Прессование vs литья под давлением
Томас Градль (Thomas Gradl), старший региональный менеджер по продажам машин для переработки эластомеров и реактопластов в компании Engel Austria GmbH, считает, что производителям РТИ из твердого силиконового каучука (HCR: High Consistency Rubber) следует рассмотреть возможность перехода от прессования к литью под давлением, но при этом использовать более подходящую литниковую систему.
«Литье под давлением твердого силикона позволяет повысить производительность и сократить количество обслуживающего персонала. Единственным преимуществом прессования в этом случае является более низкая инвестиционная стоимость»
заключает Градль.
Штефан Херцингер (Stefan Herzinger), генеральный директор немецкой компании Wickert Machinerbau, напротив, видит в литье под давлением апробированный процесс, хорошо подходящий для крупносерийного и массового производства, но с уменьшением размера партий теряющий свои преимущества перед прессованием. Кроме того, прессование превосходит литье, когда речь идет, например, о производстве фармацевтических РТИ без облоя. Даже свою серию прессов WKP S разработчики назвали «фармацевтической», имея в виду, что эти машины способны изготавливать такие детали, как пробки, поршни для одноразовых шприцев или защитные колпачки для игл с особенно высокой точностью, работая при этом в условиях чистой комнаты при соблюдении очень строгих требований к чистоте производства (рис. 1). По словам Ханса-Иоахима Викерта (Hans-Joachim Wickert), директора и собственника компании, «любая частица размером до 3,0 мкм считается загрязнением». Для сравнения: человеческий волос в 10 раз толще.
Кроме того, при прессовании наблюдаются минимальные подвижки резиновой смеси, тогда как при литье происходит ее интенсивное течение при впрыске и заполнении формы. Это упрощает формование РТИ с использованием металлических или тканевых закладных элементов. Наконец, примером продукции, где прессование превосходит литье под давлением, являются профильно-погонажные изделия типа армированных резиновых лент и поручней эскалаторов, изготавливаемых методом так называемого непрерывного прессования (CCM: Continuous Compression Molding).
«Так что и литье под давлением, и прессование имеют свои преимущества и недостатки»
резюмирует Херцингер.
К той же серии относится пресс WKP 8000 S с расширенными возможностями – с магнитными крепежными плитами, нижней поворотно-передвижной нагревательной плитой, камерой вакуумирования и др. (рис. 2).
Впечатляющей разработкой Wickert стал самый большой пресс в мире WKP 100000 S с усилием смыкания 10 000 тс и габаритными размерами нагревательных плит 3500´3500 мм (рис. 3). При этом их плоскопараллельность при полной нагрузке составляет менее 0,2 мм/м, а погрешность температуры не превышает ±0,3 °С.
В ассортимент Wickert входят также гидравлические прессы, специально предназначенные для трансферного (иначе – литьевого) прессования (рис. 4).
Моделирование процесса прессования
Следует констатировать, что прессование РТИ несколько отстает от литья в плане моделирования процесса. Здесь «на помощь» пришла компания Sigma Engineering GmbH из Аахена, которая до этого зарекомендовала себя как известный поставщик программного обеспечения (ПО) под торговой маркой Sigmasoft, предназначенного для моделирования и оптимизации литья термопластов, термопластичных эластомеров (TPE) и жидкого силиконового каучука (LSR). Это ПО позволяет оптимизировать конструкцию литьевой формы еще до изготовления ее в металле.
Новая версия ПО 5.3.1, предназначенная для моделирования процесса прессования, по словам Тимо Гебауэра (Timo Gebauer), технического директора Sigma Engineering, «делает процесс полностью прозрачным в любой точке оформляющей полости пресс-формы и в любой момент цикла» (рис. 5).
Но эта разработка оказалась не такой простой, как представлялось вначале. Ведущие производители РТИ уже давно искали способы моделирования процесса прессования, которое сильно отличается от моделирования литья под давлением. Это связано с тем, что оформляющая полость пресс-формы изменяется по объему на протяжении всего процесса, тогда как в литьевой форме она остается постоянной в процессе литья. Сначала разработчики решили пойти другим путем и просто перенести уже имеющееся у них ПО моделирования термоформования листовых термопластов на прессование, поскольку оба процесса связаны с изменением толщины заготовки. Но не тут-то было: процесс прессования РТИ выглядит гораздо сложнее хотя бы по причине вулканизации материала.
«Зная степень вулканизации материала, можно достаточно близко к реальности предсказать его механические свойства»
подчеркивает Гебауэр.
Кроме того, важное значение имеет пространственно-временное распределение температуры в отпрессовке, которое должно учитывать холодные закладные элементы (если они имеются), нагревающиеся в конечном итоге так же сильно, как и резина. Должно быть смоделировано и охлаждение РТИ.
В конечном счете новое ПО позволяет заранее гарантировать, что оформляющая полость пресс-формы полностью заполнена, холодные спаи находятся в некритичных областях, а степень вулканизации – оптимальна. При этом Гебауэр подчеркивает то обстоятельство, что особенно важным было вовлечение в проект переработчиков, чтобы обеспечить непрерывное консультирование и проверку результатов:
«Без них мы бы просто не финишировали».
