Abstrakcyjny:Formowanie wtryskowe jest wszechstronnym i wydajnym procesem produkcyjnym do wytwarzania części tworzyw sztucznych o wysokiej precyzji i powtarzalności. Niniejszy przewodnik zawiera dokładne zbadanie podstaw do formowania wtrysku, zaawansowanych technik, zasad projektowania, wyboru materiałów i różnorodnych zastosowań, służących jako odniesienie dla inżynierów, projektantów i producentów.
1. Wprowadzenie do formowania wtryskowego
Formowanie wtryskowe jest procesem produkcyjnym stosowanym głównie do wytwarzania masowych identycznych części plastikowych o ścisłych tolerancjach. Obejmuje wstrzyknięcie stopionego materiału plastikowego do wnęki pleśni, gdzie chłodzi i zestala się w produkt końcowy. Proces charakteryzuje się dużą prędkością produkcyjną, doskonałą dokładnością wymiarową i zdolnością do wytwarzania złożonych geometrii, co czyni go jedną z najczęściej stosowanych metod wytwarzania komponentów tworzyw sztucznych w branżach, od elektroniki użytkowej po lotnisko.
Podstawowe elementy systemu formowania wtryskowego obejmują jednostkę wtryskową (która plastycznie i wtryskuje materiał), jednostkę zacisków (która trzyma i otwiera pleśń) oraz samą formę (narzędzie precyzyjne określa kształt części). Historia formowania wtryskowego pochodzi z 1872 r., Kiedy John i Isaiah Hyatt opatrywali pierwszą maszynę wtryskową opartą na tłoku, ze znacznym postępem, w tym maszyną do wtrysku śrubowego Jamesa Watsona Hendry'ego w 1946 r. Oraz formowanie wtryskowe w latach siedemdziesiątych.
2. Proces formowania wtrysku: krok po kroku
Standardowy cykl formowania wtryskowego składa się z sześciu podstawowych etapów:
- CLAMPING:Dwie połówki pleśni są bezpiecznie zamknięte i trzymane razem przez jednostkę zaciskającą. Siła zacisków musi być wystarczająca, aby oprzeć się wysokim ciśnieniu wtrysku.
- Zastrzyk:Materiał z tworzywa sztucznego, zazwyczaj w postaci osad, jest zasilany z lejka do podgrzewanej lufy. Wzajemna śruba transportuje, topi i homogenizuje plastik. Stopiony plastik jest następnie wstrzykiwany do wnęki formy pod wysokim ciśnieniem.
- Trzymanie/pakowanie:Po wypełnieniu wnęki utrzymywane jest ciśnienie w celu pakowania dodatkowego materiału do formy, aby zrekompensować skurcz objętościowy w miarę chłodzenia części.
- Chłodzenie:Część pozostaje w formie, aby się zestalić. Czas chłodzenia stanowi znaczną część całkowitego czasu cyklu i ma wpływ grubość części i właściwości materiału.
- Otwarcie pleśni:Gdy część jest wystarczająco sztywna, jednostka zaciskająca otwiera pleśń.
- Wyrzucanie:Gotowa część jest wyrzucana z formy za pomocą pinów, rękawów lub płyt do striptizerki. Cykl powtarza się.
Kluczowe parametry procesu:
- Temperatura: Obejmuje temperaturę lufy (do topnienia), temperaturę dyszy i temperaturę pleśni (krytyczne dla przepływu i chłodzenia).
- Ciśnienie: Ciśnienie wtrysku pokonuje odporność na przepływ, aby wypełnić wnękę, przy jednoczesnym utrzymaniu ciśnienia kompensuje skurcz. Ciśnienie wsteczne na śrubę poprawia homogenizację stopu.
- Czas: obejmuje czas wtrysku, czas trzymania i czas chłodzenia. Całkowity czas cyklu bezpośrednio wpływa na wydajność produkcji.
3. Zaawansowane technologie formowania wtrysku
W miarę ewolucji wymagań produkcyjnych opracowano kilka zaawansowanych technik:
Formowanie mikro wtrysków:Używany do produkcji bardzo małych, bardzo precyzyjnych części do urządzeń medycznych i mikroelektroniki. Wymaga wyjątkowo precyzyjnej kontroli nad dawkowaniem (do poziomu miligramu) i temperatury (± 0,5 ° C dla lufy).
Dekoracja w obrębie (IMD):Rodzina technik integrujących dekorację z procesem formowania. Kluczowe warianty obejmują:
- IML (etykietowanie w obrębie): przed wtryskiem przed wstrzyknięciem umieszcza się folia wstępnie zdobiona, co skutkuje trwałym, zintegrowanym wykończeniem powierzchni.
- IMR (wydanie w Mold): Dekoracja jest przenoszona z filmu przewoźnika do części podczas formowania, a film operatorowy jest automatycznie wycofany i zatoczony.
Reakcja formowanie wtrysku (RIM):Wykorzystuje dwa lub więcej ciekłych reagentów o niskiej wartości (takie jak poliuretan), które są mieszane i wstrzykiwane do formy, w której reagują i leczą. RIM jest odpowiedni dla dużych części (np. Zderzaki samochodowe) i wymaga niższego ciśnienia i siły zaciskowej w porównaniu z konwencjonalnym formowaniem wtryskowym.
Formowanie wtryskowe wspomagane gazem:Polega na wstrzykiwaniu obojętnego gazu do wnęki formy, aby wcisnąć materiał do pustych odcinków części. Stwarza to puste, sztywne części o zmniejszonej masie i śladach zlewu.
