Pregled vrsta procesa injekcijskog prešanja

Brizganje je jedna od najrazvijenijih proizvodnih tehnika u modernim industrijama. Broj njegovih varijanti raste s rastućim zahtjevima proizvodnje. U ovom članku ponudit ćemo vam kratak, ali precizan pregled vrsta injekcijskog prešanja koje se trenutno koriste.

Što definira injekcijsko prešanje

Brizganje je čin korištenja stroja za injekcijsko prešanje za utiskivanje rastaljene sirovine pod tlakom u šupljinu čeličnog ili aluminijskog kalupa. Nakon što se skrutne u dio, izbacuje se iz kalupa i ciklus se ponavlja. “Vrsta” injekcijskog prešanja definirana je s tri poluge koje rade zajedno: arhitektura kalupa, sustav materijala i metoda obrade. Promjenom bilo koje od njih mijenjaju se ekonomija i mogućnosti.

Osnovne vrste procesa brizganja plastike

Standardno termoplastično brizganje

Kao jedna od najraširenijih verzija injekcijskog prešanja, standardno termoplastično injekcijsko prešanje koristi uobičajene smole poput ABS-a, polikarbonata (PC), polipropilen (PP), najlon (PA) i mješavine poput PC/ABS-a. Odgovara kućištima, nosačima, okvirima, dijelovima uređaja, svemu sa stijenkama blizu konvencionalnih smjernica (oko 2-4 mm za mnoge smole) i umjerenim karakteristikama.

Brizganje plastike nudi najnižu cijenu po dijelu pri količini, najširu paletu materijala i zrele prakse izrade alata. Obiteljski kalupi i vrući kanali pomažu u smanjenju otpada. S optimiziranim ubrizgavanjem i hlađenjem, vremena ciklusa su brza, a ponovljivost izvrsna. Obično je to prva stanica osim ako geometrija ili performanse ne prisile tim na specijalizirani proces.

Tankoslojno brizganje

Tankostijeno oblikovanje cilja dijelove tanje od konvencionalnih pravila, često do 0,4–0,8 mm, povremeno i manje, ovisno o smoli i duljini toka. Sjetite se kućišta pametnih telefona, baterijskih sklopova i potrošačke elektronike visoke gustoće gdje je važno skidanje čak i jedne desetinke milimetra.

Ovaj proces karakteriziraju viši tlakovi ubrizgavanja, veće brzine ubrizgavanja i pažljivo uravnoteženi sustavi cijevi koji guraju smolu kroz duge, uske putove protoka. Kalupi zahtijevaju robustan odabir čelika, polirane kanale protoka i agresivno odzračivanje. Strojevi zahtijevaju brzi odziv i dovoljnu tonažu stezaljke kako bi se suprotstavili vršnim tlakovima u šupljini.

Međutim, ima i neke nedostatke: alati su složeniji, a procesni prozor je uži.

Mikro injekcijsko brizganje

Mikrokalupljenje izrađuje dijelove mjerene u miligramima do gramima s mikrorazmjernim značajkama: mikrofluidni čipovi, sitni zupčanici, vrhovi katetera ili komponente mikroskopskog stolića. Veličine otvora i volumeni ubrizgavanja su mali, a kontrola vremena zadržavanja ključna je kako bi se izbjegla degradacija materijala.

Ova visokotehnološka precizna metoda sposobna je za izradu elemenata veličine ispod 100 µm, uz uske tolerancije i ultra konzistentno doziranje od injekcije do injekcije. Zbog složenosti procesa, odabir materijala naginje stabilnim, čistim sobama prihvatljivim smolama (PEEK, PEI, PP medicinske kvalitete). Izrada alata je skupa i osjetljiva. Ali, kada su dijelovi sitni, a količine velike, nijedna druga metoda ne konkurira ponovljivosti i cijeni po komadu.

Prelijevanje, umetanje i višestruko ubrizgavanje

Prelijevanje

Prekrivanjem se nadograđuje jedan materijal na drugi, obično meki elastomer preko krute podloge, poput prianjajućeg prekrivajućeg sloja na dršci električnog alata. Poboljšava ergonomiju, brtvljenje, prigušivanje udara i estetiku bez upotrebe okova za sastavljanje.

Uobičajeni pristupi:

• Dvofazno prekrivanje: prvo se oblikuje kruta podloga, a zatim se stavlja u drugi kalup za meko prekrivanje.
• Prelijevanje u kalupu: unutar jednog alata koji rotira ili prenosi dio između šupljina.

