Formowanie wtryskowe acetalu

Formowanie wtryskowe acetalu Lub Formowanie wtryskowe POM części wykonane z polioksymetylenu (POM), wysoko przetworzonego materiału termoplastycznego. POM może mieć postać homopolimeru lub kopolimeru acetalu. Homopolimer acetalowy wykazuje wysoką wytrzymałość ze względu na swoją krystaliczną strukturę. Może być jednak problematyczny ze względu na bardzo specyficzną temperaturę topnienia. Acetal kopolimerowy jest łatwiejszy do formowania ze względu na większe okno przetwarzania. Jest mniej wytrzymały mechanicznie niż poprzedni materiał, ponieważ jego struktura krystaliczna jest mniej uporządkowana.

Niektórzy renomowani dostawcy oferują acetale kopolimerowe. Natomiast DuPont, uznany dostawca materiałów, oferuje wyłącznie Delrin®, homopolimer o ulepszonych właściwościach. Gatunki Delrin® są podzielone na kategorie według ich wytrzymałości, sztywności, lepkości i odporności. Jest kompatybilny zarówno z formowaniem wtryskowym, jak i obróbką CNC. Produkty/części formowane z acetalu są wykorzystywane w przemyśle motoryzacyjnym, medycznym oraz w sektorze transportu płynów.

Niniejszy artykuł koncentruje się przede wszystkim na formowaniu wtryskowym tworzyw sztucznych z acetalu, właściwościach POM, korzyściach i wytycznych projektowych dotyczących wytwarzania części z POM. Ponadto przedstawimy przewodnik projektowania formowania wtryskowego, pewne sugestie i zalecenia dotyczące optymalnych wyników dla projektu formowania wtryskowego acetalu.

Co to jest acetal?

Acetal, znany również jako polioksymetylen (POM), jest wytrzymałym i wysokowydajnym tworzywem termoplastycznym. Jest to materiał półkrystaliczny, powszechnie stosowany w zastosowaniach inżynieryjnych. Polimery acetalowe powstają w wyniku łączenia długich łańcuchów o wzorze cząsteczkowym CH2O. Niektóre monomery kopolimerowe są również włączane w celu zapewnienia dodatkowej funkcjonalności. W zależności od struktury, acetal może być homopolimerem lub kopolimerem.

Najbardziej znanym homopolimerem acetalu jest DuPont™ Delrin®. Tworzywa acetalowe charakteryzują się wysoką wytrzymałością i sztywnością, co czyni je idealnymi do zastosowań wymagających wysokiej wytrzymałości, ale niskiego zginania. Tworzywa te charakteryzują się również niskim współczynnikiem tarcia i wysokim współczynnikiem zużycia. Niska absorpcja wody sprawia, że acetal charakteryzuje się doskonałą odpornością na zmiany wymiarów. Z tych powodów acetal jest używany zamiast metali w wielu zastosowaniach.

Właściwości materiału Acetal/POM

Tabela: Właściwości różnych gatunków acetalu

Nieruchomość	Delrin® 100 BK602	Duracon® M90-44	Celcon® M90	Kepital® F20-03	Hostaform® C9021
Fizyczny
Gęstość (g/cm³)	1.42	1.41	1.41	1.41	1.41
Współczynnik skurczu (%)	1.9-2.2	2.1-2.3	1.9-2.2	2.0	1.8-2.0
Twardość Rockwella	120 R	80 M	NA	NA	NA
Mechaniczny
Wytrzymałość na rozciąganie (MPa)	72	62	66	65	64
Wydłużenie przy uzysku (%)	23	35	10	10	9
Moduł zginania (GPa)	2.9	2.5	2.55	2.55	NA
Wytrzymałość na zginanie (MPa)	NA	87	NA	87	NA
Formowanie wtryskowe
Temperatura suszenia (°C)	80-100	NA	80-100	80-100	120-140
Czas schnięcia (godz.)	2-4	NA	3	3-4	3-4
Temperatura topnienia (°C)	215	200	205	180-210	190-210
Temperatura formy (°C)	80-100	80	90	60-80	85

Powyższa tabela przedstawia wymienione powyżej nazwy handlowe POM wraz z ich właściwościami. Homopolimer Delrin® 100 ma najwyższą wytrzymałość na rozciąganie ze względu na wyższy stopień krystaliczności polimeru. POM charakteryzuje się bardzo dobrą wytrzymałością na rozciąganie i zginanie, ale wysokim współczynnikiem skurczu. W zależności od wymagań zastosowania, niektóre gatunki POM mogą zawierać wypełniacze poprawiające wytrzymałość, odporność na korozję lub promieniowanie UV.

