Turnare prin injecție a acetalului sau POM turnare prin injecție piese fabricate din polioximetilenă (POM), un material termoplastic foarte prelucrat. POM poate lua forma unui acetal homopolimer sau copolimer. Acetalul homopolimer prezintă o rezistență ridicată datorită structurii sale cristaline. Cu toate acestea, poate fi problematic ca urmare a punctului de topire foarte specific. Copolimerul acetal este mai ușor de turnat datorită ferestrei de prelucrare mai mari. Este mai puțin rezistent din punct de vedere mecanic decât materialul anterior, deoarece structura sa cristalină este mai puțin ordonată.
Unii furnizori renumiți oferă acetali copolimerici. În timp ce DuPont, un furnizor de materiale renumit, oferă numai Delrin®, un homopolimer cu proprietăți îmbunătățite. Calitățile Delrin® sunt clasificate în funcție de rezistența, rigiditatea, vâscozitatea și rezistența lor. Este compatibil atât cu turnarea prin injecție, cât și cu prelucrarea CNC. Produsele/piesele turnate din acetal sunt utilizate în mod vital în sectoarele auto, medical, precum și în manipularea fluidelor.
Acest articol se concentrează în primul rând pe turnarea prin injecție a plasticului acetal, proprietățile POM, beneficiile și orientările de proiectare pentru fabricarea pieselor din POM. În plus, vom oferi un ghid de proiectare a turnării prin injecție, anumite sugestii și recomandări pentru rezultate optime pentru proiectul dvs. de turnare prin injecție a acetalului.
Ce este acetal?
Acetal, cunoscut și sub denumirea de polioximetilenă (POM), este un material termoplastic rezistent și de înaltă performanță. Este un material semicristalin, utilizat în mod obișnuit pentru aplicații tehnice. Polimerii acetalici sunt formați prin legarea lanțurilor lungi cu formula moleculară CH2O. Unii monomeri copolimerici sunt, de asemenea, încorporați pentru a oferi funcționalitate suplimentară. În funcție de structură, acetalul poate fi un homopolimer sau un copolimer în funcție de structură.
Cel mai cunoscut acetal homopolimer este DuPont™ Delrin®. Materialele plastice acetalice au o rezistență și o rigiditate ridicate, ceea ce le face ideale pentru aplicații care necesită o rezistență ridicată, dar o flexie redusă. Aceste materiale plastice au, de asemenea, o frecare redusă și rate ridicate de uzură. Absorbția scăzută a apei face ca acetalul să aibă o rezistență excelentă la modificările dimensionale. Din aceste motive, acetalul este utilizat în locul metalelor pentru multe utilizări.
Proprietăți ale materialului Acetal/POM
Tabel: Proprietăți ale diferitelor tipuri de acetal
| Proprietate | Delrin® 100 BK602 | Duracon® M90-44 | Celcon® M90 | Kepital® F20-03 | Hostaform® C9021 |
| Fizică | |||||
| Densitate (g/cm³) | 1.42 | 1.41 | 1.41 | 1.41 | 1.41 |
| Rata de contracție (%) | 1.9-2.2 | 2.1-2.3 | 1.9-2.2 | 2.0 | 1.8-2.0 |
| Duritate Rockwell | 120 R | 80 M | NA | NA | NA |
| Mecanic | |||||
| Rezistența la tracțiune (MPa) | 72 | 62 | 66 | 65 | 64 |
| Alungire la randament (%) | 23 | 35 | 10 | 10 | 9 |
| Modul de flexiune (GPa) | 2.9 | 2.5 | 2.55 | 2.55 | NA |
| Rezistența la flexiune (MPa) | NA | 87 | NA | 87 | NA |
| Turnare prin injecție | |||||
| Temperatura de uscare (°C) | 80-100 | NA | 80-100 | 80-100 | 120-140 |
| Timp de uscare (ore) | 2-4 | NA | 3 | 3-4 | 3-4 |
| Temperatura de topire (°C) | 215 | 200 | 205 | 180-210 | 190-210 |
| Temperatura matriței (°C) | 80-100 | 80 | 90 | 60-80 | 85 |
Tabelul de mai sus prezintă denumirile comerciale POM menționate mai sus, împreună cu proprietățile acestora. Homopolimerul Delrin® 100 are cea mai mare rezistență la tracțiune datorită unui grad mai ridicat de cristalinitate în polimer. POM se caracterizează printr-o rezistență foarte bună la tracțiune și la flexiune, dar printr-o rată ridicată de contracție. În funcție de cerințele aplicației, anumite tipuri de POM pot conține materiale de umplutură pentru a îmbunătăți rezistența, coroziunea sau rezistența la UV.
