Czym jest formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych? Kompletny przewodnik

Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych jest jednym z najczęściej stosowanych obecnie procesów produkcyjnych. Od części samochodowych po urządzenia medyczne i elektronikę użytkową, formowane wtryskowo komponenty z tworzyw sztucznych stanowią ogromną część produktów, z których korzystamy na co dzień.

Ale czym dokładnie jest formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych? I w jaki sposób ten proces działa, tworząc plastikowe części wokół nas?

W tym kompletnym przewodniku, jako profesjonalista formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych Producent omówi wszystko, co musisz wiedzieć, w tym:

• Czym jest formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych?
• Proces formowania wtryskowego krok po kroku
• Różne rodzaje formowania wtryskowego
• Maszyny do formowania wtryskowego tworzyw sztucznych
• Zalety i wady
• Rozważania projektowe i ograniczenia
• Typowe wady części formowanych wtryskowo

Jeśli więc chcesz dokładnie zrozumieć, czym jest i jak działa formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych, czytaj dalej.

Czym jest formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych?

Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych to wielkoseryjny proces produkcyjny, w którym płynne tworzywo sztuczne jest wtryskiwane do formy pod bardzo wysokim ciśnieniem. Następnie tworzywo sztuczne schładza się i zestala w końcową część.

Oto krótkie podsumowanie podstawowego procesu formowania wtryskowego:

1. Plastikowe granulki są podawane do wtryskarki przez lej zasypowy
2. Granulki są stopniowo przesuwane do przodu przez długi, obracający się ślimak
3. Tarcie i ciepło zmiękczają granulki podczas ich przesuwania.
4. Gdy granulki dotrą do końca ślimaka, będą stopionym plastikiem (około 450oF).
5. Płynne tworzywo sztuczne jest wtryskiwane pod wysokim ciśnieniem do stalowej formy
6. Szybko schładza się i krzepnie, gdy uderza w ścianki formy
7. Forma otwiera się i gotowa część jest wyrzucana
8. Często wymagane są operacje flashowania i wykańczania

Ten szybki i wysoce zautomatyzowany proces sprawia, że formowanie wtryskowe jest niezwykle opłacalne w przypadku produkcji wielkoseryjnej. Proces formowania wtryskowego zapewnia również wyjątkową spójność i powtarzalność każdej części, jeśli jest wykonywany prawidłowo.

Proces formowania wtryskowego krok po kroku

Przyjrzyjmy się teraz bardziej szczegółowo procesowi formowania wtryskowego. Prześledzimy drogę plastikowego elementu krzesła od plastikowego granulatu do gotowej części.

1. Zaciskanie

Nasza wtryskarka składa się z dwóch połówek stalowej formy, zamocowanych w orientacji pionowej. Stała połowa jest bezpiecznie zaciśnięta na ruchomej połowie "rdzenia".

Te dwie połówki formy tworzą wszystkie zewnętrzne elementy naszego plastikowego elementu krzesła. Pozostają one szczelnie zamknięte pod ciśnieniem przez cały cykl wtrysku, aby zapobiec wyciekom stopionego pod wysokim ciśnieniem tworzywa sztucznego.

Istnieją małe szczeliny tylko dla bram wtryskowych i otworów wentylacyjnych. Będziemy potrzebować ton ciśnienia, aby wstrzyknąć płynny plastik do małej wnęki formy.

2. Jednostka wtryskowa

Teraz plastikowe granulki spadają kaskadowo z górnego leja do jednostki wtryskowej, składającej się z podgrzewanej beczki i ślimaka tłokowego.

Gdy ślimak obraca się i cofa, peletki wpadają do pustej przestrzeni z przodu ślimaka. Ciepło tarcia z bębna i ścinanie między granulkami powodują ich zmiękczenie.

3. Ładowanie strzału

Plastikowe granulki gromadzą się przed ślimakiem, topiąc się dalej pod wpływem przewodzonego ciepła. Objętość płynnego śrutu z tworzywa sztucznego rośnie...

W końcu śruba przestaje się obracać, a zamiast tego wtryskuje do przodu, aby dostarczyć zastrzyk. W tym momencie nasz plastik ma około 500oF i jest prawie całkowicie stopiony.

Skok wtrysku musi być szybki, aby zapobiec wczesnemu zestaleniu. Objętość wtrysku jest dokładnie planowana z wyprzedzeniem.

4. Wtrysk do formy

Gdy stopione tworzywo sztuczne wchodzi do formy przez wlewki i prowadnice, powietrze wydostaje się na zewnątrz. Ciśnienie wtrysku osiąga ponad 15 000 PSI!

