Литье под давлением — процесс формообразования изделий путем заполнения под давлением замкнутой и охлаждаемой (в случае переработки термопластичных полимеров) или нагреваемой (в случае переработки термореактивных полимеров) формы дозой материала, нагретого до вязкотекучего состояния, с последующим отвердением (в результате охлаждения) термопластичных или отверждением (в результате полимеризации или поликонденсации) термореактивных полимеров в форме. Это один из наиболее распространенных методов формообразования изделий из термопластов, в т.ч. наполненных волокнами. Его используют также для получения изделий из реактопластов и резиновых смесей, из вспенивающихся термопластичных и термореактивных пластмасс.
Процесс осуществляют на литьевых машинах (термопласт-автоматах), основными узлами которых являются инжекционный механизм и механизм замыкания. Наибольшее распространение получили литьевые машины с червячным инжекционным механизмом, в которых пластикация материала осуществляется за счет нагрева цилиндра и диссипации механической энергии, подводимой к червяку, за счет трения и вязкого деформирования материала. Такие машины обеспечивают более быстрый (по сравнению с поршневыми) нагрев и более однородное поле температуры расплава, его лучшую гомогенизацию и большую точность дозирования.
Литье под давлением термопластичных материалов включает следующие последовательно протекающие стадии: пластикацию гранулированного материала; заполнение формы расплавом; охлаждением материала и извлечение изделия.
Пластикация обеспечивает необходимую для формования качественного изделия вязкость и однородность расплава. Процесс получения расплава термопластичного материала в литьевой машине с червячным пластикатором практически не отличается от процесса пластикации в любом червячном экструдере.
Расплав накапливается в полости цилиндра между червяком и соплом. Затем его впрыскивают в форму через калиброванное отверстие на выходе из цилиндра (сопло) и литниковую систему формы, перемещая червяк. Обычно объем накапливаемого в цилиндре расплава устанавливают равным объему отливки. По одному из вариантов метода — интрузии — большую часть расплава (70-80%) подают в форму постоянно, по мере пластикации материала, а остальную часть впрыскивают, перемещая червяк. Это позволяет изготавливать изделия относительно большого объема.
Литниковая система формы включает, как правило, центральный литниковый канал, разводящие и впускные каналы (питатели). Их размеры должны обеспечивать заполнение формы при оптимальных скоростях и давлениях расплава. Вязкое течение расплава в литниковой системе сопровождается диссипацией энергии,
Литниковые каналы должны создавать по возможности минимальное сопротивление течению расплава стеклонаполненного полимера. Оптимальным считают диаметр впускных каналов не менее 3 мм.
Процесс формообразования при литье под давлением независимо от способа пластикации материала (цикл формообразования) включает стадии заполнения формы расплавом и охлаждение материала.
Процесс характеризуется изменением во времени температуры материала и давления в форме (диаграммой цикла). Оба параметра зависят не только от времени, но и от координат точки, в которой они измеряются. Вид диаграммы зависит от особенностей конструкции литьевой машины, литниковой системы формы и изделия, в первую очередь, это касается участков 3-4 и 4-5 диаграммы. Расчет оптимальной диаграммы процесса осложняется его нестационарностью, наличием температурной зависимости состояния и фазовых превращений материала, изменением в процессе течения граничных условий. При определенных допущениях расчет сводится к решению связанной задачи течения нелинейно-вязкой среды с зависящими от температуры параметрами и нестационарной теплопроводности с подвижными границами и зависящими от температуры параметрами и внутренними источниками тепла. Даже при дополнительных упрощениях решение может быть получено только численно. Разработаны специальные программы расчета процессов заполнения литьевых форм (MOLDFOW и др.). Они позволяют оптимизировать литниковую систему и найти основные параметры процесса (давление, температуру расплава и скорость впрыска) по известным характеристикам вязких и теплофизических свойств материала.
Разделяют литьевые машины вертикального и горизонтального типов в зависимости от способа впрыскивания расплавленного сырья.
Компрессионное литье
Пластиковые изделия могут быть отлиты компрессионным методом под давлением, который отличается вспрыскиванием материала в приоткрытую на несколько миллиметров пресс-форму. Закрывается она только на стадии затвердевания пластика. При этом создается равномерное для всей отливки давление.
Метод компрессионного литья способствует исключению деформаций и повреждений изделия.
Метод литья с закладными элементами
В целях повышения качества и снижения себестоимости изделий многие предприятия используют метод литья с закладными изделиями. Его суть заключается в закладывании специального элемента в пресс-форму, которая после этого закрывается, затем в свободную полость впрыскивается разогретое сырье, оно остывает, и извлекается уже готовое изделие. Этот способ литья упрощает производство и дальнейшую эксплуатацию полученного продукта.