Преглед на видовете процеси на шприцване

Шприцването е една от най-развитите производствени техники в съвременните индустрии. Броят на неговите варианти нараства с нарастващите изисквания на производството. В тази статия ще ви предложим кратък, но точен преглед на видовете шприцване, които се използват в момента.

Какво определя шприцването

Шприцоване е действието на използване на машина за шприцване, за да се вкара разтопен материал под налягане в кухината на стоманена или алуминиева форма. След като се втвърди в детайл, той се изхвърля от формата и цикълът се повтаря. “Видът” шприцване се определя от три лоста, работещи заедно: архитектурата на формата, материалната система и методът на обработка. Промяната на който и да е от тях ще доведе до промяна на икономиката и възможностите.

Основни видове процеси на шприцване

Стандартно термопластично шприцване

Като една от най-разпространените версии на шприцване, стандартното термопластично шприцване използва обикновени смоли като ABS, поликарбонат (PC), полипропилен (PP), найлон (PA) и смеси като PC/ABS. Подходящ е за корпуси, скоби, рамки, части за уреди, всичко със стени близо до конвенционалните насоки (около 2–4 мм за много смоли) и умерени характеристики.

Шприцването на пластмаси предлага най-ниската цена на детайл при голям обем, най-широката палитра от материали и утвърдени практики за инструментална екипировка. Фамилните форми и горещите канали спомагат за намаляване на отпадъците. С оптимизирано литиране и охлаждане, времената на цикъла са бързи, а повторяемостта е отлична. Обикновено това е първата спирка, освен ако геометрията или производителността не подтикнат екипа към специализиран процес.

Тънкостенно шприцване

Тънкостенното формоване е насочено към части, по-тънки от конвенционалните правила, често до 0,4–0,8 мм, понякога по-малко, в зависимост от смолата и дължината на потока. Помислете за корпусите на смартфони, батериите и потребителската електроника с висока плътност, където намаляването дори на една десета от милиметъра е от значение.

Този процес се характеризира с по-високо налягане на инжектиране, по-високи скорости на инжектиране и внимателно балансирани системи от канали, които изтласкват смолата през дълги, тесни пътища на потока. Формите се нуждаят от здрав избор на стомана, полирани канали за потока и агресивно вентилиране. Машините изискват високоскоростна реакция и достатъчен тонаж на затягане, за да се противодейства на пиковите налягания в кухината.

Въпреки това, това има и някои компромиси: инструменталната екипировка е по-сложна, а прозорецът на процеса е по-тесен.

Микро шприцване

Микроформоването създава части, измервани в милиграми до грамове, с микромащабни характеристики: микрофлуидни чипове, миниатюрни зъбни колела, катетърни върхове или компоненти на микроскопска маса. Размерите на отворите и обемите на впръскване са малки и контролът на времето на престой е от решаващо значение, за да се избегне деградацията на материала.

Този високотехнологичен прецизен метод е способен да издълбава детайли с размер под 100 µm, да осигурява строги допуски и ултра-последователно дозиране при всяка доза. Поради сложността на процеса, изборът на материали е насочен към стабилни, безопасни за чисти помещения смоли (PEEK, PEI, PP медицински класове). Инструменталната обработка е скъпа и деликатна. Но когато частите са малки, а обемите големи, никой друг метод не може да се конкурира по отношение на повторяемост и цена на бройка.

Преформоване, вмъкване и многократно шприцоване

Преформоване

Повърхлестяването надгражда един материал върху друг, обикновено мек еластомер върху твърда основа, като например захващащото се повърхлестяване на дръжка на електрически инструмент. То подобрява ергономичността, уплътняването, амортизацията на удара и естетиката без монтажни елементи.

Често срещани подходи:

• Двуетапно формоване: първо се формова твърдата основа, след което се поставя във втора форма за мекото формоване.
• Формоване във формата: в рамките на един инструмент, който върти или премества детайла между кухините.

Вложете лайсна

Формоването с вложки включва капсулиране на предварително поставен компонент, често метал, във формована пластмаса. Типичните вложки включват резбовани капачки, втулки, щамповани контакти, магнити или корпуси на сензори. То замества вторичния монтаж и подобрява здравината на съединението и точността на позициониране.