Zalety formowania wtryskowego POM

Acetal charakteryzuje się wysoką wydajnością i pożądanymi właściwościami inżynieryjnymi. Materiał ten oferuje wysoką wytrzymałość zmęczeniową i wytrzymałość na pełzanie pod wpływem naprężeń. Wysoka wytrzymałość mechaniczna czyni go optymalnym dla różnych wymagających precyzji sektorów, takich jak lotnictwo i motoryzacja. Niskie tarcie sprawia, że POM charakteryzuje się bardzo niskim poziomem zużycia przez długi czas. Co więcej, acetal nie rdzewieje/ koroduje i może pracować w wysokich temperaturach.

Odporność na zmęczenie

Części formowane wtryskowo z acetalu mają dobrą charakterystykę działania, gdy są poddawane powtarzającym się cyklom naprężeń. Jest najbardziej odpowiedni w sytuacjach, w których obciążenie jest stałe, takich jak koła zębate. Dlatego też homopolimer POM zapewnia lepszą wytrzymałość zmęczeniową niż kopolimery. Te szczególne cechy umożliwiają długotrwałą niezawodność w warunkach dużego obciążenia. Wytrzymałość zmęczeniowa sprawia, że POM nadaje się do zastosowań, w których pożądane są części mechaniczne.

Odporność na pełzanie

Część formowana z POM wykazuje stabilność wymiarową, gdy jest poddawana obciążeniom mechanicznym w długim okresie. Ma bardzo niską tendencję do ulegania trwałym odkształceniom, nawet gdy jest poddawany stałym naprężeniom. Ta cecha sprawia, że POM nadaje się do zastosowań związanych z przenoszeniem obciążeń. Brak pełzania materiału czyni go również idealnym do zastosowań konstrukcyjnych. Jest to bardzo wiarygodny obszar wydajności POM pod ciśnieniem.

Wysoka wytrzymałość

Części formowane wtryskowo z POM zapewniają najlepszą charakterystykę rozciągania i zginania. Materiał ten zapewnia sztywność wymaganą w wysokowydajnych częściach mechanicznych. Homopolimerowe wersje POM wykazują jeszcze większą wytrzymałość w porównaniu z kopolimerami. Niektóre powszechne zastosowania obejmują przenośniki i elementy związane z bezpieczeństwem. Właściwości mechaniczne POM są dość wszechstronne, aby umożliwić różne zastosowania.

Niskie tarcie

Niskie tarcie POM zmniejsza zużycie elementów ślizgowych. Materiał ten jest odpowiedni do stosowania w obszarach, w których występuje niewielka zmienność ruchu. Wymaga minimalnej konserwacji ze względu na swoją naturalną tendencję do zmniejszania tarcia: Ta zdolność POM do odporności na ścieranie utrzymuje dość długą żywotność części formujących. Dlatego jest często stosowany tam, gdzie konieczne jest niskie tarcie.

Bezpieczeństwo żywności

Zaawansowany materiał POM przeznaczony do kontaktu z żywnością spełnia normy bezpieczeństwa mające zastosowanie do produktów mających kontakt z żywnością. POM może być również stosowany przez producentów maszyn i urządzeń do przetwarzania żywności. Spełnia on wymogi FDA, USDA oraz wszystkie wymogi prawne i regulacyjne dotyczące ścisłego bezpieczeństwa. Ze względu na swoją nietoksyczność POM doskonale nadaje się do stosowania w tych sektorach. Część do formowania wtryskowego z acetalu jest szeroko stosowana w urządzeniach do przetwarzania żywności ze względu na swoją niezawodność i niezawodność.

