Czym jest formowanie wtryskowe?

Czym jest formowanie wtryskowe? Jest to metoda wykorzystywana do masowej produkcji przedmiotów z tworzyw sztucznych, nawet o skomplikowanych wzorach. Producenci topią materiał, a następnie wlewają go do formy, aby stworzyć niezliczone produkty, których używamy na co dzień.

W tym artykule dowiesz się więcej o nauce stojącej za procesem formowania wtryskowego, sztuce tworzenia form i oczywiście technikach wykończeniowych. 

Rodzaje maszyn do formowania wtryskowego

Formowanie wtryskowe może być wykonywane przez kilka maszyn. Inżynierowie projektują je, koncentrując się na różnorodnych wymaganiach branż, takich jak części samochodowe, elektronika i towary konsumpcyjne.

Machine selections are the factors affecting injection molding quality. That may affect the precision, efficiency, and economic concerns. Let’s explore what basic types of injection molding machines can be used and their unique characteristics.

Maszyny hydrauliczne:

Hydrauliczne wtryskarki są dostępne na rynku od dziesięcioleci. Konfiguracje te wykorzystują moc hydrauliczną do sterowania jednostką zaciskową, jednostką wtryskową i innymi komponentami. Zalety tej maszyny mogą być następujące:

• Zarządza wysokim ciśnieniem zacisku i skutecznie tworzy złożone i duże części.
• Maszyna ta jest najlepszym rozwiązaniem do produkcji wyrobów z tworzyw sztucznych o dużej objętości.

Są one jednak mniej energooszczędne. Jeśli są nadmiernie eksploatowane, wymagają większej konserwacji w porównaniu z nowoczesnymi alternatywami. Pomimo tego, pozostaje to przystępny cenowo wybór dla niektórych zastosowań.

Maszyny tłokowe:

Wtryskarki tłokowe zawierają gniazdo formy, sekcję rdzenia z tłokiem i lej zasypowy. Podczas ładowania surowca wewnątrz leja (przymocowanego do cylindra) poprzez ustawienie temperatury za pomocą sterownika.

Tłok porusza się w dół i wtryskuje materiał. Topi się on wewnątrz cylindra do formy. Odbywa się to pod wysokim ciśnieniem. Maszyny te są potrzebne do produkcji podstawowych aplikacji, w których ekstremalna precyzja nie jest konieczna.

Zalety:

• It’s used in small-scale industries for
• kilka małych i prostych produktów.
• Jest to przystępny cenowo wybór.
• Można je łatwo konserwować.

Wady:

• It’s quite limited in providing control over material flow.
• Formowanie wtryskowe typu tłokowego często nie zapewnia równomiernego rozprowadzenia materiału w gnieździe formy.
• Wymagane są spraye uwalniające, ponieważ nie nadają się one do skomplikowanych kształtów.

Dwie maszyny typu Unit-Plunger

Maszyny tłokowe wykorzystują dwuetapowy proces zapewniający lepszą kontrolę nad tworzywem sztucznym. Pierwszy tłok ściska naładowany materiał. Zapewnia to jednolitą gęstość i redukuje kieszenie powietrzne. Drugi tłok następnie wypełnia stopiony materiał w formie i pozostawia go do zestalenia z większą precyzją.

Zalety:

• Maszyna ta znana jest z ulepszonych systemów sterowania w porównaniu do maszyn z pojedynczym tłokiem.
• Zapewnia lepszą jakość w przypadku złożonych kształtów i niestandardowych form.
• Zapewnienie większej spójności.

Zastosowania:

It’s a very common machine and we often use these types for automotive parts and consumer goods requiring intricate detailing.

Maszyny śrubowe:

Maszyny ślimakowe i typu tłok-tłok są dość powszechne. W maszynie typu ślimakowego istnieją dwie komory: jedna komora służy do uplastyczniania surowca, a druga komora służy do wtryskiwania materiału do formy. Materiał jest ładowany ze zbiornika do cylindra. W sekcji beczki znajduje się kilka grzejników taśmowych wraz z obracającym się ślimakiem. Oba te elementy pomagają w uplastycznieniu surowca.

