Yleiskatsaus ruiskuvaluprosessien tyyppeihin

Ruiskuvalu on yksi kehittyneimmistä valmistustekniikoista nykyaikaisessa teollisuudenalalla. Sen varianttien määrä on kasvanut tuotantovaatimusten kasvaessa. Tässä artikkelissa tarjoamme sinulle lyhyen mutta tarkan yleiskatsauksen nykyisin käytössä olevista ruiskuvalutyypeistä.

Mikä määrittelee ruiskuvalumenetelmän

Ruiskuvalu on ruiskuvalukoneen käyttö sulan raaka-aineen pakottamiseen paineen alaisena teräs- tai alumiinimuotin onteloon. Kun se on jähmettynyt osaksi, se työnnetään ulos muotista ja sykli toistuu. Ruiskuvalumenetelmän "tyyppi" määritellään kolmen yhdessä toimivan vivun avulla: muotin arkkitehtuuri, materiaalijärjestelmä ja prosessointimenetelmä. Jos muutat mitä tahansa näistä, taloudelliset ja kyvykkäät ominaisuudet muuttuvat.

Ruiskuvaluprosessin ydintyypit

Standardi termoplastinen ruiskuvalu

Yhtenä ruiskuvalun yleisimmistä versioista standardi termoplastinen ruiskuvalu käyttää yleisiä hartseja, kuten ABS:ää, polykarbonaattia (PC), polypropeeni (PP), nailon (PA) ja sekoitukset, kuten PC/ABS. Se sopii koteloihin, kiinnikkeisiin, kehyslevyihin, kodinkoneiden osiin ja kaikkeen, jonka seinämät ovat lähellä tavanomaisia ohjeita (noin 2–4 mm useimmille hartseille) ja joilla on kohtalaisia ominaisuuksia.

Muovin ruiskuvalu tarjoaa alhaisimmat kappalekohtaiset kustannukset volyymilla, laajimman materiaalivalikoiman ja kypsät työkalukäytännöt. Perhemuotit ja kuumakanavat auttavat vähentämään jätettä. Optimoidun valun ja jäähdytyksen ansiosta sykliajat ovat nopeita ja toistettavuus erinomainen. Se on yleensä ensimmäinen pysähdys, ellei geometria tai suorituskyky pakota tiimiä erikoisprosessiin.

Ohut seinämäinen ruiskuvalu

Ohutseinävalulla valmistetaan osia, jotka ovat ohuempia kuin perinteisillä nyrkkisäännöillä voidaan saavuttaa, usein jopa 0,4–0,8 mm, joskus vähemmän, hartsista ja virtauspituudesta riippuen. Ajattele esimerkiksi älypuhelinten koteloita, akkuja ja tiheää kulutuselektroniikkaa, joissa jopa kymmenesmillimetrin karsiminen on tärkeää.

Tälle prosessille on ominaista korkeammat ruiskutuspaineet ja -nopeudet sekä huolellisesti tasapainotetut jakojärjestelmät, jotka työntävät hartsia pitkien ja kapeiden virtausreittien läpi. Muotit vaativat vankan teräsvalikoiman, kiillotetut virtauskanavat ja tehokkaan tuuletuksen. Koneet tarvitsevat nopean vasteen ja riittävän puristusvoiman onteloiden huippupaineiden torjumiseksi.

Sillä on kuitenkin myös joitakin kompromisseja: työkalut ovat monimutkaisempia ja prosessi-ikkuna on kapeampi.

Mikroruiskuvalu

Mikromuovaus tuottaa milligrammoissa tai grammoissa mitattuja osia mikroskooppisilla ominaisuuksilla: mikrofluidisiruja, pieniä hammaspyöriä, katetrin kärkiä tai mikroskooppipöydän komponentteja. Porttien koot ja ruiskutustilavuudet ovat pieniä, ja viipymäajan hallinta on ratkaisevan tärkeää materiaalin hajoamisen välttämiseksi.

