Wtrysk

Formowanie wtryskowe (wtryskiwanie w USA) to proces produkcyjny polegający na wytwarzaniu części poprzez wtryskiwanie materiału do formy. Formowanie wtryskowe można wykonać z wielu materiałów, w tym metali (dla których proces ten nazywa się odlewaniem ciśnieniowym), szkła, elastomerów, wyrobów cukierniczych oraz najczęściej polimerów termoplastycznych i termoutwardzalnych. Materiał na część jest podawany do ogrzewanej beczki, mieszany i wtłaczany do wnęki formy, gdzie schładza się i twardnieje do konfiguracji wnęki. Po zaprojektowaniu produktu, zwykle przez projektanta przemysłowego lub inżynier, formy są wykonywane przez wytwórcę form (lub wytwórcę narzędzi) z metalu, zwykle stali lub aluminium, i precyzyjnie obrabiane w celu uzyskania cech pożądanej części. Formowanie wtryskowe jest szeroko stosowane do produkcji różnorodnych części, od najmniejszych elementów po całe panele karoserii samochodów. Postępy w technologii druku 3D, wykorzystujące fotopolimery, które nie topią się podczas formowania wtryskowego niektórych termoplastów o niższych temperaturach, mogą być wykorzystane do niektórych prostych form wtryskowych.

Części przeznaczone do formowania wtryskowego muszą być bardzo starannie zaprojektowane, aby ułatwić proces formowania; należy wziąć pod uwagę materiał użyty do części, pożądany kształt i cechy części, materiał formy oraz właściwości maszyny do formowania. Wszechstronność formowania wtryskowego jest ułatwiona dzięki temu szerokiemu zakresowi rozważań projektowych i możliwości.

Konsultacje

Formowanie wtryskowe służy do tworzenia wielu rzeczy, takich jak szpule z drutu, opakowania, zakrętki do butelek, części i komponenty samochodowe, Gameboye, grzebienie kieszonkowe, niektóre instrumenty muzyczne (i ich części), jednoczęściowe krzesła i stoliki, pojemniki do przechowywania, części mechaniczne (w tym koła zębate) i większość innych dostępnych obecnie produktów z tworzyw sztucznych. Formowanie wtryskowe jest najpowszechniejszą nowoczesną metodą wytwarzania części z tworzyw sztucznych; jest idealny do produkcji dużych ilości tego samego przedmiotu.

Charakterystyka procesu

Formowanie wtryskowe wykorzystuje tłok lub tłok śrubowy do wymuszenia stopionego materiału Plastikowy materiał do wnęki formy; to zestala się w kształt, który jest zgodny z konturem formy. Jest najczęściej używany do przetwarzania zarówno polimerów termoplastycznych, jak i termoutwardzalnych, przy czym objętość tych pierwszych jest znacznie większa. Tworzywa termoplastyczne są powszechne ze względu na cechy, które czynią je bardzo odpowiednimi do formowania wtryskowego, takie jak łatwość, z jaką można je poddać recyklingowi, ich wszechstronność umożliwiająca stosowanie ich w wielu różnych zastosowaniach, oraz ich zdolność do mięknięcia i płynięcia po podgrzaniu. Tworzywa termoplastyczne mają również element bezpieczeństwa w porównaniu z termoutwardzalnymi; jeśli termoutwardzalny polimer nie zostanie wyrzucony z cylindra wtryskowego w odpowiednim czasie, może wystąpić chemiczne sieciowanie, powodujące zablokowanie śruby i zaworów zwrotnych, co może spowodować uszkodzenie wtryskarki.

Formowanie wtryskowe polega na wtryskiwaniu surowca pod wysokim ciśnieniem do formy, która nadaje polimerowi pożądany kształt. Formy mogą mieć jedną wnękę lub wiele wnęk. W formach z wieloma wnękami każde wgłębienie może być identyczne i tworzyć te same części lub może być unikalne i tworzyć wiele różnych geometrii podczas jednego cyklu. Formy są zazwyczaj wykonane ze stali narzędziowej, ale do niektórych zastosowań nadają się formy ze stali nierdzewnej i aluminium. Formy aluminiowe zwykle nie nadają się do produkcji wielkoseryjnej lub części o wąskich tolerancjach wymiarowych, ponieważ mają gorsze właściwości mechaniczne i są bardziej podatne na zużycie, uszkodzenia i odkształcenia podczas cykli wtrysku i zaciskania; jednak formy aluminiowe są opłacalne w zastosowaniach o małej objętości, ponieważ koszty i czas produkcji form są znacznie zmniejszone. Wiele form stalowych jest zaprojektowanych do przetwarzania ponad miliona części w całym okresie ich eksploatacji, a ich wytworzenie może kosztować setki tysięcy dolarów.

