Шприцване срещу екструдиране за пластмаса: Каква е разликата?

Пластмасовото формоване е изминало дълъг път от първата си поява и се е разклонило в много различни методи за обработка. В тази статия ще се съсредоточим върху сравнението на две често срещани техники за пластмасово формоване: шприцване и екструдиране.

Разбирането на разликата между двете може да ви помогне да избегнете скъпи отклонения от инструменталната екипировка, да изберете материали, които се държат добре в производството, и да постигнете целите за разходи и срокове. Прочетете, за да научите повече!

Каква е разликата: шприцване срещу екструдиране

• Механизъм и процес
• Оборудване и инструменти
• Материали и видове части
• Правила за проектиране и геометрия на детайлите
• Икономика на производството и производителност
• Дефекти и отстраняване на неизправности

Ключови разлики в механизма и процеса

Процесът на екструдиране на пластмаса

Екструдирането на пластмаса образува дълги, непрекъснати продукти чрез прокарване на разтопен материал през оформена матрица. Представете си спагети, напускащи преса за паста; напречното сечение се определя от отвора на матрицата и продукцията по принцип може да бъде безкрайна.

На практика, въртящият се шнек на екструдера нагрява, смесва и притиска пластмасовите пелети. Стопилката се избутва през матрица, която определя профила. След това производствената линия използва въздух, водни бани или охлаждащи ролки, за да втвърди формата. Издърпвачите контролират опъването и скоростта на линията, докато резачките, навиващите машини или трионите преобразуват непрекъснатата нишка в използваеми дължини или ролки.

Процесът на шприцване

Пластмаса леене под налягане изработва отделни, напълно триизмерни части в повтарящ се цикъл. Пелетите се пластифицират в загрят барабан и след това бързо се инжектират под високо налягане в затворена форма. Формата съдържа една или повече кухини, които определят геометрията на детайла. Плъзгачи и шибъри разпределят стопилката във всяка кухина. След опаковане и задържане за контрол на свиването, охлаждането се извършва с...

втвърдява детайла. След това матрицата се отваря и изхвърлящите щифтове избутват детайла навън, като по този начин цикълът се завършва.

Ключови разлики в оборудването и инструментите

Екструдер, матрици и обработка надолу по веригата

Екструзионната линия включва бункер и шнек/варел, ситови пакети и прекъсващи плочи за филтриране на стопилката, както и матрица, която задава желаната форма.

Оборудването надолу по веригата стабилизира и преобразува продукта: калибратори и вакуумни резервоари за контрол на размерите на кухи профили, водни бани или въздушни ножове за охлаждане, изтеглящи устройства за контрол на скоростта на линията и ножове, прорязващи машини или навиващи машини за довършителни работи.

Шприцпреси, форми и системи за шприцване

Клетките за шприцване са разположени около преса, определена със сила на затягане, шприцващ блок и инструмент за леене под налягане. Формата е сърцето на производствения процес: обработва се машинно кухини и ядра, охладителни вериги, ежекторни системи и понякога странични действия или повдигачи за създаване на подрязвания.

Студените канали са често срещани в по-простите форми, а горещите канали намаляват отпадъците и подобряват времето на цикъла, като поддържат разтопения пластмасов материал в системата за подаване. Този процес също така интегрира автоматизация. Като пример, някои процеси на шприцване биха използвали роботи за отстраняване на части, етикетиране във формата или визуална проверка.

Разлики между инжектиране и екструдиране в инструменталната екипировка

Най-очевидната разлика между инструментите за екструдиране и шприцване е тяхната цена...

ces. При нормални обстоятелства, екструдиращите матрици са по-бързи и по-евтини за производство. Простите профилни матрици могат да бъдат изработени от дни до няколко седмици на умерена цена.

В сравнение с това, шприцформите са далеч по-сложни. Дори прости алуминиеви инструменти с една кухина може да отнемат няколко седмици. Да не говорим за многокухинните стоманени форми с високи допуски, които биха могли да изискват месеци и значителни инвестиции. Въпреки това, възвръщаемостта на инвестицията идва с големи обеми и повтаряемо качество на частите.

Ключови разлики в материалите и типовете части

Термопласти, термореактивни пластмаси и еластомери

И двата процеса протичат термопласти като PP, PE, PVC, ABS, PC, PET, пластмасова смола и найлон

са основните им базови материали. Някои материали обаче се представят по-добре в един процес, отколкото в друг.

Екструдирането често се свързва с термопласти, защото те се топят и втвърдяват чисто по време на непрекъснат процес.

обработка. Междувременно, шприцването предлага по-добра поддръжка за термопласти, термореактивни пластмаси като феноли, епоксидни смоли с B-стадий и еластомери, включително течен силиконов каучук.

Профили, листове и филми срещу дискретни триизмерни форми

Екструдирането е специализирано в еднородни напречни сечения: рамки за прозорци, кабелни обвивки, медицински тръби, уплътнения, гофрирани листове и многослойни фолиа. Коекструзията може да наслоява материали, за да комбинира бариерни свойства, твърдост или цвят.