Stabilność wymiarowa

Produkty formowane wtryskowo z acetalu mają dokładne wymiary po ostygnięciu w procesie formowania. Podczas formowania jego współczynnik skurczu jest stosunkowo wysoki, ale później pozostaje prawie jednolity. Stabilność wymiarowa jest ważna w sektorach takich jak motoryzacja i elektronika. Części formowane wtryskowo z POM pozostają stabilne wymiarowo podczas zastosowań mechanicznych i nacisku. Ta cecha jest warunkiem wstępnym dla precyzyjnych komponentów.

Odporność na korozję

POM jest stosunkowo odporny na większość czynników chemicznych, takich jak paliwa i rozpuszczalniki. Najlepiej sprawdza się w miejscach, które mogą mieć kontakt z chemikaliami. Na przykład cylindryczne zbiorniki magazynowe. Na materiał ten mają jednak wpływ silne kwasy i zasady. POM dobrze znosi atak chemiczny i dlatego jest odpowiednim materiałem do stosowania w zarządzaniu płynami. Ma również dobrą i stabilną odporność chemiczną, a także długą żywotność w trudnych warunkach.

Odporność na ciepło

POM jest w stanie wytrzymać użytkowanie w obszarach o wysokich temperaturach, do 105°C. Gatunki homopolimerowe wytrzymują wyższe temperatury niż kopolimery. Ta właściwość ma kluczowe znaczenie dla komponentów narażonych na zmienne warunki temperaturowe. Ta cecha sprawia, że POM nadaje się do stosowania w przemyśle ze względu na jego tolerancję na wysokie temperatury. Właściwy dobór zastosowanych materiałów oznacza zdolność do wytrzymywania warunków termicznych. Do wysokotemperaturowe tworzywo sztuczne pgae, aby poznać więcej materiałów wysokotemperaturowych.

Kluczowe aspekty projektowania form wtryskowych POM

Acetal do formowania wtryskowego preferuje stosowanie form ze stali nierdzewnej. Stosowany materiał ma działanie korozyjne. Dlatego stosowane formy muszą być mocne i odporne. Wysoki skurcz wymaga starannego zaprojektowania formy w celu uzyskania precyzyjnych części. POM jest szeroko stosowany w częściach samochodowych, przemysłowych i medycznych. Dlatego formowanie musi być wykonane we właściwy sposób, a w tym przypadku zapewni to wysoki stopień precyzji i jakości produkcji. Ważne jest, aby wziąć pod uwagę niektóre cechy podczas projektowania formowania wtryskowego POM.

Grubość ścianki powinna mieścić się w zakresie od 0,030 do 0,125 cala. Utrzymując wahania grubości na minimalnym poziomie, możliwe jest uzyskanie jednolitej grubości części. Zarządzanie tolerancjami ma kluczowe znaczenie, ponieważ współczynnik skurczu jest wysoki, co jest oczywiste w przypadku POM. Promienie powinny być zminimalizowane, szczególnie w obszarach, w których występują maksymalne naprężenia. Kąty zanurzenia w zakresie od 0,5 do 1 stopnia są idealne, ponieważ ich wyrzucanie jest płynne.

Grubość ścianki

Grubość ścianki ma bezpośredni wpływ na jakość formowanych wtryskowo części POM. Grubsze sekcje mogą również powodować wypaczanie lub kurczenie się elementu w taki czy inny sposób, co może nie być pożądane. W ten sposób poprawia się ogólną strukturę i utrzymuje stałą grubość. Jednak ekstremalnie cienkie ścianki, choć trudne, muszą mieścić się w pewnych granicach. Grubość ścianki odgrywa istotną rolę w zastosowaniach konstrukcyjnych i jeśli jest dobrze wykonana, pomaga niezawodnie wytrzymać wysokie ciśnienia.

