Vstrekovanie plastov vs. extrúzia pre plasty: Aký je rozdiel?

Lisovanie plastov prešlo od svojho vzniku dlhú cestu a rozvinulo sa do mnohých rôznych metód spracovania. V tomto článku sa zameriame na porovnanie dvoch bežných techník lisovania plastov: vstrekovania a extrúzie.

Pochopenie rozdielu medzi týmito dvoma vám môže pomôcť vyhnúť sa drahým obchádzkam pri výbere nástrojov, vybrať si materiály, ktoré sa vo výrobe správajú dobre, a dosiahnuť cieľové hodnoty nákladov a časového harmonogramu. Čítajte ďalej a dozviete sa viac!

Aký je rozdiel: Vstrekovanie plastov vs. extrúzia

• Mechanizmus a proces
• Vybavenie a nástroje
• Materiály a typy dielov
• Pravidlá návrhu a geometria súčiastok
• Ekonomika výroby a priepustnosť
• Chyby a odstraňovanie problémov

Kľúčové rozdiely v mechanizme a procese

Proces extrúzie plastov

Plastová extrúzia vytvára dlhé, súvislé produkty pretlačovaním roztaveného materiálu cez tvarovanú formu. Predstavte si špagety opúšťajúce lis na cestoviny; prierez je daný otvorom formy a výstup môže byť v zásade nekonečný.

V praxi rotujúca skrutka extrudéra ohrieva, mieša a stláča plastové pelety. Tavenina sa pretlačí cez matricu, ktorá definuje profil. Výrobná linka potom pomocou vzduchu, vodných kúpeľov alebo chladiacich valcov stuhne tvar. Napätie a rýchlosť linky riadia ťahače, zatiaľ čo rezačky, navíjačky alebo píly premieňajú súvislý prameň na použiteľné dĺžky alebo rolky.

Proces vstrekovania plastov

Plast vstrekovaním vyrába diskrétne, plne trojrozmerné diely v opakovanom cykle. Pelety sa plastifikujú vo vyhrievanom valci a potom sa rýchlo vstrekujú pod vysokým tlakom do uzavretej formy. Forma obsahuje jednu alebo viac dutín, ktoré definujú geometriu dielu. Vtoky a vtokové otvory distribuujú taveninu do každej dutiny. Po zabalení a držaní na kontrolu zmršťovania nasleduje chladenie.

stuhne diel. Forma sa potom otvorí a vyhadzovacie kolíky vytlačia diel, čím sa cyklus dokončí.

Kľúčové rozdiely vo vybavení a nástrojoch

Extrudér, matrice a následná manipulácia

Extrúzna linka obsahuje násypku a zostavu závitovky/valca, sitové bloky a deliace dosky na filtráciu taveniny a matricu, ktorá nastavuje požadovaný tvar.

Následné zariadenia stabilizujú a premieňajú produkt: kalibrátory a vákuové nádrže na rozmerovú kontrolu dutých profilov, vodné kúpele alebo vzduchové nože na chladenie, odťahovacie zariadenia na reguláciu rýchlosti linky a rezačky, pozdĺžne rezačkové stroje alebo navíjačky na konečnú úpravu.

Vstrekovacie lisy, formy a vstrekovacie systémy

Vstrekovacie bunky sa nachádzajú v lise s upínacou silou, vstrekovacej jednotke a nástroji na výrobu formy. Forma je srdcom výrobného procesu: obrába sa dutiny a jadrá, chladiace okruhy, vyhadzovacie systémy a niekedy aj bočné akcie alebo zdvíhače na vytvorenie podrezaní.

Studené vtoky sú bežné v jednoduchších formách a horúce vtoky znižujú odpad a zlepšujú čas cyklu udržiavaním roztaveného plastového materiálu v podávacom systéme. Tento proces tiež integruje automatizáciu. Napríklad niektoré procesy vstrekovania plastov by používali roboty na odoberanie dielov, označovanie vo forme alebo vizuálnu kontrolu.

Rozdiely medzi vstrekovaním a extrúziou v nástrojárstve

Najzreteľnejší rozdiel medzi nástrojmi na extrúziu a vstrekovanie plastov je ich cena

ces. Za normálnych okolností sú extrúzne formy rýchlejšie a lacnejšie na výrobu. Jednoduché profilové formy sa dajú vyrobiť v priebehu niekoľkých dní až týždňov za mierne náklady.

