К литью под газовым давлением, которое обычно называют мнемоническим ЛГД, относится ряд процессов, при которых газ вводится в поток расплава для решения различных задач.

В основе лежат два процесса, каждый из которых стал источником для нескольких других. Благодаря течению термопластичного полимера внутри пресс-формы, после подачи в него такого газа как азот, он останется внутри полимера, образуя полый профиль. Как далеко проникнет газ и сколько полимера он вытеснит зависит от многих факторов, главным из которых является модель изделия.

Первые ЛГД процессы предназначались для производства деталей с большой площадью поперечного сечения, которые могут быть полыми, исключая пару миллиметров внешней стенки из термопластмассы. Газ, в первом примере азот, вводится через патрубок модифицированного инжекторного механизма, когда пресс-форма наполняется приблизительно на 80%. Азот вытесняет полимерный расплав в центре литника и проникает в полость пресс-формы. Вытесненный расплав перемещается и заполняет остальное пространство пресс-формы. Если правильно контролировать время, объемы материала и применяемое давление, то полимер заполняет пресс-форму как раз перед тем, как газ достигает конца потока. Газ, который теперь полностью закрыт внутри полимера, сохраняет заданное давление до тех пор, пока не застынет полимер.

Впоследствии сдавленный газ высвобождается, пресс-форму открывают и вынимают полую деталь. Единственным свидетельством присутствия газа является небольшое отверстие, появляющееся после разреза литника, а также значительно меньший вес детали в сравнении с твердотельной моделью. Подобное производство полых деталей было возможно благодаря наличию трубовидных компонентов с площадью поперечного сечения менее 35 мм. Вскоре были обнаружены некоторые ограничения процесса, так как газ всегда течет в направлении наименьшего сопротивления, которое представляло собой самую короткую дистанцию между литником и передней частью потока либо маршрут с наименьшей вязкостью благодаря температуре – что необязательно было самой короткой дистанцией. К тому же, было обнаружено, что поток газа разделить практически невозможно. Поэтому изделия, которые можно было создать с помощью этого процесса «подачи газа через вертикальный литник», были ограничены в размере. Тем не менее, у газового процесса были очевидные преимущества, и многие пытались преодолеть физические свойства процесса, используя ряд методов.

Сперва была сделана попытка переместить точку ввода газа и сделать ее отдельной от точки подачи полимера. Это позволяло усилить контроль, и в случае подачи нескольких газов появлялась возможность создать больше одной полости. Одно из быстро обнаруженных значительных преимуществ процесса состояло в том, что формовки,  изготовленные с участием газа, не содержали деформаций, вмятин и остаточных напряжений. Это происходило потому, что газ обеспечивал идеальное давление уплотнения, которое использовалось для возмещения естественной объемной усадки, происходящей во время остывания полимерного расплава. После усадки полимера газ расширялся и прижимал полимер к стенке пресс-формы постоянно и равномерно до тех пор, пока он не затвердевал. В результате создавалась формовка с усадкой постоянного объема и минимальным остаточным напряжением.

Компоненты не содержали деформаций и вмятин, имели почти равномерный поверхностный глянец, идеально повторяли поверхность пресс-формы. Дифференциальная усадка и связанные с ней деформации, вмятины и остаточные напряжения являются недостатками традиционного литья под давлением, возникающими в результате того, что применяемое давление впрыска (от инжекторного блока формовочных механизмов) неспособно обеспечить равномерное давление уплотнения по всей пресс-форме в результате сжимаемости и вязкости расплава. Вследствие этого во время процесса литья происходит значительный спад давления, поэтому в зонах, расположенных в дальнем конце от точки подачи, давление гораздо меньше того, которое действует поблизости от точки подачи. При использовании газового процесса давление вдоль всего газового канала равномерно, так как спада давления не происходит. В результате газ воздействует на полимерный расплав, возмещая объемную усадку.

Это повлекло за собой создание второго и на данный момент самого популярного метода применения ЛГД. Вскоре было обнаружено, что использование толстых ребер – в три-четыре раза толще и шире обычной стенки – позволяет превратить газ в средство уплотнения и, вместе с тем, повысить устойчивость пластмассовых формовок. В отличие от первоначального процесса, при котором пресс-форма заполнялась приблизительно на 80%, после этой модификации пресс-форма заполнялась практически полностью. Газ подается в ребра через отдельные патрубки подачи газа, а полимерный расплав, вытесненный газом, возмещает объемную усадку и заполняет оставшуюся часть пресс-формы. При этом используется гораздо меньше газа, чем в процессе для полых деталей, но давление обычно выше.

С помощью этого процесса полного впрыска можно методом литья производить термопластичные формовки, не содержащие деформаций, вмятин и имеющие сравнительно низкие требования по усилию зажима пресс-формы. Газовые ребра можно разместить только на поверхности днища детали, что дает возможность получать большие детали с ровной верхней поверхностью без недостатков. Крупной областью применения было производство ЭЛТ-телевизоров с большими экранами, в которых формовка, окружающая экран, была оборудована большим количеством тяжелых ребер и ступиц на днище, чтобы можно было установить тяжелую стеклянную ЭЛТ. Единственным способом удалить все следы этих ребер и ступиц на поверхности днища было использование процесса литья под газовым давлением.

Основной причиной успеха ЛГД является изучение изделия компьютеризированными техническими средствами, которые прогнозируют направление потока, как полимера, так и газа. В традиционном литье под давлением большинство ошибок в моделировании изделия или в инструментарии можно компенсировать удлинением времени цикла, а в ЛГД работает только при правильной настройке геометрии компонентов, газовых каналов, точек впрыска полимеров и ввода газа. Процесс ЛГД потерпит неудачу, если газ проникнет не в те зоны, полностью пройдет мимо расплава или не сможет вытеснить полимер полностью и оставит каналы с плотным газом, которые впоследствии остывают слишком долго. Одной из разработок, созданных для расширения возможностей ЛГД, является использование переливания.

Эта технология включает в себя выходное окно, устанавливаемое в конце газового канала, которое механически открывается после включения газового давления. Полимер вытесняется из газовых каналов через выходное окно и выходит в переливной колодец, размер которого как раз достаточен для вмещения вытесненного материала. Таким образом, обеспечивается прочищение газового канала. Имея много газовых каналов, точек ввода газа и переливания, можно использовать газ для гораздо более легкого изготовления полых профилей.

Дальнейшее развитие процесса шло в направлении использования сжатого воздуха и углекислого газа для снижения затрат на большое количество чистого азота, который можно использовать во время процесса. Во время крупных работ азот извлекается из атмосферы с помощью углеродного молекулярного сита, которое удаляет кислород, а затем нагнетается до давления более 30 МПа (4500 фунтов на квадратный дюйм). При таком давлении внутренняя поверхность газовых каналов в полимере начала бы гореть, если бы в газе присутствовал кислород. При помощи этого процесса вырабатывается азот, чистота которого составляет 98% или 99,5%.

Процесс ввода газа можно внедрить во многие стандартные процессы литья под давлением в качестве метода, создающего давление уплотнения. В результате детали уплотняются равномерно и не содержат деформаций и усадки. На самом деле, все ЛГД процессы можно применить лишь в немногих областях. Главной причиной этого являются идущие по всему миру споры относительно патентных прав на различные элементы процесса. Обеспокоенность тем, что тот или иной патентовладелец может предъявить иск в случае, если какой-либо производитель использует процесс, не имея все лицензии, не позволила процессу стать частью промышленного литья под давлением. В результате появился таинственный процесс, принадлежащий немногим и воспринимаемый большинством с подозрением и обеспокоенностью.

www.newchemistry.ru