Forma pozostaje mocno zaciśnięta, aby zapobiec zapłonowi podczas wypełniania wnęki. Na krótko przełączamy się z kontroli prędkości na kontrolę ciśnienia przy napełnianiu objętościowym 95%, aby wypełnić formę.

Stopiony materiał szybko stygnie w kontakcie ze ściankami formy o kontrolowanej temperaturze. Podczas krzepnięcia objętość nieznacznie się zmniejsza. Dodatkowe ciśnienie powoduje upakowanie większej ilości materiału, aby to zrekompensować.

5. Chłodzenie i krzepnięcie

Po całkowitym napełnieniu, ciśnienie utrzymuje się jeszcze przez kilka sekund, gdy zasuwa zamyka się. Po tej fazie zatrzymania śruba wtryskowa całkowicie uwalnia ciśnienie.

Nasz plastikowy element zestala się wewnątrz formy, gdy kanały chłodzące cyrkulują wodę, odprowadzając ciepło. Czas chłodzenia trwa co najmniej kilka sekund, ale zwykle kilka minut, w zależności od grubości części i rodzaju tworzywa sztucznego.

6. Wyrzucanie części

W końcu połówki formy rozdzielają się, uwalniając solidny plastikowy element krzesła do wyrzucenia. Kołki wypychacza wypychają go ze stacjonarnej powierzchni formy. Drobne przycinanie usuwa wlewki lub prowadnice.

I gotowe! Nasz ukończony plastikowy element krzesła opada, gotowy do wszelkich dodatkowych operacji, pakowania i wysyłki.

Forma szybko zamyka się ponownie, a roztopione tworzywo sztuczne jest wtryskiwane od nowa, ponownie rozpoczynając cykl formowania wtryskowego. Zautomatyzowana produkcja umożliwia wytwarzanie ogromnych ilości produktów.

Różne rodzaje formowania wtryskowego

Podczas gdy standardowy proces formowania wtryskowego stanowi zdecydowaną większość produkcji, niektóre zastosowania wymagają zmodyfikowanych technik:

1. Formowanie wieloskładnikowe

Produkcja części plastikowych z wielu materiałów może zapewnić duże korzyści w zakresie wydajności. Formowanie wieloskładnikowe łączy różne tworzywa sztuczne w jednym procesie wtrysku.

Typowym przykładem jest umieszczanie metalowych wkładek wewnątrz plastikowej formy, co eliminuje konieczność montażu wtórnego. Formowanie wielomateriałowe wymaga jednak bardziej złożonego oprzyrządowania.

2. Formowanie wtryskowe ze wspomaganiem gazowym

Wtryskiwanie azotu pod ciśnieniem do stopionego tworzywa tworzy puste kanały wewnętrzne w formowanych częściach. Gaz wypiera tworzywo sztuczne, rozszerzając wewnętrzne przestrzenie.

Wspomaganie gazowe jest pomocne w zmniejszaniu śladów zagłębień w bardzo grubych plastikowych sekcjach. Znacznie rozjaśnia również części. Gaz pod ciśnieniem wypycha plastik, zwiększając jego wytrzymałość.

3. Dekorowanie w formie

Dekorowanie w formie bezpośrednio nakłada nadrukowaną dekorację na powierzchnię części z tworzywa sztucznego podczas formowania, eliminując przetwarzanie wtórne. Typowe techniki obejmują etykietowanie w formie, powłoki lub folie.

Ponieważ dekoracja zostaje osadzona i uszczelniona pod przezroczystą warstwą plastiku, dekorowanie w formie umożliwia uzyskanie bardzo trwałej grafiki powierzchniowej odpornej na zużycie, odpryskiwanie lub łuszczenie.

Maszyny do formowania wtryskowego tworzyw sztucznych

Do formowania wtryskowego pod wysokim ciśnieniem i z precyzyjną kontrolą wymagane są zaawansowane maszyny. Oto główne typy maszyn do formowania wtryskowego, które można napotkać:

Hydrauliczne maszyny do formowania wtryskowego

Prasy hydrauliczne dominują od początków formowania wtryskowego. Płyn hydrauliczny popycha tłok, generując siłę zacisku. Elektryczny silnik śrubowy bezpośrednio obraca śrubę wtryskową.

Hydraulika, choć solidna i niezawodna, jest kosztowna w eksploatacji ze względu na nieefektywne pompy i silniki. Naśladowanie modelu całkowicie elektrycznego jest również trudne.

Hybrydowe maszyny do formowania wtryskowego

Maszyny hybrydowe wykorzystują siłę hydrauliczną w jednostce zaciskowej w połączeniu z elektrycznym napędem ślimaka. Zapewnia to znacznie lepszą wydajność energetyczną i kontrolę wtrysku.

Hybrydy stanowią dobre połączenie między hydrauliką a pełną elektryką. Są bardziej przystępne cenowo niż maszyny elektryczne, a jednocześnie pozwalają obniżyć koszty operacyjne.

