Formowanie wtryskowe a wytłaczanie tworzyw sztucznych: jaka jest różnica?

Formowanie tworzyw sztucznych przeszło długą drogę od momentu swojego powstania i rozwinęło się w wiele różnych metod przetwarzania. W tym artykule skupimy się na porównaniu dwóch popularnych technik formowania tworzyw sztucznych: formowania wtryskowego i formowania ekstruzyjnego.

Zrozumienie różnicy między nimi może pomóc Ci uniknąć kosztownych zmian w oprzyrządowaniu, wybrać materiały, które dobrze sprawdzają się w produkcji oraz osiągnąć cele kosztowe i terminowe. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej!

Jaka jest różnica: formowanie wtryskowe a wytłaczanie

• Mechanizm i proces
• Sprzęt i narzędzia
• Materiały i typy części
• Zasady projektowania i geometria części
• Ekonomika produkcji i przepustowość
• Usterki i rozwiązywanie problemów

Kluczowe różnice w mechanizmie i procesie

Proces wytłaczania tworzyw sztucznych

Wytłaczanie tworzyw sztucznych pozwala formować długie, ciągłe produkty poprzez przetłaczanie stopionego materiału przez wyprofilowaną matrycę. Wyobraź sobie spaghetti wychodzące z prasy do makaronu; przekrój poprzeczny jest ustalany przez otwór matrycy, a wydajność może być w zasadzie nieograniczona.

W praktyce, obracający się ślimak wytłaczarki podgrzewa, miesza i spręża granulat tworzywa sztucznego. Stop jest przetłaczany przez matrycę, która definiuje profil. Następnie linia produkcyjna wykorzystuje powietrze, kąpiele wodne lub rolki chłodzące do utrwalenia kształtu. Urządzenia ciągnące kontrolują naprężenie i prędkość linii, podczas gdy noże, przewijarki lub piły przekształcają ciągłe pasmo na użyteczne długości lub rolki.

Proces formowania wtryskowego

Plastikowy formowanie wtryskowe Tworzy dyskretne, w pełni trójwymiarowe elementy w powtarzalnym cyklu. Granulat jest uplastyczniany w ogrzewanym bębnie, a następnie szybko wtryskiwany pod wysokim ciśnieniem do zamkniętej formy. Forma zawiera jedną lub więcej wnęk, które definiują geometrię elementu. Kanały wlewowe i wlewki rozprowadzają stop do każdej wnęki. Po upakowaniu i utrzymaniu w celu kontrolowania skurczu, następuje chłodzenie.

utwardza element. Następnie forma otwiera się, a wypychacze wypychają element, kończąc tym samym cykl.

Kluczowe różnice w sprzęcie i narzędziach

Wytłaczarka, matryce i obsługa w dół strumienia

Linia wytłaczania obejmuje zespół zasobnika i ślimaka/cylindra, zestawy sit i płyty kruszące do filtracji stopu oraz matrycę nadającą pożądany kształt.

Urządzenia znajdujące się dalej w łańcuchu dostaw stabilizują i przetwarzają produkt: kalibratory i zbiorniki próżniowe do kontroli wymiarów profili zamkniętych, kąpiele wodne lub noże powietrzne do chłodzenia, urządzenia odciągowe do kontrolowania prędkości linii oraz przecinarki, maszyny do cięcia wzdłużnego i przewijarki do wykańczania.

Prasy wtryskowe, formy i systemy kanałów

Komórki formowania wtryskowego skupiają się na prasie o określonej sile zwarcia, jednostce wtryskowej i narzędziu formującym. Forma stanowi serce procesu produkcyjnego: jest obrabiana mechanicznie. jamy i rdzenie, obwody chłodzące, systemy wyrzutników, a czasem działania boczne lub podnośniki służące do tworzenia podcięć.

Kanały zimne są powszechne w prostszych formach, a kanały gorące redukują odpady i skracają czas cyklu poprzez utrzymanie stopionego tworzywa sztucznego w systemie podawania. Proces ten integruje również automatyzację. Na przykład, niektóre procesy formowania wtryskowego wykorzystują roboty do wyjmowania części, etykietowania w formie lub kontroli wizyjnej.

Różnice między wtryskiem a wytłaczaniem w produkcji narzędzi

Najbardziej oczywistą różnicą między narzędziami do wytłaczania i formowania wtryskowego jest ich priorytet

W normalnych warunkach matryce do wytłaczania są szybsze i tańsze w budowie. Proste matryce profilowe można wyprodukować w ciągu kilku dni lub tygodni przy umiarkowanych kosztach.