Kiedy tworzywa termoplastyczne są formowane, zwykle granulowany surowiec jest podawany przez lej samowyładowczy do ogrzewanej beczki za pomocą śruby posuwisto-zwrotnej. Po wejściu do beczki temperatura wzrasta, a siły Van der Waalsa, które stawiają opór względnemu przepływowi poszczególnych łańcuchów, ulegają osłabieniu w wyniku zwiększenia odległości między cząsteczkami przy wyższych stanach energii cieplnej. Proces ten zmniejsza jego lepkość, co umożliwia płynięcie polimeru wraz z siłą napędową jednostki wtryskowej. Ślimak dostarcza surowiec do przodu, miesza i ujednolica rozkłady termiczne i lepkie polimeru oraz skraca wymagany czas ogrzewania poprzez mechaniczne ścinanie materiału i dodanie znacznej ilości ciepła tarciowego do polimeru. Materiał przepływa do przodu przez zawór zwrotny i zbiera się z przodu ślimaka do objętości zwanej a strzał. Śrut to objętość materiału, która jest używana do wypełnienia gniazda formy, skompensowania skurczu i zapewnienia poduszki (około 10% całkowitej objętości śrutu, która pozostaje w cylindrze i zapobiega dobijaniu ślimaka) do przenoszenia ciśnienia od ślimaka do wnęki formy. Po zebraniu wystarczającej ilości materiału materiał jest wtłaczany pod wysokim ciśnieniem i z dużą prędkością do wnęki formującej część. Aby zapobiec skokom ciśnienia, proces zwykle wykorzystuje pozycję przenoszenia odpowiadającą 95–98% pełnej wnęce, w której śruba przesuwa się ze stałej prędkości do stałej kontroli ciśnienia. Często czasy wtrysku są znacznie poniżej 1 sekundy. Gdy ślimak osiągnie pozycję przenoszenia, zostaje zastosowane ciśnienie uszczelnienia, które kończy wypełnianie formy i kompensuje skurcz termiczny, który jest dość wysoki w przypadku tworzyw termoplastycznych w porównaniu z wieloma innymi materiałami. Ciśnienie wypełnienia jest przykładane do momentu zestalenia się zasuwy (wejścia do wnęki). Brama, ze względu na swoje niewielkie rozmiary, jest zazwyczaj pierwszym miejscem krzepnięcia na całej swojej grubości. Gdy brama stwardnieje, żaden materiał nie może dostać się do wnęki; w związku z tym ślimak porusza się ruchem posuwisto-zwrotnym i pobiera materiał do następnego cyklu, podczas gdy materiał w formie ochładza się, dzięki czemu można go wyrzucić i zachować stabilność wymiarową. Ten czas chłodzenia jest radykalnie skrócony dzięki zastosowaniu przewodów chłodzących, w których krąży woda lub olej z zewnętrznego regulatora temperatury. Gdy wymagana temperatura zostanie osiągnięta, forma otwiera się i zestaw kołków, tulei, ściągaczy itp. jest przesuwany do przodu w celu wyjęcia wyrobu z formy. Następnie forma zamyka się i proces się powtarza.

W przypadku materiałów termoutwardzalnych do cylindra wtryskuje się zwykle dwa różne składniki chemiczne. Składniki te natychmiast rozpoczynają nieodwracalne reakcje chemiczne, które ostatecznie sieciują materiał w jedną połączoną sieć cząsteczek. Gdy zachodzi reakcja chemiczna, dwa płynne składniki trwale przekształcają się w lepkosprężystą substancję stałą. Zakrzepnięcie w cylindrze wtryskowym i ślimaku może być problematyczne i mieć reperkusje finansowe; dlatego istotne jest zminimalizowanie utwardzania termoutwardzalnego w cylindrze. Zazwyczaj oznacza to, że czas przebywania i temperatura prekursorów chemicznych są zminimalizowane w jednostce wtryskowej. Czas przebywania można skrócić, minimalizując objętość cylindra i maksymalizując czasy cyklu. Czynniki te doprowadziły do ​​zastosowania izolowanej termicznie jednostki wtrysku na zimno, która wstrzykuje reagujące chemikalia do izolowanej termicznie gorącej formy, co zwiększa szybkość reakcji chemicznych i skutkuje krótszym czasem potrzebnym do uzyskania zestalonego termoutwardzalnego elementu. Po zestaleniu części zawory zamykają się, aby odciąć system wtrysku i prekursory chemiczne, a forma otwiera się, aby wyrzucić uformowane części. Następnie forma zamyka się i proces się powtarza.