Шприцването създава отделни компоненти: капачки за бутилки, корпуси, зъбни колела, конектори, играчки, корпуси за лещи и структурни скоби, автомобилни части. Това е по-подходящо, когато частите изискват издатини, „живи“ панти, щраквания, резби или фини текстури, като всички елементи се оформят в един цикъл, а не се добавят по-късно.

Ключови разлики в правилата за проектиране и геометрията на детайлите

Дебелина на стената и подрязвания

При екструдиране дебелината на стената трябва да остане възможно най-равномерна, доколкото профилът позволява, за да се избегнат разлики.

Охлаждане и деформация. Острите преходи не се препоръчват, тъй като радиусите и балансираните пътища на потока намаляват линиите на матрицата и деформациите.

Тъй като формата се определя от отвора на матрицата, истинските подрязвания в посоката на екструдиране не са възможни без последващо формоване. Огъванията или вторичното формоване могат да коригират пътя след охлаждане, но напречното сечение остава постоянно.

Шприцването процъфтява благодарение на 3D детайлите и може да образува подкоси, използвайки странични действия, сгъваеми сърцевини или повдигачи. Въпреки това, еднаквата номинална дебелина на стената е все още желателна, защото помага за минимизиране на потъването и изкривяването, а ребрата и клиновете се използват за втвърдяване без добавяне на маса.

Толеранси, обработка на повърхността и интегрирани елементи

Екструдирането осигурява умерени допуски в зависимост от стабилността на линията, охлаждането и дизайна на матрицата. Подаващо движение при метода на екструдиране повишава надлъжната точност по разстояние, но също така създава допълнителни трудности при малки детайли или тесни размери на отворите. Финалният резултат отразява качеството на матрицата, охлаждането и последващата обработка, подобно на релефните ролки за шаблони върху филми и листове.

Шприцването рутинно постига по-строги допуски и висококачествени повърхности директно от инструмента. Тази прецизност позволява функции като текстуриране на матрицата, полирани повърхности и микроелементи върху продукти като медицински изделия. Резби, щраквания, „живи“ панти и вложки могат да бъдат интегрирани директно в геометрията на формованата част, което минимизира сглобяването.

Сглобки и вторични операции

Екструдираните продукти често изискват поредица от операции, за да се постигне крайният им вид: рязане, пробиване, щанцоване, заваряване, огъване под топлина или залепване. Например, екструдирана PVC рамка с алуминиев вид може да бъде изрязана и скосена, след което механично съединена.

За разлика от това, шприцването може да обедини множество функции в една част, като например облекчаване на опъването на кабела.

FS, уплътнения и глави на крепежни елементи, формовани заедно. Пластмасовият продукт може да се нуждае само от подрязване на отвора или премахване на обшивката. Формоването с пълнеж и вложките допълнително намаляват сглобяването след това чрез комбиниране на материали или добавяне на метални вложки на пресата.

Ключови разлики в икономиката на производството и производителността

Време на цикъла и скорост на линията

Екструзията работи непрекъснато и скоростта на линията може да се настройва до определена стойност. Веднъж настроена, тя може да произвежда хиляди метри продукт на смяна.

Мярката за шприцване е “цикъл”: времето му може да бъде секунди за прости пластмасови продукти като малки капачки или конектори и десетки секунди до минути за по-дебели, по-големи части. Многокухинните форми умножават производителността на цикъл по броя на кухините, които имат, което допълнително увеличава обема на производство.

Скрап, добив и смени

Екструдирането обикновено има нисък процент на брак след стартиране, като отпадъците са ограничени до продухване, начални/крайни разрези и несъответствия по време на смяната на материала. Коекструзията може да усложни продухването и промените в цвета, но добивът в стационарно състояние все още е висок.

Отпадъците от шприцването могат да възникнат от остатъци от студени канали и повредени пластмасови части с дефекти. Системите за горещи канали намаляват отпадъците от каналите и подобряват консистенцията, но увеличават разходите за инструменти и поддръжка.

Смяната на инструменти обикновено е по-бърза при екструдиране (смяна на матрица, регулиране на условията), отколкото при шприцване (смяна на матрица, повторно валидиране на процеса), особено при сложни инструменти с множество кухини.

Структура на разходите и обеми на рентабилност

Структурата на разходите при екструдирането благоприятства дългите серии с прости напречни сечения: скромно оборудване, висок пропуск на материала и минимален труд. То е особено подходящо за големи обеми профили и фолиа с ниска сложност, където всеки допълнителен метър намалява себестойността на единица продукция.

Шприцването носи по-високи фиксирани разходи (инструментална екипировка, валидиране), но се мащабира ефективно с увеличаване на обема.

След като матрицата се амортизира, малките части в многокухинни инструменти могат да бъдат изключително икономични.

Ключови разлики в дефектите и отстраняването на неизправности

Често срещани дефекти при екструдиране и решения

Линии за щанци и акула кожа

• Причини: Износена или замърсена матрица; прекомерно напрежение на срязване.
• Решения: Почистете/поддържайте матрицата; регулирайте температурите на процеса и скоростта на винта.