Tämä huipputeknologinen tarkkuusmenetelmä pystyy työstämään alle 100 µm:n kokoisia ominaisuuksia, noudattamaan tarkkoja toleransseja ja annostelemaan annostusta erittäin tasaisesti annostelukertojen välillä. Prosessin monimutkaisuuden vuoksi materiaalivalinnat suosivat stabiileja, puhdastilaystävällisiä hartseja (PEEK, PEI, PP, lääketieteelliset hartsilaadut). Työkalut ovat kalliita ja herkkiä. Mutta kun osat ovat pieniä ja volyymit suuria, mikään muu menetelmä ei kilpaile toistettavuudella ja kappalekustannuksilla.

Ylivalu, insertti ja moniruiskutus

Ylimuovaus

Päällysmuovausmenetelmällä materiaalia kiinnitetään toisen päälle. Yleensä kyseessä on pehmeä elastomeeri jäykän alustan päälle, kuten sähkötyökalun kahvan pitävä päällysmuovaus. Se parantaa ergonomiaa, tiiviyttä, iskunvaimennusta ja estetiikkaa ilman kokoonpanotyökaluja.

Yleisiä lähestymistapoja:

• Kaksivaiheinen päällemuovaus: muovataan ensin jäykkä alusta ja asetetaan se sitten toiseen muottiin pehmeää päällemuottia varten.
• Muotin sisäinen päällevalu: yhden työkalun sisällä tapahtuva valu, joka pyörittää tai siirtää osaa onteloiden välillä.

Aseta lista

Muottivalu tarkoittaa valmiiksi asetetun komponentin, usein metallin, kapselointia muovatun muovin sisään. Tyypillisiä muotteja ovat kierteitetyt ulokkeet, holkit, leimatut koskettimet, magneetit tai anturikotelot. Se korvaa toissijaisen kokoonpanon ja parantaa liitoksen lujuutta ja sijaintitarkkuutta.

Tuotantoprosessien aloittamiseksi terät ladataan ensin manuaalisesti tai automaattisesti, kiinnitetään ominaisuuksien tai tyhjiön avulla ja pakataan sitten hartsilla. Työkalun on hallittava lämpölaajenemisen vaihteluita, jotta vältetään halkeilu tai jännitys muovin ja metallin rajapinnassa.

Se on ihanteellinen ratkaisu, kun osa tarvitsee paikallista mekaanista lujuutta tai johtavuutta ilman täyttä metallirakennetta, kuten lääketieteelliset luer-liittimet metallikierteillä, autoteollisuuden klipsit teräksisellä kulutuspinnalla tai liittimet upotetuilla navoilla.

Kaksi- ja kolmiruiskuvalu

Moniruiskuvalu ruiskuttaa kaksi tai useampia materiaaleja (tai väriä) peräkkäin samaan kennon ja usein samaan muottiin. Pyörivät laatat, ydin-takaisinmekanismit tai indeksointijärjestelmät siirtävät osittain muovatun osan automaattisesti seuraavaan onteloon. Ne tarjoavat saumattomia liitoksia, puhtaita värikatkoksia, integroituja tiivisteitä, eläviä saranoita tai kovien ja pehmeiden yhdistelmiä ilman manuaalista käsittelyä. Se avaa myös ainutlaatuisia toimintoja, kuten läpinäkyvät ikkunat, jotka on muovattu läpinäkymättömillä kappaleilla.

Kaasu-/vesiavusteinen ja yhteisruiskutus

Kaasuavusteinen ruiskuvalu

Kaasuavusteisessa muovauksessa ruiskutetaan inerttiä kaasua (yleensä typpeä) sen jälkeen, kun hartsi on osittain täyttänyt ontelon. Kaasu muodostaa onttoja kanavia paksumpiin osiin, työntäen sulaa muovimateriaalia kauimmaisia päitä kohti ja muodostaen muoviosia, joilla on pienempi uppoaminen, vääntyminen ja paino. Sillä on myös joitakin ainutlaatuisia muotin suunnitteluvaatimuksia, koska tuuletus- ja kaasutapit on suunniteltava huolellisesti.

Se voi tuottaa laajan valikoiman muovituotteita, kuten suuria kahvoja, television kehyksiä, huonekalujen osia ja auton moottoritilan alle tarkoitettuja osia. muovausosat paksuilla rivoilla. Se mahdollistaa paksummat kosmeettiset osat ilman uppoamisjälkiä ja voi lyhentää sykliaikaa poistamalla massaa, joka muuten vaatisi jäähdytystä.

