Формование изделий способом литья

Последние материалы
Химические превращения полимеров или их деструкция Влияние хлоридов. Влияние фторидов. Влияние второстепенных примесей. Влияние дисперсности сырьевых компонентов.

Способы формования керамических изделий

В технологии керамики применяются три способа формования изделий: из пластичных масс, полусухое прессование и литье из шликеров. От этого зависит и способ подготовки массы: для пластического формования готовят пластичные массы с влажностью 18…22%, для полусухого прессования готовят массы с влажностью 6…9%, а для шликерного – с влажностью 45…55%.

Массы подбирают по минералогическому составу, устанавливая требуемое соотношение глины, кварца, полевых шпатов и других добавок. Для грубой строительной керамики массы подбирают чаще по зерновому составу. Приготовление масс осуществляют чаще весовой дозировкой компонентов по утвержденному рецепту. Она дает более точное соотношение, чем объемная.

Формование из пластичных масс применяется для стеновой керамики, если карьерная влажность близка к формовочной (18…22%), а глины содержат мало каменистых включений. Пластичными массами называют такие, у которых сила внутренней связи больше сил поверхностного сцепления (адгезии). Пластическое формование производится: на ленточных прессах, штамповкой в гипсовых или металлических формах и вручную (лепка).

Формовка на ленточных прессах применяется вакуумная и безвакуумная. Ленточный пресс представляет собой закрытый металлический короб, в котором вращается вал с винтообразными лопастями, нагнетающими массу в сторону выходного отверстия. Характер движения массы и ее структура зависят от пластичности массы, влажности и внутреннего трения. Из-за разной скорости движения массы в ленточных прессах ее слои имеют постоянный сдвиг относительно друг друга, что является источником дефектов. Снижают эти напряжения увеличением влажности массы, повышающим её связность. Снижение влажности приводит к перегрузкам и авариям в работе пресса. Добавки крупного песка затрудняют сдвиг (сшивают слои), а мелкий повышает склонность к разрыву сплошности за счет снижения связности глин. Паровое увлажнение повышает способность масс к восстановлению сплошности. Для уменьшения внешнего трения и напряжения в слоях, прилегающих к стенкам пресса, вводят ПАВы. Вакуумирование повышает связность, но при нарушениях сплошности за счет сдвига труднее ее восстановить. Поэтому глубину вакуума снижают для высокопластичных глин и повышают для малопластичных.

Для каждого вида глин подбирают шаг лопастей шнека (меньше для малопластичных глин), а угол их наклона менее 28° и 28. 30° соответственно. Скорость вращения шнека во избежание срыва сплошности должна быть менее 32 об/мин. Она подбирается для каждой массы экспериментально, иначе возможно проворачивание массы (чтобы избежать проворачивания делают рифление внутренней поверхности корпуса). Зазор его у стенки не более 3 мм , иначе увеличится трение, снижая давление.

Площадь выходного отверстия должна быть в пределах:

где F_k и F_n – площадь поперечного сечения корпуса и изделия cоответственно.

Длина головки пресса должна быть 150. 300 мм. Короткая приводит к усилению скорости в центре (влияние шнека), длинная – к усилению бокового трения, что приводит к образованию свилей. Поэтому длина и конусность головки должна обеспечить равномерную скорость движения массы по сечению бруса. Для пластичных масс конусность головки должна быть 10. 15%.

Для обеспечения надежной работы вакуум-пресса необходимо применять решетчатые керамические насадки, где конденсируется влага. Превышение влажности массы или ее занижение приводит к срыву вакуума из-за переполнения вакуум-камеры глиной. На выходе из пресса брус не должен иметь свилей и разрывов сплошности, которые приводят к растрескиванию и браку.

Штамповка из пластичных масс применяется при изготовлении черепицы, электроизоляторов, капселей. Плоские (несимметричные) изделия штампуют в гипсовых или металлических формах, укладывая в них валюшки; применяются салазочные или револьверные прессы. Давление прессования зависит от объема изделия и пластичности массы.