Wstępnie uformowane lub obrobione elementy można wkładać do wnęki, gdy forma jest otwarta, umożliwiając formowanie i zastyganie materiału w następnym cyklu. Ten proces jest znany jako Wstaw listwę i pozwala, aby pojedyncze części zawierały wiele materiałów. Ten proces jest często używany do tworzenia plastikowych części z wystającymi metalowymi śrubami, co pozwala na ich wielokrotne mocowanie i odkręcanie. Technika ta może być również stosowana do etykietowania w formie, a wieczka foliowe mogą być również mocowane do formowanych plastikowych pojemników.

Linia podziału, wlew, ślady przewężek i ślady sworznia wypychacza są zwykle obecne na końcowej części. Żadna z tych cech nie jest zwykle pożądana, ale jest nieunikniona ze względu na charakter procesu. Ślady przewężek pojawiają się przy przewężce, która łączy kanały doprowadzające stopiony materiał (wlew i kanał) z wnęką formującą część. Ślady linii podziału i sworznia wypychacza wynikają z niewielkich niewspółosiowości, zużycia, otworów wentylacyjnych gazowych, luzów dla sąsiednich części w ruchu względnym i/lub różnic wymiarowych współpracujących powierzchni stykających się z wtryskiwanym polimerem. Różnice wymiarowe można przypisać nierównomiernemu odkształceniu wywołanemu ciśnieniem podczas wtrysku, tolerancjom obróbki oraz nierównomiernemu rozszerzaniu i kurczeniu termicznemu elementów formy, które podlegają szybkim cyklom podczas faz wtrysku, pakowania, chłodzenia i wyrzucania procesu . Elementy formy są często projektowane z materiałów o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej. Czynników tych nie można jednocześnie uwzględnić bez astronomicznego wzrostu kosztów projektowania, produkcji, przetwarzania i monitorowania jakości. Umiejętny projektant form i części umieści te wady estetyczne w ukrytych obszarach, jeśli to możliwe.

Historia

Amerykański wynalazca John Wesley Hyatt wraz ze swoim bratem Izajaszem, Hyatt opatentowali pierwszą wtryskarkę w 1872 roku. Ta maszyna była stosunkowo prosta w porównaniu z maszynami używanymi dzisiaj: działała jak duża igła podskórna, używając tłoka do wstrzykiwania plastiku przez ogrzany cylinder do formy. Przemysł rozwijał się powoli przez lata, produkując takie produkty, jak kołnierze, guziki i grzebienie do włosów.

Niemieccy chemicy Arthur Eichengrün i Theodore Becker wynaleźli pierwsze rozpuszczalne formy octanu celulozy w 1903 roku, który był znacznie mniej łatwopalny niż azotan celulozy. Ostatecznie został udostępniony w postaci proszku, z którego można go było łatwo formować wtryskowo. Arthur Eichengrün opracował pierwszą prasę do formowania wtryskowego w 1919 r. W 1939 r. Arthur Eichengrün opatentował formowanie wtryskowe plastyfikowanego octanu celulozy.

Przemysł szybko się rozwijał w latach czterdziestych XX wieku, ponieważ II wojna światowa stworzyła ogromny popyt na niedrogie produkty produkowane masowo. W 1946 roku amerykański wynalazca James Watson Hendry zbudował pierwszą wtryskarkę śrubową, która pozwalała na znacznie dokładniejszą kontrolę nad szybkością wtrysku i jakością produkowanych wyrobów. Ta maszyna umożliwiała również mieszanie materiału przed wstrzyknięciem, dzięki czemu kolorowe lub pochodzące z recyklingu tworzywo sztuczne można było dodać do pierwotnego materiału i dokładnie wymieszać przed wstrzyknięciem. Obecnie wtryskarki śrubowe stanowią zdecydowaną większość wszystkich wtryskarek. W latach siedemdziesiątych Hendry opracował pierwszy proces formowania wtryskowego wspomaganego gazem, który umożliwił produkcję złożonych, pustych w środku artykułów, które szybko stygły. To znacznie poprawiło elastyczność projektowania, a także wytrzymałość i wykończenie produkowanych części, jednocześnie zmniejszając czas produkcji, koszty, wagę i ilość odpadów.

Przemysł formowania wtryskowego tworzyw sztucznych ewoluował przez lata od produkcji grzebieni i guzików do produkcji szerokiej gamy produktów dla wielu branż, w tym motoryzacyjnej, medycznej, lotniczej, produktów konsumenckich, zabawek, hydrauliki, opakowań i budownictwa.

