Литье под давлением и экструзия пластика: в чем разница?

Формование пластмасс прошло долгий путь развития с момента своего появления и развилось во множество различных методов обработки. В этой статье мы сосредоточимся на сравнении двух распространённых методов литья пластмасс: литья под давлением и экструзионного формования.

Понимание разницы между этими двумя понятиями поможет вам избежать дорогостоящего изменения оснастки, выбрать материалы, которые хорошо себя зарекомендовали в производстве, и достичь целевых показателей по стоимости и срокам. Читайте дальше, чтобы узнать больше!

В чем разница: литье под давлением и экструзия

• Механизм и процесс
• Оборудование и инструменты
• Материалы и типы деталей
• Правила проектирования и геометрия детали
• Экономика производства и производительность
• Дефекты и устранение неполадок

Ключевые различия в механизме и процессе

Процесс экструзии пластика

Пластиковая экструзия формирует длинные, непрерывные изделия, пропуская расплавленный материал через фильеру. Представьте себе спагетти, выходящие из макаронного пресса: поперечное сечение определяется отверстием фильеры, и, в принципе, выход может быть бесконечным.

На практике вращающийся шнек экструдера нагревает, смешивает и прессует пластиковые гранулы. Расплав продавливается через фильеру, которая задаёт профиль. Затем производственная линия использует воздух, водяные бани или охлаждающие валки для затвердевания формы. Натяжение и скорость линии регулируются тянущими устройствами, а резаки, намотчики или пилы преобразуют непрерывную полосу в готовые к использованию отрезки или рулоны.

Процесс литья под давлением

Пластик литье под давлением Изготавливает дискретные, полностью трёхмерные детали в повторяющемся цикле. Гранулы пластифицируются в нагретом цилиндре, а затем быстро впрыскиваются под высоким давлением в закрытую форму. Форма содержит одну или несколько полостей, определяющих геометрию детали. Питатели и литники распределяют расплав в каждую полость. После уплотнения и выдержки для контроля усадки, охлаждение

Деталь застывает. Затем форма открывается, и выталкиватели выталкивают деталь, завершая цикл.

Ключевые различия в оборудовании и инструментах

Экструдер, фильеры и последующая обработка

Экструзионная линия включает в себя бункер и узел шнека/цилиндра, наборы сит и разделительные пластины для фильтрации расплава, а также фильеру, задающую нужную форму.

Последующее оборудование стабилизирует и преобразует продукт: калибраторы и вакуумные баки для контроля размеров полых профилей, водяные бани или воздушные ножи для охлаждения, тянущие устройства для управления скоростью линии, а также резаки, продольно-резательные машины или намотчики для отделки.

Инжекционные прессы, пресс-формы и литниковые системы

Ячейки для литья под давлением оснащены прессом, обеспечивающим заданное усилие смыкания, узлом впрыска и пресс-формой. Пресс-форма — это сердце производственного процесса: обработанная полости и сердечники, охлаждающие контуры, эжекторные системы, а иногда и боковые действия или подъемники для создания поднутрений.

Холодноканальные системы широко используются в более простых формах, а горячеканальные системы сокращают количество отходов и сокращают время цикла, поддерживая расплавленный пластик в системе подачи. Этот процесс также предполагает автоматизацию. Например, в некоторых процессах литья под давлением роботы используются для извлечения деталей, маркировки внутри формы или визуального контроля.

Различия между литьем под давлением и экструзией в инструментальной оснастке

Наиболее очевидное различие между инструментами для экструзии и литья под давлением заключается в их

ces. В обычных условиях изготовление экструзионных головок занимает меньше времени и обходится дешевле. Простые профильные головки можно изготовить за несколько дней или недель при умеренных затратах.

Для сравнения, литьевые формы гораздо сложнее. Изготовление даже простых одноместных алюминиевых пресс-форм может занять несколько недель. Не говоря уже о многоместных стальных пресс-формах с жесткими допусками, изготовление которых может потребовать месяцев и значительных инвестиций. Однако окупаемость достигается за счет больших объемов производства и стабильного качества деталей.

Ключевые различия в материалах и типах деталей

Термопласты, термореактивные материалы и эластомеры

Оба процесса выполняются термопластики такие как ПП, ПЭ, ПВХ, АБС, ПК, ПЭТ, пластиковая смола и нейлон

их основные базовые материалы. Однако некоторые материалы в одном процессе ведут себя лучше, чем в другом.

Экструзию часто ассоциируют с термопластами, поскольку они плавятся и снова затвердевают в процессе непрерывной обработки.

переработка. Между тем, литье под давлением обеспечивает лучшую поддержку термопластов, термореактивных материалов, таких как фенольные смолы, эпоксидных смол с B-стадией и эластомеров, включая жидкий силиконовый каучук.

Профили, листы и пленки против дискретных трехмерных форм

Экструзия специализируется на производстве изделий однородного сечения: оконных рам, кабельных оболочек, медицинских трубок, уплотнителей, гофрированных листов и многослойных пленок. Коэкструзия позволяет создавать слои материалов, сочетающие барьерные свойства, жесткость или цвет.