Вытачивание из пластичных масс производится для изделий формы тел вращения (изоляторы, трубы). Оборудование: гончарный круг, станок с вращающимся столом, шпинделями и шаблонами, центробежная форма. Подъемом вращающегося шпинделя пласт глины подводится под шаблон, который обжимает массу и «разводит» ее до необходимой конфигурации, а нижний или внутренний формует внутреннюю поверхность.

Лепка – ручное формование изделий из пластичных масс в гипсовых формах или без них. Это трудоемкий процесс, поэтому лепка применяется для изготовления изделий сложной конфигурации, уникального, малотиражного ассортимента.

Преимущества пластического прессования: возможность использования карьерной влажности глин и изготовления изделий сложной конфигурации.

Недостатки: повышенные энергозатраты на сушку и ее удлинение.

Прессование из полусухих масс (порошков) . Полусухое прессование имеет преимущества: прочнее сырец, точнее конфигурация и размеры, меньше усадка в сушке и обжиге, проще механизация. Поэтому оно применяется чаще, чем пластическое формование (особенно для плоских тонкостенных изделий).

Теория полусухого прессования изучает зависимость свойств изделий от свойств пресс-порошка и условий прессования. Пресс-порошок – трехфазная система: твердое вещество, вода и воздух. Степень его уплотнения зависит от влажности и соотношения фракций. По данным Фуллера, наибольшую плотность имеют порошки, содержащие по 20% фракций 3. 4, 2. 3 и 1..2 мм, по 12% фракций 0,5. 1 и менее 0,1; 10% фракции 0,2. 0,5 мм и 6% фракции 0,1. 0,2 мм. По данным других ученых, эти величины могут быть другими, в том числе, в сторону увеличения размера зерен до 4. 5 мм. Некоторые рекомендуют прерывистый зерновой состав. Для однофракционных порошков применяют высокое конечное давление, повышающее плотность за счет деформации частиц.

Прессование включает три стадии уплотнения порошков:

1. Уплотнение за счет сближения частиц при удалении воздуха.

Пластические деформации частиц с увеличением контактной поверхности, выжимание влаги из глубинных слоев на поверхность частиц и увеличение сцепления силами поверхностного натяжения влаги.
Упругая деформация частиц с их разрушением и максимальным уплотнением за счет развития поверхности контактов между зернами.

После снятия нагрузки и извлечения изделия из формы возможно его расширение, которое может быть до 8%, и растрескивание, так как давление прессования распределяется по толщине изделия неравномерно (затухает по мере удаления от штампа), что зависит от величины бокового трения и от влажности порошка. В центре давление выше, чем у краев. Для его снижения смазывают форму, подогревают ее, повышают влажность порошка, применяют двухстороннее или двухступенчатое прессование, его замедление для удаления воздуха, вызывающего растрескивание за счет обратного последействия.

Пороки прессования: трещины расслоения от перепрессовки. Они располагаются на боковых поверхностях изделия перпендикулярно давлению. Не всегда причиной их возникновения является высокое давление. Это скорее упругое расширение прессовки. Причина этих деформаций – в запрессовке воздуха, упругом последействии его и деформированных частиц. Чем меньше частицы, тем выше должно быть давление. Поэтому нельзя допускать сегрегацию (разделение на отдельные фракции) частиц. Форму надо заполнять решетчатой кареткой, не допускать неравномерной влажности, так как зерна разной влажности требуют разного давления. Исследования показали, что трещины появляются в зоне мелких фракций (с меньшим сопротивлением сжатию). Поэтому крупные и мелкие фракции рекомендуется удалять и применять равномерный зерновой состав, как из распылительных сушил. Выводящие воздух каналы в порошке закрываются при давлении 0,5 МПа для влажности W = 10% и при 5 МПа для W = 8%. Поэтому доля запрессованного воздуха может быть от 0,37 до 0,71, а при большей скорости прессования увеличивается на 50%. Влажные порошки быстрее агрегируют частицы, опережая закупорку каналов. Так как давление запрессованного воздуха во влажном пресс-порошке в 5 раз выше, чем в сухом, для влажного надо снижать давление. Уменьшить запрессовку воздуха и давление прессования можно вакуумированием, но это усложняет технологию. Грубозернистые и отощенные порошки менее подвержены запрессовке воздуха.