Przykłady polimerów najlepiej nadających się do tego procesu

Można stosować większość polimerów, czasami określanych jako żywice, w tym wszystkie tworzywa termoplastyczne, niektóre tworzywa termoutwardzalne i niektóre elastomery. Od 1995 roku łączna liczba dostępnych materiałów do formowania wtryskowego zwiększała się w tempie 750 rocznie; kiedy zaczął się ten trend, dostępnych było około 18,000 XNUMX materiałów. Dostępne materiały obejmują stopy lub mieszanki wcześniej opracowanych materiałów, dzięki czemu projektanci produktów mogą wybrać materiał o najlepszych właściwościach z szerokiej gamy. Głównymi kryteriami wyboru materiału są wytrzymałość i funkcjonalność wymagane dla części końcowej, a także koszt, ale każdy materiał ma również inne parametry formowania, które należy wziąć pod uwagę. Typowe polimery, takie jak żywice epoksydowe i fenolowe, są przykładami termoutwardzalnych tworzyw sztucznych, podczas gdy nylon, polietylen i polistyren są termoplastyczne. Do stosunkowo niedawna sprężyny z tworzywa sztucznego nie były możliwe, ale postęp we właściwościach polimerów sprawił, że są one teraz całkiem praktyczne. Zastosowania obejmują klamry do mocowania i rozłączania taśm sprzętu zewnętrznego.

Zakup / sprzedaż sprzętu

Wtryskarki składają się z zasobnika materiału, tłoka wtryskowego lub tłoka śrubowego oraz zespołu grzewczego. Znane również jako prasy, utrzymują formy, w których kształtowane są komponenty. Prasy są oceniane według tonażu, który wyraża siłę zacisku, jaką może wywierać maszyna. Siła ta utrzymuje formę zamkniętą podczas procesu wtrysku. Tonaż może wahać się od mniej niż 5 ton do ponad 9,000 1.8 ton, przy czym wyższe wartości są stosowane w stosunkowo niewielu operacjach produkcyjnych. Całkowita potrzebna siła docisku jest określona przez rzutowany obszar formowanej części. Ta rzutowana powierzchnia jest mnożona przez siłę docisku od 7.2 do 4 ton na każdy centymetr kwadratowy rzutowanych powierzchni. Z reguły 5 lub XNUMX ton na cal² można stosować do większości produktów. Jeśli tworzywo sztuczne jest bardzo sztywne, wypełnienie formy będzie wymagało większego ciśnienia wtrysku, a tym samym większego tonażu docisku, aby utrzymać zamkniętą formę. Wymaganą siłę można również określić na podstawie użytego materiału i rozmiaru części; większe części wymagają większej siły mocowania.

pleśń

pleśń or umierać są powszechnymi terminami używanymi do opisania narzędzia używanego do produkcji części z tworzyw sztucznych w formie.

Ponieważ formy były drogie w produkcji, były zwykle używane tylko w produkcji masowej, w której wytwarzano tysiące części. Typowe formy są zbudowane ze stali hartowanej, stali wstępnie hartowanej, aluminium i/lub stopu berylowo-miedziowego. Wybór materiału do budowy formy to przede wszystkim kwestia ekonomiczna; generalnie budowa form stalowych kosztuje więcej, ale ich dłuższa żywotność zrekompensuje wyższy koszt początkowy w porównaniu z większą liczbą części wykonanych przed zużyciem. Formy ze stali wstępnie hartowanej są mniej odporne na zużycie i są stosowane w przypadku mniejszych wymagań objętościowych lub większych elementów; ich typowa twardość stali wynosi 38–45 w skali Rockwella-C. Formy ze stali hartowanej są poddawane obróbce cieplnej po obróbce; są one zdecydowanie lepsze pod względem odporności na zużycie i żywotności. Typowa twardość mieści się w zakresie od 50 do 60 Rockwell-C (HRC). Formy aluminiowe mogą kosztować znacznie mniej, a po zaprojektowaniu i obróbce za pomocą nowoczesnego skomputeryzowanego sprzętu mogą być ekonomiczne w przypadku formowania dziesiątek, a nawet setek tysięcy części. Miedź berylowa jest stosowana w obszarach formy, które wymagają szybkiego odprowadzania ciepła lub w obszarach, w których wytwarza się najwięcej ciepła ścinającego. Formy mogą być wytwarzane za pomocą obróbki CNC lub przy użyciu procesów obróbki elektroerozyjnej.