Avantajele turnării prin injecție POM
Acetal are performanțe ridicate cu caracteristici tehnice dezirabile. Materialul oferă rezistențe ridicate la oboseală și fluaj atunci când este supus la stres. Rezistența mecanică ridicată îl face optim pentru diferite sectoare care necesită precizie, cum ar fi cel aerospațial și cel auto. Frecarea redusă ajută POM să aibă un nivel foarte mic de uzură pe o perioadă lungă de timp. În plus, acetalul nu ruginește/corodează și poate funcționa și la temperaturi ridicate.
Rezistența la oboseală
Piesele de turnare prin injecție din acetal au caracteristici de performanță bune atunci când sunt supuse la cicluri de stres repetitive. Este cel mai potrivit în situațiile în care sarcina este constantă, cum ar fi angrenajele. Astfel, POM homopolimer oferă o rezistență mai bună la oboseală decât copolimerii. Aceste caracteristici specifice fac posibilă fiabilitatea pe termen lung în condiții de stres ridicat. Rezistența la oboseală face ca POM să fie potrivit pentru utilizarea în aplicații în care se doresc piese mecanice.
Rezistența la fluaj
Piesele turnate din POM prezintă stabilitate dimensională atunci când sunt supuse la sarcini mecanice pe termen lung. Acesta are o tendință foarte scăzută de a suferi deformări permanente, chiar și atunci când este supus unei solicitări constante. Această caracteristică face ca POM să fie potrivit pentru utilizarea în aplicații portante. De asemenea, lipsa de fluaj a materialului îl face ideal pentru aplicații structurale. Acesta este un domeniu foarte fiabil al performanței sub presiune a POM.
Rezistență ridicată
Piesele turnate prin injecție din POM oferă cele mai bune caracteristici de tracțiune și flexiune. Materialul asigură rigiditatea necesară în cazul pieselor mecanice de înaltă performanță. Versiunile homopolimerice ale POM prezintă o rezistență chiar mai mare în comparație cu copolimerii. Unele utilizări comune includ transportoare și componente de siguranță. Caracteristicile mecanice ale POM sunt destul de versatile pentru a permite diverse aplicații.
Fricțiune redusă
Frecarea redusă a POM reduce uzura și ruperea elementelor de alunecare. Materialul este potrivit pentru utilizarea în zone în care există o variație mică a mișcării. Necesită o întreținere minimă datorită tendinței sale naturale de a reduce frecarea: Această capacitate a POM de a rezista la abraziune menține viața pieselor de turnare ' destul de lungă. Prin urmare, este adesea aplicat acolo unde frecarea redusă este o necesitate.
Siguranța alimentară
Materialul avansat POM de calitate alimentară îndeplinește standardele de siguranță aplicabile produselor care intră în contact cu alimentele. POM poate fi, de asemenea, utilizat de producătorii de mașini și echipamente de prelucrare a alimentelor. Acesta a respectat FDA, USDA și toate cerințele legale și de reglementare privind siguranța strictă. Datorită non-toxicității sale, POM este potrivit pentru a fi utilizat în aceste sectoare. partea de turnare prin injecție acetal este utilizată pe scară largă în echipamentele de prelucrare a alimentelor pentru fiabilitatea și fiabilitatea sa.