Таким образом, для устранения перепрессовки необходимо:

— повышение однородности порошка по зерновому составу и влажности;

— понижение влажности и отощение грубозернистых фракций;

-снижение давления и скорости прессования;

— применение двухстороннего и двухступенчатого прессования,

— вакуумирование массы; снижение бокового трения шлифовкой форм.

Прессы полусухого прессования разделяют по направлению прессования, способу передачи усилия и назначению. По направлению прессования – одно- или двухсторонние. По способу передачи усилия – ударного действия, рычажные и гидравлические; по назначению – для прессования кирпича, плиток, черепицы. Для прессования кирпича применяются отечественные механические прессы СМ-198; СМ-301; СМ-143, ССМ-583 и зарубежные, позволяющие изготовлять пустотелые (дырчатые) камни размером 365х240х175, 365х115х175 мм, пустотность 40. 43%, плотность 1200 кг/м 3 и R_сж до 18 МПа, давление 3000 т двустороннее с вибрированием, одновременно формуют 5 камней, до 6000 шт./ч.

Для плиток применяют прессы: «Робот», КРК_П-125, КРК_П-200 и др. На КРК_П-200 возможно двухслойное прессование двумя каретками. Вначале формуют основной слой, затем отделочный при снижении нижнего штампа. Давление двухступенчатое. Первичное давление снимают для освобождения запрессованного воздуха, а окончательное – для придания плотности и толщины. Толщина отделочного слоя из качественного сырья – 2. 2,5 мм, а основной слой делается из менее качественного сырья (грубозернистого, с повышенной пористостью для лучшего сцепления плиток с раствором при облицовке),что более экономично.

Формование керамических изделий методом литья заключается в отливке керамических шликеров в гипсовую форму, внутренняя поверхность которой отражает наружные размеры изделия – применяется для тонкостенных изделий сложной конфигурации преимущественно в производстве санитарно-технического фаянса, фарфора, декоративных изделий и др. Достоинства гипсовых форм – оптимальная пористость, влагоемкость, простота изготовления и замены. Недостатки – малая оборачиваемость, износ, потеря фильтрационной способности, невысокая прочность на удар. Известен способ (ГИКИ) литья в металлические формы по принципу электрофореза. При наложении электрического поля отрицательно заряженные частицы глин движутся к катоду (стенкам), а шликер является анодом. Но промышленного внедрения метод не получил. Пористые синтетические формы тоже не заменяют гипс.

После заливки в форму частицы движутся по направлению отсоса влаги к стенкам гипсовой формы, где обезвоживаются и уплотняются – идет «набор черепка». Плотный слой маловлагопроводен, поэтому внутренние частицы шликера не ориентированы, и внутренние слои изделия менее плотны, чем наружные. Сопротивление фильтрации R_ф вычисляют по формуле:

где R_ш, R_ч и R_ф – сопротивление влагопереносу шликера, черепка и формы.

Для снижения сопротивления фильтрации осуществляется отощение масс добавками, так как глины обладают большей влагоудерживающей способностью.

Учеными установлено, что качественную внутреннюю поверхность обеспечивает добавка нитрата аммония при толщине стенок 5 мм за 5 мин, затем оксалат натрия, сода, тринатрийфосфат и жидкое стекло. Часто их комбинируют.

Для ускорения набора толщины стенок применяют: подогрев шликера (ускоряет набор в 2 раза); вакуумирование или вибрацию формы и шликера; литье под давлением; смачивание гипсовых форм раствором мочевины (карбамида) перед формованием и т.д. Вибрация и нагрев до 60 °С понижают вязкость шликера, разрушая связи. Это устраняет натеки на внутренней поверхности изделия, снижает влажность отливки, увеличивает R_изг почти на 20%.

