Литьё под давлением: полное руководство

Литье под давлением является краеугольным камнем современного производства, обеспечивая точность и универсальность для изготовления сложных деталей с высокой эффективностью.

Литьё под давлением — это производственный процесс, при котором расплавленный пластик впрыскивают в пресс-форму для изготовления деталей с высокой точностью и повторяемостью. Этот процесс широко используется в автомобилестроении, электронике и производстве потребительских товаров. Его основные преимущества — высокая скорость производства, экономичность при больших объёмах и возможность изготавливать изделия сложной формы.

Хотя в этом обзоре изложены основные преимущества литья под давлением, для максимальной эффективности и качества важно понимать устройство оборудования и отдельные этапы процесса. Полное описание процесса см. в нашем Полном руководстве по литью под давлением.

Что такое литье под давлением?

Литьё под давлением — универсальный процесс, при котором расплавленный материал впрыскивают в пресс-форму для изготовления точных деталей. Он эффективен, экономичен и позволяет выпускать большие объёмы изделий сложной формы. К основным преимуществам относятся сокращение отходов материала, ускорение производства и возможность использовать широкий ассортимент материалов.

Если вы сравниваете поставщиков или планируете закупку, наше руководство по поиску поставщика услуг литья под давлением охватывает подготовку RFQ, квалификационную проверку и оценку коммерческих рисков.

Литье под давлением - это процесс впрыска расплавленного пластика или металла в форму под высоким давлением. Он используется для массового производства сложных деталей с неизменным качеством и точностью. Формы, которые вы выбираете или создаете, очень важны, поскольку они влияют на конечный продукт. Они также определяют, насколько хорошо будут переданы детали ваших сложных изделий. Для каждого проекта литья под давлением требуется уникальная пресс-форма в зависимости от размера и формы.

Как происходит процесс литья под давлением?

Процесс литья под давлением представляет собой цикл, в котором пластиковые гранулы расплавляются и под высоким давлением впрыскиваются в стальную пресс-форму. После охлаждения форма раскрывается, и готовую деталь извлекают. В зависимости от размера детали и материала весь цикл может занимать всего от 2 до 30 секунд. Каждый этап — смыкание, впрыск, выдержка, охлаждение и извлечение — необходимо точно контролировать, чтобы получать детали без дефектов.

Литьё пластмасс под давлением — это процесс, состоящий из ряда этапов, каждый из которых важен для создания высококачественных пластиковых деталей. Рассмотрим каждый этап подробнее:

Зажим

Сначала мы зажимаем форму. Так мы закрываем форму, чтобы пластик не вытекал при нагревании. Мы используем зажимное устройство, чтобы прижать половинки формы друг к другу и убедиться, что они герметично закрыты. Это первый шаг в процессе, и он важен, потому что сохраняет стабильность, когда мы впрыскиваем пластик и даем ему остыть.

Инъекция

Фаза впрыска начинается с подачи расплавленного пластика в полость пресс-формы под высоким давлением. Расплавленный пластик — это пластик, нагретый до температуры плавления. На этом этапе необходимо точно контролировать скорость впрыска, давление и температуру, чтобы материал полностью и равномерно заполнил полость.

Обычно шнек внутри машины для литья под давлением продвигает расплавленный материал в форму при контролируемых условиях. Когда вы давите на впрыск, расплавленный пластик проходит через систему бегунков и попадает в полость пресс-формы, где принимает форму нужной вам детали.

Жилье

После того как горячий пластик залит в форму, наступает небольшая пауза, называемая фазой выдержки. На этой фазе материал просто сидит в металлической форме, давая ей осесть и равномерно застыть. Нужно дать ему посидеть там достаточно долго, чтобы он распределился и заполнил все маленькие уголки детали. Именно это помогает избежать появления отверстий или зазоров и делает деталь прочной и ровной по всей длине.

Радиатор

После фазы упаковки пресс-форма переходит в фазу охлаждения, в ходе которой расплавленный пластик в полости пресс-формы застывает. Охлаждение может осуществляться различными способами, например, прогоняя охлаждающую жидкость через каналы в пресс-форме или позволяя пресс-форме самостоятельно остывать на воздухе.