Литье под давлением позволяет создавать дискретные компоненты: крышки для бутылок, корпуса, шестерни, разъемы, игрушки, корпуса объективов и структурные кронштейны., автомобильные детали. Это лучший вариант, когда детали требуют наличия выступов, подвижных шарниров, защелок, резьбы или тонких текстур, причем все элементы отливаются за один цикл, а не добавляются позже.

Ключевые различия в правилах проектирования и геометрии деталей

Толщина стенки и подрезы

При экструзии толщина стенки должна оставаться настолько равномерной, насколько позволяет профиль, чтобы избежать разницы.

l охлаждение и коробление. Резкие переходы не приветствуются, поскольку радиусы и сбалансированные пути потока уменьшают образование линий штамповки и деформацию.

Поскольку форма определяется отверстием матрицы, создание точных подрезов в направлении экструзии невозможно без постформинга. Гибка или вторичная формовка могут скорректировать траекторию после охлаждения, но поперечное сечение остаётся неизменным.

Литье под давлением процветает благодаря трёхмерной детализации и позволяет формировать поднутрения с помощью боковых воздействий, складных сердечников или подъёмников. Тем не менее, желательна равномерная номинальная толщина стенок, поскольку она помогает минимизировать усадку и коробление, а рёбра и косынки используются для повышения жёсткости без увеличения массы.

Допуски, качество поверхности и интегрированные функции

Экструзия обеспечивает умеренные допуски, зависящие от стабильности линии, охлаждения и конструкции фильеры. Подача в методе экструзии повышает продольную точность на расстоянии, но также создаёт дополнительные трудности при обработке мелких деталей или отверстий с ограниченным размером. Качество финишной обработки зависит от качества фильеры, охлаждения и последующей обработки, например, валков для тиснения для нанесения узоров на плёнки и листы.

Литье под давлением обычно обеспечивает более жёсткие допуски и высокое качество отделки сразу после изготовления. Эта точность позволяет создавать такие особенности, как текстурирование формы, полированные поверхности и микроструктуры на изделиях, таких как медицинские приборы. Резьба, защёлки, подвижные шарниры и вставки могут быть интегрированы непосредственно в формуемую деталь, что сводит к минимуму время сборки.

Сборки и вспомогательные операции

Для достижения конечного состояния экструдированные изделия часто требуют ряда операций: резки, сверления, пробивки, сварки, термогибки или склеивания. Например, экструдированная ПВХ-рама с алюминиевым покрытием может быть разрезана и согнута под углом, а затем механически соединена.

В отличие от этого, литье под давлением может объединить несколько функций в одной детали, например, обеспечить компенсацию натяжения кабеля.

FS, уплотнения и крепёжные элементы отформованы вместе. Пластиковые изделия могут потребовать лишь обрезки литника или снятия заусенцев. Многослойное формование и формование со вставками дополнительно сокращают время последующей сборки за счёт комбинирования материалов или добавления металлических вставок на прессе.

Ключевые различия в экономике производства и производительности

Время цикла и скорость линии

Экструзия работает непрерывно, а скорость линии можно настроить на определённое значение. После настройки она может производить тысячи метров продукции за смену.

Единицей измерения для литья под давлением является “цикл”: его продолжительность может составлять секунды для простых пластиковых изделий, таких как миниатюрные колпачки или разъёмы, и от десятков секунд до минут для более толстых и крупных деталей. Многоместные пресс-формы увеличивают производительность за цикл за счёт количества имеющихся в них полостей, что дополнительно увеличивает объём производства.

Отходы, выход продукции и переналадки

Экструзия обычно характеризуется низким процентом брака после запуска, который ограничивается продувкой, обрезкой в начале и конце процесса и некондиционным материалом при переналадке. Совместная экструзия может усложнить продувку и смену цвета, но выход годного в установившемся режиме по-прежнему высок.

Отходы литья под давлением могут возникать из-за остатков холодноканальных литников и бракованных пластиковых деталей с дефектами. Системы горячеканальных литников снижают отходы литников и повышают стабильность, но увеличивают стоимость оснастки и обслуживания.

Переналадки при экструзии обычно происходят быстрее (замена пресс-формы, регулировка условий), чем при литье под давлением (замена пресс-формы, повторная проверка процесса), особенно для сложных многогнездных инструментов.

Структура затрат и объемы безубыточности

Структура затрат на экструзию благоприятствует крупносерийному производству изделий с простым поперечным сечением: требуется небольшая оснастка, высокая производительность и минимальные трудозатраты. Этот метод идеально подходит для крупносерийного производства профилей и плёнок низкой сложности, где каждый дополнительный метр снижает себестоимость единицы продукции.

Литье под давлением влечет за собой более высокие фиксированные затраты (инструмент, валидация), но эффективно масштабируется с объемом

После того, как пресс-форма амортизируется, изготовление мелких деталей в многогнездных оснастках может быть чрезвычайно экономичным.

Ключевые различия в дефектах и устранении неполадок

Распространенные дефекты экструзии и пути их решения

Die Lines & Sharkskin

• Причины: Изношенная или грязная матрица; чрезмерное напряжение сдвига.
• Решения: Очистка/обслуживание пресс-формы; регулировка температуры процесса и скорости шнека.