Tolerancje

POM wykazuje wysoki skurcz, co może stać się wyzwaniem podczas pracy nad częściami formowanymi z POM, które muszą być w ścisłej tolerancji. W szczególności stwierdzono, że grubsze ścianki zwiększają prawdopodobieństwo odchylenia tolerancji. Projektowanie w celu zapewnienia równych wymiarów nie jest złym pomysłem, ponieważ zapewni to spójność wymiarów. Zawsze istnieje sposób na prawidłowe formowanie, który zapewni, że tolerancje będą mieścić się w dopuszczalnych granicach. Problemy wynikające ze zmian wymiarów są dobrze rozwiązywane poprzez planowanie i kontrolę.

Promienie

Promienie w projektach części pomagają zminimalizować koncentrację naprężeń podczas użytkowania części. Ostre rogi są zawsze problemem, ponieważ są to punkty, które mogą spowodować, że konstrukcja będzie mniej trwała. Uwzględnienie promieni minimalizuje te obszary wysokiego naprężenia, zwiększając tym samym żywotność części. Promienie muszą być równe lub większe niż 0,25 nominalnej grubości ścianki rury. Mniejsze promienie zmniejszają naprężenia; jednak większe promienie, do 75%, zapewniają lepszy rozkład naprężeń.

Kąt zanurzenia

Możliwe jest osiągnięcie wysokiego wyrzutu części z POM przy minimalnych kątach ciągu. POM charakteryzuje się niskim tarciem, a także możliwością uzyskania kątów zanurzenia rzędu 0,5 stopnia. Można sobie wyobrazić, że w przypadku części takich jak koła zębate, zerowe zanurzenie może nie być niezbędne do spełnienia specyfikacji projektowych. Zanurzenia pomagają uniknąć trudności w oddzielaniu części od form przy minimalnym lub zerowym uszkodzeniu. Dobry projekt zanurzenia umożliwia wydajną produkcję i lepszą jakość produkowanych części.

Wyzwania związane z przetwarzaniem materiałów POM

Co sprawia, że POM jest trudny do przetworzenia? Cóż, pewne czynniki decydują o jego optymalnym funkcjonowaniu. POM ma niewielką lub niską tolerancję na wysokie warunki termiczne. Podczas formowania wtryskowego operatorzy form biorą pod uwagę kilka czynników. Takimi czynnikami są kontrola ciepła, poziom wilgotności, parametry formowania i skurcz. Elementy te są ważne dla osiągnięcia udanej produkcji wysokiej jakości części formowanych wtryskowo z POM.

Ciepło

Jednym z najbardziej krytycznych aspektów formowania wtryskowego POM jest ciepło. Po podgrzaniu do temperatury wyższej niż 210°C materiał ulega degradacji termicznej. Ten rozkład skutkuje powstawaniem produktów ubocznych, które są korozyjne i ostatecznie wpływają na formę wtryskową. Aby uzyskać najlepsze wyniki, temperatura formy powinna wynosić 60-100°C. Co więcej, krótkie cykle ogrzewania są również korzystne, ponieważ nie obciążają zbytnio materiału. Wzrostowi temperatury powinno towarzyszyć skrócenie czasu przebywania w formie w celu uzyskania odpowiedniej jakości.

Wilgotność

Absorpcja wilgoci przez POM jest dość niska i wynosi od 0,2 do 0,5%. Zaleca się jednak wysuszenie żywicy POM przed jej przetworzeniem w celu uzyskania najlepszych rezultatów. Czas suszenia wynosi zwykle od 3 do 4 godzin, w zależności od gatunku POM. Jest to ważne, aby poziom wilgoci był niski podczas formowania, co zmniejsza występowanie wad. Staranne przygotowanie pozwala uniknąć problemów związanych z wilgocią podczas wtrysku.

Parametry formowania

Właściwy parametr formowania musi być zachowany dla formowania wtryskowego POM. Skuteczne ciśnienie wtrysku wynosi od 70 do 120 MPa, aby zapewnić dobrą powtarzalność eksperymentu. Pożądana jest również średnia lub wysoka prędkość wtrysku, aby osiągnąć płynną produkcję części. Kontrola wyprasek wymaga odpowiedniej kontroli parametrów, aby zapewnić, że wypraski spełniają określone specyfikacje. Śledząc dokładnie te parametry można poprawić jakość produktu końcowego.