Projektowanie form

Forma składa się z dwóch podstawowych elementów: formy wtryskowej (płyta A) i formy wypychającej (płyta B). Te składniki są również określane jako wypraska i wytwórca form. Żywica plastyczna wchodzi do formy przez a wlew or brama w formie wtryskowej; tuleja wlewowa ma ściśle przylegać do dyszy cylindra wtryskowego wtryskarki i umożliwiać przepływ stopionego tworzywa sztucznego z cylindra do formy, zwanej również jama. Tuleja wlewowa kieruje stopione tworzywo sztuczne do obrazów wnęki przez kanały, które są obrabiane w powierzchniach płyt A i B. Kanały te umożliwiają przepływ tworzywa sztucznego wzdłuż nich, dlatego są one określane jakobiegaczy. Stopione tworzywo sztuczne przepływa przez kanał i wchodzi do jednej lub kilku wyspecjalizowanych bramek oraz do geometrii wnęki, aby uformować pożądaną część.

Ilość żywicy potrzebna do wypełnienia wlewu, kanału i ubytków formy stanowi „śrut”. Powietrze uwięzione w formie może wydostawać się przez otwory wentylacyjne, które są wyszlifowane w linii podziału formy lub wokół kołków wypychacza i prowadnic, które są nieco mniejsze niż utrzymujące je otwory. Jeśli uwięzione powietrze nie może się wydostać, zostaje sprężone przez ciśnienie dopływającego materiału i wciśnięte w narożniki wnęki, gdzie uniemożliwia wypełnienie i może również powodować inne wady. Powietrze może nawet zostać tak skompresowane, że zapali się i spali otaczające tworzywo sztuczne.

Aby umożliwić wyjęcie wypraski z formy, elementy formy nie mogą nachodzić na siebie w kierunku otwierania formy, chyba że części formy są zaprojektowane tak, aby przemieszczały się spomiędzy takich nawisów podczas otwierania formy (za pomocą elementów zwanych podnośnikami ).

Boki części, które wydają się równoległe do kierunku rysowania (oś pozycji z rdzeniem (otwór) lub wkładka jest równoległa do ruchu formy w górę i w dół podczas otwierania i zamykania) są zwykle lekko pochylone, zwane pochyleniem, aby ułatwić wyjmowanie części z formy. Niewystarczający ciąg może spowodować deformację lub uszkodzenie. Ciąg wymagany do uwolnienia formy zależy przede wszystkim od głębokości wnęki: im głębsze wnęki, tym większy jest niezbędny ciąg. Przy określaniu wymaganego zanurzenia należy również wziąć pod uwagę skurcz. Jeśli powłoka jest zbyt cienka, uformowana część będzie miała tendencję do kurczenia się na rdzeniach, które tworzą się podczas chłodzenia i przylegania do tych rdzeni, lub część może się wypaczać, skręcać, tworzyć pęcherze lub pękać, gdy wnęka zostanie odciągnięta.

Forma jest zwykle zaprojektowana w taki sposób, że formowana część niezawodnie pozostaje po stronie wyrzutnika (B) formy po jej otwarciu i wyciąga kanał wlewowy i wlew ze strony (A) wraz z częściami. Następnie część spada swobodnie po wyrzuceniu ze strony (B). Bramy tuneli, znane również jako bramki łodzi podwodnej lub formy, znajdują się poniżej linii podziału lub powierzchni formy. Otwór jest obrabiany w powierzchni formy na linii podziału. Wypraska jest wycinana (przez formę) z układu wlewowego podczas wyrzucania z formy. Kołki wypychacza, znane również jako kołki wybijające, to okrągłe kołki umieszczone w jednej z połówek formy (zwykle w połówce wypychacza), które wypychają gotowy uformowany produkt lub układ wlewowy z formy. Wypychanie wyrobu za pomocą szpilek, tulei, ściągaczy itp. może powodować niepożądane odciski lub zniekształcenia, dlatego należy zachować ostrożność podczas projektowania formy.

Standardowa metoda chłodzenia polega na przepuszczaniu chłodziwa (zwykle wody) przez szereg otworów wywierconych w płytach formy i połączonych wężami w celu utworzenia ciągłej ścieżki. Chłodziwo pochłania ciepło z formy (która pochłonęła ciepło z gorącego tworzywa sztucznego) i utrzymuje formę w odpowiedniej temperaturze, aby zestalić tworzywo sztuczne w najbardziej efektywnym tempie.

Aby ułatwić konserwację i odpowietrzanie, wnęki i rdzenie są podzielone na części, zwane Wkładyi podzespoły, nazywane również Wkłady, Blokilub gonić bloki. Przez zastąpienie wymiennych wkładek jedna forma może wykonać kilka odmian tej samej części.