W porównaniu z tym, formy wtryskowe są znacznie bardziej złożone. Nawet proste, jednogniazdowe formy aluminiowe mogą wymagać kilku tygodni. Nie wspominając o wielogniazdowych formach stalowych o ścisłych tolerancjach, które mogą wymagać miesięcy i znacznych nakładów inwestycyjnych. Jednak korzyści z tego płynące przynoszą duże wolumeny i powtarzalną jakość części.

Kluczowe różnice w materiałach i typach części

Tworzywa termoplastyczne, tworzywa termoutwardzalne i elastomery

Oba procesy działają termoplasty takie jak PP, PE, PVC, ABS, PC, PET, żywica plastikowa i nylon a

są ich głównymi materiałami bazowymi. Jednak niektóre materiały sprawdzają się lepiej w jednym procesie niż w innym.

Ekstruzja jest często kojarzona z tworzywami termoplastycznymi, ponieważ topią się one i ponownie zestalają w sposób czysty podczas ciągłego procesu.

Tymczasem formowanie wtryskowe oferuje lepsze wsparcie dla tworzyw termoplastycznych, termoutwardzalnych, takich jak fenole, epoksydów z fazą B oraz elastomerów, w tym ciekłego kauczuku silikonowego.

Profile, arkusze i folie kontra dyskretne kształty trójwymiarowe

Ekstruzja specjalizuje się w produkcji elementów o jednolitych przekrojach: ram okiennych, osłon kabli, rur medycznych, uszczelek, blach falistych i folii wielowarstwowych. Współwytłaczanie pozwala na warstwowe łączenie materiałów w celu łączenia właściwości barierowych, sztywności lub koloru.

Formowanie wtryskowe pozwala na wytwarzanie dyskretnych elementów: nakrętek do butelek, obudów, przekładni, złączy, zabawek, obudów soczewek i wsporników konstrukcyjnych, części samochodowe. To lepsze rozwiązanie, gdy części wymagają występów, zawiasów, zatrzasków, gwintów lub delikatnych faktur, przy czym wszystkie te cechy są formowane w jednym cyklu, a nie dodawane później.

Kluczowe różnice w zasadach projektowania i geometrii części

Grubość ścianki i podcięcia

W przypadku wytłaczania grubość ścianki powinna być tak jednolita, jak pozwala na to profil, aby uniknąć różnic

l chłodzenie i odkształcenia. Ostre przejścia są odradzane, ponieważ promienie i zrównoważone ścieżki przepływu redukują linie matrycy i zniekształcenia.

Ponieważ kształt jest definiowany przez otwór matrycy, prawdziwe podcięcia w kierunku wytłaczania nie są możliwe bez obróbki plastycznej. Gięcie lub formowanie wtórne może korygować ścieżkę po schłodzeniu, ale przekrój poprzeczny pozostaje stały.

Formowanie wtryskowe opiera się na detalach 3D i umożliwia formowanie podcięć za pomocą bocznych elementów, składanych rdzeni lub popychaczy. Jednak jednolita nominalna grubość ścianek jest nadal pożądana, ponieważ pomaga zminimalizować wgłębienia i odkształcenia, a żebra i wzmocnienia służą do usztywnienia bez zwiększania masy.

Tolerancje, wykończenie powierzchni i zintegrowane funkcje

Ekstruzja zapewnia umiarkowane tolerancje, w zależności od stabilności linii, chłodzenia i konstrukcji matrycy. Ruch posuwowy w metodzie wytłaczania zwiększa dokładność wzdłużną na odległość, ale wiąże się również z dodatkowymi trudnościami w przypadku małych elementów lub ciasnych otworów. Wykończenie odzwierciedla jakość matrycy, chłodzenie i obróbkę końcową, taką jak wytłaczanie wałków w celu uzyskania wzorów na foliach i arkuszach.

Formowanie wtryskowe rutynowo zapewnia węższe tolerancje i wysoką jakość wykończenia bezpośrednio z formy. Ta precyzja umożliwia uzyskanie takich cech, jak teksturowanie formy, polerowane powierzchnie i mikroelementy w produktach, takich jak urządzenia medyczne. Gwinty, zatrzaski, zawiasy i wkładki można zintegrować bezpośrednio z formowaną geometrią, co minimalizuje montaż.

Zespoły i operacje wtórne

Wytłaczane produkty często wymagają szeregu operacji, aby osiągnąć stan końcowy: cięcia, wiercenia, dziurkowania, spawania, gięcia na gorąco lub klejenia. Na przykład, wytłaczana rama z tworzywa PVC o wyglądzie aluminium może być cięta i ścinana na ukos, a następnie łączona mechanicznie.