Skurcz

Skurcz jest typowym problemem w przypadku materiałów POM, w tym Delrin®. Stopień skurczu wynosi zwykle od 2 do 3,5% na etapie chłodzenia w cyklu. Większość skurczu ma miejsce, gdy część jest jeszcze w formie, a pozostała część ma miejsce po wyrzuceniu. Niewzmocniony homopolimer POM wykazuje większy skurcz niż materiały kopolimerowe. Te współczynniki skurczu muszą być brane pod uwagę przy projektowaniu formy, aby osiągnąć pożądane wymiary.

Wady formowania wtryskowego acetalu

Chociaż formowanie acetalowe oferuje kilka korzyści. Ma również swoje ograniczenia i wady. Ponadto formy acetalowe wiążą się z wieloma wyzwaniami. Ograniczenia te należy dokładnie rozważyć podczas procesu formowania, aby firmy mogły uzyskać produkty końcowe o dobrej jakości.

Słaba odporność na warunki atmosferyczne

Acetal jest bardzo podatny na degradację. Zwykle w sytuacjach, gdy jest wystawiony na działanie światła ultrafioletowego lub UV. Dzieje się tak, ponieważ stała ekspozycja na nie może powodować poważne zmiany koloru i ostatecznie wpływać na ich wydajność. Promieniowanie UV pogarsza walory estetyczne i fizycznie osłabia materiał. Co więcej, promieniowanie UV niszczy strukturę polimerów. W związku z tym konieczne jest stosowanie stabilizatorów w celu zwiększenia odporności acetalu na warunki atmosferyczne. Stabilizatory te mogą nie zapobiegać degradacji przez długi czas na zewnątrz, co utrudnia stosowanie acetalu w zastosowaniach zewnętrznych.

Kruchość

W stanie stałym acetal jest bardzo odporny i ma wysoką sztywność, ale w szczególnych okolicznościach ulega kruchym uszkodzeniom. Niska temperatura wpływa na charakterystykę materiałową acetalu i sprawia, że jest on podatny na pęknięcia lub złamania podczas uderzenia. Ta kruchość jest jednak wadą we wszystkich zastosowaniach, w których pożądana jest wysoka wytrzymałość na uderzenia, szczególnie w niskich temperaturach. Projektowanie produktów formowanych z acetalu w taki sposób, aby mogły wytrzymać wstrząsy bez pękania, wiąże się z poważnymi wyzwaniami.

Jeśli chodzi o wpływ procesu formowania acetalu na właściwości mechaniczne części, należy wziąć pod uwagę pewne kwestie.

Projektowanie form wtryskowych z acetalu

Podczas projektowania aplikacji wykorzystującej materiał acetalowy ważne jest, aby prawidłowo dobrać formę, ponieważ decyduje ona o jakości i stabilności produktu końcowego. Oto kilka kluczowych wytycznych projektowych, których należy przestrzegać:

• Średnica prowadnicy: Sugeruje się, aby średnica prowadnicy wynosiła od 3 do 6 mm, aby umożliwić łatwy przepływ materiału podczas wtrysku.
• Długość bramki: Idealnie, długość bramy powinna wynosić około 0,5 mm, aby zapewnić odpowiednią regulację przepustowości materiału. Poprawia to jednorodność formy, dzięki czemu nie powstają żadne defekty podczas napełniania formy materiałem.
• Okrągła średnica bramki: Powinna ona wynosić od połowy do sześciokrotności grubości formowanej części. Prawidłowe dobranie rozmiaru bramy eliminuje przypadki takie jak krótkie strzały i linie spawania.
• Szerokość bramki prostokątnej: Zgodnie z projektem, szerokość prostokątnych wrót musi być co najmniej dwa razy większa od grubości produktu. Idealnie powinno to być około 0,6 grubości ściany, jeśli chodzi o wzmocnienie strukturalne zbiornika.
• Draft Angle: Kąt formy od 40 do 1 30 jest proponowany w celu łatwego usunięcia uformowanej części bez ścierania powierzchni.