Охлаждение очень важно для получения нужных свойств детали, обеспечения правильного размера детали и предотвращения ее изгиба. Мы контролируем скорость охлаждения детали и равномерность охлаждения, чтобы деталь не напрягалась внутри и чтобы она охлаждалась одинаково по всей длине.

Открытие пресс-формы

После затвердевания пластика пресс-форма открывается, и две половинки разъединяются, чтобы показать деталь. Открытие пресс-формы обычно осуществляется с помощью гидравлической или механической системы, которая прикладывает усилие к зажимному механизму пресс-формы, чтобы освободить и открыть ее. На этом этапе важны точность и последовательность действий, чтобы обеспечить плавное извлечение детали без повреждений. Правильное открытие пресс-формы также помогает предотвратить любые деформации или искажения при извлечении детали из полости.

Выталкивание (извлечение деталей)

После раскрытия пресс-формы готовая пластиковая деталь выталкивается из формующей полости — это последний этап литья под давлением. Деталь может извлечь оператор либо она удаляется автоматически с помощью выталкивающих штифтов или плит, предусмотренных конструкцией пресс-формы.

При снятии деталей действуйте аккуратно, чтобы не повредить их. Также удалите лишний материал — облой, — чтобы обеспечить правильный внешний вид и посадку детали.

Какие материалы используются для литья под давлением?

К распространённым материалам для литья под давлением относятся ABS, поликарбонат, полипропилен, нейлон и POM. Их выбирают с учётом прочности, долговечности, термостойкости и химической совместимости. Термопласты¹ — наиболее широко применяемый класс: они пригодны для переработки и допускают широкий диапазон режимов обработки.

Материал выбирают не случайно, а стратегически, исходя из назначения изделия. Будь то прозрачность поликарбоната в оптической детали или износостойкость нейлона в механической детали, каждый материал играет критически важную роль в успехе процесса литья под давлением.

Полипропилен (PP)

PP, или полипропилен, — универсальный термопласт, широко применяемый в литье под давлением. Он легкий, обладает хорошей химической стойкостью и высокой усталостной прочностью. Поэтому его часто выбирают для упаковки, контейнеров и автомобильных деталей.

ABS

ABS, или акрилонитрил-бутадиен-стирол, - это сверхпрочный, ударопрочный и стабильный по размерам пластик. Он также легко поддается формовке и окрашиванию, поэтому его часто используют для производства потребительских товаров, автомобильных деталей и электронных корпусов.

Полиэтилен (ПЭ)

Полиэтилен (ПЭ) - это легкий пластик, который известен своей гибкостью и дешевизной. Он бывает разных видов, например ПЭНД и ПЭВД, и может использоваться в самых разных отраслях - от упаковки и контейнеров до сельскохозяйственной продукции и игрушек.

Полистирол (PS)

Полистирол (ПС) - прозрачный, твердый и дешевый. PS часто используется в таких бросовых вещах, как упаковка, пищевые контейнеры и столовые приборы, и нравится за легкость формовки и дешевизну.

Нейлон (PA 6)

Нейлон, особенно нейлон 6 или PA 6, известен своей прочностью, жесткостью и износостойкостью. Он отлично подходит для изготовления механических деталей и часто используется в таких вещах, как шестерни, подшипники и другие детали, которые должны быть изготовлены быстро, служить долго и быть сделаны точно в срок.

Поликарбонат (PC)

Поликарбонат, или ПК, известен своей прозрачностью, прочностью и способностью выдерживать высокие температуры. Именно поэтому он используется для изготовления линз для очков, деталей для электроники и прозрачных деталей, которые должны служить долго во всех отраслях промышленности.

Ацеталь/полиоксиметиленовая смола (POM)

POM, также известный как ацеталь или дельрин, - это сверхпрочный инженерный пластик, который не меняет форму. Он идеально подходит для изготовления шестеренок, втулок и других деталей, которые должны быть точно подогнаны. Он также скользкий, не изнашивается и может работать с химическими веществами.

Каковы преимущества литья под давлением?

Литьё под давлением обеспечивает короткий цикл, высокую точность и низкую себестоимость детали при серийном выпуске. Оно позволяет получать сложную геометрию, недостижимую при механической обработке, и образует минимум отходов. Процесс эффективно масштабируется от тысяч до миллионов деталей при стабильном качестве.