W przeciwieństwie do tego formowanie wtryskowe umożliwia konsolidację wielu funkcji w jednej części, np. odciążenie kabla

Elementy FS, uszczelki i wpusty mocujące formowane razem. Produkt z tworzywa sztucznego może wymagać jedynie przycięcia wlewu lub usunięcia wypływek. Formowanie wtryskowe i formowanie z wkładkami dodatkowo skracają czas montażu poprzez łączenie materiałów lub dodawanie wkładek metalowych na prasie.

Kluczowe różnice w ekonomice produkcji i przepustowości

Czas cyklu i prędkość linii

Ekstruzja pracuje w trybie ciągłym, a prędkość linii można regulować do określonej wartości. Po odpowiednim ustawieniu, może produkować tysiące metrów produktu na zmianę.

W przypadku formowania wtryskowego miarą jest “cykl”: jego czas może wynosić sekundy w przypadku prostych produktów z tworzyw sztucznych, takich jak maleńkie nasadki czy złącza, oraz dziesiątki sekund do minut w przypadku grubszych, większych elementów. Formy wielogniazdowe mnożą wydajność w cyklu przez liczbę posiadanych gniazd, co dodatkowo zwiększa wolumen produkcji.

Złom, wydajność i zmiany

Ekstruzja zazwyczaj charakteryzuje się niskim wskaźnikiem braków po uruchomieniu, a odpady ograniczają się do płukania, cięć początkowych i końcowych oraz niezgodności ze specyfikacją podczas przezbrajania. Współwytłaczanie może komplikować płukanie i zmianę koloru, ale wydajność w stanie ustalonym jest nadal wysoka.

Odpady z formowania wtryskowego mogą powstawać z pozostałości kanałów zimnych i wadliwych elementów plastikowych. Systemy kanałów gorących redukują straty w kanałach i poprawiają spójność, ale zwiększają koszty oprzyrządowania i konserwacji.

Zmiany w procesie wytłaczania (wymiana matrycy, dostosowanie warunków) są na ogół szybsze niż w przypadku formowania wtryskowego (wymiana formy, ponowna walidacja procesu), zwłaszcza w przypadku złożonych narzędzi wielogniazdowych.

Struktura kosztów i wolumeny progu rentowności

Struktura kosztów wytłaczania sprzyja długim serom o prostych przekrojach: skromne oprzyrządowanie, wysoka przepustowość materiału i minimalna robocizna. Technologia ta sprawdza się w przypadku profili i folii o dużej objętości i niskiej złożoności, gdzie każdy dodatkowy metr obniża koszt jednostkowy.

Formowanie wtryskowe wiąże się z wyższymi kosztami stałymi (narzędzia, walidacja), ale skaluje się efektywnie wraz z wolumenem

ume. Po zamortyzacji formy, produkcja małych części w narzędziach wielogniazdowych może być niezwykle ekonomiczna.

Kluczowe różnice w zakresie usterek i rozwiązywania problemów

Typowe wady wytłaczania i ich rozwiązania

Die Lines & Sharkskin

• Powoduje: Zużyta lub brudna matryca; nadmierne naprężenie ścinające.
• Rozwiązania: Czyszczenie/konserwacja matrycy; regulacja temperatury procesu i prędkości ślimaka.

Wypaczenie/wygięcie i nierównomierna grubość ścianki

• Powoduje: Nierównomierne chłodzenie, nieprawidłowe naprężenie ściągacza, nierównomierny przepływ materiału.
• Rozwiązania: Zrównoważyć układ chłodzenia, skalibrować prędkość odciągania/naprężenie ściągacza, przejrzeć konstrukcję matrycy.

Oprócz tych rozwiązań istnieją również metody zapobiegawcze, które mogą zmniejszyć ryzyko

Na przykład, pracownicy na miejscu powinni regularnie sprawdzać i wymieniać pakiety sit, a kierownicy magazynów muszą upewnić się, że materiał jest całkowicie suchy, zwłaszcza w przypadku żywic higroskopijnych, takich jak nylon.

Typowe wady formowania wtryskowego i ich rozwiązania

• Ślady zapadliska: Problemy te, spowodowane grubymi przekrojami, można rozwiązać poprzez zaprojektowanie jednolitych ścianek, stosowanie rdzeniowania i optymalizację ciśnienia wypełnienia.
• Wypaczenie/Kurczenie się: Wynika to z nierównomiernego chłodzenia lub orientacji włókien i można to skorygować poprzez udoskonalenie układu chłodzenia formy i regulację położenia wlewu.
• Błysk i krótkie ujęcia: Błysk wskazuje na nadmierne ciśnienie lub siłę zacisku, natomiast zbyt małe dawki wskazują na niewystarczające napełnienie, odpowietrzenie lub niską temperaturę stopu; oba rodzaje wymagają zrównoważenia ustawień procesu i zapewnienia właściwego odpowietrzenia.
• Ślady oparzeń i rozpryski: Przyczyną jest uwięzione powietrze lub wilgoć. Można je wyeliminować poprzez poprawę wentylacji formy i dokładne wstępne suszenie materiału.