За да започнат производствените процедури, вложките първо се зареждат ръчно или чрез автоматизация, задържат се чрез елементи или вакуум, а след това се опаковат със смола. Инструментът трябва да управлява различното термично разширение, за да се избегнат напуквания или напрежение на границата пластмаса-метал.

Идеален е, когато частта се нуждае от локализирана механична якост или проводимост без цялостна метална изработка, като например медицински луерови фитинги с метална резба, автомобилни скоби със стоманени износващи се повърхности или конектори с вградени клеми.

Двукратно и трикратно формоване

Многократното формоване инжектира два или повече материала (или цвята) последователно в една и съща клетка и често в една и съща матрица. Ротационни плочи, механизми за обратно оформяне или индексиращи системи преместват частично оформената част автоматично към следващата кухина. Те осигуряват безшевни връзки, чисти цветови прекъсвания, интегрирани уплътнения, „живи“ панти или комбинации от твърдо и меко без ръчна работа. То също така отключва уникална функционалност, като например прозрачни прозорци, формовани с непрозрачни тела.

Газо-/водно подпомагане и съвместно инжектиране

Инжекционно формоване с помощта на газ

Газоасистираното формоване инжектира инертен газ (обикновено азот), след като смолата частично запълни кухината. Газът образува кухи канали по по-дебелите участъци, изтласквайки разтопените пластмасови материали към далечните краища и образувайки пластмасови части с по-малко потъване, деформация и тегло. То също така има някои уникални изисквания към дизайна на матрицата, тъй като вентилационните отвори и газовите щифтове трябва да бъдат проектирани внимателно.

Може да произвежда широка гама от пластмасови изделия, включително големи дръжки, рамки за телевизори, мебелни компоненти и части за автомобили под капака. формовъчни части с дебели ребра. Това позволява получаването на по-дебели козметични секции без следи от потъване и може да намали времето на цикъла, като премахва маса, която иначе би се нуждаела от охлаждане.

Водно-асистирано шприцване

Подобен принцип, различна среда. Формоването с водно подпомагане инжектира вода, за да създаде кухи профили, особено подходящи за сложни, дълги тръбни форми с извивки, като дръжки на автомобилни врати, тръбопроводи за течност за миене на стъкла и тръби за уреди.

Този производствен процес е известен с по-бързото си отвеждане на топлината (водата се охлажда бързо), гладките си вътрешни стени и по-равномерните си кухи напречни сечения в сравнение с газа при определени геометрии. Инструменталната екипировка трябва да осигурява управление на водата, устойчивост на корозия и прецизен дренаж.

Съвместно шприцоване (сандвич) формоване

Съвместното инжектиране създава структура тип „скин-ядро“: високоефективен или козметичен скин капсулира различна сърцевинна смола. Ядрото може да бъде рециклиран полимер, бариерен материал или смола с персонализирани свойства (напр. разпенено ядро за съотношение твърдост-тегло). Това е най-подходящо за оптимизиране на разходите за материали, без да се жертва външният вид или регулаторните контактни слоеве. Опаковките за храни често използват бариерни скинове, а потребителските стоки могат да използват рециклирани скинове под девствен скин за естетика и производителност.

Еластомер, LSR и термореактивен/RIM

Шприцване на течен силиконов каучук (LSR)

Формоването на LSR използва двукомпонентни платиново втвърдени силиконови системи, дозирани и смесени на пресата, след което инжектирани в студено-канална форма, където се втвърдяват в нагрятата кухина. Тъй като LSR е термореактивен еластомер, той не се претопява: той се омрежва и запазва формата си под въздействието на топлина.

LSR предлага отлична химическа устойчивост, биосъвместимост, широк диапазон на работни температури и готовност за чисти помещения. Подходящ е за продукти като уплътнения и гарнитури, бебешки продукти, носими устройства, медицински компоненти и силикони за оптични лещи.