W pełni elektryczne maszyny do formowania wtryskowego

Jak sama nazwa wskazuje, w pełni elektryczne wtryskarki wykorzystują silniki elektryczne do 100% swoich funkcji motorycznych - zaciskania, uplastyczniania i wtrysku.

Praktycznie każdy ruch można precyzyjnie zaprogramować za pomocą maszyn elektrycznych. Możliwe są gwałtowne przyspieszenia, natychmiastowe zmiany kierunku i dokładna kontrola temperatury stopionego tworzywa sztucznego.

Choć bardzo wydajne, w pełni elektryczne wtryskarki mają znacznie wyższe koszty początkowe. Precyzyjna kontrola procesu musi uzasadniać wyższą cenę w danym zastosowaniu.

Zalety formowania wtryskowego tworzyw sztucznych

Oto niektóre z kluczowych korzyści, jakie oferuje formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych w porównaniu z innymi metodami produkcji, takimi jak Obróbka CNC lub druk 3D:

Niezwykle wysoka prędkość produkcji - Gdy wtryskarka zacznie produkować części, może generować setki, a nawet tysiące jednostek na godzinę. Automatyzacja umożliwia produkcję przez całą dobę.

Wysoki stosunek wytrzymałości do masy - Wybierając żywice plastikowe wypełnione szkłem lub węglem, uzyskuje się bardzo sztywne i lekkie części, których wytrzymałość konkuruje z obrabianym aluminium.

Doskonała dokładność i spójność części - Prawidłowo konserwowane wtryskarki wytwarzają niezwykle spójne produkty. Ścisła kontrola procesu zapewnia części o identycznych wymiarach.

Zakres dostępnych tworzyw sztucznych - Setki tworzyw sztucznych obejmują zarówno sztywne nylony wypełnione szkłem, jak i miękkie, elastyczne winyle. Formowanie wtryskowe obsługuje je wszystkie.

Niższe koszty przy dużych wolumenach produkcji - Podczas gdy formy wtryskowe są bardzo kosztowne (często pięciocyfrowe kwoty), przyrostowy koszt części jest niezwykle niski. Koszty stałe są szybko amortyzowane przez wielkość produkcji.

Minimalne operacje dodatkowe - Operacje po formowaniu, takie jak wiercenie lub gwintowanie otworów, stają się zbędne. Zamiast tego forma tworzy wszystkie potrzebne elementy.

Różnorodność wykończeń powierzchni - Od teksturowanych uchwytów po instrumenty o wysokim połysku, wtryskiwanie do polerowanej stali formierskiej lub niklu zapewnia piękny wygląd.

Wady i ograniczenia

Oczywiście, formowanie wtryskowe nie jest również uniwersalnym rozwiązaniem produkcyjnym. Oto kilka minusów, które należy wziąć pod uwagę:

Bardzo wysokie koszty oprzyrządowania - Jak wspomniano powyżej, formy wtryskowe często wymagają pięciocyfrowych cen. Zwiększenie wolumenu produkcji jest jedynym sposobem, aby to zaabsorbować.

Ograniczone geometrie - Należy unikać podciętych powierzchni i ekstremalnych różnic w grubości ścianek. Głębokie wgłębienia wymagają składanych rdzeni, co znacznie zwiększa koszty narzędzi.

Tolerancje powyżej +/- 0,005 cala są trudne. - Obróbka części z tworzyw sztucznych po formowaniu staje się konieczna w przypadku zastosowań precyzyjnych, takich jak łożyska, tuleje lub części medyczne.

Pewne ograniczenia dotyczące szczegółów - Wąskie żebra o grubości poniżej 0,015 cala lub promienie ciaśniejsze niż 0,010 cala nie będą niezawodnie wypełnione. Te drobne szczegóły wymagają dodatkowych rozważań.

Potencjalna degradacja molekularna - Powtarzające się cykle przetwarzania i ponowne mielenie materiału może z czasem zmniejszyć wydajność mechaniczną, ponieważ łańcuchy polimerowe ulegają skróceniu.

Zmiany kolorów wymagają czyszczenia - Zmiana żywicy z tworzywa sztucznego lub koloru wymaga dokładnego oczyszczenia beczki, aby uniknąć zanieczyszczenia. Ten przestój ogranicza produkcję do czasu ustabilizowania się koloru.

Rozważania projektowe i zasady

Staranne planowanie części plastikowych i form wtryskowych na wczesnym etapie pozwoli uniknąć problemów w późniejszym czasie.