Stabilitatea dimensională
Produsele de turnare prin injecție din acetal au dimensiuni exacte după ce s-au răcit în urma proceselor de turnare. În timpul turnării, rata sa de contracție este relativ ridicată, dar după aceea rămâne aproape uniformă. Stabilitatea dimensională este importantă în sectoare precum cel auto și electronic. Piesele turnate prin injecție din POM rămân stabile din punct de vedere dimensional în timpul aplicării mecanice și a presiunii. Această caracteristică este o condiție prealabilă pentru componentele de precizie.
Rezistența la coroziune
POM este relativ imun la majoritatea agenților chimici, cum ar fi combustibilii și solvenții. Este cel mai bine utilizat în locuri care pot intra în contact cu substanțe chimice. De exemplu, rezervoarele cilindrice de depozitare. Cu toate acestea, materialul este afectat de acizi și baze puternice. POM rezistă bine la atacul chimic și, prin urmare, este materialul potrivit pentru utilizarea în gestionarea fluidelor. De asemenea, are o rezistență chimică bună și stabilă, precum și o durată lungă de viață în condiții dificile.
Rezistența la căldură
POM este capabil să reziste utilizării în zone cu temperaturi ridicate, de până la 105°C. Calitățile homopolimerice rezistă la izbucniri de căldură mai mari decât copolimerii. Această proprietate este esențială pentru acele componente care sunt expuse la condiții de temperatură variabilă. Această caracteristică face ca POM să fie potrivit pentru utilizarea în industrie datorită toleranței sale la temperaturi ridicate. Alegerea corectă a materialelor utilizate înseamnă capacitatea de a rezista la climatele termice. Pentru plastic la temperaturi ridicate pgae pentru a cunoaște mai multe materiale la temperaturi ridicate.
Considerații cheie în proiectarea turnării prin injecție POM
Injecție de turnare acetal preferă utilizarea de matrițe din oțel inoxidabil. Materialul utilizat are un efect coroziv. Prin urmare, matrițele utilizate trebuie să fie puternice și rezistente. Contracția ridicată necesită o proiectare ascuțită a matriței pentru a obține piese precise. POM este utilizat pe scară largă în piesele auto, industriale și medicale. Prin urmare, turnarea trebuie făcută în mod corect și, în acest caz, se va asigura că gradul de precizie și calitatea producției vor fi ridicate. Este important să luați în considerare unele caracteristici atunci când proiectați pentru turnarea prin injecție POM.
Grosimea peretelui trebuie să fie cuprinsă între 0,030 și 0,125 inci. Prin menținerea variației grosimii la minim, este posibilă obținerea unei grosimi uniforme a piesei. Gestionarea toleranțelor este crucială deoarece rata de contracție a companiei este ridicată, iar acest lucru este evident în cazul POM. Razele trebuie reduse la minimum, în special în regiunile care se confruntă cu tensiuni maxime. Unghiurile de tragere cuprinse între 0,5 și 1 grad sunt ideale, deoarece ejecția lor este lină.
Grosimea peretelui
Grosimea peretelui are o influență directă asupra calității pieselor POM turnate prin injecție. Secțiunile mai groase pot, de asemenea, face ca piesa să se deformeze sau să se micșoreze într-un fel sau altul și acest lucru poate să nu fie de dorit. În acest fel, structura generală este îmbunătățită și se menține o grosime constantă. Cu toate acestea, pereții extrem de subțiri, deși dificili, trebuie să se încadreze în anumite limite. Grosimea pereților joacă un rol vital în aplicațiile structurale și, dacă este bine realizată, ajută în mod fiabil la rezistența la presiuni ridicate.
Toleranțe
POM prezintă o contracție ridicată care poate deveni o provocare atunci când se lucrează la piese turnate din POM care trebuie să se încadreze într-o toleranță strânsă. În special, se constată că pereții mai groși cresc probabilitatea de abatere de la toleranță. Proiectarea pentru a asigura măsurători egale nu este o idee rea, deoarece aceasta va asigura coerența dimensiunilor. Există întotdeauna o modalitate de turnare corespunzătoare și acest lucru ar asigura că toleranțele sunt în limitele acceptabile. Problemele cauzate de modificările dimensionale sunt bine gestionate prin planificare și control.