Bardziej złożone części są formowane przy użyciu bardziej złożonych form. Mogą mieć sekcje zwane prowadnicami, które poruszają się do wnęki prostopadłej do kierunku rysowania, tworząc wystające elementy części. Po otwarciu formy suwaki są odrywane od części z tworzywa sztucznego za pomocą stacjonarnych „kołków kątowych” na stacjonarnej połowie formy. Kołki te wchodzą w szczelinę w prowadnicach i powodują przesuwanie prowadnic do tyłu, gdy otwiera się ruchoma połowa formy. Część jest następnie wyrzucana, a forma zamyka się. Działanie zamykające formy powoduje, że suwaki przesuwają się do przodu wzdłuż sworzni kątowych.

Niektóre formy umożliwiają ponowne wstawienie wcześniej uformowanych części, aby umożliwić utworzenie nowej warstwy tworzywa sztucznego wokół pierwszej części. Jest to często określane jako obtrysk. System ten pozwala na produkcję jednoczęściowych opon i kół.

Formy dwustrzałowe lub wielostrzałowe są przeznaczone do „obtryskiwania” w ramach jednego cyklu formowania i muszą być przetwarzane na specjalistycznych wtryskarkach z dwoma lub więcej jednostkami wtryskowymi. Ten proces jest w rzeczywistości procesem formowania wtryskowego wykonywanym dwukrotnie i dlatego ma znacznie mniejszy margines błędu. W pierwszym etapie materiał w kolorze bazowym jest formowany w podstawowy kształt, który zawiera miejsca na drugie ujęcie. Następnie drugi materiał, w innym kolorze, jest wtryskiwany w te przestrzenie. Na przykład przyciski i klawisze wykonane w tym procesie mają oznaczenia, które nie mogą się zetrzeć i pozostają czytelne przy intensywnym użytkowaniu.

Forma może wyprodukować kilka kopii tych samych części w jednym „zdjęciu”. Liczba „odcisków” w formie tej części jest często błędnie nazywana kawitacją. Narzędzie z jednym wyciskiem będzie często nazywane formą z pojedynczym wyciskiem (wnęką). Forma z 2 lub więcej wnękami z tych samych części będzie prawdopodobnie określana jako forma wielokrotnego wyciskania (wnęki). Niektóre formy o bardzo dużej wielkości produkcji (takie jak nakrętki do butelek) mogą mieć ponad 128 wnęk.

W niektórych przypadkach oprzyrządowanie z wieloma wnękami spowoduje uformowanie szeregu różnych części w tym samym narzędziu. Niektórzy twórcy narzędzi nazywają te formy formami z rodziny form, ponieważ wszystkie części są ze sobą powiązane. Przykłady obejmują zestawy modeli plastikowych.

Przechowywanie pleśni

Producenci dokładają wszelkich starań, aby chronić niestandardowe formy ze względu na ich wysokie średnie koszty. Utrzymywany jest idealny poziom temperatury i wilgotności, aby zapewnić jak najdłuższą żywotność każdej niestandardowej formy. Formy niestandardowe, takie jak te stosowane do formowania wtryskowego gumy, są przechowywane w środowiskach o kontrolowanej temperaturze i wilgotności, aby zapobiec wypaczeniu.

Materiały narzędziowe

Stal narzędziowa jest często używana. Stal miękka, aluminium, nikiel lub żywica epoksydowa nadają się tylko do prototypów lub bardzo krótkich serii produkcyjnych. Nowoczesne twarde aluminium (stopy 7075 i 2024) z odpowiednią konstrukcją formy może z łatwością wytwarzać formy o żywotności 100,000 XNUMX lub więcej części przy odpowiedniej konserwacji formy.

obróbka

Formy są budowane za pomocą dwóch głównych metod: standardowej obróbki skrawaniem i EDM. Standardowa obróbka skrawaniem w swojej konwencjonalnej formie była historycznie metodą budowy form wtryskowych. Wraz z rozwojem technologicznym obróbka CNC stała się dominującym sposobem wykonywania bardziej złożonych form z dokładniejszymi szczegółami formy w krótszym czasie niż tradycyjne metody.

Obróbka elektroerozyjna (EDM) lub proces erozji iskrowej stały się szeroko stosowane w produkcji form. Oprócz umożliwienia formowania kształtów, które są trudne w obróbce, proces ten umożliwia kształtowanie wstępnie utwardzonych form, tak aby nie była wymagana obróbka cieplna. Zmiany w utwardzonej formie poprzez konwencjonalne wiercenie i frezowanie zwykle wymagają wyżarzania w celu zmiękczenia formy, a następnie obróbki cieplnej w celu jej ponownego utwardzenia. EDM to prosty proces, w którym ukształtowana elektroda, zwykle wykonana z miedzi lub grafitu, jest bardzo powoli opuszczana na powierzchnię formy (przez wiele godzin), która jest zanurzana w oleju parafinowym (nafcie). Napięcie przyłożone między narzędziem a formą powoduje erozję iskrową powierzchni formy w odwrotnym kształcie elektrody.

