмасс ».

Внешние ссылки

Формовочные материалы для литья под давлением плавких стержней. Архивировано 21 июля 2011 г. в Wayback Machine.

[schut1-1] Перейти обратно: ^а ^б Шут 1991 , с. 1.

[osswald385-2] Оссвальд, Тернг и Граманн 2007 , стр. 385.

[schut7-3] Перейти обратно: ^а ^б Шут 1991 , с. 7.

[osswald388-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с Оссвальд, Тёрнг и Граманн 2007 , с. 388.

[5] Эрхард 2006 , с. 283.

[6] GB 1250476 , Стивенс, Е.С., «Формование полых изделий», опубликовано 20 октября 1971 г.

[schut5-7] Перейти обратно: ^а ^б Шут 1991 , с. 5.

[schut6-8] Перейти обратно: ^а ^б Шут 1991 , с. 6.

[schut8-9] Шут 1991 , с. 8.

[schut10-10] Перейти обратно: ^а ^б Шут 1991 , с. 10.

[schut9-11] Шут 1991 , с. 9.

[schut11-12] Перейти обратно: ^а ^б Шут 1991 , с. 11.

[schut4-13] Перейти обратно: ^а ^б Шут 1991 , с. 4.

[schut2-14] Шут 1991 , с. 2.

[15] Огандо, Джозеф (сентябрь 1997 г.), Формовка с утраченным стержнем: пока не сбрасывайте со счетов , получено 12 августа 2009 г. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]