Коробление/прогиб и неравномерная толщина стенок

• Причины: Неравномерное охлаждение; неправильное натяжение съемника; неравномерная подача материала.
• Решения: Сбалансируйте систему охлаждения; откалибруйте скорость тянущего устройства/натяжение съемника; пересмотрите конструкцию штампа.

Помимо этих решений, существуют также профилактические методы, которые могут снизить вероятность

дефектов в целом. Например, рабочие на объекте должны регулярно проверять и заменять сетчатые фильтры, а заведующие складом должны следить за тем, чтобы материал был полностью сухим, особенно это касается гигроскопичных смол, таких как нейлон.

Распространенные дефекты литья под давлением и пути их устранения

• Утяжины: Проблемы, вызванные толстыми сечениями, решаются путем проектирования однородных стенок, использования вырезов и оптимизации давления набивки.
• Коробление/Усадка: Возникает из-за неравномерного охлаждения или ориентации волокон и устраняется путем улучшения схемы охлаждения формы и корректировки положения литника.
• Вспышка и короткие снимки: Вспышки указывают на избыточное давление или силу зажима, тогда как недостаточные выбросы указывают на недостаточное заполнение, вентиляцию или низкую температуру расплава; в обоих случаях требуется балансировка настроек процесса и обеспечение надлежащей вентиляции.
• Следы ожогов и раздвижки: Эти проблемы, связанные с скоплением воздуха или влаги, устраняются путем улучшения вентиляции формы и тщательной предварительной сушки материала.

Методичный подход, включающий регулировку температуры, скорости, давления и вентиляции в сочетании с регулярным обслуживанием пресс-формы, обычно позволяет решить эти проблемы.

Контроль процессов, метрология и валидация

Оба процесса требуют строгого контроля, но литьё под давлением обычно требует более строгих интервалов и допусков. Широко применяются научные методы литья, планирование экспериментов (DOE), измерение давления в полости, раздельное заполнение/уплотнение и мониторинг в режиме реального времени.

Экструзия требует стабильной температуры расплава, давления и скорости линии, а также использования диаграмм SPC для критических размеров. Метрология включает в себя измерения от штангенциркулей и оптических компараторов на полу до КИМ и КТ-сканирования для сложных литьевых деталей. Валидации более формализованы в регулируемых отраслях, где необходимо продемонстрировать прослеживаемость и технологичность процесса.

Как выбрать между экструзией и литьем под давлением

Используя знания, полученные из этой статьи, вы сможете проанализировать ситуации на практике, сопоставив потребности с этими четырьмя измерениями.

Геометрия:

• Постоянное сечение → выдавливание.
• Сложная 3D с поднутрениями → литье под давлением.

Допуски и отделка:

• Умеренные допуски и функциональная отделка → экструзия.
• Жесткие допуски и косметические поверхности → литье под давлением.

Громкость и скорость:

• Очень длинные или непрерывные рулоны → экструзия.
• Большое количество отдельных деталей (особенно при использовании многогнездных инструментов) → литье под давлением.

Инструменты и время вывода на рынок:

• Нужна быстрая и недорогая оснастка → экструзия.
• Готовы инвестировать в точность и характеристики → литье под давлением.

Если есть сомнения, создавайте прототипы заранее, привлекайте инженеров-технологов к проверке DFM и проводите быстрый анализ безубыточности, сравнивая стоимость штампа и скорость линии со стоимостью пресс-формы, гнезд и временем цикла.

Заключение: выбор между литьем под давлением и экструзией

В конечном счёте, различия между литьём под давлением и экструзией скорее касаются характеристик, а не преимуществ и недостатков, и выбор между ними зависит от того, какой процесс лучше подходит для конкретной задачи. Ваше решение должно основываться на геометрии конечного изделия. Кроме того, следует уделять больше внимания бюджету, срокам и объёму.

Благодаря этому вы сможете уверенно выбирать производственный процесс при поиске услуг по формованию изделий из пластмасс.

Часто задаваемые вопросы

Чем выбор материала для одного процесса отличается от другого с точки зрения добавок?

Хотя в обоих процессах используются одни и те же базовые термопластики, рецептура (добавки, такие как красители, УФ-стабилизаторы или смазочные вещества) может различаться. Компаунды для экструзии могут быть оптимизированы для обеспечения превосходной термостойкости, чтобы выдерживать непрерывный нагрев в цилиндре. Составы для литья под давлением могут быть разработаны для более высокой скорости потока, что позволяет быстро заполнять тонкие стенки и сложные формы.

Имеются ли какие-либо геометрии деталей, попадающие в “серую зону” между двумя процессами?

Да, некоторые детали могут быть сложными. Длинную прямую деталь с постоянным поперечным сечением, но небольшими сложными выемками можно выдавить, а затем подвергнуть вторичной формовке, или же может быть более экономически выгодно отлить её под давлением из нескольких секций. Аналогично, очень большую плоскую деталь можно изготовить методом экструзии (в виде листа) или методом литья под давлением большого размера, что потребует детального анализа затрат и выгод.