Wstępnie schnący materiał acetalowy

Nawet jeśli część acetalowa ma wysoką wartość absorpcji wilgoci, zaleca się jej wstępne wysuszenie przed formowaniem wtryskowym żywicy. Wstępne suszenie zmniejsza również obecność niektórych form wilgoci, które są destrukcyjne, takie jak tworzenie się pustych przestrzeni lub pęcherzyków. Proces suszenia powinien odbywać się w temperaturze 80-100°C i trwać 2-4 godziny. Prawidłowe suszenie jest równie ważne, ponieważ pomaga zachować różne właściwości materiałów, a także ułatwia formowanie bez wycieków.

Kontrola temperatury formowania acetalu

Jeśli chodzi o formowanie wtryskowe acetalu, bardzo ważne jest utrzymanie zarówno wilgotności, jak i temperatury topnienia w celu uzyskania lepszych wyników. Temperatura formy powinna być utrzymywana w zakresie od 75 do 120 stopni Celsjusza, a temperatura stopu powinna wynosić od 190 do 230 stopni Celsjusza (odpowiednio 374 i 446 Fahrenheita). Parametry, takie jak dokładna regulacja temperatury, pozwalają również radzić sobie z problemami, takimi jak odkształcenia, skurcze, a nawet słabe wykończenie powierzchni. Dokładna regulacja warunków termicznych pomaga w równomiernym chłodzeniu, a tym samym minimalizuje naprężenia, poprawiając właściwości wymiarowe produktu końcowego.

Ciśnienie wtrysku

Każdy materiał wymaga określonego ciśnienia wtrysku, które należy osiągnąć, aby zapewnić określoną jakość części. Zakres ciśnienia mieści się w przedziale 40-130 MPa, w zależności od szybkości płynięcia acetalu oraz grubości i rozmiarów wlewu i części. Gdy ciśnienie jest niskie, forma może być wypełniona nieodpowiednio, a jeśli ciśnienie jest wysokie, może wystąpić błysk lub inne wady. Optymalne ciśnienie jest ważne dla uzyskania odpowiedniego kształtu części i wykluczenia wad.

Prędkość formowania wtryskowego

Prędkość wtrysku ma również duży wpływ na proces formowania acetalu. W zależności od tworzenia się kałuż, prędkość wtrysku waha się od umiarkowanej do szybkiej, aby uniknąć tworzenia się defektów podczas wypełniania formy. W przypadku niskiej prędkości na powierzchni widoczne są ślady płynięcia lub niedoskonałości powierzchni. Z drugiej strony, wysoka prędkość może prowadzić do tak zwanego przegrzania strumieniowego lub ścinania, co jest niekorzystne dla wytrzymałości i wykończenia powierzchni większości części. Poprzez modyfikację prędkości wtrysku można wyeliminować wady formowania, a także zwiększyć wydajność formowania.

Rozważania te pozwalają producentom zwiększyć wydajność części formowanych wtryskowo z acetalu poprzez kontrolowanie parametrów i występujących problemów. Aby jak najlepiej wykorzystać pozytywne cechy acetalu, unikając jednocześnie jego wad, należy precyzyjnie dostroić niektóre aspekty projektowania form, obsługi materiałów, a także procesu.

Wniosek

Acetal lub polioksymetylen to rodzaj formowanego wtryskowo półkrystalicznego tworzywa termoplastycznego. Materiał ten jest powszechnie stosowany w częściach mechanicznych, takich jak tuleje, łożyska, koła zębate i zębatki.

W porównaniu z metalami i innymi tworzywami sztucznymi acetal ma niski współczynnik tarcia i wysoką sztywność. Cechy te znacznie poprawiają jego właściwości w zakresie zużycia, dzięki czemu uzyskane produkty są trwałe.

Wszystkie te cechy sprawiają, że acetal jest materiałem wybieranym do wielu zastosowań inżynieryjnych. Odpowiednia obróbka i konstrukcja urządzeń zwiększają ich wydajność i trwałość w różnych branżach.

Wprowadzenie acetalu do procesów produkcyjnych może skutkować wyższą wydajnością i niższą częstotliwością konserwacji sprzętu mechanicznego.