Способы формования литьем: сливной, наливной и комбинированный. При сливном способе выливают остаток шликера после набора стенок изделия определенной толщины. Образуется его внутренняя полость. При наливном способе шликер заливают между двумя стенками гипсовой формы, тогда толщина изделия равна зазору между ними. При комбинированном способе часть изделия формуется по сливному способу, часть – по наливному. Достоинства сливного способа – простота формы и ее сборки, меньшая трудоемкость операции по оформлению изделий, возможность механизации процесса отливки. Недостатки – больший расход шликера, повышенная его влажность, неравномерная толщина стенок, применимость только для мелкоразмерных изделий. Преимущества наливного способа: интенсификация набора черепка (в два раза больше контакт с гипсом); возможность получения стенок заданной толщины; пониженный расход шликера и его влажность. Недостатки: усложнение конструкции формы; обязательность разборной формы; затрудненность механизации.

Источник

Виды и способы формования пластиковых изделий

Итак, вам нужна нестандартная пластиковая деталь или изделие, но вы не знаете, какой для этого метод формовки использовать. В первую очередь следует определиться с размерами будущего изделия, его физическими свойствами (гибкость или жесткость) и формой (круглая, квадратная или другая).

Сегодня мы рассмотрим несколько основных современных видов формования пластиков и попробуем найти самый идеально подходящий метод для изготовления нужных вам изделий.

Что представляет собой формовка полимеров в целом?

Формование полимеров представляет собой процесс обработки жидкого или гибкого материала с использованием жесткой рамы, называемой формой или матрицей.

При формовании пластмасс порошкообразный или жидкий полимер, такой как полиэтилен или полипропилен, помещают в полую форму, чтобы сырье могло принять необходимую форму. В зависимости от типа применяемого полимера, различных диапазонов температуры и давления для создания конечного продукта могут использоваться разные методики формовки.

История литья пластмасс

Литье пластмасс впервые начало использоваться в конце 1800-х годов для производства бильярдных шаров. До этого шары изготавливали из слоновой кости.

В 1868 году Джон Уэсли Хаятт изобрел способ изготовления бильярдных шаров путем впрыска целлулоида в инструмент характерной формы. Четыре года спустя Хаятт и его брат изобрели и запатентовали оборудование автоматизирующее процесс формовки. Это была первая в мире машина для литья пластика под воздействием высокого давления.

В 1946 году Джеймс Хендри изобрел винтовое оборудование для литья, которое заменило технику плунжерного впрыска. Это оборудование сегодня является самым применяемым.

Современное ротационное литье также имеет богатую историю, начиная с 1855 года, когда еще первые неусовершенствованные машины использовались для производства металлических артиллерийских снарядов в Великобритании.

Обработка пластика ротационным методом была введена в начале 1950-х, когда ее впервые использовали для изготовления головок для кукол. А затем, в 1960-х годах, был разработан современный процесс ротационного формования, который позволяет нам создавать большие контейнеры с полиэтиленом низкой плотности. В недавней истории усовершенствования процессов, улучшение качеств оборудования и разработка пластикового порошка ускорили создание готовых изделий, что привело к быстрому росту популярности ротационного формования.

Типы литья пластмасс

Наиболее популярными методами литья пластмасс являются ротационное формование, литье под давлением, выдувное формование, компрессионное формование, экструзионное формование и термоформование. Мы рассмотрим все эти методы.

Ротационное литье

Ротационное формование представляет собой производственный процесс по изготовлению больших полых деталей и изделий путем помещения порошка или жидкой смолы в металлическую форму и вращения ее в печи до тех пор, пока смола не покроет внутреннюю часть формы. Постоянное вращение пресс-формы создает центробежную силу, образующую изделия с равными стенками. Как только форма остынет, затвердевший пластик удаляется из формы.