Литье под давлением позволяет создавать сложные конструкции деталей

Литье под давлением отлично подходит для изготовления сложных деталей, поддержания постоянства и создания миллиона одинаковых деталей. Чтобы сделать много деталей и сделать их качественно, необходимо продумать несколько моментов.

Литье под давлением позволяет повысить эффективность и скорость производства

Есть много причин распространённости этого способа: литьё быстрее других методов, а высокая производительность повышает эффективность.

Скорость зависит от сложности и размера пресс-формы, но между каждым циклом литья проходит всего 15-120 секунд. Благодаря более коротким циклам между циклами, за определенное время производства можно изготовить больше деталей, полученных литьем под давлением.

Литье под давлением прочнее

С годами пластмассы стали намного прочнее и долговечнее. Современные легкие термопласты могут выдерживать самые жесткие условия эксплуатации не хуже металлических деталей, а иногда даже лучше.

Кроме того, на выбор предлагается более 25 000 инженерных материалов для сложных задач литья под давлением. Вы также можете создавать высокоэффективные пластиковые смеси и гибриды для удовлетворения специфических требований к деталям и их свойствам, например, высокой прочности на разрыв.

Литье под давлением - это гибкость в выборе цвета и материалов

Литье пластмасс под давлением - гибкий процесс. Он гибкий в отношении свойств используемого пластика. Он гибкий с точки зрения возможности для OEM-производителя настраивать выбор цвета в соответствии с конкретными требованиями проекта. Преимущество литья пластмассы под давлением заключается в свободе выбора дизайна, которую оно предоставляет OEM-производителям, особенно по сравнению с металлами. Вы можете использовать множество материалов.

В процессе формования можно добиться желаемого цвета, регулируя состав пластика, добавок и биосовместимость, чтобы получить прозрачные детали или различные цвета. Однако если для изделия часто требуется несколько цветов, этого можно добиться с помощью переформовки.

Литье под давлением сокращает количество отходов

При литье пластмасс под давлением образуется не так много отходов по сравнению с другими производственными процессами. Единственные отходы пластика образуются при изготовлении затворов и бегунков. Но все остатки или отходы пластика могут быть измельчены и переработаны для дальнейшего использования.

Низкие трудозатраты при литье под давлением

Операции литья под давлением имеют низкие трудозатраты по сравнению с другими видами формовочных процессов. Способность изготавливать высококачественные детали с высокой скоростью производства помогает снизить производственные затраты благодаря своей эффективности и результативности.

Формовочное оборудование часто поставляется с автоматической подачей, автоматизированными технологическими инструментами, позволяющими оптимизировать операции и обеспечить массовое производство с минимальным контролем.

Литье под давлением обеспечивает разнообразие поверхностей

Большинство деталей, изготовленных методом литья под давлением, имеют гладкую поверхность, близкую к желаемому конечному виду. Однако гладкая поверхность подходит не для всех областей применения.

В зависимости от физических и химических свойств используемого пластика, процесс литья пластмасс под давлением позволяет получить поверхность, не требующую дополнительных операций. Этот процесс обеспечивает гибкость в обработке поверхности - от матовых поверхностей и уникальных текстур до гравировки.

Каковы недостатки литья под давлением?

Основные недостатки литья под давлением — высокая стоимость оснастки, длительные сроки подготовки производства и ограниченная пригодность для малых серий. Пресс-форма может стоить от $3,000 за простые вставки до более чем $100,000 за сложные многогнёздные формы. Изменения конструкции после изготовления оснастки обходятся дорого и требуют много времени.

Высокая первоначальная стоимость пресс-формы

Одним из главных минусов литья под давлением является высокая стоимость изготовления пресс-форм. Проектирование и изготовление пресс-форм, соответствующих определенной геометрии деталей, может быть очень дорогим, особенно для сложных или замысловатых конструкций. Эти первоначальные инвестиции могут стать решающим фактором для компаний с небольшими объемами производства или ограниченным бюджетом.