V porovnaní s tým sú vstrekovacie formy oveľa zložitejšie. Dokonca aj jednoduché hliníkové nástroje s jednou dutinou môžu trvať niekoľko týždňov. Nehovoriac o viacdutinových oceľových formách s presnými toleranciami, ktoré by mohli vyžadovať mesiace a značné investície. Návratnosť investície však spočíva vo vysokých objemoch a opakovateľnej kvalite dielov.

Kľúčové rozdiely v materiáloch a typoch súčiastok

Termoplasty, termosetiky a elastoméry

Oba procesy prebiehajú termoplasty ako napríklad PP, PE, PVC, ABS, PC, PET, plastová živica a nylon

ich hlavné základné materiály. Niektoré materiály však v jednom procese fungujú lepšie ako v inom.

Extrúzia sa často spája s termoplastmi, pretože sa počas kontinuálneho pretláčania čisto tavia a znovu tuhnú.

spracovanie. Vstrekovanie plastov zároveň ponúka lepšiu podporu pre termoplasty, termosety ako sú fenoly, epoxidy s B-štádiom a elastoméry vrátane tekutého silikónového kaučuku.

Profily, plechy a fólie verzus diskrétne trojrozmerné tvary

Extrúzia sa špecializuje na rovnomerné prierezy: okenné rámy, opláštenie káblov, lekárske rúrky, tesnenia, vlnité plechy a viacvrstvové fólie. Koextrúzia umožňuje vrstvenie materiálov a kombináciu bariérových vlastností, tuhosti alebo farby.

Vstrekovaním plastov sa vytvárajú samostatné komponenty: uzávery fliaš, kryty, ozubené kolesá, konektory, hračky, kryty objektívov a konštrukčné konzoly, automobilové diely. Je to lepšie prispôsobenie, keď súčiastky vyžadujú výstupky, živé pánty, patentky, závity alebo jemné textúry, pričom všetky prvky sú vyformované v jednom cykle a nie pridané neskôr.

Kľúčové rozdiely v pravidlách návrhu a geometrii súčiastok

Hrúbka steny a podrezania

Pri extrúzii by hrúbka steny mala zostať čo najrovnomernejšia, ako to profil umožňuje, aby sa predišlo rozdielom.

chladenie a deformácia. Ostré prechody sa neodporúčajú, pretože polomery a vyvážené dráhy prúdenia znižujú čiary matrice a deformáciu.

Pretože tvar je definovaný otvorom matrice, skutočné podrezania v smere extrúzie nie sú možné bez dodatočného tvárnenia. Ohyby alebo sekundárne tvárnenie môžu upraviť dráhu po ochladení, ale prierez zostáva konštantný.

Vstrekovanie plastov sa vyznačuje 3D detailmi a môže vytvárať podrezania pomocou bočných pôsobení, skladacích jadier alebo zdvíhacích prvkov. Jednotná nominálna hrúbka steny je však stále žiaduca, pretože pomáha minimalizovať prepadnutie a deformáciu a rebrá a výstuhy sa používajú na spevnenie bez pridania hmotnosti.

Tolerancie, povrchová úprava a integrované prvky

Extrúzia poskytuje mierne tolerancie v závislosti od stability linky, chladenia a konštrukcie matrice. Posuvný pohyb extrúznej metódy zvyšuje pozdĺžnu presnosť na vzdialenosť, ale prináša aj ďalšie ťažkosti pri malých prvkoch alebo úzkych rozmeroch otvorov. Povrchová úprava odráža kvalitu matrice, chladenie a následné spracovanie, ako napríklad raziace valce pre vzory na fóliách a listoch.

Vstrekovanie plastov bežne dosahuje užšie tolerancie a vysokokvalitné povrchové úpravy priamo z nástroja. Táto presnosť umožňuje vytvárať prvky, ako je textúrovanie formy, leštené povrchy a mikroprvky na produktoch, ako sú zdravotnícke pomôcky. Závity, patentky, živé pánty a vložky je možné integrovať priamo do geometrie výlisku, čo minimalizuje montáž.

Zostavy a sekundárne operácie

Extrudované výstupy často vyžadujú na dosiahnutie konečného stavu sériu operácií: rezanie, vŕtanie, dierovanie, zváranie, tepelné ohýbanie alebo lepenie. Napríklad extrudovaný PVC rám s hliníkovým vzhľadom môže byť narezaný a zošikmený a potom mechanicky spojený.

Naproti tomu vstrekovanie plastov môže zlúčiť viacero funkcií do jednej súčiastky, napríklad odľahčenie kábla od napätia.