Во время ротационной формовки затрачивается очень мало материала, а полимерные отходы можно использовать повторно, что делает эту методику формовки экономичной и экологически чистой.

Изделия, изготавливаемые ротационной формовкой

Ротационное формование обычно используется для изготовления больших полых пластиковых изделий, таких как контейнеры для массовых грузов, резервуары для хранения, автомобильные детали, морские буи, мусорные баки, дорожные конусы, корпуса для габаритной техники и горки для детских площадок.

Ротационный формовочный инструмент

Сама формовочная форма может быть очень сложной, что автоматизирует формование широкого спектра продуктов сложной конструкции, т к. их после полного производственного цикла практически не нужно дополнительно обслуживать (обрезать, сверлить, проделывать дополнительные зазоры). Формы могут включать вставки, изгибы и контуры, а также логотипы и прорези для пластиковых или металлических вставок, которые нужно размещать после формования изделия.

Затраты на оснастку для вращающихся форм ниже, чем для литья под давлением или выдувных форм. Стартовые вложения также сравнительно невысокие. При этом сам производственный процесс экономически выгоден даже если нужно изготовить все 25 изделий.

Литье под давлением

Литье под давлением — это процесс изготовления нестандартных пластиковых деталей путем инжекции расплавленного пластика под высоким давлением в металлическую форму. Как и при других способах литья пластмассы, после впрыска расплавленного пластика в формовочный инструмент, форма охлаждается и открывается, чтобы выдать твердую пластиковую деталь.

Процесс похож на пресс-форму Jello, которая заполняется, а затем охлаждается для создания конечного продукта.

Изделия, изготавливаемые литьем под давлением

Литье под давлением обычно используется для изготовления пластмассовых деталей очень большого объема. Большие литьевые машины могут формовать детали автомобилей. Меньшие машины могут производить очень точные пластиковые детали для хирургического применения. Кроме того, существует множество типов пластиковых смол и добавок, которые можно использовать в процессе литья под давлением, чтобы улучшать физические и механические свойства изделий, запрашиваемые дизайнерами и инженерами.

Формы для литья под давлением, которые обычно изготавливаются из стали или алюминия, стоят дорого. Производство пресс-формы для литья под давлением обычно занимает 12-16 недель.

Выдувное формование

Выдувное формование — это метод изготовления полых, тонкостенных, нестандартных пластиковых деталей. Он в основном используется для изготовления изделий с одинаковой толщиной стенок и там, где важна точность сложной формы. Процесс основан на том же принципе, что и выдувание стекла.

Выдувные машины нагревают пластик и впрыскивают воздух, раздувая горячий пластик, как воздушный шар. Пластик выдувается в форму и, расширяясь прижимается к стенкам формы, принимая заданную ее внутренними стенами конструкцию. После того, как пластиковый «баллон» заполняет форму, она охлаждается и затвердевает, а деталь выталкивается. Весь процесс занимает менее двух минут, поэтому в среднем за 12 часовой рабочий день можно получить около 1440 штук изделий.

Изделия, изготавливаемые выдувным формованием

Выдувной формовкой создают, в большинстве случаев, бутылки, пластиковые бочки и топливные баки. Если вам нужно изготовить сто тысяч пластиковых бутылок, этот процесс будет самым подходящим. Выдувное формование является быстрым и экономичным, так как сама форма стоит меньше, чем формы для литья под давлением, но больше, чем инструменты для формования с вращением.

Компрессионная формовка

Нагретый пластиковый материал помещают на прогретый рабочий стол и затем прессуют в определенную форму. Обычно пластиковая заготовка поставляется в листах. Как только пластик сжимается до нужной формы, подключают нагрев, который гарантирует сохранение максимальной прочности. К заключительным этапам этого метода формовки относятся охлаждение, обрезка и удаление пластиковой детали из формы.