Дольше ждать начала работы

Литье под давлением обычно требует больше времени на настройку и запуск, чем некоторые методы быстрого прототипирования, например 3D-печать. Необходимо спроектировать и изготовить пресс-формы, провести испытания пресс-форм и настроить параметры процесса, прежде чем можно будет приступить к серийному производству деталей. Таким образом, время от создания концепции до готовой детали может быть больше, чем при использовании более быстрых методов прототипирования.

Ограничения по размеру

Литье под давлением может быть ограничено в размерах, особенно для больших деталей. Размер машины для литья под давлением и размер полости могут ограничить размер самой большой детали, которую вы можете изготовить. Если вы хотите изготовить действительно большие детали, вам может понадобиться специальное оборудование или несколько полостей пресс-формы, что делает процесс более дорогим и сложным.

Ограничения конструкции

Литье под давлением очень удобно для создания всевозможных форм и деталей, но все же есть некоторые моменты, о которых нужно подумать при проектировании детали. Некоторые формы, например острые углы, тонкие стенки или глубокие отверстия, могут затруднить заполнение формы, охлаждение детали или извлечение ее из формы.

Когда вы разрабатываете деталь для литья под давлением, вам нужно продумать такие моменты, как углы наклона, толщина стенок и другие, чтобы убедиться, что ваша деталь может быть изготовлена и будет качественной. Иногда для того, чтобы деталь получилась качественной, необходимо добавить в пресс-форму или сделать дополнительные элементы, а это может привести к удорожанию.

Каковы некоторые распространенные дефекты при литье под давлением?

К распространённым дефектам литья под давлением относятся коробление, недолив, утяжины и облой. Коробление возникает из-за неравномерного охлаждения, а недолив — из-за недостаточного течения пластика. Утяжины представляют собой впадины, вызванные неравномерным охлаждением, а облой — это излишек материала, вытекший из полостей формы. Понимание этих дефектов помогает устранять неполадки и повышать качество формования.

Литьё под давлением требует точности на каждом этапе. Но даже при максимальной осторожности могут возникнуть дефекты, влияющие на качество и функциональность изделия. Понимание и устранение этих дефектов критически важно для стабильно высокого качества. Ниже перечислены распространённые дефекты литья.

Деформация

Деформация при литье под давлением - это когда ваша деталь неожиданно скручивается или изгибается из-за неравномерной усадки внутренней части детали при охлаждении. Это происходит, когда пресс-форма охлаждается неравномерно или непоследовательно, что создает нагрузку на материал.

Чтобы предотвратить коробление, убедитесь, что стенки пресс-формы имеют одинаковую толщину по всему периметру, и дайте детали достаточно времени для медленного охлаждения. Материалы с полукристаллической структурой особенно склонны к короблению.

Отслоение поверхности

Расслаивание поверхности - это когда поверхность детали разделяется на тонкие слои, похожие на отслаивающееся покрытие. Эта проблема возникает из-за загрязнений в материале или использования слишком большого количества разделительных агентов.

Расслаивание - это плохо, потому что из-за него деталь выглядит плохо и становится не такой прочной. Вы можете предотвратить это, убедившись, что форма имеет правильную температуру, не используя слишком много разделителя формы и высушивая пластик перед использованием.

Маркировка раковины

Следы раковины - это небольшие вмятины или углубления, которые иногда можно увидеть на поверхности отлитой детали. Они возникают из-за неравномерного охлаждения или из-за того, что материал не полностью заполняет форму. В этой статье мы объясним, что такое следы раковины, каковы причины их появления и как их устранить, чтобы получить гладкую, идеальную поверхность.

Переплетение или сварка линий

Линии слияния или линии сварки - это места, где два потока расплавленной смолы встречаются на пути через форму. Такие линии часто образуются вокруг отверстий геометрической формы. Когда пластик течет вокруг отверстия, пересечение двух потоков создает видимую линию.

Линии сварки - это плохо. Они делают детали слабыми. Сварные линии могут появиться, если смола слишком холодная, или если вы впрыскиваете слишком медленно, или если у вас недостаточное давление. От сварных линий можно избавиться, изменив форму. Вы можете убрать те элементы, которые создают линии сварки.