Vesiavusteinen ruiskuvalu

Samanlainen periaate, eri väliaine. Vesiavusteinen muovaus ruiskuttaa vettä onttojen osien luomiseksi, mikä sopii erityisesti monimutkaisiin, pitkiin putkimaisiin muotoihin, joissa on mutkia, kuten autojen ovenkahvoihin, pesunesteputkiin ja kodinkoneiden putkiin.

Tämä tuotantoprosessi tunnetaan nopeammasta lämmönpoistostaan (vesi jäähtyy nopeasti), sileistä sisäseinistä ja tasaisemman onton poikkileikkauksen omaavista ominaisuuksistaan kaasuun verrattuna tietyissä geometrioissa. Työkalujen on hallittava vettä, kestettävä korroosiota ja hallittava tarkkaa vedenpoistoa.

Yhteisruiskuvalu (sandwich-muovaus)

Yhteisruiskutus tuottaa kuori-ydinrakenteen: korkean suorituskyvyn omaava tai kosmeettinen kuori kapseloi erilaisen ydinhartsin. Ydin voi olla kierrätettyä polymeeriä, suojamateriaalia tai räätälöityjä ominaisuuksia omaavaa hartsia (esim. vaahdotettu ydin jäykkyyden ja painon suhteen parantamiseksi). Se on paras vaihtoehto materiaalikustannusten optimointiin tinkimättä ulkonäöstä tai sääntelyyn liittyvistä kosketuskerroksista. Elintarvikepakkauksissa hyödynnetään usein suojakalvoja, ja kuluttajatuotteissa voidaan käyttää kierrätettyjä ytimiä neitsytkuoren alla estetiikan ja suorituskyvyn parantamiseksi.

Elastomeeri, LSR ja lämpökovettuva/RIM

Nestemäisen silikonikumin (LSR) ruiskuvalu

LSR-muovauksessa käytetään kaksikomponenttisia platinalla kovetettuja silikonijärjestelmiä, jotka mitataan ja sekoitetaan puristimessa ja ruiskutetaan sitten kylmämuottiin, jossa ne kovettuvat lämmitetyssä ontelossa. Koska LSR on kertamuovi, se ei sula uudelleen: se silloittuu ja pitää muotonsa lämmön alaisena.

LSR tarjoaa erinomaisen kemikaalienkestävyyden, bioyhteensopivuuden, laajan käyttölämpötila-alueen ja on puhdastilavalmis. Se sopii tuotteisiin, kuten tiivisteisiin, vauvatuotteisiin, puettaviin laitteisiin, lääketieteellisiin komponentteihin ja optiikan laatuluokan silikoneihin linsseissä.

TPE/TPV ja kumin ruiskuvalu

Termoplastiset elastomeerit (TPE) ja termoplastiset vulkanisaatit (TPV) käyttäytyvät kuten kumi, mutta ne työstetään tavallisilla termoplastisilla puristimilla, mikä mahdollistaa kierrätyksen ja päällevalamisen jäykille alustoille. Niitä käytetään yleisesti kahvoissa, tiivisteissä, palkeissa ja tärinänvaimentimissa.

Kun tarvitaan aitoa kumia, nitriiliä, EPDM:ää, fluoroelastomeereja tai kumin ruiskuvalu kovettaa materiaalin muotissa. Sykliajat ovat pidempiä, ja työkalujen on hallittava kovettumiskinetiikkaa ja haihtuvien aineiden poistumista. Valinta riippuu usein kemikaalien ja lämpötilan kestävyyden tavoitteista.

Lämpökovettuva ja reaktioruiskuvalu (RIM)

Lämpökovettuva ruiskuvalu käsittelee palautumattomasti kovettuvia hartseja: fenoliset hartsit, epoksit ja tietyt polyesterit. Reaktioruiskuvalu (RIM) sekoittaa matalan viskositeetin reaktiivisia komponentteja (yleensä polyuretaanijärjestelmiä) ja ruiskuttaa ne muottiin, jossa ne polymeroituvat. Sitä käytetään suurissa paneeleissa ja koteloissa, energiaa vaimentavissa puskureissa ja integroiduilla rivoilla varustetuissa rakenneosissa. RIM sopii erinomaisesti paksujen, suurien osien valmistukseen, joilla on pienempi sisäinen jännitys ja pienemmät puristusvoimat alhaisen alkuviskositeetin ansiosta.