Koszty:

Liczba wnęk wbudowanych w formę będzie bezpośrednio skorelowana z kosztami formowania. Mniej wnęk wymaga znacznie mniej pracy narzędziowej, więc ograniczenie liczby wnęk z kolei spowoduje niższe początkowe koszty produkcji w celu zbudowania formy wtryskowej.

Ponieważ liczba wnęk odgrywa istotną rolę w kosztach formowania, podobnie jak złożoność projektu części. Złożoność można uwzględnić w wielu czynnikach, takich jak wykończenie powierzchni, wymagania dotyczące tolerancji, gwinty wewnętrzne lub zewnętrzne, drobne szczegóły lub liczba podcięć, które można zastosować.

Dalsze szczegóły, takie jak podcięcia lub jakakolwiek cecha powodująca dodatkowe oprzyrządowanie, zwiększą koszt formy. Wykończenie powierzchni rdzenia i wnęki form będzie dodatkowo wpływać na koszt.

Proces formowania wtryskowego gumy zapewnia wysoką wydajność trwałych produktów, co czyni go najbardziej wydajną i opłacalną metodą formowania. Konsekwentne procesy wulkanizacji obejmujące precyzyjną kontrolę temperatury znacznie zmniejszają ilość odpadów.

Proces wtrysku

W przypadku formowania wtryskowego granulowane tworzywo sztuczne jest podawane przez wymuszony tłok z leja samowyładowczego do ogrzewanej beczki. Gdy granulki są powoli przesuwane do przodu przez tłok śrubowy, tworzywo sztuczne jest wtłaczane do ogrzewanej komory, gdzie ulega stopieniu. W miarę przesuwania się tłoka stopione tworzywo sztuczne jest przeciskane przez dyszę, która opiera się o formę, umożliwiając jej wejście do wnęki formy przez system bramek i prowadnic. Forma pozostaje zimna, więc tworzywo sztuczne krzepnie prawie natychmiast po napełnieniu formy.

Cykl formowania wtryskowego

Sekwencja zdarzeń podczas formowania wtryskowego części z tworzywa sztucznego nazywana jest cyklem formowania wtryskowego. Cykl rozpoczyna się w momencie zamknięcia formy, po którym następuje wtrysk polimeru do gniazda formy. Po wypełnieniu wnęki utrzymywane jest ciśnienie utrzymujące, aby skompensować skurcz materiału. W kolejnym kroku śruba się obraca, podając kolejny strzał do przedniej śruby. Powoduje to cofnięcie się śruby podczas przygotowywania następnego strzału. Gdy część jest wystarczająco schłodzona, forma otwiera się i część jest wyrzucana.

Formowanie naukowe a tradycyjne

Tradycyjnie część wtrysku procesu formowania była wykonywana przy jednym stałym ciśnieniu w celu wypełnienia i upakowania wnęki. Ta metoda pozwalała jednak na dużą zmienność wymiarów z cyklu na cykl. Obecnie częściej stosowane jest formowanie naukowe lub odsprzęgane, metoda zapoczątkowana przez firmę RJG Inc. W tej metodzie wtrysk tworzywa sztucznego jest „rozdzielany” na etapy, aby umożliwić lepszą kontrolę wymiarów części i większą liczbę cykli między cyklami (powszechnie nazywaną wtryskiem do -strzał w branży) spójność. Najpierw wnęka jest wypełniana do około 98% za pomocą kontroli prędkości (prędkości). Chociaż ciśnienie powinno być wystarczające, aby zapewnić pożądaną prędkość, ograniczenia ciśnienia na tym etapie są niepożądane. Gdy wnęka jest wypełniona w 98%, maszyna przełącza się z kontroli prędkości na kontrolę ciśnienia, w której wnęka jest „pakowana” przy stałym ciśnieniu, gdzie wymagana jest wystarczająca prędkość do osiągnięcia żądanych ciśnień. Pozwala to na kontrolowanie wymiarów części z dokładnością do tysięcznych części cala lub lepszą.