Знаки волочения

Следы волочения, также известные как разводы или царапины, могут испортить внешний вид идеальной в остальном детали. Мы подробно рассмотрим причины появления следов волочения, от температуры пресс-формы до скорости впрыска, и расскажем о практических способах избавления от этого дефекта, чтобы литые детали и изделия выглядели лучше.

Линии потока

Линии течения - это сложные узоры, которые часто представляют собой обесцвечивание, разводы или вариации на поверхности детали. Эти следы являются визуальным отображением движения расплавленного пластика через литьевую форму. Поскольку пластик движется с разной скоростью, он застывает с разной скоростью, создавая эти линии.

Если вы видите линии потока, возможно, у вас проблемы со скоростью или давлением впрыска. Вы можете минимизировать этот дефект, убедившись, что толщина стенок одинакова и затвор находится в правильном месте.

Короткие выстрелы

Недолив возникает, когда смола не заполняет пресс-форму полностью, поэтому деталь получается незавершённой и непригодной к использованию. Его могут вызывать ограничения потока в форме, слишком малые или закупоренные впускные каналы, воздушные ловушки и недостаточное давление впрыска³.

Понимание этих вопросов имеет решающее значение для оптимизации процесса литья под давлением и обеспечения полного и стабильного производства деталей.

Каковы основные области применения литья под давлением?

Литьё под давлением применяется в автомобилестроении, производстве потребительских товаров, медицинских изделий и электроники для массового выпуска сложных деталей. Оно экономично, обеспечивает гибкость конструкции и высокую скорость производства. Основные области применения включают автомобильные компоненты, медицинские инструменты, упаковку и предметы быта.

Автомобильная промышленность

Литье пластмассы под давлением широко используется в автомобильной промышленности для изготовления внутренних и внешних деталей, таких как приборные панели, панели и бамперы. Из него получаются прочные и долговечные детали.

Медицинская промышленность

Медицинская промышленность широко использует литье пластмасс под давлением для производства медицинских приборов и оборудования, таких как шприцы, компоненты капельниц и диагностические инструменты. Это способ изготовления стерильных, точных, стабильных изделий, отвечающих строгим требованиям безопасности и нормативным требованиям.

Промышленность потребительских товаров

Индустрия потребительских товаров использует литье пластмассы под давлением для производства всевозможных вещей, таких как игрушки, кухонные принадлежности и электроника. Это способ сделать действительно красивые изделия нужного размера и формы, которые работают так, как должны.

Аэрокосмическая промышленность

Аэрокосмическая промышленность использует литье пластмасс под давлением для изготовления легких и прочных деталей, таких как внутренние панели и воздуховоды. Этот процесс позволяет создавать сложные формы, которые прочны, но при этом мало весят, что важно для аэрокосмической техники.

Строительная промышленность

Строительная отрасль использует литье пластмасс под давлением для производства таких компонентов зданий, как изоляция, трубопроводы и электротехническая арматура. Этот процесс позволяет получать прочные и экономичные изделия с точными размерами и функциональными характеристиками.

Литье пластмасс под давлением - это универсальный и надежный производственный процесс, который находит применение в самых разных отраслях. Его способность производить высококачественные, стабильные и суперспецифичные изделия с минимальным количеством отходов делает его предпочтительным методом производства для многих компаний.

Что следует учесть до начала проекта литья под давлением?

Литье пластмасс под давлением — очень популярный способ производства изделий. Этот производственный процесс существует давно и обладает множеством преимуществ. Он очень эффективен, экономичен и универсален. Кроме того, он позволяет выпускать изделия с минимальными отходами материала.

При этом вам придется подумать о нескольких вещах: какой пластик использовать, как изготовить форму, сколько изделий вы хотите сделать, что делать после их изготовления и как убедиться, что они хороши. Но если все сделать правильно, то с помощью литья под давлением можно изготавливать самые разные вещи. Вы можете делать детали для автомобилей, медицинские товары, вещи для людей, детали самолетов и даже здания.

Нужно коммерческое предложение для вашего проекта литья под давлением?

Получите конкурентную цену, рекомендации DFM и график производства от инженерной команды ZetarMold.

Запросить бесплатное предложение →

Часто задаваемые вопросы

Что такое литьё под давлением и как оно работает?

