Получение деталей с металлической арматурой
Insert and outsert molding

     Проблемы литья деталей с металлической арматурой могут быть вызваны деформированием арматуры или ее смещением в процессе заполнения формы, затеканием расплава на арматуру, влиянием арматуры на уплотнение материала в форме, литьевую усадку и формирование напряженного состояния детали. Наличие арматуры накладывает особые требования к конструкции детали и формы, а также технологического режима литья.
     Деформирование или смещение арматуры происходит под действием разницы давления расплава с двух сторон арматуры в оформляющей полости при заполнении формы. Поскольку разница давлений на стадии заполнения может достигать высоких значений, проблема деформирования существует не только для «гибкой», но и для достаточно «жесткой» арматуры. Уменьшение толщины литьевого канала (между арматурой и стенкой литьевой формы) при деформировании или смещении арматуры может быть причиной недолива на тонкостенном участке или недоуплотнения в толстостенной области. Для токопроводящей арматуры ее деформирование или смещение при заполнении формы может вызывать нежелательное сближение контактов. 
     Для предотвращения деформирования и смещения арматуры места впуска выбирают так, чтобы центр фронта потока расплава касался торцевой части арматуры, и далее фронты потоков двигались синхронно с разных сторон арматуры. Опасность деформирования арматуры повышается при уменьшении толщины литьевого канала, т.к. в этом случае увеличиваются потери давления при заполнении формы. Для малой и средней толщины литьевого канала его толщина с разных сторон арматуры должна быть одинаковой, иначе невозможно обеспечить синхронность при продвижении фронтов потоков.
     Чтобы уменьшить деформации арматуры и предотвратить ее смещение, предусматривают специальные опорные знаки в оформляющей полости.
      Равномерное уплотнение достигается при одинаковой толщине литьевых каналов в области арматуры, равной толщине оформляющей полости областях, не содержаших арматуры. Проблемы недоуплотнения (утяжины, пузырьки, пустоты и пр.) областей повышенной толщины характерны для конструкций, в которых толщина литьевого канала увеличивается в направлении от впусков. При наличии сквозных отверстий в арматуре, их диаметр или высота должны быть немного меньше толщины литьевого канала, иначе возникает опасность недоуплотнения в области повышенной толщины.
     Арматура препятствует продольной и поперечной усадке в «охватывающем» слое полимерного материала у арматуры и вызывает значительное повышение внутренних напряжений в детали. Типичной проблемой литья деталей с арматурой является резкое снижение ресурса их работоспособности, что ведет к их разрушению с появлением микротрещин (крейзов) или макротрещин.
     Опасность разрушения деталей резко повышается, если в «охватывающем» слое или вблизи него имеются концентраторы напряжений или «слабые» места.
     Для композиций, содержащих стекловолокно или углеродное волокно, «слабыми» местами являются спаи, что вызвано главным образом резким изменением ориентации частиц волокна вблизи спаев. Спаи в деталях, полученных из ненаполненных кристаллизующихся полимерных материалов, отличаются высокой прочностью, однако присутствие каучука или антипирена приводит к снижению относительной прочности спая. К «слабым» местам относятся области впуска, поэтому впуски не рекомендуется располагать вблизи арматуры.
     Концентрация напряжений может повышать локальное напряженное состояние в несколько раз, снижая ресурс работы детали. Концентраторами напряжений являются «внутренние» углы полимерной части армированной детали, образующиеся, например, при использовании металлической арматуры с острыми кромками. Для предотвращения разрушения детали острые кромки арматуры должны быть скруглены или «притуплены». Концентрация напряжений наблюдается у малых отверстий (малого диаметра и пр.), а также на внутренних углах треугольных, прямоугольных и других отверстий. Это необходимо учитывать при использовании опорных знаков: они не должны иметь слишком малое поперечное сечение, и их кромки должны быть сглажены.
     Для предотвращения разрушения детали большое значение имеет толщина «охватывающего» слоя полимерного материала в области арматуры: как малая, так и слишком высокая толщина «охватывающего» слоя могут быть причиной его разрушения. Для стержневой или листовой (штампованной) арматуры минимальная рекомендуемая толщина «охватывающего» слоя h_охв составляет:

h_охв = 1,5h_арм,

где h_арм – диаметр или толщина арматуры, для h_арм ≤ 2 мм.
     Для втулочной арматуры с наружным диаметром d_арм, не превышающим 10 мм, рекомендуемая толщина «охватывающего» слоя:

h_охв = k_армd_арм,

где коэффициент k_арм обычно выбирается в диапазоне от 0,25 до 0,75 в зависимости от особенностей конструкции детали и марки полимерного материала.
     Толщину «охватывающего» слоя увеличивают, если имеются факторы, повышающие напряженное состояние (высокие стандартные значения усадки полимерного материала, недоуплотнение, разнотолщинность и пр.), или снижающие прочностные характеристики детали (наличие «слабых» мест и др.).
     Как правило, толщина охватывающего слоя не должна превышать 5 мм, поскольку при большей толщине трудно обеспечить нормальное уплотнение области детали. Исключение составляют толстостенные детали – детали с основной толщиной более 6 мм.
     При использовании полимерного материала с очень высокими прочностными характеристиками и малыми стандартными значениями литьевой усадки толщина «охватывающего» слоя может быть уменьшена относительно рекомендуемых значений.
     Наибольшие проблемы разрушения из-за очень высоких внутренних напряжений существуют для деталей с крупногабаритной металлической арматурой, размеры которой сопоставимы с размерами полимерной части. Если невозможно уменьшить габариты арматуры, рекомендуется разделить полимерную часть на несколько отдельных областей, тем самым снизив напряженное состояние детали. Данный подход применяется в технологии литья на металлическое основание (outsert molding), когда несколько небольших полимерных деталей отливаются на штампованном металлическом основании толщиной 1-2 мм. В этой технологии разводящие литники, расположенные на поверхности металлического основания, должны иметь искривленную форму, т.к. «прямые» литники повышают напряженное состояние из-за усадки литников.
     Хорошее сцепление арматуры с полимерным материалом снижает напряженное состояние «охватывающего» слоя. Для улучшения сцепления на поверхности арматуры делают накатку, кольцевые канавки и пр. Арматура должна быть предварительно очищена (обезжирена), т.к. загрязнения на ее поверхности снижают сцепление с полимерным материалом.
     Перед установкой в литьевую форму арматуру нагревают до температуры формы или выше (с учетом охлаждения арматуры при установке), что позволяет уменьшить напряженное состояние получаемой детали. При использовании «холодной» арматуры повышается опасность разрушения детали, т.к. высокая скорость охлаждения увеличивает напряженное состояние «охватывающего» слоя.
     Установка арматуры вручную повышает нестабильность литьевого цикла, что может увеличивать колебание усадки и негативно влиять на эксплуатационные свойства детали.
     Ресурс работоспособности деталей с арматурой в большой степени определяется выбором полимерного материала. В зависимости от условий эксплуатации деталей с арматурой для повышения стойкости к разрушению применяют марки термопластов с повышенными прочностными характеристиками, относительным удлинением или уменьшенной усадкой.