Radii
Razele în proiectarea pieselor ajută la minimizarea concentrării tensiunilor în utilizarea piesei. Colțurile ascuțite sunt întotdeauna o problemă, deoarece acestea sunt punctele care pot face ca o structură să fie mai puțin durabilă. Prin includerea raioanelor, aceste zone cu tensiuni ridicate sunt reduse la minimum, crescând astfel durata de viață a piesei. Razele trebuie să fie egale sau mai mari de 0,25 ori grosimea nominală a peretelui țevii. Razele mai mici reduc tensiunile; cu toate acestea, razele mai mari, de până la 75%, oferă o distribuție mai bună a tensiunilor.
Unghi de tragere
Este posibil să se obțină o ejecție ridicată a pieselor POM cu unghiuri de tragere minime. POM are o frecare redusă și, de asemenea, are posibilitatea de a avea unghiuri de pescaj de 0,5 grade. Se poate concepe că, pentru piese precum angrenajele, unghiurile de tragere zero pot să nu fie esențiale pentru a satisface specificațiile de proiectare. Tirajele ajută la evitarea dificultății de separare a pieselor din matrițe cu un prejudiciu minim sau fără prejudiciu. O bună proiectare a tirajului permite o producție eficientă și o calitate mai bună a piesei care urmează să fie produsă.
Provocări privind prelucrarea materialelor POM
Ce face ca POM să fie dificil de procesat? Ei bine, anumiți factori determinanți decid funcționarea sa optimă. Deoarece POM are o toleranță ușoară sau scăzută la condiții termice ridicate. Mai mulți factori sunt luați în considerare de operatorii de matrițe în timpul turnării prin injecție. Astfel de factori sunt controlul căldurii, nivelul de umiditate, parametrii de turnare și contracția. Aceste elemente sunt importante pentru a realiza cu succes producția de piese turnate prin injecție POM de înaltă calitate.
Căldură
Unul dintre cele mai critice aspecte care trebuie gestionate în turnarea prin injecție a POM este căldura. Atunci când este încălzit la o temperatură mai mare de 210°C, materialul suferă o degradare termică. Această degradare duce la formarea de subproduse care sunt corozive și ajung să afecteze matrița de injecție. Temperatura matriței trebuie să fie între 60-100°C pentru cel mai bun rezultat. Mai mult, ciclurile scurte de încălzire sunt, de asemenea, benefice, deoarece nu solicită prea mult materialul. Odată cu creșterea temperaturii, aceasta ar trebui să fie însoțită de o scădere a timpului de rezidență pentru a obține calitate.
Umiditate
Absorbția de umiditate a POM este destul de scăzută și se situează între 0,2 și 0,5%. Cu toate acestea, se recomandă ca rășina POM să fie uscată înainte de prelucrare pentru a obține cele mai bune rezultate. Timpul de uscare este în mod normal între 3 și 4 ore, în funcție de calitatea POM. Acest lucru este important pentru ca nivelul de umiditate să fie scăzut în timpul turnării pentru a reduce apariția defectelor. Pregătirea atentă evită problemele legate de umiditate în timpul injecțiilor.
Parametrii de turnare
Parametrul corect de turnare trebuie menținut pentru turnarea prin injecție a POM. Presiunea de injecție de succes identificată este între 70 și 120 MPa pentru a asigura o bună repetabilitate a experimentului. O viteză de injecție medie spre mare este, de asemenea, de dorit pentru a obține o producție lină a piesei. Controlul pieselor turnate necesită un control adecvat al parametrilor pentru a se asigura că piesele turnate îndeplinesc specificațiile specifice. Prin urmărirea atentă a acestor parametri este posibilă îmbunătățirea calității produsului final.
