Методы литья полиуретана

Литьё полиуретана применяют при изготовлении роликов, втулок, колёс, уплотнительных элементов, амортизаторов, защитных покрытий и других промышленных деталей. Материал позволяет получать изделия разной твёрдости, устойчивые к истиранию, ударам и длительным механическим нагрузкам.

При этом результат зависит не только от состава полиуретана. Большое значение имеют способ заполнения формы, подготовка компонентов, температура, применяемая оснастка и оборудование. Для одной детали подходит свободная заливка, для другой требуется вакуумирование, машинное дозирование или нанесение материала на вращающуюся основу.

Рассмотрим основные методы литья полиуретана, их особенности, преимущества и ограничения.

Классифицировать технологии можно по нескольким параметрам:

• способу подачи полиуретановой смеси в форму;
• наличию вакуума или давления;
• температуре переработки;
• типу оборудования;
• материалу формы;
• назначению готового изделия.

Например, свободное и центробежное литьё отличаются способом распределения смеси. Горячее и холодное литьё характеризуют температурный режим. Ручная и машинная заливка различаются уровнем автоматизации процесса.

Эти признаки могут сочетаться. Полиуретан можно заливать в металлическую форму вручную или с помощью дозирующей машины, предварительно удаляя воздух из компонентов в вакуумной камере.

Свободное, или гравитационное, литьё — один из наиболее распространённых способов изготовления полиуретановых изделий. Подготовленная жидкая смесь поступает в форму и заполняет её под действием собственного веса.

Метод применяется для производства деталей простой и сложной геометрии, в том числе изделий с металлическими закладными элементами. Заливка может выполняться в открытые и закрытые формы.

Перед началом работы форму очищают, при необходимости нагревают и обрабатывают разделительным составом. Компоненты полиуретана дозируют, смешивают и заливают в подготовленную оснастку. После первичного отверждения изделие извлекают и выдерживают до достижения необходимых характеристик.

При ручном способе компоненты отмеряют и смешивают небольшими порциями. Такая технология может применяться при изготовлении единичных изделий, прототипов, ремонтных деталей и небольших партий.

Основные преимущества ручной заливки:

• относительно простая организация производства;
• возможность изготовления нестандартных изделий;
• удобство при работе с небольшими партиями;
• возможность быстро менять форму и параметры детали.

Ограничением является зависимость результата от точности дозирования, качества перемешивания и соблюдения времени переработки смеси.

При машинном литье дозирование и смешивание компонентов выполняет специальное оборудование. Подготовленная смесь подаётся непосредственно в форму.

Автоматизация позволяет повысить повторяемость процесса, точнее соблюдать соотношение компонентов и стабильнее получать изделия с заданными характеристиками. Такой вариант подходит для регулярного производства деталей и средних серий.

Волх осуществляет услугу по литью полиуретанов.

При смешивании компонентов в полиуретановую систему может попадать воздух. Кроме того, некоторые материалы чувствительны к влаге. Это способно привести к появлению пузырей, пор и внутренних дефектов.

Для удаления воздуха применяют вакуумирование. Компоненты или готовую смесь помещают в вакуумную камеру, где находящиеся внутри пузырьки расширяются и выходят на поверхность.

Вакуум может использоваться на разных этапах:

• перед смешиванием компонентов;
• после приготовления смеси;
• во время заполнения формы;
• после заливки, пока материал сохраняет текучесть.

Вакуумное литьё особенно востребовано при изготовлении деталей со сложным рельефом, тонкими участками и повышенными требованиями к поверхности. Метод также помогает снизить риск образования внутренних пустот.

Однако наличие вакуумного оборудования само по себе не гарантирует отсутствие дефектов. Необходимо соблюдать правила хранения и подготовки компонентов, контролировать влажность, температуру, скорость перемешивания и время заливки.

При машинном литье компоненты полиуретана поступают в смесительную головку в заданном соотношении. После смешивания реакционная масса подаётся в форму.

В зависимости от оборудования смесь может подаваться свободно или с небольшим избыточным давлением. Принудительная подача помогает заполнять закрытые формы и получать детали со стабильными размерами.

К преимуществам машинного способа относятся:

• точное дозирование компонентов;
• равномерное перемешивание;
• повторяемость свойств материала;
• снижение влияния человеческого фактора;
• возможность изготовления серийных партий;
• контроль объёма смеси для каждой заливки.

Такой метод подходит для производства роликов, колёс, втулок, уплотнительных элементов и других изделий, выпускаемых регулярно.

Машинное литьё реакционноспособного полиуретана не следует путать с обычным литьём термопластов на термопластавтомате. В первом случае жидкие компоненты смешиваются и отверждаются в форме в результате химической реакции. Во втором расплавляются и формуются гранулы термопластичного материала.

При центробежном литье форма вращается вокруг своей оси. Под действием центробежной силы полиуретановая смесь распределяется по внутренней поверхности оснастки.

Метод применяется преимущественно для получения:

• колец;
• втулок;
• цилиндрических деталей;
• полых изделий;
• элементов с равномерной толщиной стенки.

Центробежная сила способствует уплотнению материала и равномерному заполнению рабочей поверхности формы. При правильно подобранном режиме можно получить изделие без центрального стержня или сложной внутренней оснастки.

К ограничениям относятся требования к балансировке формы, скорости вращения, вязкости смеси и времени начала реакции. Метод подходит не для любой геометрии и обычно применяется для деталей, имеющих форму тела вращения.

Ротационное литьё используют при нанесении полиуретана на металлические валы, ролики, колёса и другие вращающиеся основания.

