Prehľad typov procesov vstrekovania plastov

Vstrekovanie plastov je jednou z najrozvinutejších výrobných techník v modernom priemysle. Počet jej variantov rastie s rastúcimi nárokmi výroby. V tomto článku vám ponúkneme stručný, ale presný prehľad typov vstrekovania plastov, ktoré sa v súčasnosti používajú.

Čo definuje vstrekovanie plastov

Vstrekovanie je úkon použitia vstrekovacieho lisu na vtláčanie roztavenej suroviny pod tlakom do dutiny oceľovej alebo hliníkovej formy. Po stuhnutí do súčiastky sa z formy vytlačí a cyklus sa opakuje. “Typ” vstrekovania je definovaný tromi spoločne pôsobiacimi pákami: architektúra formy, materiálový systém a metóda spracovania. Zmeňte ktorýkoľvek z nich a ekonomika a kapacita sa zmenia.

Základné typy procesov vstrekovania plastov

Štandardné vstrekovanie termoplastov

Ako jedna z najrozšírenejších verzií vstrekovania plastov používa štandardné vstrekovanie termoplastov bežné živice ako ABS, polykarbonát (PC), polypropylén (PP), nylon (PA) a zmesi ako PC/ABS. Hodí sa na kryty, konzoly, rámy, časti spotrebičov, čokoľvek so stenami blízkymi konvenčným normám (približne 2 – 4 mm pre mnohé živice) a strednými vlastnosťami.

Vstrekovanie plastov do foriem ponúka najnižšie náklady na diel pri objeme výroby, najširšiu paletu materiálov a vyspelé postupy výroby nástrojov. Rodinné formy a horúce vtoky pomáhajú znižovať odpad. Vďaka optimalizovanému vstrekovaniu a chladeniu sú cykly rýchle a opakovateľnosť vynikajúca. Zvyčajne je to prvá zastávka, pokiaľ geometria alebo výkon nenútia tím k špecializovanému procesu.

Tenkostenné vstrekovanie plastov

Tenkostenné lisovanie sa zameriava na diely tenšie, ako sa bežne používa, často na 0,4 – 0,8 mm, občas aj menej, v závislosti od živice a dĺžky toku. Spomeňte si na kryty smartfónov, batériové bloky a spotrebnú elektroniku s vysokou hustotou, kde záleží na odstránení aj jednej desatiny milimetra.

Tento proces sa vyznačuje vyššími vstrekovacími tlakmi, vyššími rýchlosťami vstrekovania a starostlivo vyváženými systémami vstrekovacích kanálov, ktoré tlačia živicu dlhými, úzkymi dráhami prúdenia. Formy vyžadujú robustný výber ocele, leštené prietokové kanály a agresívne odvetrávanie. Stroje vyžadujú vysokorýchlostnú odozvu a dostatočnú upínaciu silu na vyrovnanie špičkových tlakov v dutine.

Má to však aj určité nevýhody: nástroje sú zložitejšie a procesné okno je užšie.

Mikro vstrekovanie plastov

Mikroformovanie vyrába súčiastky merané v miligramoch až gramoch s mikroskopickými prvkami: mikrofluidné čipy, drobné ozubené kolesá, hroty katétrov alebo komponenty mikroskopického stolíka. Veľkosti hradiel a objemy vstrekovaných materiálov sú nepatrné a kontrola času zotrvania je kľúčová, aby sa zabránilo degradácii materiálu.

Táto high-tech presná metóda je schopná vyrezať prvky s rozmermi menšími ako 100 µm, zabezpečiť presné tolerancie a ultra konzistentné dávkovanie v jednotlivých dávkach. Vzhľadom na zložitosť procesu sa výber materiálov prikláňa k stabilným živiciam vhodným pre čisté priestory (PEEK, PEI, PP medicínskeho typu). Nástroje sú drahé a chúlostivé. Keď sú však diely malé a objemy vysoké, žiadna iná metóda im nekonkuruje v opakovateľnosti a nákladoch na kus.

Preliatie, vloženie a viacnásobné vstrekovanie

Prelisovanie

Prelievaním sa nanáša jeden materiál na druhý, zvyčajne mäkký elastomér na pevný podklad, ako napríklad priľnavý preliatok na rukoväti elektrického náradia. Zlepšuje ergonómiu, tesnenie, tlmenie nárazov a estetiku bez nutnosti montážneho kovania.

Bežné prístupy:

• Dvojstupňové vstrekovanie: najprv sa vyformuje pevný substrát a potom sa umiestni do druhej formy na mäkké vstrekovanie.
• Preliatie vo forme: v rámci jedného nástroja, ktorý otáča alebo presúva diel medzi dutinami.

Vložiť lištu

Vstrekovanie vložiek zahŕňa zapuzdrenie vopred umiestneného komponentu, často kovového, do lisovaného plastu. Medzi typické vložky patria závitové výstupky, puzdrá, lisované kontakty, magnety alebo puzdrá senzorov. Nahrádza sekundárnu zostavu a zlepšuje pevnosť spoja a presnosť polohy.