Изделия, изготовленные компрессионным формованием

Основное предназначение компрессионного формования — замена металлических деталей на пластиковые. Такая формовка в основном используется для мелких деталей, которые необходимо поставлять в большом объеме. Компрессионное формование широко используется в автомобильной промышленности, поскольку конечные изделия очень прочные и долговечные.

Первоначальная стоимость пресс-формы достаточно существенна и зависит от ряда факторов, включая число полостей, размер деталей, сложность деталей и качество поверхности. Но стоимость каждой отдельной детали низка, т. к. изготавливают сразу такие детали в огромном количестве. Поэтому для производства большого количества деталей подходит именно этот метод формовки.

Экструзионное формование

Экструзионное формование аналогично литьевому формованию за исключением того, что на выходе получается длинное непрерывное изделие. Другое отличие экструзионного формования от литья заключается в том, что в процессе используется «штамп», а не «пресс-форма».

Экструдированные детали изготавливаются путем отжима горячего сырья через специальную матрицу. Упрощенная визуализация была бы похожа на выдавливание изготовление фарша с помощью мясорубки.

В то время, когда при других методах формовая полимеров расплавленный материал доставляется к пресс-форме, экструдер прессует расплавленную гомогенную массу полимера непосредственно в матрицу (фильеру). В экструзии форма фильеры определяет вид и конструкцию будущего изделия, а не пресс-форма.

Изделия, выполненные, экструзионным формованием

Детали, изготовленные методом экструзии, имеют фиксированный профиль поперечного сечения. Примеры экструдированных продуктов включают трубы из ПВХ и шланги. Детали не обязательно должны быть круглыми, но они должны иметь одинаковую форму по всей своей длине.

Стоимость экструзионного формования является относительно низкой по сравнению с другими процессами формования из-за простоты матрицы и самого оборудования.

Однако процесс экструзионного формования имеет ограничения в разнообразии производства полимерных деталей.

Термоформование

Термоформование — это процесс производства, при котором пластиковый лист, называемый термопластом, нагревают до температуры, когда заготовка становится эластичной и податливой к формовке. Затем материал приобретает определенную форму в формовочном инструменте. После этого обрезают лишний материал и изделие считается полностью пригодным для использования. Термопластичные полимеры доступны в широком ассортименте цветов, отделок и плотности, поэтому изделия, изготовленные из них могут обладать разнообразием характеристик.

При термоформовании может использоваться несколько различных типов форм и процессов для получения конечного продукта. Для создания трехмерных изделий форма обычно представляет собой единую трехмерный объект, изготовленный из алюминия. Поскольку для термоформования используются низкое давление, формы могут быть изготовлены по низкой цене с использованием недорогих материалов.

Изделия, изготавливаемые термоформовкой

Тонкослойное термоформование обычно используется для изготовления одноразовых стаканчиков, контейнеров, крышек, подносов, блистеров, раскладушек и других продуктов для пищевой и обычной розничной торговли. Толстая термоформовка включает в себя такие разные детали, как двери и панели приборов, облицовки холодильников и сиденья для транспортных средств.

В среднем на подготовку формы для термоформования требуется около 8 недель. Стоимость термоформовочной формы зависит от размера детали, которая должна быть изготовлена.

Любой метод формовки требует нагрева полимерной заготовки до температур, при которых материал без утраты своих характеристик будет максимально податлив к приобретению той или иной формы. Говорить о каких-либо точных температурах нагрева не стоит, ведь для каждой методики и вида полимера характерны свои термические показатели. Обычно производители пластика в аннотации к нему указывает рекомендуемые пределы температуры для каждой конкретной стадии обработки.

Нагреватели для формовки полимеров

Компания «ТЭН 24» изготавливает промышленные электронагреватели для всех типов формовки. У нас вы можете найти нагревательные элементы для создания точных температурных значений на любой зоне оборудования и пресс-формы включительно.

Самые популярные электронагреватели для оборудования полимерного формования от «ТЭН 24»:

Источник