Усадка — одно из ключевых явлений, с которыми сталкивается любой технолог, занимающийся литьём пластмасс под давлением. Игнорирование этого фактора приводит к браку, несоответствию геометрических размеров детали чертежу и, как следствие, к финансовым потерям. В данной статье мы подробно рассмотрим природу усадки, способы её расчёта и основные методы компенсации.
Что такое усадка при литье
Пластическая усадка — это изменение (уменьшение) линейных размеров формованной детали после её извлечения из пресс-формы и остывания до комнатной температуры. Явление обусловлено физическими свойствами полимеров: при переходе расплава в твёрдое состояние материал сжимается, а межмолекулярные расстояния уменьшаются.
Усадка измеряется в процентах и для разных полимеров может существенно различаться — от 0,2–0,5 % у аморфных материалов до 1,5–3 % у кристаллизующихся.
Виды усадки
- Усадка в форме — происходит, пока деталь ограничена стенками формующей полости. Составляет примерно 30–50 % общей усадки.
- Последующая (постформенная) усадка — происходит после извлечения детали из формы в течение нескольких часов или даже суток, особенно у кристаллизующихся полимеров;
- Усадка по направлению течения расплава — как правило, отличается от усадки в поперечном направлении из-за ориентации макромолекул. ### фактор обязательно учитывается при проектировании.
Факторы, влияющие на величину усадки
- Тип полимера. Кристаллизующиеся материалы (ПЭ, ПП, ПА) дают большую усадку, чем аморфные (ПС, АБС, ПК).
- Наполнители. Стекловолокно, тальк и другие добавки существенно снижают усадку, но делают её анизотропной.
- Толщина стенки детали. Толстостенные изделия усаживаються сильнее.
- Температурные режимы. Температура расплава и формы напрямую влияют на степень кристаллизации и сжатия.
- Давление впрыска и подпрессовки. Чем выше давление выдержки, тем лучше компенсируется объёмное сжатие материала.
- Конструкция литниковой системы. Размер и расположение литников определяют эффективность подпитки расплава на стадии выдержки.
Ориентировочные коэффициенты усадки для популярных пластмасс
- Полиэтилен (ПЭ): 1,5–3,0 %
- Полипропилен (ПП): 1,0–2,5 %
- Полистирол (ПС): 0,4–0,7 %
- АБС-пластик: 0,4–0,8 %
- Полиамид (ПА6): 0,8–1,5 %
- Поликарбонат (ПК): 0,5–0,7 %
- Полиформальдегид (ПОМ): 1,8–2,5 %
Точные значения следует уточнять в технической документации на конкретную марку материала и согласно ГОСТ 15947-70.
Расчёт размеров формы с учётом усадки
Основная формула для определения размера формующей полости:
Lформы = Lдетали × (1 + S / 100)
где S — коэффициент усадки в процентах.
Пример: если деталь должна иметь размер 100 мм и изготавливается из полипропилена с усадкой 1,5 %, то формующая полость проектируется размером:
100 × (1 + 1,5/100) = 101,5 мм
При этом для разных направлений (вдоль и поперёк течения расплава) могут применяться разные коэффициенты усадки.
Методы компенсации усадки
Проектирование пресс-формы с увеличенными размерами
Основной и наиболее распространённый метод, формующие элементы изготавливаются с размерами, увеличенными на величину расчётной усадки. При проектировании важно учитывать не только материал, но и геометрию компонента.
Технологическая компенсация (подпрессовка)
На стадии выдержки под давлением в полость подаётся дополнительный объём расплава, компенсирующий объёмное сжатие при кристаллизации. Правильный подбор давления и времени выдержки позволяет минимизировать усадочные раковины и внутренние пустоты.
Оптимизация конструкции детали
- равномерная толщина стенок;
- плавные переходы и радиусы;
- рёбра жёсткости вместо утолщений;
- корректное расположение литников.
Использование наполненных материалов
Контроль температурных режимов
Стабильная температура формы и равномерное охлаждение снижают неравномерность усадки и коробление деталей.
Компенсация усадки — комплексная задача, требующая учёта свойств материала, конструкции детали и режимов переработки. Грамотный расчёт размеров пресс-формы по формулам и табличным коэффициентам, а также правильная настройка технологических параметров литья позволяют получать изделия с высокой размерной точностью и минимальным процентом брака.