Uzávery, tesnenia a výstupky spojovacích prvkov sú odliate dohromady. Plastový výrobok môže vyžadovať iba orezanie otvoru alebo odstránenie otlačku. Prelisovanie a vkladanie ďalej znižuje následnú montáž kombinovaním materiálov alebo pridaním kovových vložiek v lise.

Kľúčové rozdiely v ekonomike výroby a priepustnosti

Čas cyklu a rýchlosť linky

Extrúzia pracuje nepretržite a rýchlosť jej linky je možné nastaviť na určitú hodnotu. Po nastavení dokáže vyrobiť tisíce metrov produktu za smenu.

Miera pre vstrekovanie plastov je “cyklus”: jeho čas môže byť sekundy pre jednoduché plastové výrobky, ako sú malé uzávery alebo konektory, a desiatky sekúnd až minúty pre hrubšie, väčšie diely. Viacdutinové formy znásobujú výkon na cyklus počtom dutín, ktoré majú, čo ďalej zvyšuje objem výroby.

Šrot, výťažnosť a zmeny

Extrúzia má po spustení zvyčajne nízku mieru odpadu, pričom odpad je obmedzený na preplachovanie, rezy na začiatku/na konci a nedostatky v špecifikácii počas zmien. Koextrúzia môže komplikovať preplachovanie a zmeny farieb, ale výťažnosť v ustálenom stave je stále vysoká.

Odpad zo vstrekovania môže vznikať zo zvyškov za studena a poškodených plastových dielov s chybami. Systémy horúcich vtokov znižujú odpad z vtokov a zlepšujú konzistenciu, ale zvyšujú náklady na nástroje a údržbu.

Zmeny sú vo všeobecnosti rýchlejšie pri extrúzii (výmena formy, úprava podmienok) ako pri vstrekovaní plastov (výmena formy, opätovné overenie procesu), najmä pri zložitých nástrojoch s viacerými dutinami.

Štruktúra nákladov a objemy dosiahnutia bodu zvratu

Štruktúra nákladov na extrúziu uprednostňuje dlhé série jednoduchých prierezov: skromné nástroje, vysoká priepustnosť materiálu a minimálna práca. Vyniká pri veľkoobjemových profiloch a fóliách s nízkou zložitosťou, kde každý ďalší meter znižuje jednotkové náklady.

Vstrekovanie plastov so sebou nesie vyššie fixné náklady (nástroje, validácia), ale efektívne sa škáluje s objemom

Po amortizácii formy môžu byť malé diely vo viacdutinových nástrojoch mimoriadne ekonomické.

Kľúčové rozdiely v chybách a riešení problémov

Bežné chyby extrúzie a ich riešenia

Vysekávacie linky a žraločia koža

• Príčiny: Opotrebovaná alebo znečistená matrica; nadmerné šmykové napätie.
• Riešenia: Vyčistite/udržujte matricu; upravte procesné teploty a rýchlosť skrutky.

Deformácia/prehnutie a nekonzistentná hrúbka steny

• Príčiny: Nevyvážené chladenie; nesprávne napnutie sťahováka; nerovnomerný tok materiálu.
• Riešenia: Vyvážte chladiaci systém; kalibrujte rýchlosť odťahovania/napnutie sťahováka; skontrolujte návrh matrice.

Okrem týchto riešení existujú aj preventívne metódy, ktoré môžu znížiť pravdepodobnosť

všetkých chýb. Napríklad pracovníci na mieste by mali pravidelne kontrolovať a vymieňať sitá a vedúci skladu musia zabezpečiť, aby bol materiál úplne suchý, najmä v prípade hygroskopických živíc, ako je nylon.

Bežné chyby vstrekovania plastov a ich riešenia

• Značky drezu: Spôsobené hrubými prierezmi sa riešia návrhom rovnomerných stien, použitím vyrezaných jadrí a optimalizáciou tlaku tesnenia.
• Deformácia/Zmršťovanie: Je to výsledkom nerovnomerného chladenia alebo orientácie vlákien a koriguje sa zlepšením rozloženia chladenia formy a úpravou umiestnenia vtoku.
• Blesk a krátke zábery: Záblesky signalizujú nadmerný tlak alebo upínaciu silu, zatiaľ čo krátke záblesky poukazujú na nedostatočné plnenie, odvzdušnenie alebo nízku teplotu taveniny; obe vyžadujú vyváženie procesných nastavení a zabezpečenie správneho odvzdušnenia.
• Stopy po popáleninách a roztrhnutie: Tieto zložky, ktoré sa vysledujú ako zachytený vzduch alebo vlhkosť, sa eliminujú zlepšením odvetrávania formy a dôkladným predsušením materiálu.