Изкривяване/изкривяване и неравномерна дебелина на стената

• Причини: Небалансирано охлаждане; неправилно опъване на теглича; неравномерен поток на материала.
• Решения: Балансирайте охладителната система; калибрирайте скоростта на изтегляне/напрежението на издърпвача; прегледайте дизайна на матрицата.

Освен тези решения, има и методи за превенция, които могат да намалят шансовете

на дефекти като цяло. Например, работниците на място трябва редовно да проверяват и подменят ситните опаковки, а управителите на складове трябва да гарантират, че материалът е напълно сух, особено за хигроскопични смоли като найлон.

Често срещани дефекти при шприцване и решения

• Следи от мивка: Причинени от дебели сечения, те се разрешават чрез проектиране на равномерни стени, използване на изрязвания на сърцевината и оптимизиране на налягането на уплътняване.
• Укривяване/Свиване: Резултати от неравномерно охлаждане или ориентация на влакната и се коригира чрез подобряване на разположението на охлаждащата система на матрицата и регулиране на разположението на шлюза.
• Светкавица и къси кадри: Светкавицата показва прекомерно налягане или сила на затягане, докато кратките импулси показват недостатъчно пълнене, вентилация или ниска температура на стопилката; и двете изискват балансиране на настройките на процеса и осигуряване на правилно вентилиране.
• Следи от изгаряне и разпръскване: Проследени до задържан въздух или влага, те се елиминират чрез подобряване на вентилацията на матрицата и старателно предварително изсушаване на материала.

Методичният подход за регулиране на температурите, скоростите, налягането и вентилацията, комбиниран с редовна поддръжка на матрицата, обикновено решава тези проблеми.

Контрол на процесите, метрология и валидиране

И двата процеса се възползват от дисциплиниран контрол, но шприцването обикновено протича при по-строги прозорци и допуски. Научните практики за шприцване, проектирането на експерименти (DOE), измерването на налягането в кухината, отделното пълнене/опаковане и наблюдението в реално време са често срещани.

Екструдирането разчита на стабилна температура на стопилката, налягане и скорост на линията, плюс SPC таблици за критични размери. Метрологията варира от шублери и оптични компаратори на място до CMM и CT сканиране за сложни формовани части. Валидациите са по-формализирани в регулираните индустрии, където трябва да се демонстрира проследимост и технологични възможности.

Как да изберете между екструдиране и шприцване

Използвайки знанията, които сте научили от тази статия, можете да анализирате ситуациите по практичен начин, като картографирате нуждите в тези четири измерения.

Геометрия:

• Постоянно напречно сечение → екструдиране.
• Сложно 3D с подрязвания → шприцване.

Толеранси и завършеност:

• Умерени толеранси и функционално покритие → екструдиране.
• Тесни допуски и козметични повърхности → шприцване.

Обем и скорост:

• Много дълги дължини или непрекъснати ролки → екструдиране.
• Голям брой части от дискретни елементи (особено при инструменти с множество кухини) → шприцване.

Инструментална екипировка и време за пускане на пазара:

• Нуждаете се от бърза и евтина инструментална екипировка → екструдиране.
• Готов съм да инвестирам в прецизност и характеристики → шприцване.

Когато се съмнявате, създайте прототип в началото, включете производствените инженери в прегледите на DFM и направете бърз анализ на точката на рентабилност, сравнявайки цената на матрицата и скоростта на линията с цената на матрицата, кухините и времето на цикъла.

Заключение: Избор между инжектиране и екструдиране

В крайна сметка, разликите между шприцването и екструдирането са по-скоро характеристики, отколкото предимства и недостатъци, а изборът между тях е кой процес е по-подходящ за съответната задача. Вашето решение трябва да се ръководи основно от геометрията на крайния ви продукт. Освен това, трябва да обърнете повече внимание и на бюджета, сроковете и обема.

По този начин можете уверено да изберете производствения процес, когато се ориентирате в индустрията за производство на пластмаси за услуги по формоване.

Често задавани въпроси

По какво се различава изборът на материали за един процес от друг по отношение на добавките?

Въпреки че и двата процеса използват едни и същи основни термопласти, формулата (добавки като оцветители, UV стабилизатори или смазочни материали) може да се различава. Екструзионните съединения могат да бъдат оптимизирани за превъзходна термична стабилност, за да издържат на непрекъснатото нагряване в цилиндъра. Марките за шприцване могат да бъдат формулирани за по-бързи скорости на потока, за да запълват бързо тънки стени и сложни форми.

Има ли геометрии на детайлите, които попадат в “сива зона” между двата процеса?

Да, някои части могат да бъдат предизвикателство. Дълга, права част с постоянно напречно сечение, но с малки, сложни подрязвания, може да бъде екструдирана и след това подложена на процес на вторично формоване или може да е по-рентабилно да се шприцова на множество секции. По подобен начин, много голяма, плоска част може потенциално да бъде изработена чрез екструдиране (като лист) или чрез шприцоване в голям мащаб, което изисква подробен анализ на разходите и ползите.