Технологию вакуумного литья пластмасс и эпоксидных смол в силикон применяют для срочного изготовления небольшого количества (до 1 000 штук) деталей из пластика и резины, получения копий по мастер-модели, при невозможности использовать дорогостоящие пресс-формы. Метод одинаково эффективно работает с полиуретаном, прозрачным пластиком, некоторыми видами воска. Вакуумное литье позволяет быстро получать мелкие партии изделий без дополнительной обработки, необходимой, например, при работе с 3D-принтерами. Таким способом из цветного и прозрачного сырья изготавливают предметы с блестящей, матовой, гладкой, фактурной поверхностью. Со сплавами металлов работают по подобной технологии, которая носит названием вакуумного литья под давлением.
Технология вакуумного литья пластмасс в силиконовые формы
Для получения тиража изделий необходимо подготовить мастер-модель, создать по ней силиконовую форму, изготовить отливки и подвергнуть их постобработке. Рассмотрим подробно каждый из этапов.
Изготовление мастер-модели. Так называют форму, в которую планируют заливать сырье для получения одинаковых заготовок. Мастер-моделью может служить имеющееся изделие. Если его нет в распоряжении, мастер-модель лепят из глины, получают на ЧПУ-станке, печатают на 3D-принтере, применяют технологию стереолитографии (SLA). Чтобы готовые изделия приобретали желаемые характеристики, перед началом отливки мастер-модель тщательно дорабатывают вручную: проходятся наждачной бумагой, грунтуют, покрывают краской.
Изготовление силиконовой формы. Силиконовую смесь соединяют с отвердителем и дегазируют, чтобы пузыри воздуха не портили форму. Все это удобно выполнять в литьевой машине WSS-40. Процесс длится полчаса. За это время создают линию разъема будущей силиконовой формы вокруг мастер-модели. Глубокие отверстия на модели заклеивают скотчем. Затем крепят крепления для закладных элементов (выпоров) и отвода газов в процессе заливки пластмассы. С маленьким отступом от мастер-модели изготавливают “опоку” из фанеры или листов картона, проходятся по ней силиконовым спреем для легкого извлечения модели после отливки. Закрепляют модель на выпорах.
Дегазированный силикон заливают в опоку, установленную вокруг мастер-модели, повторно дегазируют, дают конструкции постоять в течение суток. После этого разрезают форму скальпелем и вынимают мастер-модель. Форму покрывают разделительным веществом.
Изготовление отливок. На этом этапе задействуют вакуумную литьевую машину. Сначала в нее выкладывают ингредиенты полиуретана в необходимых пропорциях, проводят двадцатиминутную первичную дегазацию.
Силиконовую форму, полученную с мастер-модели, ставят в вакуумную камеру и нагревают до +70*С. После этого выкладывают ингредиенты, ждут 20 минут и перемешивают. Следующие 50-60 минут происходит полимеризация материала в термошкафу, внутри которого поддерживается температура 70*С. По истечении времени полимеризации раскрытая отливка извлекается из формы, оснастка из силикона подчищается и готовится к новой заправке сырья. В среднем с одной силиконовой формы удается получить 20-25 пластмассовых изделий без потери качества и эластичности самой формы. Если есть необходимость в непрерывном производстве изделий, создают и применяют в работе несколько форм. За восьмичасовую смену с одной формы получают четыре изделия из пластмассы.
Заключительная обработка отливок. В почти готовых изделиях проделывают отверстия, снимают облой, удаляют выпоры.
Одно из главных преимуществ вакуумного литья пластмасс - изготовление каждого миллиметра детали под давлением,. Благодаря этому готовые изделия получаются качественными, могут состоять из нескольких частей и иметь сложную форму. В них не бывает слабых участков и скрытых трещин. Пластиковые отливки можно получать в любом цвете по каталогу RAL, добавляя в сырье пигмент требуемого оттенка.
Цена производства деталей методом литья пластмасс в силиконовые формы рассчитывается по таким параметрам:
- технология выращивания мастер-формы: изготовление на 3D-принтере, стереолитография, производство на ЧПУ-оборудовании;
- количество однотипных экземпляров в тираже;
- срочность исполнения заказа.
Для точного расчета стоимости производства детали технолог производства запрашивает чертеж, компьютерную модель или само изделие, которое необходимо тиражировать методом вакуумного литья. Также ему необходимо знать тип наружной поверхности (матовая, под песок, гладкая и блестящая, под кожу и т.п.), цвет(-а) по палитре RAL, информация о наличии закладных элементов и других особенностей.
Введение в литье алюминиевых сплавов под давлением с вакуумированием
Вакуумная формовка используется в производстве пластиковых изделий параллельно с литьем под давлением. Каждый метод позволяет решать свой круг задач, предполагает работу с разным оборудованием и сырьем. Если вместо пластмасс производитель берет алюминиевые сплавы, во время литья без вакуумирования в изделии могут появляться дефекты: газовая пористость, усадка, лакуны, засоры и другое. Это особенно критично при необходимости получать детали с тонкими и прочными стенками. Перечисленные дефекты, снижающие прочность изделий, часто выявляются только на этапе постобработки. Чтобы оптимизировать литье алюминиевых сплавов (добиться минимальной пористости и не увеличивать толщину стенок деталей), на производствах применяют литье под давлением с вакуумированием.