TPE/TPV и шприцване на каучук

Термопластичните еластомери (TPE) и термопластичните вулканизати (TPV) се държат като каучук, но се обработват на стандартни термопластични преси, което позволява рециклиране и формоване върху твърди основи. Те са често срещани за дръжки, уплътнения, мехове и виброизолатори.

Когато е необходим истински каучук, нитрил, EPDM, флуороеластомери, шприцване на каучук втвърдяват материала във формата. Времената за цикъл са по-дълги и инструменталната екипировка трябва да управлява кинетиката на втвърдяване и отделянето на летливи вещества. Изборът често зависи от целите за химическа и температурна устойчивост.

Термореактивно и реакционно шприцване (RIM)

Термореактивното шприцване обработва смоли, които се втвърдяват необратимо: феноли, епоксидни смоли и някои полиестери. Реакционното шприцване (RIM) смесва нисковискозни реактивни компоненти (обикновено полиуретанови системи) и ги инжектира във формата, където те полимеризират. Използва се за големи панели и корпуси, енергопоглъщащи брони и структурни компоненти с интегрирани ребра. RIM е отличен за дебели, големи части с по-ниско вътрешно напрежение и по-ниски сили на затягане поради ниския начален вискозитет.

Тъй като естеството на материалите определя, скрапът не може да се претопява, а температурите на инструментите и циклите на втвърдяване силно влияят върху производителността. За малки серии големи части обаче, RIM често превъзхожда термопластичните инструменти по отношение на общата цена.

Прахово шприцване (MIM/CIM)

Метално леене под налягане (MIM)

MIM смесва фини метални прахове с полимерно свързващо вещество, за да създаде суровина, която може да се шприцова в сложни форми. След формоването, частите се подлагат на отделяне на свързващото вещество и синтероване за уплътняване на метала, като обикновено се постига теоретична плътност от 95–991 TP3T.

Силните страни на тази операция се крият в изключителната ѝ разделителна способност за малки, сложни метални компоненти, зъбни колела, ключалки, панти, хирургически инструменти, компоненти за огнестрелни оръжия. MIM се конкурира с CNC обработката, когато обемите са големи и геометриите са трудни за фрезоване.

Керамично шприцване (CIM)

CIM следва същата логика като MIM, но с керамични прахове като цирконий или алуминиев оксид. Той позволява производството на износоустойчиви, електрически изолиращи и високотемпературни компоненти с фини детайли, дюзи, зъбни части и сензорни изолатори.

Заключение

Обширният пейзаж от процеси на шприцване подчертава основен принцип в съвременното производство: изберете правилния инструмент за вашия конкретен случай. Съществуването на толкова много варианти доказва, че нито един метод не е универсално превъзходен; по-скоро всеки представлява персонализирано решение.

В крайна сметка, изборът на конкретен тип шприцване е стратегическо решение, което надхвърля обикновената геометрия на детайлите. За да изберете правилно производствения процес за вашите части, трябва да вземете предвид всички влияещи фактори, преди да вземете решение. Като алтернатива можете... сътрудничете с производител и получете помощ от индустриални експерти.

Често задавани въпроси

Кои са основните фактори, определящи разходите, освен самата матрица, за тези специализирани процеси?

Въпреки че инструменталната екипировка е основен първоначален разход, текущите разходи са силно повлияни от процеса. Ключови фактори включват разхищението на материали (скрап от канали при стандартно формоване спрямо липса на разхищение при горещи канали), времето на цикъла (по-дълги цикли за дебели части или термореактивни материали), вторичните операции (отстраняване на свързващо вещество/синтероване за PIM, довършителни работи на части) и необходимото ниво на автоматизация.

Могат ли тези различни процеси на формоване да бъдат комбинирани в една част?

Да, можете. Всъщност, хибридните подходи са граница на модерното производство. Например, дадена част може да бъде създадена с помощта на газово формоване, за да се издълбае дебела секция и след това да се подложи на втора операция за микроформовани елементи. Друг пример е използването на вложково формоване за поставяне на метален компонент, който по-късно се покрива с мек на допир TPE. Това обаче често изисква сложно планиране на производството и множество производствени клетки.