Umetnite letvu

Umetanje u kalup uključuje kapsuliranje unaprijed postavljene komponente, često metalne, unutar kalupljene plastike. Tipični umetci uključuju navojne glavčine, čahure, utisnute kontakte, magnete ili kućišta senzora. Zamjenjuje sekundarni sklop i poboljšava čvrstoću spoja i točnost pozicioniranja.

Za početak postupaka proizvodnje, umetci se prvo utovaruju ručno ili automatizirano, drže se elementima ili vakuumom, a zatim se prekrivaju smolom. Alat mora upravljati diferencijalnim toplinskim širenjem kako bi se izbjeglo pucanje ili naprezanje na granici plastike i metala.

Idealno je kada je dijelu potrebna lokalizirana mehanička čvrstoća ili vodljivost bez potpune metalne izrade, poput medicinskih Luer spojnica s metalnim navojima, automobilskih kopči s čeličnim površinama otpornim na habanje ili konektora s ugrađenim terminalima.

Dvostruko i trostruko oblikovanje

Višestruko oblikovanje ubrizgava dva ili više materijala (ili boja) u nizu unutar iste ćelije i, često, istog kalupa. Rotacijske ploče, mehanizmi za vraćanje jezgre unatrag ili indeksni sustavi automatski pomiču djelomično oblikovani dio u sljedeću šupljinu. Oni pružaju bešavne veze, čiste prekide boja, integrirane brtve, žive šarke ili kombinacije tvrdog i mekog bez ručnog rukovanja. Također otključava jedinstvenu funkcionalnost, poput prozirnih prozora oblikovanih s neprozirnim tijelima.

Ubrizgavanje plinom/vodom i ko-ubrizgavanje

Injektiranje uz pomoć plina

Modeliranje uz pomoć plina ubrizgava inertni plin (obično dušik) nakon što smola djelomično ispuni šupljinu. Plin formira šuplje kanale duž debljih dijelova, gurajući rastaljene plastične materijale prema krajnjim krajevima i oblikujući plastične dijelove s manjim udubljenjem, savijanjem i težinom. Također ima neke jedinstvene zahtjeve za dizajn kalupa, jer ventilacijski otvori i plinski igli moraju biti pažljivo konstruirani.

Može proizvoditi širok raspon plastičnih proizvoda, uključujući velike ručke, okvire za televizore, komponente namještaja i dijelove ispod haube automobila. dijelovi za kalupljenje s debelim rebrima. Omogućuje deblje kozmetičke dijelove bez tragova udubljenja i može smanjiti vrijeme ciklusa uklanjanjem mase koja bi inače zahtijevala hlađenje.

Ubrizgavanje vodenim putem

Sličan princip, drugačiji medij. Modeliranje uz pomoć vode ubrizgava vodu za stvaranje šupljih dijelova, posebno prikladnih za složene, duge cjevaste oblike sa zavojima, poput ručki na automobilskim vratima, cijevi za tekućinu za pranje i cijevi za kućanske aparate.

Ovaj proizvodni proces poznat je po bržem odvodu topline (voda se brzo hladi), glatkim unutarnjim stijenkama i ujednačenijim šupljim presjecima u usporedbi s plinom u određenim geometrijama. Alati moraju imati dobre uvjete za upravljanje vodom, otpornost na koroziju i preciznu odvodnju.

Ko-injektiranje (sendvič) kalupljenje

Ko-injektiranje stvara strukturu skin-jezgre: visokoučinkovita ili kozmetička skin enkapsulira drugačiju jezgru od smole. Jezgra može biti reciklirani polimer, barijerni materijal ili smola s prilagođenim svojstvima (npr. pjenasta jezgra za povećanje omjera krutosti i težine). Najbolja je za optimizaciju troškova materijala bez žrtvovanja izgleda ili regulatornih kontaktnih slojeva. Ambalaža za hranu često koristi barijerne skinove, a roba široke potrošnje može koristiti reciklirane jezgre ispod djevičanskog skina radi estetike i performansi.

Elastomer, LSR i termoreaktivni/RIM materijal

Brizganje tekuće silikonske gume (LSR)

LSR kalupljenje koristi dvokomponentne platinasto otvrdnute silikonske sustave koji se doziraju i miješaju na preši, a zatim ubrizgavaju u kalup s hladnim ubrizgavačem gdje se stvrdnjavaju u zagrijanoj šupljini. Budući da je LSR termoreaktivni elastomer, ne topi se ponovno: umrežava se i zadržava oblik pod utjecajem topline.

LSR nudi izvrsnu kemijsku otpornost, biokompatibilnost, širok raspon radnih temperatura i spremnost za čiste sobe. Pogodan je za proizvode poput brtvi i zaptivki, dječjih proizvoda, nosive elektronike, medicinskih komponenti i optičkih silikona za leće.