Materiaalien luonteen vuoksi romua ei voida sulattaa uudelleen, ja työkalujen lämpötilat ja kovettumissyklit vaikuttavat merkittävästi läpimenoaikaan. Suurten osien lyhyissä sarjoissa RIM on kuitenkin usein parempi kuin termoplastiset työkalut kokonaiskustannuksissa.

Jauheen ruiskuvalu (MIM/CIM)

Metallin ruiskuvalu (MIM)

MIM-menetelmässä hienojakoisia metallijauheita polymeerisideaineen kanssa sekoitetaan luoden raaka-aineen, jota voidaan ruiskupuristaa monimutkaisiin muotoihin. Muovauksen jälkeen osat läpikäyvät sideainenpoiston sideaineen poistamiseksi ja sintrauksen metallin tiivistämiseksi, jolloin saavutetaan tyypillisesti 95–99%:n teoreettinen tiheys.

Tämän menetelmän vahvuudet ovat sen poikkeuksellinen tarkkuus pienissä ja monimutkaisissa metalliosissa, kuten hammaspyörissä, salvoissa, saranoissa, kirurgisissa instrumenteissa ja ampuma-aseiden osissa. MIM kilpailee CNC-koneistuksen kanssa, kun volyymit ovat suuria ja geometrioita on vaikea jyrsiä.

Keraaminen ruiskuvalu (CIM)

CIM noudattaa samaa logiikkaa kuin MIM, mutta käyttää keraamisia jauheita, kuten zirkoniumoksidia tai alumiinioksidia. Se mahdollistaa kulutusta kestävien, sähköä eristävien ja korkean lämpötilan komponenttien valmistuksen pienillä yksityiskohdilla, kuten suuttimien, hammashoito-osien ja anturieristeiden.

Johtopäätös

Ruiskuvaluprosessien laaja kirjo korostaa nykyaikaisen valmistuksen perusperiaatetta: valitse oikea työkalu juuri sinun tapaukseesi. Niin monien varianttien olemassaolo osoittaa, ettei mikään yksittäinen menetelmä ole yleisesti ottaen parempi; pikemminkin jokainen menetelmä edustaa räätälöityä ratkaisua.

Viime kädessä tietyn ruiskuvalutyypin valinta on strateginen päätös, joka ylittää pelkän osan geometrian. Osien valmistusprosessin oikean valitsemiseksi sinun on otettava huomioon kaikki vaikuttavat tekijät ennen päätöksentekoa. Vaihtoehtoisesti voit tee yhteistyötä valmistajan kanssa ja hanki apua alan asiantuntijoilta.

Usein kysytyt kysymykset

Mitkä ovat näiden erikoisprosessien kannalta keskeiset kustannustekijät itse muotin lisäksi?

Vaikka työkalut ovat merkittävä alkukustannus, prosessi vaikuttaa merkittävästi jatkuviin kuluihin. Keskeisiä tekijöitä ovat materiaalihävikki (kanavajätteet standardimuovauksessa verrattuna kuumamuovauksessa syntyvään jätteen puuttumiseen), sykliaika (pidemmät syklit paksuille osille tai kestomuoveille), toissijaiset työvaiheet (sideaineen poisto/sintraus PIM:lle, osien viimeistely) ja vaadittava automaatiotaso.

Voidaanko nämä eri muovausprosessit yhdistää yhdeksi osaksi?

Kyllä voit. Itse asiassa hybridimenetelmät ovat edistyneen valmistuksen eturintamassa. Esimerkiksi osa voitaisiin valmistaa kaasuavusteisella muovauksella paksun osan onttoon muodostamiseksi ja sitten toisella työvaiheella mikromuovattuja ominaisuuksia varten. Toinen esimerkki on metallikomponentin sijoittaminen inserttimuovaukseen, joka myöhemmin valetaan pehmeällä TPE:llä. Tämä vaatii kuitenkin usein hienostunutta tuotantosuunnittelua ja useita valmistussoluja.