O prezentare generală a tipurilor de procese de turnare prin injecție

Turnarea prin injecție este una dintre cele mai dezvoltate tehnici de fabricație din industriile moderne. Numărul variantelor sale a crescut odată cu creșterea cerințelor de producție. În acest articol, vă vom oferi o scurtă, dar precisă prezentare generală a tipurilor de turnare prin injecție utilizate în prezent.

Ce definește turnarea prin injecție

Turnare prin injecție este actul de utilizare a unei mașini de turnare prin injecție pentru a forța o materie primă topită sub presiune într-o cavitate a unei matrițe de oțel sau aluminiu. După ce se solidifică într-o piesă, aceasta este ejectată din matriță și ciclul se repetă. Un “tip” de turnare prin injecție este definit de trei pârghii care lucrează împreună: arhitectura matriței, sistemul de materiale și metoda de procesare. Schimbarea oricăreia dintre acestea se produce și din punct de vedere economic și al capacității.

Tipuri principale de procese de turnare prin injecție

Turnare prin injecție termoplastică standard

Fiind una dintre cele mai răspândite versiuni de turnare prin injecție, turnarea standard prin injecție termoplastică utilizează rășini comune precum ABS, policarbonat (PC), polipropilenă (PP), nailon (PA) și amestecuri precum PC/ABS. Se potrivește carcasei, consolelor, ramelor, pieselor electrocasnice, oricărui tip de suprafață cu pereți aproape de grosimea standard (aproximativ 2-4 mm pentru multe rășini) și caracteristici moderate.

Turnarea prin injecție a materialelor plastice oferă cel mai mic cost per piesă la volum, cea mai largă paletă de materiale și practici de prelucrare mature. Matrițele familiale și canalele de turnare la cald ajută la reducerea deșeurilor. Cu o deschidere și o răcire optimizate, timpii de ciclu sunt rapizi, iar repetabilitatea este excelentă. De obicei, este prima oprire, cu excepția cazului în care geometria sau performanța împing echipa către un proces specializat.

Turnare prin injecție cu pereți subțiri

Turnarea cu pereți subțiri vizează piese mai subțiri decât regulile convenționale, adesea până la 0,4–0,8 mm, ocazional mai puțin, în funcție de rășină și lungimea de curgere. Gândiți-vă la carcasele smartphone-urilor, la pachetele de baterii și la electronicele de larg consum de înaltă densitate, unde chiar și o zecime de milimetru este importantă.

Acest proces este caracterizat de presiuni de injecție mai mari, viteze de injecție mai mari și sisteme de canale de injecție atent echilibrate care împing rășina prin căi de curgere lungi și înguste. Matrițele necesită o selecție robustă a oțelului, canale de curgere lustruite și o ventilație agresivă. Mașinile necesită un răspuns de mare viteză și o putere de prindere suficientă pentru a contracara presiunile de vârf din cavitate.

Totuși, are și unele compromisuri: sculele sunt mai complexe, iar fereastra de proces este mai îngustă.

Micro-injecție turnată

Microturnarea realizează piese măsurate în miligrame până la grame cu caracteristici la scară microscopică: cipuri microfluidice, angrenaje minuscule, vârfuri de cateter sau componente de platformă de microscop. Dimensiunile porților și volumele de injecție sunt mici, iar controlul timpului de staționare este esențial pentru a evita degradarea materialului.

Această metodă de precizie de înaltă tehnologie este capabilă să creeze caracteristici sub 100 µm, toleranțe strânse și dozare ultra-consistentă de la o lovitură la alta. Datorită complexității procesului, selecția materialelor se înclină spre rășini stabile, prietenoase cu camerele sterile (PEEK, PEI, PP, clase medicale). Sculele sunt scumpe și delicate. Dar, atunci când piesele sunt mici și volumele sunt mari, nicio altă metodă nu concurează în ceea ce privește repetabilitatea și costul per bucată.

Supraturnare, inserare și multi-shot

Supramulare

Supraturnarea construiește un material peste altul, de obicei un elastomer moale peste un substrat rigid, cum ar fi supraturnarea aderentă de pe mânerul unei scule electrice. Îmbunătățește ergonomia, etanșarea, amortizarea impactului și estetica fără a fi nevoie de hardware de asamblare.

Abordări comune:

• Supraturnare în două etape: se modelează mai întâi substratul rigid, apoi se plasează într-o a doua matriță pentru supraturnare moale.
• Supraturnare în matriță: în cadrul unei singure scule care rotește sau transferă piesa între cavități.