Zalety:

• Maszyny tłokowe i śrubowe są dość podobne, ale wynik i wydajność maszyny tłokowej śrubowej są bardziej wydajne.
• Zapewnia doskonałą kontrolę nad przepływem materiału i wyższe ciśnienie wtrysku.
• Maszyny te mogą obsługiwać materiały termoplastyczne, takie jak ABS, nylon i poliwęglan.
• Może być wykorzystywany do produkcji dużych ilości produktów ze szczegółowymi projektami.

Wady:

• Kosztowne niż maszyny tłokowe.
• Pod względem technicznym różni się od zwykłej maszyny i wymaga wykwalifikowanych operatorów oraz regularnej konserwacji.

Maszyny śrubowe tłokowe:

Najczęściej spotykaną maszyną jest wtryskarka tłokowa. Czarne substancje na tej maszynie nazywane są elementami grzewczymi. Są one przymocowane do cylindra. Wewnątrz cylindra znajduje się śruba tłokowa.

Śruba tłokowa jest podzielona na trzy strefy, którymi są strefa podawania, strefa przejściowa i strefa dozowania.

W strefie podawania materiał jest przenoszony ze zbiornika do bębna. Strefa przejściowa ściska materiał, a w strefie dozowania przed ślimakiem znajduje się zawór NRV, który zapobiega cofaniu się materiału. Dzięki temu materiał nie powraca do beczki w momencie wtrysku.

Ten podwójny mechanizm działania jest dobry dla uzyskania precyzji w pomiarze krótkich obiektów i optymalnego ciśnienia wtrysku.

Zalety:

• Urządzenie to pozwala lepiej kontrolować ciśnienie wtrysku.
• Pomoc w produkcji małych przedmiotów.
• Idealny do szczegółowych części i złożonych kształtów.
• Poprawia mieszanie materiału i minimalizuje jego straty.

Wady:

• Tworzenie bardziej skomplikowanych projektów wymaga większej konserwacji.
• Początkowy koszt inwestycji w tego typu maszyny może być znaczny.

Zastosowania:

Jest to najbardziej powszechna i wydajna maszyna używana w prawie wszystkich branżach tworzyw sztucznych

formowania wtryskowego do produkcji części urządzeń elektronicznych i medycznych.

Szczegółowy proces produkcji form wtryskowych

Reologia tworzyw sztucznych

In the injection molding process, you’ll find the flow of molten plastic. Viscosity is an incredible parameter to determine how easily material flows under pressure. It can be influenced by factors of just some of the melt temperature, injection pressure, and flow rate. 

You’ll see how higher temperatures reduce viscosity and make a big difference in smoothing the flow into the mold cavity. Whenever you lower the temperatures, it will cause incomplete filling and defects in processing.

Niektóre materiały termoplastyczne, takie jak polipropylen (PP), ABS i nylon 6/6, wykazują różne lepkości. Wynika to zazwyczaj z ich struktury molekularnej i rodzaju żywicy. Ma to również wpływ na ich przydatność w różnych zastosowaniach.

Istnieją dwa główne typy:

1: Newtonowski

2: Nienewtonowski.

Płyny newtonowskie płyną równomiernie, jak woda. Płyny nienewtonowskie zmieniają prędkość przepływu pod wpływem naprężeń, jak ketchup.

Rozrzedzanie ścinaniem występuje, gdy płyny płyną szybciej pod wpływem zwiększonego naprężenia. Wpływa to na przepływ stopu w tworzywach sztucznych. Rozkład masy cząsteczkowej (MWD) również wpływa na przepływ stopu. Szerszy MWD może prowadzić do bardziej złożonego zachowania przepływu.