TPE/TPV i gumeno brizganje

Termoplastični elastomeri (TPE) i termoplastični vulkanizati (TPV) ponašaju se poput gume, ali se obrađuju na standardnim termoplastičnim prešama, što omogućuje recikliranje i prelijevanje na krute podloge. Uobičajeni su za ručke, brtve, mijehove i izolatore vibracija.

Kada je potrebna prava guma, nitril, EPDM, fluoroelastomeri, gumeni injekcijski prešani materijali stvrdnjavaju materijal u kalupu. Ciklusi su dulji, a alati moraju upravljati kinetikom stvrdnjavanja i ispuštanjem hlapljivih tvari. Odabir često ovisi o ciljevima kemijske i temperaturne otpornosti.

Termoplastično i reakcijsko brizganje (RIM)

Termoplastično brizganje obrađuje smole koje se nepovratno stvrdnjavaju: fenole, epokside i određene poliestere. Reakcijsko brizganje (RIM) miješa reaktivne komponente niske viskoznosti (obično poliuretanske sustave) i ubrizgava ih u kalup, gdje polimeriziraju. Koristi se za velike ploče i kućišta, odbojnike koji apsorbiraju energiju i strukturne komponente s integriranim rebrima. RIM je izvrstan za debele, velike dijelove s nižim unutarnjim naprezanjem i nižim silama stezanja zbog niske početne viskoznosti.

Kako određuje priroda materijala, otpad se ne može ponovno taliti, a temperature alata i ciklusi vulkanizacije uvelike utječu na protok. Međutim, za male serije velikih dijelova, RIM često nadmašuje termoplastične alate u ukupnim troškovima.

Brizganje praha (MIM/CIM)

Brizganje metala (MIM)

MIM miješa fine metalne prahove s polimernim vezivom kako bi se stvorila sirovina koja se može brizganjem oblikovati u složene oblike. Nakon oblikovanja, dijelovi se podvrgavaju odvezivanju radi uklanjanja veziva i sinteriranju radi zgušnjavanja metala, obično postižući teorijsku gustoću od 95–99%.

Snage ove operacije leže u iznimnoj rezoluciji značajki za male, složene metalne komponente, zupčanike, zasune, šarke, kirurške instrumente, komponente vatrenog oružja. MIM konkurira CNC obradi kada su količine velike i geometrije je teško glodati.

Keramičko brizganje (CIM)

CIM slijedi istu logiku kao i MIM, ali s keramičkim prahovima poput cirkonija ili aluminijevog oksida. Omogućuje izradu komponenti otpornih na habanje, električno izoliranih i visokotemperaturnih s finim detaljima, mlaznica, zubnih dijelova i izolatora senzora.

Zaključak

Opsežan pejzaž procesa injekcijskog prešanja naglašava temeljno načelo u modernoj proizvodnji: odaberite pravi alat za svoj specifični slučaj. Postojanje toliko mnogo varijanti dokazuje da nijedna metoda nije univerzalno superiornija; naprotiv, svaka predstavlja prilagođeno rješenje.

U konačnici, izbor određene vrste injekcijskog prešanja strateška je odluka koja nadilazi puku geometriju dijela. Da biste pravilno odabrali proizvodni proces za svoje dijelove, morate uzeti u obzir sve utjecajne čimbenike prije donošenja odluke. Alternativno, možete surađivati s proizvođačem i dobiti pomoć od industrijskih stručnjaka.

Često postavljana pitanja

Koji su ključni pokretači troškova osim samog kalupa za ove specijalizirane procese?

Iako je izrada alata veliki početni trošak, tekući troškovi su uvelike utjecani procesom. Ključni pokretači uključuju otpad materijala (otpad iz kanalnih cijevi kod standardnog kalupljenja u odnosu na nedostatak otpada kod vrućih kanalnih cijevi), vrijeme ciklusa (dulji ciklusi za debele dijelove ili termoplaste), sekundarne operacije (uklanjanje veziva/sinteriranje za PIM, završna obrada dijelova) i potrebnu razinu automatizacije.

Mogu li se ovi različiti postupci oblikovanja kombinirati u jednom dijelu?

Da, možete. Zapravo, hibridni pristupi su granica napredne proizvodnje. Na primjer, dio bi se mogao izraditi pomoću plinskog oblikovanja kako bi se izdubio debeli dio, a zatim podvrgnuo drugoj operaciji za mikrooblikovanje. Drugi primjer je korištenje umetanja za postavljanje metalne komponente koja se kasnije prekriva mekim TPE-om. Međutim, to često zahtijeva sofisticirano planiranje proizvodnje i više proizvodnih ćelija.