Micșorare
Contracția este o problemă obișnuită în cazul materialelor POM, inclusiv Delrin®. Ratele de contracție sunt, de obicei, între 2 și 3,5 procente în etapa de răcire a ciclului. Cea mai mare parte a contracției are loc atunci când piesa este încă în matriță, iar restul în timpul post-ejecției. POM homopolimer nearmat prezintă o contracție mai mare decât materialele copolimerice. Aceste rate de contracție trebuie luate în considerare la proiectarea matriței pentru a respecta dimensiunile dorite.
Dezavantaje ale turnării prin injecție a acetalului
Deși turnarea acetalului oferă mai multe beneficii. Ea are, de asemenea, limitările și dezavantajele sale. În plus, matrițele de acetal vin cu multe provocări. Aceste limitări trebuie să fie luate în considerare cu atenție în timpul procesului de turnare pentru ca întreprinderile să obțină produse finale de bună calitate.
Rezistență slabă la intemperii
Acetal este foarte vulnerabil la degradare. În mod normal, în situațiile în care este expus la lumină ultravioletă sau UV. Acest lucru se întâmplă deoarece expunerea constantă la acestea poate provoca modificări majore de culoare și, în cele din urmă, îi poate afecta performanța. UV deteriorează valoarea estetică și slăbește fizic materialul. În plus, radiațiile UV îndepărtează structura polimerilor. Prin urmare, trebuie să se utilizeze stabilizatori pentru a spori rezistența acetalului la intemperii. Este posibil ca acești stabilizatori să nu prevină complet degradarea pe perioade lungi în aer liber, împiedicând astfel utilizarea acetalului în exterior.
Fragilitate
În starea sa solidă, acetalul este foarte rezistent și are o rigiditate ridicată, dar suferă o defecțiune fragilă în circumstanțe speciale. Temperatura Temperatura scăzută afectează caracteristicile materialului acetal și îl face predispus la fisurare sau fractură atunci când este supus unui impact. Cu toate acestea, această fragilitate este un dezavantaj în orice aplicații în care este de dorit o rezistență ridicată la impact, în special la temperaturi scăzute. Există provocări semnificative în proiectarea produselor care sunt turnate din acetal, astfel încât acestea să poată suporta șocurile fără a se fractura.
În ceea ce privește efectele procesului de turnare a acetalului asupra proprietăților mecanice ale pieselor, trebuie luate în considerare anumite aspecte.
Designul matriței de injecție din acetal
Atunci când se proiectează o aplicație care utilizează material acetal, este important ca matrița să fie corectă, deoarece aceasta determină calitatea și stabilitatea produsului final. Iată câteva linii directoare cheie de proiectare care trebuie urmate:
- Diametrul alergătorului: Diametrul canalului este recomandat să fie între 3 și 6 mm pentru a permite o curgere ușoară a materialului în timpul injecției.
- Lungimea porții: În mod ideal, lungimea porții ar trebui să fie de aproximativ 0,5 mm pentru a asigura o reglare adecvată a debitului de material. Aceasta îmbunătățește uniformitatea matriței, astfel încât să nu se formeze defecte la umplerea matriței cu material.
- Diametrul porții rotunde: Aceasta ar trebui să fie între jumătate și de șase ori grosimea piesei turnate. Prin dimensionarea corectă a porților se elimină cazuri precum loviturile scurte și liniile de sudură.
- Rectangular Lățime poartă: Prin construcție, lățimea porților dreptunghiulare trebuie să măsoare cel puțin de două ori grosimea produsului. În mod ideal, aceasta ar trebui să fie de aproximativ 0,6 ori grosimea peretelui în ceea ce privește consolidarea structurală a recipientului.
- Unghi de proiectare: Se propune un unghi al matriței de la 40 la 1 30 pentru îndepărtarea directă a piesei turnate fără abraziune pe suprafață.