Metodický prístup k úprave teplôt, rýchlostí, tlakov a odvetrávania v kombinácii s pravidelnou údržbou formy zvyčajne rieši tieto problémy.

Riadenie procesov, metrológia a validácia

Oba procesy profitujú z disciplinovanej kontroly, ale vstrekovanie plastov vo všeobecnosti prebieha s užšími rozpätiami a toleranciami. Bežné sú vedecké postupy vstrekovania, návrh experimentov (DOE), snímanie tlaku v dutine, oddelené plnenie/balenie a monitorovanie v reálnom čase.

Extrúzia sa spolieha na stabilnú teplotu taveniny, tlak a rýchlosť linky, plus tabuľky SPC pre kritické rozmery. Metrológia siaha od posuvných meradiel a optických komparátorov na pracovisku až po skenovanie CMM a CT pre zložité lisované diely. Validácie sú formalizovanejšie v regulovaných odvetviach, kde je potrebné preukázať sledovateľnosť a procesnú spôsobilosť.

Ako si vybrať medzi extrúziou a vstrekovaním plastov

Využitím vedomostí, ktoré ste sa z tohto článku naučili, môžete analyzovať situácie praktickým spôsobom zmapovaním potrieb v týchto štyroch dimenziách.

Geometria:

• Konštantný prierez → extrúzia.
• Komplexné 3D s podrezaniami → vstrekovanie plastov.

Tolerancie a povrchová úprava:

• Stredné tolerancie a funkčná úprava → extrúzia.
• Prísne tolerancie a kozmetické povrchy → vstrekovanie plastov.

Hlasitosť a rýchlosť:

• Veľmi dlhé dĺžky alebo súvislé rolky → extrúzia.
• Vysoký počet obrobkov samostatných prvkov (najmä pri viacdutinových nástrojoch) → vstrekovanie plastov.

Nástroje a čas uvedenia na trh:

• Potrebujete rýchle a lacné nástroje → extrúzia.
• Ochota investovať do presnosti a funkcií → vstrekovanie plastov.

V prípade pochybností vytvorte prototyp včas, zapojte výrobných inžinierov do kontrol DFM a vykonajte rýchlu analýzu bodu zvratu porovnávajúcu náklady na formu a rýchlosť linky s nákladmi na formu, dutinami a časom cyklu.

Záver: Výber medzi vstrekovaním a extrúziou

Rozdiely medzi vstrekovaním plastov a extrúziou sú v konečnom dôsledku skôr o vlastnostiach než o výhodách a nevýhodách a výber medzi nimi spočíva v tom, ktorý proces lepšie vyhovuje danej úlohe. Vaše rozhodnutie by sa malo v podstate riadiť geometriou vášho konečného produktu. Okrem toho by ste mali venovať väčšiu pozornosť aj rozpočtu, časovému harmonogramu a objemu.

Vďaka tomu si môžete s istotou vybrať výrobný proces pri orientácii v odvetví výroby plastov pre lisovacie služby.

často kladené otázky

Ako sa výber materiálu pre jeden proces líši od druhého z hľadiska prísad?

Hoci oba procesy používajú rovnaké základné termoplasty, zloženie (prísady ako farbivá, UV stabilizátory alebo mazivá) sa môže líšiť. Extrudované zmesi môžu byť optimalizované pre vynikajúcu tepelnú stabilitu, aby odolali nepretržitému tepelnému pôsobeniu vo valci. Vstrekovacie materiály môžu byť formulované pre rýchlejšie prietoky, aby sa rýchlo vyplnili tenké steny a zložité formy.

Existujú nejaké geometrie súčiastok, ktoré spadajú do “sivej zóny” medzi týmito dvoma procesmi?

Áno, niektoré diely môžu byť náročné. Dlhý, rovný diel s konštantným prierezom, ale malými, zložitými podrezaniami, by sa mohol extrudovať a potom podrobiť sekundárnemu tvárneniu, alebo by mohlo byť nákladovo efektívnejšie ho vstrekovať do viacerých sekcií. Podobne by sa veľmi veľký, plochý diel mohol potenciálne vyrobiť extrúziou (ako plech) alebo vstrekovaním vo veľkom meradle, čo si vyžaduje podrobnú analýzu nákladov a výnosov.