Insert Molding

Turnarea prin inserție implică încapsularea unei componente pre-plasate, adesea metalice, în interiorul plasticului turnat. Inserțiile tipice includ bosaje filetate, bucșe, contacte ștanțate, magneți sau carcase de senzori. Aceasta înlocuiește ansamblul secundar și îmbunătățește rezistența îmbinării și precizia pozițională.

Pentru a începe procedurile de fabricație, plăcuțele sunt mai întâi încărcate manual sau prin automatizare, fixate prin elemente sau vid, apoi supraîncărcate cu rășină. Scula trebuie să gestioneze dilatarea termică diferențială pentru a evita fisurarea sau stresul la interfața plastic-metal.

Este ideal atunci când piesa necesită rezistență mecanică sau conductivitate localizată fără fabricație completă din metal, cum ar fi fitingurile Luer medicale cu filete metalice, clemele auto cu suprafețe de uzură din oțel sau conectorii cu terminale încorporate.

Turnare în două și trei turnări

Turnarea multi-shot injectează două sau mai multe materiale (sau culori) în secvență în aceeași celulă și, adesea, în aceeași matriță. Plăcile rotative, mecanismele de reîncărcare a miezului sau sistemele de indexare mută automat piesa parțial formată în cavitatea următoare. Acestea oferă legături perfecte, rupturi curate de culoare, etanșări integrate, balamale active sau combinații dur-moale fără manipulare manuală. De asemenea, oferă funcționalități unice, cum ar fi ferestrele transparente turnate cu corpuri opace.

Injecție asistată de gaz/apă și co-injecție

Turnare prin injecție asistată cu gaz

Turnarea asistată de gaz injectează un gaz inert (de obicei azot) după ce rășina umple parțial cavitatea. Gazul formează canale goale de-a lungul secțiunilor mai groase, împingând materialele plastice topite spre capetele îndepărtate și formând piese din plastic cu o afundare, o deformare și o greutate mai reduse. De asemenea, are unele cerințe unice de proiectare a matriței, deoarece ventilația și pinii de gaz trebuie proiectați cu atenție.

Poate produce o gamă largă de produse din plastic, inclusiv mânere mari, rame de televizoare, componente de mobilier și componente pentru automobile. piese de turnare cu nervuri groase. Permite secțiuni cosmetice mai groase fără urme de scufundare și poate reduce timpul ciclului prin îndepărtarea masei care altfel ar necesita răcire.

Turnare prin injecție asistată de apă

Principiu similar, mediu diferit. Turnarea asistată de apă injectează apă pentru a crea secțiuni goale, potrivite în special pentru forme tubulare complexe, lungi, cu curbe, cum ar fi mânerele ușilor auto, conductele de lichid de spălare și tubulatura electrocasnicelor.

Acest proces de producție este cunoscut pentru eliminarea mai rapidă a căldurii (apa se răcește rapid), pereții interiori netezi și secțiunile transversale goale mai consistente în comparație cu gazul în anumite geometrii. Sculele trebuie să gestioneze gestionarea apei, rezistența la coroziune și drenajul precis.

Turnare prin co-injecție (sandwich)

Co-injecția produce o structură de tip „skin-miez”: un skin de înaltă performanță sau cosmetic încapsulează o rășină de miez diferită. Miezul poate fi polimer reciclat, material de barieră sau o rășină cu proprietăți personalizate (de exemplu, un miez spumat pentru creșterea rigidității în raport cu greutatea). Este cea mai bună opțiune pentru optimizarea costurilor materialelor fără a sacrifica aspectul sau straturile de contact de reglementare. Ambalajele alimentare utilizează adesea skin-uri de barieră, iar bunurile de consum pot utiliza miezuri reciclate sub un skin virgin pentru estetică și performanță.

Elastomer, LSR și termorezistent/RIM

Turnare prin injecție a cauciucului siliconic lichid (LSR)

Turnarea prin LSR utilizează sisteme de silicon întărit cu platină din două componente, dozate și amestecate la presă, apoi injectate într-o matriță cu colț rece, unde se întăresc în cavitatea încălzită. Deoarece LSR este un elastomer termorezistent, nu se retopește: se reticulează și își menține forma sub acțiunea căldurii.

LSR oferă o rezistență chimică excelentă, biocompatibilitate, temperaturi de funcționare largi și pregătire pentru camere sterile. Este potrivit pentru produse precum etanșări și garnituri, produse pentru bebeluși, dispozitive portabile, componente medicale și silicon de calitate optică pentru lentile.