Основные принципы литья под давлением с вакуумированием
Данную технологию используют для получения тонкостенных изделий и деталей сложной формы. Под высоким давлением расплавленный металл медленно заливается в пресс-форму, где набирает твердость и повторяет очертания полости. Во время запрессовки без вакуумирования жидкий сплав алюминия перемешивается с газами (преимущественно - с воздухом), которые содержатся в пресс-форме. Воздух частично вытесняется в вентиляционную систему через отверстия в пресс-форме, и отливки становятся достаточно плотными, но их стенки утолщаются. Если применяется вакуумирование, почти все газы очень быстро покидают полость пресс-формы за счет давления и не успевают сделать жидкий металл пористым, а также не приводят к утолщению стенок.
Технология вакуумирования предполагает работу с вакуумным оборудованием, системой отвода газов, а также герметизацию мест, где соприкасаются половинки пресс-формы.
Процесс литья под давлением с использованием вакуума
При вакуумном литье в формах создают вакуум и заливают туда расплавленный алюминий. Таким способом из металла вытесняют газы, увеличивающие пористость и снижающие прочность готовых изделий. Результат применения этой технологии - качественные, крепкие, плотные заготовки с тонкими стенками.
Выделяют несколько подходов к получению изделий по технологии вакуумного литья алюминиевых сплавов:
- Жидкий сплав втягивается в пресс-форму, которая располагается над емкостью с металлом. Содержимое формы застывает и кристаллизуется при нормальном или искусственно повышенном давлении.
- Жидкий сплав втягивается в форму, расположенную снизу. В процессе создается металлостатическое давление.
- На производстве задействуют вакуумную литьевую машину, которая работает с вакуумированными пресс-формами.
- Используют метод вакуумной центробежной заливки расплава в форму.
Частая практика на литейных производствах - получение тонкостенных алюминиевых изделий сложной формы путем литья по выплавляемым моделям.
Во всех описанных выше случаях вакуумное литье обеспечивает самую низкую себестоимость и самое высокое качество металлических изделий при объеме партии до 1 000 штук.
Оборудование для вакуумного литья металлов под давлением
Основное устройство, которое применяют для мелкосерийного производства однотипных алюминиевых изделий - это машина вакуумного литья металлов под давлением до 700 МПа. Перед заправкой алюминиевого сплава в формы такой машины его нагревают и делают жидким, затем дают медленно остыть и затвердеть для закрепления нужной формы. В итоге сырье приобретает очертание готовой детали, которую используют при сборке автомобилей, промышленного оборудования, бытовой техники. Еще машины вакуумного литья создают приспособления для стоматологии и ювелирные изделия.
Оборудование для реализации данной технологии может быть оборудовано одним из двух типов пресс-камер: горячей или холодной. Со сплавами на основе алюминия, меди, цинка и олова работают преимущественно при низких температурах (из-за низкой точки плавления этих металлов). Поверхность готовых деталей получается ровной, размеры - точными. Изделия не приходится обтачивать механическим способом после извлечения из машины. Серию до 1 000 штук удается изготовить за короткие сроки. Сложность работы с машиной вакуумного литья под давлением - возможность деформирования детали во время выемки из формы.
Оборудование для вакуумного литья пластмасс в силиконовые формы
В СНГ наиболее распространены литьевые машины для работы с пластмассами марок Wings Technology (КНР) и KLM (Германия). При выборе модели учитывают размер пространства для формы и максимальный объем отливки - это табличные параметры.
Также для организации производства требуется дополнительное оборудование:
- Дозатор силикона, отвечающий за автоматическую подачу масс
- Вакуумный миксер для выведения из силикона воздушных пузырей, смешивания и вакуумирования силикона для получения оснастки
- Термошкаф для нагревания материалов до 60-80*С.
Плюсы и минусы вакуумного литья под давлением
Технология обладает такими преимуществами:
- Небольшие тиражи однотипных изделий из пластмасс или легкоплавких металлов можно получить за короткий срок. Детали будут обладать незначительной погрешностью в точности.
- Количество брака снижается, так как уменьшается газовая пористость в готовых изделиях.
- Сокращается припуск на механическую постобработку (или необходимость в ней отпадает полностью).
- На некоторых моделях литьевых машин удается уменьшить количество остановок процесса производства отливок посредством снижения перегрева пресс-форм. Другая полезная опция - термическая закалка готовых изделий ради увеличения прочности.
- Сложность очертаний пресс-формы может быть любой. Даже если внутри нее много отверстий, машина вакуумного литья избавит операторов цеха от механической постобработки. Если последующая обработка и требуется, то ее всегда меньше, чем при применении технологии вакуумной формовки.
- Можно работать с разнообразными вставками, включать в изделия волокна и армирующие детали. Машины вакуумного литья из пластмасс позволяют использовать разные сорта сырья.
- В процессе литья под давлением с вакуумированием пресс-форм образуется мало отходов. При необходимости их удается использовать второй и последующие разы без потери в качестве последующих партий деталей.
- Изготовление изделий поддается автоматизации и снижает влияние “человеческого фактора”. Это обстоятельство позволяет нанимать в цех меньше квалифицированного персонала, которому нужно платить зарплату.
Как и любая другая технология мелкосерийного промышленного производства, литье под давлением с вакуумированием обладает недостатками. Машина для вакуумирования стоит дорого, поэтому начинающим предпринимателям необходимы значительные личные сбережения, кредит для развития бизнеса под низкий процент или проверенные инвесторы. Также есть необходимость в применении дополнительного недешевого оборудования, инструмента и расходников для обеспечения стабильной работы системы вакуумирования.