Литье под давлением — это производственный процесс, при котором расплавленный пластик под высоким давлением впрыскивается в точно обработанную стальную пресс-форму. После охлаждения и затвердевания пластика форма раскрывается, а готовая деталь извлекается. Полный цикл занимает всего от двух до тридцати секунд, что делает этот метод одним из самых быстрых для серийного производства сложных пластиковых деталей. На нашем заводе в Шанхае работают сорок семь термопластавтоматов усилием смыкания от девяноста до тысячи восьмисот пятидесяти тонн, выпускающих изделия от миниатюрных электронных разъемов до крупных автомобильных компонентов.

Какие материалы можно использовать при литье под давлением?

Наиболее распространенные материалы для литья под давлением — термопласты, включая полипропилен, ABS, поликарбонат, нейлон и POM. Материал выбирают по требованиям к детали, таким как теплостойкость, химическая совместимость, механическая прочность или оптическая прозрачность. Эластомеры TPE и TPU также широко применяются для гибких компонентов. ZetarMold располагает производственным опытом переработки более четырехсот пластиков, поэтому независимо от того, нужна ли вам гибкая деталь из PE или высокоэффективная конструкционная смола, такая как PEEK или PPSU, наши инженеры порекомендуют оптимальный материал для конкретного применения и условий эксплуатации.

Сколько стоит литье под давлением?

Стоимость литья под давлением существенно зависит от сложности детали, выбора материала, конструкции пресс-формы и объёма производства. Оснастка обычно стоит от нескольких тысяч долларов за простые одногнёздные вставки до более чем шестизначных сумм за сложные многогнёздные серийные формы с боковыми механизмами и горячеканальными системами. Однако при больших объёмах цена одной детали резко снижается и при сериях свыше десяти тысяч единиц часто составляет лишь несколько центов. Для точной оценки передайте нашей инженерной команде трёхмерный файл CAD и требования к годовому объёму, чтобы получить подробный анализ DFM, разбивку стоимости пресс-формы и конкурентное предложение по цене детали.

В чем разница между литьем под давлением и трехмерной печатью?

При литье под давлением расплавленный пластик подаётся в прецизионно обработанную металлическую форму; этот процесс предпочтителен для крупносерийного производства благодаря стабильной точности размеров и низкой себестоимости детали. Трёхмерная печать послойно строит детали по цифровому файлу и оптимальна для быстрого прототипирования и малых серий менее пятисот единиц, но при масштабировании становится значительно медленнее и дороже. На практике мы рекомендуем печатные прототипы на этапе валидации конструкции, а после фиксации конструкции и при объёме свыше тысячи единиц в год — переход на серийное литьё под давлением.

Сколько времени требуется для изготовления пресс-формы для литья под давлением?

Изготовление пресс-формы обычно занимает от четырех до двенадцати недель в зависимости от сложности, количества полостей и требований к отделке поверхности. Простая одногнездная форма для несложной детали может быть готова к испытаниям за четыре недели, тогда как изготовление сложной многогнездной формы с боковыми подвижными элементами, наклонными выталкивателями и сложными каналами конформного охлаждения занимает от десяти до двенадцати недель. Благодаря собственному производству мощностью более ста комплектов пресс-форм в месяц ZetarMold проводит первые испытания формы в течение трех-пяти недель для стандартных проектов, а восемь старших инженеров оптимизируют каждую форму для эффективного цикла и длительного срока службы.

Какие наиболее распространенные дефекты литья под давлением?

К наиболее распространенным дефектам литья под давлением относятся коробление из-за неравномерного охлаждения, недолив из-за недостаточного заполнения материалом, утяжины, вызванные различной скоростью охлаждения толстых участков, линии спая в местах встречи отдельных фронтов расплава и облой из-за выхода излишка материала по линии разъема формы. Большинство этих дефектов можно предотвратить правильной конструкцией формы с равномерной толщиной стенок, оптимизацией параметров процесса, включая скорость впрыска и давление выдержки, и тщательным анализом технологичности до резки стали. По нашему более чем двадцатилетнему опыту литьевого производства выявление потенциальных проблем на этапе проектирования значительно экономит время и затраты на доработку по сравнению с устранением дефектов после запуска производства.