Metodyczne podejście polegające na dostosowywaniu temperatury, prędkości, ciśnienia i wentylacji, w połączeniu z regularną konserwacją formy, zazwyczaj rozwiązuje te problemy.

Kontrola procesów, metrologia i walidacja

Oba procesy korzystają z rygorystycznej kontroli, ale formowanie wtryskowe zazwyczaj odbywa się w węższych zakresach i tolerancjach. Powszechne są naukowe metody formowania, projektowanie eksperymentów (DOE), pomiar ciśnienia w gnieździe formy, rozdzielone napełnianie/pakowanie oraz monitorowanie w czasie rzeczywistym.

Proces wytłaczania opiera się na stabilnej temperaturze, ciśnieniu i prędkości linii, a także na wykresach SPC dla krytycznych wymiarów. Metrologia obejmuje zarówno suwmiarki i komparatory optyczne na hali produkcyjnej, jak i współrzędnościowe maszyny pomiarowe (CMM) i tomografię komputerową (CT) w przypadku złożonych elementów formowanych. Walidacje są bardziej sformalizowane w branżach regulowanych, w których konieczne jest wykazanie identyfikowalności i zdolności procesu.

Jak wybrać pomiędzy wytłaczaniem a formowaniem wtryskowym

Wykorzystując wiedzę zdobytą w tym artykule, możesz analizować sytuacje w praktyce, mapując potrzeby w tych czterech wymiarach.

Geometria:

• Stały przekrój → wytłaczanie.
• Złożone formy 3D z podcięciami → formowanie wtryskowe.

Tolerancje i wykończenie:

• Umiarkowane tolerancje i funkcjonalne wykończenie → wytłaczanie.
• Małe tolerancje i powierzchnie kosmetyczne → formowanie wtryskowe.

Głośność i prędkość:

• Bardzo długie długości lub rolki ciągłe → wytłaczanie.
• Duża liczba pojedynczych elementów (szczególnie w przypadku narzędzi wielogniazdowych) → formowanie wtryskowe.

Narzędzia i czas wprowadzenia produktu na rynek:

• Potrzebne są szybkie i niedrogie narzędzia → wytłaczanie.
• Chęć zainwestowania w precyzję i funkcjonalność → formowanie wtryskowe.

W razie wątpliwości należy wcześnie wykonać prototyp, zaangażować inżynierów produkcji w przeglądy DFM i przeprowadzić szybką analizę progu rentowności, porównując koszty matryc i prędkość linii produkcyjnej z kosztami formy, gniazd i czasu cyklu.

Wnioski: Wybór między wtryskiem a wytłaczaniem

Ostatecznie różnice między formowaniem wtryskowym a wytłaczaniem sprowadzają się do cech, a nie do zalet i wad, a wybór między nimi zależy od tego, który proces lepiej pasuje do danego zadania. Decyzja powinna być podyktowana geometrią produktu końcowego. Ponadto należy zwrócić większą uwagę na budżet, harmonogram i wielkość produkcji.

Dzięki temu możesz śmiało dokonać wyboru procesu produkcyjnego podczas poruszania się po branży przetwórstwa tworzyw sztucznych w kontekście usług formowania.

Często Zadawane Pytania

Czym różni się dobór materiałów do jednego procesu od doboru innych dodatków?

Chociaż oba procesy wykorzystują te same termoplasty bazowe, ich skład (dodatki takie jak barwniki, stabilizatory UV czy środki smarujące) może się różnić. Mieszanki do wytłaczania mogą być optymalizowane pod kątem lepszej stabilności termicznej, aby wytrzymać ciągłe nagrzewanie w cylindrze. Gatunki do formowania wtryskowego mogą być opracowywane w celu uzyskania wyższych prędkości przepływu, co pozwala na szybkie wypełnianie cienkich ścianek i złożonych form.

Czy istnieją jakieś geometrie części, które mieszczą się w “szarej strefie” pomiędzy tymi dwoma procesami?

Tak, niektóre części mogą być trudne. Długa, prosta część o stałym przekroju poprzecznym, ale z małymi, złożonymi podcięciami, może zostać wytłoczona, a następnie poddana procesowi formowania wtórnego, lub bardziej opłacalne może być formowanie wtryskowe w kilku sekcjach. Podobnie, bardzo duża, płaska część mogłaby zostać potencjalnie wytworzona metodą wytłaczania (w postaci arkusza) lub metodą formowania wtryskowego na dużą skalę, co wymagałoby szczegółowej analizy kosztów i korzyści.