Na spustenie výrobných postupov sa vložky najprv vložia manuálne alebo automatizovane, držia sa pomocou prvkov alebo vákua a potom sa prebalia živicou. Nástroj musí zvládať rozdielnu tepelnú rozťažnosť, aby sa predišlo praskaniu alebo namáhaniu na rozhraní plast-kov.

Je ideálny, keď súčiastka vyžaduje lokalizovanú mechanickú pevnosť alebo vodivosť bez nutnosti kompletného kovového spracovania, ako sú napríklad lekárske Luer spojky s kovovými závitmi, automobilové svorky s oceľovými opotrebovateľnými povrchmi alebo konektory so zabudovanými terminálmi.

Dvojnásobné a trojnásobné formovanie

Viacnásobné vstrekovanie vstrekuje dva alebo viac materiálov (alebo farieb) postupne v rámci tej istej bunky a často aj tej istej formy. Rotačné dosky, mechanizmy spätného rázu jadra alebo indexovacie systémy automaticky presúvajú čiastočne vyformovaný diel do ďalšej dutiny. Poskytujú bezšvíkové spoje, čisté farebné prechody, integrované tesnenia, živé pánty alebo kombinácie tvrdých a mäkkých materiálov bez manuálnej manipulácie. Taktiež odomykajú jedinečné funkcie, ako sú priehľadné okná vyformované s nepriehľadnými telesami.

S pomocou plynu/vody a spoločné vstrekovanie

Vstrekovanie s pomocou plynu

Plynové lisovanie vstrekuje inertný plyn (zvyčajne dusík) po čiastočnom vyplnení dutiny živicou. Plyn vytvára duté kanály pozdĺž hrubších častí, čím tlačí roztavené plastové materiály smerom k vzdialenejším koncom a vytvára plastové diely s menším poklesom, deformáciou a hmotnosťou. Má tiež určité jedinečné požiadavky na konštrukciu formy, pretože odvzdušňovacie otvory a plynové kolíky musia byť starostlivo navrhnuté.

Dokáže vyrábať širokú škálu plastových výrobkov vrátane veľkých rukovätí, rámov televízorov, nábytkových komponentov a podvozkov automobilov. lisovacie diely s hrubými rebrami. Umožňuje hrubšie kozmetické rezy bez stôp prepadnutia a môže skrátiť čas cyklu odstránením hmoty, ktorá by inak potrebovala chladenie.

Vstrekovanie plastov s asistenciou vody

Podobný princíp, iné médium. Pri lisovaní s pomocou vody sa vstrekuje voda na vytvorenie dutých profilov, ktoré sú vhodné najmä pre zložité, dlhé rúrkové tvary s ohybmi, ako sú kľučky dverí automobilov, potrubia ostrekovačov a potrubia spotrebičov.

Tento výrobný proces je známy rýchlejším odvodom tepla (voda sa rýchlo ochladzuje), hladkými vnútornými stenami a konzistentnejšími dutými prierezmi v porovnaní s plynom v určitých geometriách. Nástroje musia zvládať manažment vody, odolnosť proti korózii a presné odvodnenie.

Spoločné vstrekovanie (sendvičové) formy

Spoločné vstrekovanie vytvára štruktúru povrch-jadro: vysokoúčinný alebo kozmetický povrch zapuzdruje inú jadrovú živicu. Jadro môže byť z recyklovaného polyméru, bariérového materiálu alebo živice s prispôsobenými vlastnosťami (napr. penové jadro pre zvýšenie pomeru tuhosti k hmotnosti). Je to najlepšie na optimalizáciu nákladov na materiál bez obetovania vzhľadu alebo regulačných kontaktných vrstiev. Obaly na potraviny často využívajú bariérové povrchy a spotrebný tovar môže používať recyklované jadrá pod panenským povrchom kvôli estetike a výkonu.

Elastomér, LSR a termoset/RIM

Vstrekovanie tekutého silikónového kaučuku (LSR)

Lisovanie LSR využíva dvojzložkové silikónové systémy vytvrdené platinou, ktoré sa dávkujú a miešajú v lise a potom sa vstrekujú do formy so studeným vtokom, kde sa vytvrdzujú vo vyhrievanej dutine. Pretože LSR je termosetický elastomér, nepretavuje sa: zosieťuje a drží si tvar aj pri teple.

LSR ponúka vynikajúcu chemickú odolnosť, biokompatibilitu, široký rozsah prevádzkových teplôt a pripravenosť na použitie v čistých priestoroch. Je vhodný pre produkty ako tesnenia a tesniace krúžky, detské výrobky, nositeľnú elektroniku, zdravotnícke komponenty a silikóny optickej kvality pre šošovky.