Precyzyjne formowanie wtryskowe:Ma na celu osiągnięcie bardzo wysokiej dokładności wymiarów, często w odległości 0,01 mm do 0,001 mm. Wymaga specjalistycznych pras, wysokiej jakości form i materiałów inżynierskich, takich jak PPS, PPA i LCP.
| Technologia | Kluczowa zasada | Podstawowe zalety | Typowe zastosowania |
| Mikro-rozprawę | Formowanie części mikro-skal | Wysoka precyzja, odpowiednia dla małych komponentów | Mikro-pompy, urządzenia medyczne, soczewki optyczne |
| IMD/IML | Dekorowanie podczas formowania | Trwałe powierzchnie, bez przetwarzania, estetyki | Panele samochodowe, skorupy urządzeń, wykończenia telefonu |
| Reakcja (RIM) | Utwardzanie chemiczne w formie | Duże części, niska siła zacisków, elastyczne wyjścia | Zderzaki samochodowe, meble, sprzęt medyczny |
| Wspomagany gazem | Wewnętrzne ciśnienie gazu | Zmniejszona waga i wypaczenie, puste sekcje | Uchwyty, meble, duże obudowy |
4. Krytyczne względy projektowe dotyczące formowania wtryskowego
Udane projektowanie części ma kluczowe znaczenie dla zdolności do produkcji, opłacalności i wydajności.
Grubość ściany: Jednoliczna grubość ściany ma kluczowe znaczenie, aby zapobiec wadom takim jak ślady zlewu, wypaczenie i naprężenia wewnętrzne. Należy unikać nagłych zmian grubości.
- PROJEKT Kąty: Stożko należy zastosować do powierzchni prostopadłych do kierunku otwierania formy, aby ułatwić łatwe wyrzucenie części. Zazwyczaj zaleca się minimum 1 °.
- Żeberka i klocki: Służy do zwiększenia sztywności części i wytrzymałości bez dodawania znacznej grubości ściany. Właściwa konstrukcja żebra (zazwyczaj 50-70% głównej grubości ściany) jest niezbędna, aby uniknąć śladów zlewu.
- Filety i promienie: Zaokrąglone narożniki zmniejszają stężenie naprężeń, poprawia przepływ materiału i zwiększają wytrzymałość pleśni.
- Szefowie: używane do montażu funkcji, takich jak mocowania śrubowe. Powinny być zaprojektowane z odpowiednim podparciem żebra i prawidłową korelacją z geometrią rdzenia, aby zapobiec zatonięciu i innym problemom.
- Projektowanie bramy: brama to kanał, przez który stopiony plastik wchodzi do wnęki. Jego lokalizacja i rodzaj (np. Edge, tunel, punkt podłączony) znacząco wpływają na wygląd części, siłę i wypaczenie.
- Podcięcia: cechy, które zapobiegają wyrzuceniu części. Wymagają złożonych i kosztownych komponentów pleśni, takich jak działania uboczne, podnośniki lub składane rdzenie.
5. Wybór materiału do formowania wtryskowego
Można zastosować szeroki zakres materiałów, każdy o różnych właściwościach:
Termoplastics:Najczęściej do formowania wtryskowego. Zmiękczają po podgrzaniu i stwardnieniem po schłodzeniu, umożliwiając recykling i remolowanie. Przykłady obejmują:
- Polipropylen (PP): wszechstronny, odporny chemicznie, z dobrą odpornością na zmęczenie.
- Acrylonitryl butadiene styren (ABS): twarda, odporna na uderzenie, z dobrymi właściwościami mechanicznymi.
- Poliwęglan (PC): Wysoka wytrzymałość uderzenia, przezroczystość i odporność na ciepło.
- Nylon (PA): Wysoka wytrzymałość, odporność na zużycie i dobre właściwości mechaniczne.
- Polioksymetylen (POM): Wysoka sztywność, niskie tarcia i doskonała stabilność wymiarowa.
Polimery termosetowe:Ulegać nieodwracalnej reakcji chemicznej podczas utwardzania (np. W obręcz). Nie topią się po podgrzewaniu. Przykłady obejmują żywice epoksydowe i fenolowe.
Elastomery:Służy do wytwarzania elastycznych części podobnych do gumy.
Dodatki:Materiały są często łączone z dodatkami, takimi jak włókna szkła lub węglowe do zbrojenia, opóźniacze płomienia, stabilizatory i barwniki.
6. Zastosowania w różnych branżach
Wszechstronność formowania wtrysku sprawia, że ma zastosowanie w wielu sektorach:
- Automotive: Komponenty, od wykończenia wewnętrznego, pulpitu nawigacyjnego i przycisków po części pod wodą i obudowy oświetleniowe.
- Elektronika konsumpcyjna: obudowy na telefony i laptopy, przyciski, złącza i komponenty wewnętrzne. Precyzyjne formowanie ma kluczowe znaczenie dla komponentów, takich jak soczewki optyczne i części strukturalne.
- Medical and Healthcare: Strzykawki, komponenty IV, instrumenty chirurgiczne, obudowy urządzenia wszczepiające i urządzenia mikroprzepływowe. Sterylizowalność i biokompatybilność to kluczowe wymagania.
- Opakowanie: czapki butelek, pojemniki i zamknięcia, często wytwarzane przy bardzo dużych objętościach.
- Aerospace: Stosowane zarówno do elementów wewnętrznych, jak i zewnętrznych, które wymagają wysokich stosunków wytrzymałości do masy i mogą wytrzymać surowe warunki środowiskowe.