Zależność między szybkością ścinania a lepkością można opisać równaniem potęgowym:

η = K * (γ)^n-1

Gdzie η to lepkość, K to wskaźnik konsystencji, γ to szybkość ścinania, a n to wskaźnik potęgowy.

Transfer ciepła i chłodzenie

Transfer ciepła podczas chłodzenia jest ważny w produkcji form wtryskowych z tworzyw sztucznych. Wiele kanałów chłodzących ułatwia rozpraszanie ciepła, zapobiegając zniekształceniom części i zapewniając spójne krzepnięcie.

Aby ustalić odpowiedni rozmiar i dokładność jakości części końcowej, należy zastosować równomierne chłodzenie. Usuwa to wewnętrzne naprężenia i wypaczenia.

Po dostosowaniu parametrów chłodzenia w projekcie formy można uzyskać lepsze czasy cyklu. Wspiera również efektywność energetyczną, dostosowując się do zrównoważonych praktyk formowania wtryskowego.

Współczynnik przenikania ciepła (Q) można obliczyć za pomocą wzoru

Q = h * A * ΔT

Gdzie:

• h: Współczynnik przenikania ciepła
• A: Powierzchnia
• ΔT: Różnica temperatur

Czas chłodzenia (t) można oszacować przy użyciu:

t = ρ * c_p * V / (h * A)

Gdzie:

• ρ: Gęstość
• c_p: Pojemność cieplna właściwa
• V: Objętość

Analiza naprężeń i odkształceń

Niektóre z gwałtownych zmian ciśnienia i temperatury powodują naprężenia i odkształcenia podczas wtryskiwania stopionego tworzywa sztucznego do gniazda formy.

Podstawowe pomysły i najlepsze praktyki formowania, takie jak kontrolowane ciśnienie wtrysku, czas utrzymywania i czas chłodzenia, skutkują najbardziej udanymi operacjami. To po prostu eliminuje właściwości mechaniczne, wytrzymałość części i potencjalne wady, takie jak ślady zatopienia lub linie spawania.

Podstawy materiałoznawstwa

Struktura molekularna materiałów termoplastycznych odnosi się do konkretnych elementów. To determinuje ich cechy temperatury topnienia i ostateczne atrybuty. Przykłady poliwęglanu (PC) i nylonu 6 pokazują, jak wykazują one wysoką wytrzymałość i elastyczność w przypadku złożonych kształtów i szczegółowych części. 

Ponadto wybór materiału pierwotnego lub tworzywa sztucznego pochodzącego z recyklingu wpływa na parametry takie jak lepkość, charakterystyka przepływu i ogólna opłacalność. Są to stałe podstawy, na których muszą skupić się producenci form wtryskowych.

Tworzenie form wtryskowych

Zasady projektowania form

Rzeczywista podstawa udanej produkcji form wtryskowych zależy od projektu formy. Czynniki takie jak wydajność i jakość produkcji części można zapewnić za pomocą kilku zasad.

Kąty draftu:

Za każdym razem, gdy ustawiamy odpowiednie kąty zanurzenia, proces wyrzucania przebiega płynniej. Zmniejsza zużycie formy i minimalizuje defekty powierzchni. Nie mają one wpływu na złożone kształty i skomplikowane projekty.

Konstrukcja kanału chłodzącego:

Przy określaniu równomiernego chłodzenia należy wziąć pod uwagę wydajną konstrukcję kanału chłodzącego. Zapobiega to zniekształceniom części. Prawidłowe rozmieszczenie i pomiary kanałów skracają czas chłodzenia i poprawiają wydajność produkcji.

Konstrukcja bramy i prowadnicy:

Lokalizacja bram i konfiguracja zimnych kanałów wpływa na ustawienia napełniania formy. Należy skupić się na dobrze zaprojektowanych wlewach. Zasadniczo zapewnia to równomierne wypełnienie i minimalizuje defekty, takie jak linie spoin.