Pre-uscare Material Acetal
Chiar dacă are o valoare ridicată de absorbție a umidității, se sugerează ca piesa de acetal să fie preuscată înainte de turnarea prin injecție a rășinii. Pre-uscarea reduce, de asemenea, prezența unei anumite forme de umiditate care este distructivă, cum ar fi formarea de goluri sau bule. Procesul de uscare ar trebui să se desfășoare la o temperatură de 80-100°C și ar trebui să dureze 2-4 ore. Uscarea corectă este la fel de importantă deoarece ajută la păstrarea diverselor caracteristici ale materialelor, pe lângă faptul că facilitează turnarea fără gudron.
Controlul temperaturii de turnare a acetalului
Când vine vorba de turnarea prin injecție a acetalului, este foarte important să se mențină atât umiditatea, cât și temperatura de topire pentru a obține rezultate mai bune. Temperatura matriței trebuie menținută între 75 și 120 de grade Celsius, iar temperatura de topire între 190 și 230 de grade Celsius (374 și respectiv 446 Fahrenheit). Parametrii precum reglarea precisă a temperaturii gestionează, de asemenea, probleme precum deformarea, contracția sau chiar finisarea slabă a suprafeței. Reglarea precisă a condițiilor termice ajută la răcirea uniformă și, prin urmare, la minimizarea tensiunilor atunci când se îmbunătățesc caracteristicile dimensionale ale produsului final.
Presiunea de injecție
Fiecare material necesită o presiune de injecție specifică care trebuie atinsă pentru a oferi calitatea specifică a piesei. Intervalul de presiune este cuprins între 40-130 MPa, în funcție de debitul de topire al acetalului și de grosimea și dimensiunile porții canalului și ale piesei. Atunci când presiunea este scăzută, matrița poate fi umplută necorespunzător, iar dacă presiunea este ridicată, atunci este probabil să apară scântei sau alte defecte. Presiunea optimă este importantă pentru crearea unei formațiuni adecvate a piesei și pentru excluderea defectelor.
Viteza de turnare prin injecție
Viteza de injecție este, de asemenea, un alt factor care influențează foarte mult procesul de turnare a acetalului. În funcție de formarea bălților, viteza de injectare a matriței variază de la moderată la rapidă pentru a evita crearea de defecte pe măsură ce matrița este umplută. În cazul vitezei lente, pe suprafață se observă urme de curgere sau imperfecțiuni de suprafață. Pe de altă parte, viteza mare poate duce la ceea ce se numește jetting sau supraîncălzire prin forfecare, ceea ce este rău pentru rezistența și finisarea suprafeței majorității pieselor. Prin modificarea vitezei de injecție, se pot elimina defectele de turnare, precum și se poate crește productivitatea turnării.
Aceste considerente permit producătorilor să sporească eficiența pieselor lor turnate prin injecție cu acetal prin controlul parametrilor și al problemelor apărute. Pentru a utiliza cât mai bine atributele pozitive ale acetalului, evitând în același timp dezavantajele acestuia, anumite aspecte ale proiectării matriței, ale manipulării materialelor, precum și ale procesului trebuie să fie bine puse la punct.
Concluzie
Acetal sau polioximetilenă este un tip de termoplastic semicristalin turnat prin injecție. Acest material este utilizat în mod obișnuit în piese mecanice, cum ar fi bucșe, rulmenți, angrenaje și pinioane.
Comparativ cu metalele și alte materiale plastice, acetal are un coeficient de frecare scăzut și o rigiditate ridicată. Aceste caracteristici îi îmbunătățesc foarte mult proprietățile de uzură și, prin urmare, produsele rezultate sunt de lungă durată.
Toate aceste caracteristici fac din acetal un material de alegere pentru multe aplicații tehnice. Prelucrarea și proiectarea corespunzătoare a echipamentelor îmbunătățesc eficiența și durabilitatea acestora în diferite industrii.
Introducerea acetalului în procesele de producție poate duce la creșterea eficienței și reducerea frecvenței de întreținere a echipamentelor mecanice.