Литье под давлением vs прессования
Компания Maplan GmbH из г. Коттингбрунна (Австрия), которая не сомневается в преимуществах литья, сравнительно недавно представила новую серию Easy+ из семи вертикальных литьевых машин с четырьмя усилиями смыкания в диапазоне от 20 до 100 тс (рис. 6). В этих машинах, предназначенных в основном для литья под давлением РТИ, колонны заменяет С-образная рама, что обеспечивает свободный доступ к литьевой форме с трех сторон и возможность использования более габаритных пресс-форм. При этом доступны три конструкторские концепции сочетания узлов впрыска и смыкания:
- впрыск сверху, смыкание снизу;
- впрыск снизу, смыкание сверху;
- впрыск и смыкание сверху.
Кроме того, Maplan предлагает специальный узел впрыска для литья под давлением TPE.
По словам разработчиков, машины Easy+ более быстрые и потребляют меньше энергии, чем предыдущие модели. Причиной этого является высокая эффективность, достигаемая благодаря сервоприводу MAP.cooldrive, который зарекомендовал себя как бесшумный, динамичный и быстродействующий привод на основе серводвигателя, который не требует масляного или водяного охлаждения и не потребляет энергию в режиме ожидания.
Это относится и к новым моделям машин серии Rapid+ с горизонтальными колоннами, которые выпускаются в пяти типоразмерах с усилием смыкания от 200 до 800 тс (рис. 7). Узел смыкания этих машин имеет линейные направляющие подвижной плиты без контакта с колоннами. Преимуществами такого решения являются полное отсутствие смазки в зоне формы, простота монтажа и регулировки параллельности крепежных плит, а также увеличенное на 25 мм расстояние между колоннами. Кроме того, снижение трения в системе смыкания позволяет сократить потребление электроэнергии и время сухого хода на 20 % по сравнению с предыдущей серией.
Возвращаясь, к бесколонным вертикальным машинам серии Easy+, следует заметить, что эта удачная конструкторская концепция исполнения узла смыкания вовсе не является прерогативой компании Maplan. Примером служат подобные машины для литья под давлением РТИ немецкой компании LWB Steinl (рис. 8). Другой пример – запатентованные горизонтальные бесколонные машины компании Engel из Швертберга (Австрия), которые, если повернуть на 90° (мысленно, конечно), будут выглядеть бесколонными вертикальными (рис. 9). И хорошо, что в свое время разработчики из Engel не догадались распространить действие своего патента и на вертикальные литьевые машины.
Союз литья под давлением с прессованием
Основанная в 2006 г. компания IMG Industry Macchine Generale, базирующаяся в так называемой итальянской резиновой долине (Italian Rubber Valley) недалеко от г. Брешиа, с 2009 г. продает в Италии китайские машины для литья под давлением компании Haitian. С некоторых пор IMG намерена расширить поставки по всей Европе собственного оборудования для прессования и литья под давлением.
При этом новая вертикальная машина модели GUMvert VCV 300/1000, выпущенная в середине 2022 г., сочетает в себе функции прессования и литья под давлением (рис. 10). Ее особенностью, по словам разработчиков, является возможность переключения между обеими технологиями одним нажатием кнопки, что позволяет легко перерабатывать различные материалы на одной машине различными методами без дополнительных инвестиционных затрат. Эта машина, которая изначально была представлена с усилием смыкания 300 тс, теперь входит в состав серии вертикальных машин GUMvert VCV с усилием смыкания от 20 до 400 тс. Все они оснащены узлом смыкания одностороннего приложения силы – снизу вверх. В IMG заявляют, что такой принцип сокращает время открытия и закрытия формы на 30 % и способствует тем самым значительному снижению энергопотребления.
К другому виду оборудования IMG для производства РТИ относятся горизонтальные машины серии GUM-FIFO. В их узле впрыска используется так называемый принцип FIFO: (first in, first out: «первым вошел, первым вышел»), при котором первой в камеру впрыска подается уже полностью пластифицированная подогретая резиновая смесь. Это позволяет быстро перерабатывать ее при высокой температуре, сокращая время нагрева и, соответственно, цикла. Впрочем, этот принцип опять же, как и бесколонный узел смыкания, уже давно не является новинкой и реализован в оборудовании и других производителей литьевых машин, например компании LWB Steinl, и прессов – той же Wickert.
Решение проблем с цепочками поставок
Есть фактор, который также сближает оба метода формования и вида оборудования, – обострившиеся проблемы с логистикой. Так, Марк Джордан (Marc Jordan), директор по продажам Wickert Machinerbau, и менеджер по продажам той же компании Стив Бюхнер (Steve Büchner) поделились мнением о текущих проблемах с поставками оборудования. В то время как раньше все компоненты машин заказывались одновременно, сегодня такой подход задерживает производство. Например, электронику для систем управления, сроки поставок которой стали сейчас особенно длительными, стали заказывать заблаговременно. Тут требуются и собственная гибкость, и реакция рынка. Например, нехватка листовой стали, которая ощущалась в начале военного конфликта на Украине, была частично компенсирована благодаря тому, что ее немецкие производители увеличили свои мощности. А например, из-за трудностей с поставками двигателей немецкой компании Siemens Energy Ventures клиенту в Аргентине, тому было предложено использовать электродвигатель американской компании WEG Electric Corporation, которая имеет хорошие позиции в Южной Америке.
Опубликовано в журнале «Полимерные материалы» № 10 (305) 2024 г., с. 36-40.