Turnare prin injecție TPE/TPV și cauciuc

Elastomerii termoplastici (TPE) și vulcanizatele termoplastice (TPV) se comportă ca și cauciucul, dar se prelucrează pe prese termoplastice standard, permițând reciclabilitatea și supraturnarea pe substraturi rigide. Sunt des întâlniți pentru mânere, etanșări, burdufuri și izolatoare de vibrații.

Când este nevoie de cauciuc adevărat, nitrilul, EPDM-ul, fluoroelastomerii și turnarea prin injecție a cauciucului întăresc materialul în matriță. Timpii de ciclu sunt mai lungi, iar sculele trebuie să gestioneze cinetica de întărire și evacuarea substanțelor volatile. Selecția depinde adesea de obiectivele de rezistență chimică și termică.

Turnare prin injecție termorezistentă și prin reacție (RIM)

Turnarea prin injecție termorezistentă prelucrează rășini care se întăresc ireversibil: fenoli, epoxizi și anumiți poliesteri. Turnarea prin injecție cu reacție (RIM) amestecă componente reactive cu vâscozitate scăzută (de obicei sisteme poliuretanice) și le injectează în matriță, unde polimerizează. Se utilizează pentru panouri și carcase mari, bare de protecție care absorb energia și componente structurale cu nervuri integrate. RIM excelează pentru piese groase și mari, cu solicitări interne mai mici și forțe de prindere mai mici datorită vâscozității inițiale scăzute.

Deoarece natura materialelor determină acest lucru, deșeurile nu sunt retopibile, iar temperaturile sculelor și ciclurile de întărire influențează puternic randamentul. Cu toate acestea, pentru serii scurte de piese mari, RIM depășește adesea sculele termoplastice în ceea ce privește costul total.

Turnare prin injecție cu pulbere (MIM/CIM)

Turnare prin injecție a metalelor (MIM)

MIM amestecă pulberi metalice fine cu un liant polimeric pentru a crea o materie primă care poate fi turnată prin injecție în forme complexe. După turnare, piesele sunt supuse dezlipirii pentru a îndepărta liantul și sinterizării pentru a densifica metalul, atingând de obicei o densitate teoretică de 95–99%.

Punctele forte ale acestei operațiuni rezidă în rezoluția excepțională a caracteristicilor pentru componente metalice mici și complexe, angrenaje, zăvoare, balamale, instrumente chirurgicale, componente de arme de foc. MIM concurează cu prelucrarea CNC atunci când volumele sunt mari, iar geometriile sunt greu de frezat.

Turnare prin injecție ceramică (CIM)

CIM urmează aceeași logică ca MIM, dar cu pulberi ceramice precum zirconia sau alumina. Permite realizarea de componente rezistente la uzură, izolante electric și rezistente la temperaturi ridicate, cu detalii fine, duze, piese dentare și izolatori de senzori.

Concluzie

Peisajul vast al proceselor de turnare prin injecție subliniază un principiu fundamental în fabricația modernă: alegeți scula potrivită pentru cazul dumneavoastră specific. Existența atâtor variante dovedește că nicio metodă singulară nu este universal superioară; mai degrabă, fiecare reprezintă o soluție personalizată.

În cele din urmă, alegerea unui anumit tip de turnare prin injecție este o decizie strategică care transcende simpla geometrie a piesei. Pentru a selecta corect procesul de fabricație pentru piesele dumneavoastră, trebuie să luați în considerare toți factorii de influență înainte de a lua decizia. Alternativ, puteți... cooperează cu un producător și obține asistență din partea experților industriali.

întrebări frecvente

Care sunt principalii factori de cost, dincolo de matrița în sine, pentru aceste procese specializate?

Deși sculele reprezintă un cost inițial major, cheltuielile curente sunt puternic influențate de proces. Factorii cheie includ risipa de material (reziduuri din canalele de turnare standard față de lipsa deșeurilor în canalele de turnare la cald), timpul ciclului (cicluri mai lungi pentru piese groase sau termorezistente), operațiunile secundare (debifare/sinterizare pentru PIM, finisarea pieselor) și nivelul de automatizare necesar.

Pot fi aceste diferite procese de turnare combinate într-o singură piesă?

Da, puteți. De fapt, abordările hibride reprezintă o frontieră a producției avansate. De exemplu, o piesă ar putea fi creată folosind turnarea asistată de gaz pentru a scobi o secțiune groasă și apoi să fie supusă unei a doua operațiuni pentru caracteristici micro-turnate. Un alt exemplu este utilizarea turnării cu inserții pentru a plasa o componentă metalică care este ulterior supraturnată cu un TPE moale la atingere. Cu toate acestea, acest lucru necesită adesea o planificare sofisticată a producției și mai multe celule de fabricație.