Oto kilka wskazówek dotyczących najlepszych praktyk projektowych, które umożliwiają efektywne formowanie wtryskowe:

Jednolite grubości ścianek - Jak wspomniano powyżej, drastyczne zmiany grubości prowadzą do nierównomiernego chłodzenia i problematycznego kurczenia się. Ścianki i żebra nie powinny być grubsze niż 0,125 cala, aby zapewnić krótki czas cyklu.

Narożniki o dużym promieniu - Ostre narożniki działają jak koncentratory naprężeń oraz inhibitory napełniania. Wszystkie narożniki powinny mieć promień równy co najmniej 10% grubości ścianki.

Kąty zanurzenia dla łatwiejszego wyrzucania - Pionowe powierzchnie wymagają minimalnego kąta ciągu 1-2°, aby można je było czysto wyciągnąć z formy. Większe przeciągi dodatkowo poprawiają wydajność formy i wypaczenie komponentów.

Unikaj odchyleń większych niż +/- 0,003 cala - Spójne wymiary umożliwiają całkowite wypełnienie wnęki. Kontury i ściany powinny zachować zgodność w całej geometrii części.

Minimalizacja podcięć - Geometrie wklęsłe wymagają złożenia głównych komponentów w celu uwolnienia części z tworzywa sztucznego, co znacznie zwiększa koszty oprzyrządowania.

Zlokalizuj bramy dla najłatwiejszego napełniania - Lokalizacje bramek mają duży wpływ na wzorce napełniania. Umieszczenie zasuw w najgrubszym miejscu umożliwia uzyskanie największej prędkości wtrysku bez wczesnego zamarzania.

Typowe wady części formowanych wtryskowo

Pomimo najlepszych starań, komponenty formowane wtryskowo nadal często wykazują drobne wady. Oto niektóre z nich:

Flash - Nadmiar materiału wydostający się wzdłuż linii podziału formy przed prawidłowym zaciśnięciem. Błysk wskazuje na niewystarczający tonaż lub problemy z wyrównaniem.

Znaki zlewu - Zlokalizowane wgłębienia spowodowane skurczem chłodzącym w grubszych sekcjach z tworzywa sztucznego. Zagłębienia pojawiają się tam, gdzie objętość materiału zmniejsza się wraz ze wzrostem gęstości.

Wypaczenie - Zniekształcenie skrętne spowodowane nierównomiernym kurczeniem się geometrii części formowanej wtryskowo podczas chłodzenia. niejednolita grubość ścianki jest kluczowym czynnikiem przyczyniającym się do tego.

Linie spawania - Widoczny ślad wzdłuż frontów przepływu stopionego materiału z dwóch miejsc wtrysku. Linie spoin różnią się wyglądem od otaczających obszarów, ale rzadko wpływają na wydajność.

Jetting - Widoczne fale czołowe przepływu spowodowane wyższymi prędkościami wtrysku. Jetting występuje, gdy meta przepływa do nagłej pustej przestrzeni w formie.

Ślady po oparzeniach - Odbarwione lub zwęglone plamy z nadmiernie gorącego plastiku. Rozkład sugeruje zbyt wysoką temperaturę beczki dla danej żywicy.

Krótki strzał - Niekompletne wypełnienie formy. Krótko wystrzelone części odsłaniają linię spoiny i wskazują na nieodpowiednie ciśnienie wypełnienia wtrysku lub siłę zacisku.

Staranne projektowanie form i komponentów minimalizuje te wady. Ale gdy problemy nieuchronnie się pojawią, modyfikacja ciśnienia wtrysku, szybkości napełniania i temperatury formy może naprawić wiele problemów.

Wnioski

Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych oferuje niezrównaną wydajność produkcji przy bardzo dużych wolumenach produkcji. Umożliwia szybką, ekonomiczną produkcję komponentów z tworzyw sztucznych ze ścisłą kontrolą wymiarów w milionach cykli.

Chociaż z pewnością nie nadaje się do niskich serii produkcyjnych, formowanie wtryskowe zapewnia zarówno precyzję, jak i oszczędność na dużą skalę. Wystarczy pamiętać o ograniczeniach projektowych, a części formowane wtryskowo będą doskonale służyć Twojej aplikacji!

Proces formowania wtryskowego wykorzystuje specjalistyczne maszyny do topienia i wtryskiwania tworzyw termoplastycznych do stalowej formy pod wysokim ciśnieniem. Ten zautomatyzowany, ciągły proces pozwala uzyskać części z tworzyw sztucznych o precyzyjnej zgodności wymiarowej w dużych ilościach produkcyjnych.

Mam nadzieję, że ten przewodnik pomógł ci zrozumieć, czym dokładnie jest formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych i jak stało się ono istotną technologią produkcyjną na całym świecie. Daj mi znać, jeśli masz inne pytania dotyczące formowania wtryskowego, na które mogę odpowiedzieć!