Vstrekovanie TPE/TPV a gumy

Termoplastické elastoméry (TPE) a termoplastické vulkanizáty (TPV) sa správajú ako guma, ale spracovávajú sa na štandardných termoplastických lisoch, čo umožňuje recykláciu a prelisovanie na pevné substráty. Sú bežné pre rukoväte, tesnenia, vlnovce a tlmiče vibrácií.

Keď je potrebný pravý kaučuk, nitril, EPDM, fluórelastoméry alebo vstrekovanie kaučuku vytvrdzujú materiál vo forme. Cykly sú dlhšie a nástroje musia riadiť kinetiku vytvrdzovania a odvetrávanie prchavých látok. Výber často závisí od cieľov chemickej a teplotnej odolnosti.

Termosetové a reakčné vstrekovanie plastov (RIM)

Vstrekovanie termosetov spracováva živice, ktoré nenávratne vytvrdzujú: fenoly, epoxidy a niektoré polyestery. Reakčné vstrekovanie plastov (RIM) mieša reaktívne zložky s nízkou viskozitou (bežne polyuretánové systémy) a vstrekuje ich do formy, kde polymerizujú. Používa sa na veľké panely a kryty, nárazníky absorbujúce energiu a konštrukčné komponenty s integrovanými rebrami. RIM vyniká pre hrubé, veľké diely s nižším vnútorným napätím a nižšími upínacími silami vďaka nízkej počiatočnej viskozite.

Vzhľadom na povahu materiálov nie je šrot znovu taviteľný a teploty nástrojov a cykly vytvrdzovania výrazne ovplyvňujú priepustnosť. Pri malých sériách veľkých dielov však RIM často prekonáva termoplastické nástroje v celkových nákladoch.

Práškové vstrekovanie plastov (MIM/CIM)

Vstrekovanie kovov (MIM)

MIM mieša jemné kovové prášky s polymérnym spojivom, čím vytvára vstupnú surovinu, ktorú je možné vstrekovať do zložitých tvarov. Po vstrekovaní sa diely zbavujú spojiva, aby sa odstránilo spojivo, a spekaním sa kov zhustne, pričom sa zvyčajne dosahuje teoretická hustota 95 – 991 TP3T.

Silné stránky tejto operácie spočívajú vo výnimočnom rozlíšení prvkov pre malé, zložité kovové komponenty, ozubené kolesá, západky, pánty, chirurgické nástroje, komponenty strelných zbraní. MIM konkuruje CNC obrábaniu, keď sú objemy vysoké a geometrie sa ťažko frézujú.

Keramické vstrekovanie plastov (CIM)

CIM sa riadi rovnakou logikou ako MIM, ale s keramickými práškami, ako je zirkónia alebo oxid hlinitý. Umožňuje výrobu opotrebovaniu odolných, elektricky izolačných a vysokoteplotných komponentov s jemnými detailmi, ako sú trysky, zubné súčiastky a izolátory senzorov.

Záver

Rozsiahla škála procesov vstrekovania plastov podčiarkuje základný princíp modernej výroby: vyberte si ten správny nástroj pre váš konkrétny prípad. Existencia toľkých variantov dokazuje, že žiadna metóda nie je univerzálne lepšia; skôr každá predstavuje riešenie na mieru.

Výber konkrétneho typu vstrekovacieho lisu je v konečnom dôsledku strategické rozhodnutie, ktoré presahuje samotnú geometriu súčiastky. Pre správny výber výrobného procesu pre vaše súčiastky je potrebné pred rozhodnutím zohľadniť všetky ovplyvňujúce faktory. Prípadne môžete spolupracovať s výrobcom a získať pomoc od priemyselných expertov.

často kladené otázky

Aké sú kľúčové faktory ovplyvňujúce náklady okrem samotnej formy pre tieto špecializované procesy?

Hoci výroba nástrojov predstavuje významný počiatočný náklad, priebežné náklady sú silne ovplyvnené procesom. Medzi kľúčové faktory patrí odpad materiálu (šrot z vtokových kanálov pri štandardnom formovaní oproti žiadnemu odpadu pri horúcich vtokoch), čas cyklu (dlhšie cykly pre hrubé diely alebo termosetiky), sekundárne operácie (odstraňovanie spojiva/spekanie pre PIM, konečná úprava dielov) a požadovaná úroveň automatizácie.

Môžu byť tieto rôzne procesy tvarovania kombinované v jednom diele?

Áno, môžete. V skutočnosti sú hybridné prístupy hranicou pokročilej výroby. Napríklad, diel by sa dal vyrobiť pomocou plynového lisovania na vydlabanie hrubej časti a potom by sa z neho dala urobiť druhá operácia pre mikrolisované prvky. Ďalším príkladom je použitie vkladacieho lisovania na umiestnenie kovového komponentu, ktorý je neskôr prelisovaný mäkkým TPE. To si však často vyžaduje sofistikované plánovanie výroby a viacero výrobných buniek.