Systemy wyrzucania:

Systemy wyrzucania powinny być wybierane po dokładnym zbadaniu geometrii części i zastosowania. Systemy te często wykorzystują sworznie wypychaczy, tuleje lub płyty. System ten pomaga w bezpiecznym usuwaniu części z formy.

Zaawansowane techniki formowania

Nowoczesna produkcja form wtryskowych umożliwia operatorom precyzyjne tworzenie wszechstronnych projektów.

Formy procesowe zapewniają wysoką wydajność w produkcji wielkoseryjnej. Overmolding to najlepszy wybór do tworzenia ergonomicznych uchwytów lub wielofunkcyjnych komponentów łączących wiele materiałów lub kolorów.

Drugi proces, zwany insert molding, integruje metal lub inne komponenty z formą. Może to przynieść rezultaty o zwiększonej funkcjonalności. Przykładem mogą być gwintowane wkładki w częściach samochodowych.

Projektowanie wspomagane komputerowo (CAD) i produkcja (CAM)

Chociaż wiele zaawansowanych technik formowania, takich jak CAD i CAM, zapewnia rzeczywiste korzyści w całym procesie produkcyjnym.

• Umożliwia precyzyjne tworzenie projektów form w porównaniu do znacznie starszych metod formowania
• techniki.
• Reprezentują one symulację przepływu materiału, chłodzenia i rozkładu naprężeń.
• W wielu przypadkach obsługuje złożone wnęki formy i geometrie rdzenia formy.
• Techniki te prowadzą proces produkcji do rzeczywistej oszczędności materiału i skrócenia czasu cyklu.
• Obsługuje również zrównoważone praktyki formowania wtryskowego.

Techniki wykańczania części formowanych wtryskowo

Przycinanie i usuwanie wypływek

As along the edges of the molded part, excess plastic (commonly referred to as “flash”) can form. It occurs because of overflow or misalignments during the injection process. Being post-processing steps, przycinanie i usuwanie lakieru remove excess material and compensate for any inefficiencies in parts’ edges. You can also integrate automated systems or manual tools. That helps you achieve precision in high-volume production.

Malowanie i powlekanie

Kiedy przekształcamy surowiec w coś wyjątkowego, wymaga to dalszego procesu wykańczania. To nie tylko zwiększa jego właściwości, ale także estetykę. W tym celu kluczowe są etapy malowania i powlekania. Na przykład zastosowanie powłok ochronnych zapewnia odporność na zużycie, promieniowanie UV i korozję.

Montaż i integracja:

Wiele gotowych części formowanych wtryskowo musi zostać zmontowanych w celu stworzenia rzeczywistej aplikacji. Etapy montażu i integracji umożliwiają połączenie wielu części produktu. W tym celu można użyć mechanicznych elementów złącznych, klejów, a nawet technik spawania. Na przykład części samochodów, towarów konsumpcyjnych i urządzeń elektronicznych.

Inne techniki wykańczania

• Polerowanie: Jest to parametr, który bierze udział w procesie zwiększania gładkości i połysku powierzchni.
• Poszycie: Są to powłoki, które można nakładać w celu dodania metalicznego wykończenia, z którego tworzy warstwę ochronną na formowanej części. Poprawia to jego trwałość i atrakcyjność wizualną.
• Teksturowanie: Wzory nadruków dotyczą powierzchni. Oferują one dotykowe lub wizualne ulepszenia w częściach samochodowych i towarach konsumpcyjnych itp.

Wniosek:

Historia formowania wtryskowego dowiodła swojej ewolucji. Zmienia ono aspekt prostego projektowania. Wiedza o tym, czym jest formowanie wtryskowe, dotyczy niezwykłego połączenia nauki, inżynierii i technologii.

Zaawansowany sprzęt do formowania wtryskowego pozwala producentom stosować zrównoważone praktyki. Więc wybierz Najlepsza usługa produkcji form wtryskowych w Chinach jak forma plastikowa.