Różne rodzaje procesów formowania wtryskowego

Chociaż większość procesów formowania wtryskowego jest objęta powyższym konwencjonalnym opisem procesu, istnieje kilka ważnych wariantów formowania, w tym między innymi:

• odlewów
• Formowanie wtryskowe metali
• Formowanie wtryskowe cienkościenne
• Formowanie wtryskowe płynnej gumy silikonowej

Bardziej wyczerpującą listę procesów formowania wtryskowego można znaleźć tutaj:

Rozwiązywanie problemów z procesem

Podobnie jak wszystkie procesy przemysłowe, formowanie wtryskowe może wytwarzać wadliwe części. W dziedzinie formowania wtryskowego rozwiązywanie problemów często polega na badaniu wadliwych części pod kątem określonych wad i usuwaniu tych wad za pomocą projektu formy lub charakterystyki samego procesu. Próby są często przeprowadzane przed pełnymi seriami produkcyjnymi w celu przewidzenia defektów i określenia odpowiednich specyfikacji do zastosowania w procesie wtrysku.

Podczas napełniania nowej lub nieznanej formy po raz pierwszy, gdy wielkość wtrysku dla tej formy jest nieznana, technik/ustawiający narzędzia może wykonać przebieg próbny przed pełną serią produkcyjną. Zaczyna od małej masy wtrysku i napełnia się stopniowo, aż forma będzie wypełniona w 95 do 99%. Gdy to zostanie osiągnięte, zostanie zastosowany niewielki nacisk dociskający i wydłuży się czas utrzymywania, aż nastąpi zamrożenie bramki (czas krzepnięcia). Czas zamrożenia bramki można określić, zwiększając czas wstrzymania, a następnie ważąc część. Gdy ciężar części się nie zmienia, wiadomo wtedy, że bramka zamarzła i materiał nie jest już wtryskiwany do części. Czas krzepnięcia bramki jest ważny, ponieważ decyduje o czasie cyklu oraz jakości i konsystencji produktu, co samo w sobie jest istotnym zagadnieniem w ekonomice procesu produkcyjnego. Ciśnienie trzymania jest zwiększane, aż części będą wolne od zagłębień i masa części zostanie osiągnięta.

Wady formowania

Formowanie wtryskowe to złożona technologia z możliwymi problemami produkcyjnymi. Mogą być spowodowane wadami form lub częściej samym procesem formowania.

Metody takie jak przemysłowa tomografia komputerowa mogą pomóc w znalezieniu tych defektów zarówno zewnętrznych, jak i wewnętrznych.

Tolerancje

Tolerancja formowania to określony tolerancja odchylenia parametrów, takich jak wymiary, waga, kształty lub kąty itp. Aby zmaksymalizować kontrolę nad ustawianiem tolerancji, zwykle istnieje minimalny i maksymalny limit grubości, w oparciu o zastosowany proces. Formowanie wtryskowe zazwyczaj zapewnia tolerancje równoważne klasie IT około 9–14. Możliwa tolerancja tworzywa termoplastycznego lub termoutwardzalnego wynosi ±0.200 do ±0.500 milimetrów. W zastosowaniach specjalistycznych tolerancje tak niskie, jak ±5 µm, zarówno dla średnic, jak i cech liniowych, są osiągane w produkcji masowej. Można uzyskać wykończenie powierzchni od 0.0500 do 0.1000 µm lub lepsze. Możliwe są również powierzchnie szorstkie lub żwirowe.

Wymagania dotyczące zasilania

Moc wymagana do tego procesu formowania wtryskowego zależy od wielu rzeczy i różni się w zależności od użytych materiałów. Przewodnik po procesach produkcyjnych stwierdza, że ​​wymagania dotyczące mocy zależą od „ciężaru właściwego materiału, temperatury topnienia, przewodności cieplnej, rozmiaru części i szybkości formowania”. Poniżej znajduje się tabela ze strony 243 tego samego odnośnika, jak wspomniano wcześniej, która najlepiej ilustruje charakterystyki związane z mocą wymaganą dla najczęściej używanych materiałów.

Formowanie robotyczne

Automatyzacja oznacza, że ​​mniejszy rozmiar części umożliwia mobilnemu systemowi kontroli szybsze badanie wielu części. Oprócz montażu systemów kontroli na urządzeniach automatycznych roboty wieloosiowe mogą usuwać części z formy i ustawiać je do dalszych procesów.

Konkretne przypadki obejmują usunięcie części z formy natychmiast po utworzeniu części, a także zastosowanie systemów wizyjnych maszyn. Robot chwyta część po wysunięciu sworzni wypychacza, aby uwolnić część z formy. Następnie przenosi je do miejsca przechowywania lub bezpośrednio do systemu kontroli. Wybór zależy od rodzaju produktu, a także od ogólnego układu wyposażenia produkcyjnego. Systemy wizyjne zamontowane na robotach znacznie poprawiły kontrolę jakości formowanych elementów. Robot mobilny może dokładniej określić dokładność umieszczenia elementu metalowego i przeprowadzać kontrolę szybciej niż człowiek.

Galeria