Во время процесса заготовка вращается, а полиуретановая смесь постепенно наносится на её поверхность. Материал может подаваться непрерывно полосой или отдельными слоями. Поэтому технологию также называют ленточным литьём.

Такой способ позволяет:

• наносить полиуретан на длинные цилиндрические изделия;
• формировать покрытие требуемой толщины;
• восстанавливать изношенные ролики и валы;
• получать прочное соединение материала с металлической основой;
• уменьшать расход полиуретановой смеси при обработке крупных деталей.

После отверждения покрытие может подвергаться механической обработке: точению, шлифованию или формированию канавок.

Ротационное литьё отличается от изготовления отдельного изделия в форме. В данном случае полиуретан чаще выполняет функцию рабочего, защитного или амортизирующего покрытия металлической детали.

Термины «горячее» и «холодное литьё» относятся не столько к способу заполнения формы, сколько к режиму переработки выбранной полиуретановой системы.

При горячем литье компоненты и оснастку нагревают до установленной температуры. После смешивания материал заливают в тёплую форму, где происходит его первичное отверждение.

Нагрев позволяет регулировать вязкость смеси, скорость реакции и набор прочности. После извлечения изделию может потребоваться дополнительная термическая выдержка.

Температурный режим подбирают под конкретную марку полиуретана. Произвольное увеличение температуры может ускорить реакцию настолько, что смесь начнёт отверждаться до полного заполнения формы.

Некоторые полиуретановые системы перерабатываются при комнатной или умеренной температуре. Они удобны для изготовления прототипов, небольших партий, декоративных элементов и деталей, не требующих высокотемпературной оснастки.

Холодное литьё упрощает производственный процесс, но также требует точного соблюдения пропорций, времени смешивания и условий отверждения.

Выбор между горячей и холодной технологией определяется не только удобством производства. Необходимо учитывать свойства материала, размеры изделия, требования к прочности и рекомендации производителя полиуретановой системы.

Для литья полиуретана используют силиконовые, полимерные, композитные и металлические формы. Выбор зависит от количества изделий, требуемой точности, геометрии и режима отверждения.

Силиконовая оснастка удобна при изготовлении прототипов и небольших партий. Эластичность материала облегчает извлечение деталей с поднутрениями и сложным рельефом.

Металлические формы применяют при регулярном и серийном производстве. Они устойчивее к механическим нагрузкам и нагреву, лучше сохраняют геометрию и рассчитаны на многократное использование.

Материал формы нельзя рассматривать отдельно от технологии. Одну и ту же деталь иногда можно изготовить как в силиконовой, так и в металлической оснастке, но экономика и стабильность производства будут различаться

Универсального способа, подходящего для всех деталей, не существует. Технологию выбирают после анализа конструкции и условий эксплуатации изделия.

Основное значение имеют следующие параметры.

Учитываются размеры, толщина стенок, наличие отверстий, полостей, поднутрений и тонких участков. Чем сложнее форма, тем важнее правильно организовать подачу смеси и выход воздуха.

Для единичных изделий и прототипов может быть достаточно ручной заливки и простой оснастки. При регулярном выпуске деталей целесообразно применять машинное дозирование и более долговечные формы.

Если недопустимы поры, раковины и воздушные включения, требуется особенно тщательно контролировать подготовку компонентов и дегазацию смеси.

При изготовлении роликов, колёс и армированных деталей необходимо обеспечить сцепление полиуретана с металлом. Для этого поверхность очищают, обезжиривают и обрабатывают специальными составами.

Полиуретановые системы отличаются вязкостью, временем жизни смеси, температурой переработки и скоростью отверждения. Эти параметры влияют на выбор оборудования и конструкции формы.

Некоторые изделия после литья обтачивают, шлифуют, сверлят или фрезеруют. При выборе технологии необходимо предусмотреть припуск на механическую обработку и способ фиксации детали.

Даже правильно выбранный метод не обеспечит требуемого результата без соблюдения технологии. На качество полиуретанового изделия влияют:

• точность соотношения компонентов;
• температура материала и формы;
• влажность воздуха и сырья;
• интенсивность перемешивания;
• наличие пузырей в смеси;
• чистота и подготовка оснастки;
• скорость заполнения формы;
• время первичного отверждения;
• режим последующей выдержки.

Отклонение одного из параметров может привести к появлению пор, липкой поверхности, непроливов, неравномерной твёрдости или снижению прочности готовой детали.

Поэтому перед запуском серии технологию проверяют на пробных отливках. При необходимости корректируют температуру, время смешивания, расположение литников и вентиляционных каналов.

Способ производства подбирают под конкретную деталь, а не только под материал. Свободное литьё удобно для нестандартных изделий и небольших партий. Вакуумирование используют для снижения количества воздушных включений. Машинное дозирование повышает повторяемость при серийном выпуске. Центробежная и ротационная технологии подходят для колец, втулок, валов и других тел вращения.

При выборе метода необходимо учитывать геометрию изделия, требуемые свойства, размер партии, тип формы и условия эксплуатации. Предварительный анализ этих параметров помогает определить состав полиуретана, разработать оснастку и выстроить стабильный производственный процесс.

Компания «Волх» выполняет литьё полиуретановых изделий по чертежам, образцам и техническим требованиям заказчика. Технология производства подбирается с учётом конструкции детали, предполагаемых нагрузок, требуемой твёрдости и объёма партии.

Вас может заинтересовать:
Литье пластмасс;
Литье на Babyplast;
Литье полиуретанов.