Шприцването не е един процес, а семейство от тях. Всеки член на семейството споделя един и същ основен ход – суровината се пластифицира, вкарва се в затворена кухина и се втвърдява във формата на тази кухина – но химичният състав на суровината, конфигурацията на машината, инструменталната екипировка и броят на материалите или етапите могат да се различават толкова много, че два проекта, описани като „шприцване“, може да нямат почти нищо общо в производствения цех. Ето защо едно полезно ръководство за видовете процеси на шприцване трябва да ги организира по повече от една ос.
Това ръководство използва две. Първата е материалът: това, което се инжектира, определя как се топи, как се втвърдява, какво прави с винта и цилиндъра и какво се случва, след като детайлът напусне матрицата. Втората е техниката: някои видове процеси на шприцване се определят не от суровината, а от това колко материали, вложки или етапи са необходими за една отделна част. Заедно двете оси обхващат областта, от която разработчикът на продукти, инженерът-конструктор или екипът по снабдяване се нуждае, за да стесни проекта до кратък списък с кандидат-процеси, преди да се направи оферта за каквато и да е инструментална екипировка.
Какви са видовете Инжекционно формоване процес?
Всеки вид процес на шприцване започва по един и същи начин. Пелети, гранули или течен компонент се подават в нагрят резервоар, където бутален винт или бутало пластифицира материала и образува доза. Дозата се инжектира под налягане в затворена, охладена или нагрята кухина, задържа се, докато материалът се опакова и втвърди, след което матрицата се отваря и детайлът се изхвърля. Това, което се променя при различните видове процеси на шприцване, е всичко около ядрото: температурата на инструмента, химията на втвърдяване, броят на инжекционните единици и стъпките след формоването, от които детайлът все още се нуждае.
Класификацията е важна, защото изборът рядко е свободен. Химичният състав на материала определя прозореца за обработка и инструменталната стомана. Геометрията на детайлите – сечение на стената, дължина на потока, размер на елемента – определя скоростта на шприцване и силата на затягане, която машината трябва да осигури. Обемът на производство определя колко инвестиция в инструментална екипировка може да се амортизира. А необходимостта от множество материали или вградени компоненти тласка проекта към специална техника, а не към различна смола. Процес, който е идеален за един милион части годишно, може да бъде неикономичен при пет хиляди, а процес, който обработва елемент с микронен мащаб, може да бъде грешен инструмент за голям корпус.
Разделите по-долу разглеждат двете оси последователно. Класификацията, базирана на материали, обхваща термопласти, термореактивни пластмаси, еластомери и течен силиконов каучук, метални и керамични прахове и композити. Класификацията, базирана на специални процеси, обхваща техники, дефинирани чрез многоматериално или многоетапно конструиране, от двукомпонентно формоване до реакционно шприцване. По-късните раздели разглеждат как обемът, инструменталната екипировка, автоматизацията и изискванията за детайли допълнително стесняват избора.
Как се класифицират видовете процеси на шприцване по материал
Материалът е решение от първи ред, защото той ограничава всичко надолу по веригата. Химичният състав на суровината определя конфигурацията на машината (геометрия на шнека, температури на цилиндъра и дюзата, изисквания за сушене), металургията на инструментите и обработката на повърхността, профила на цикъла и стъпките на последваща обработка. Една и съща преса по принцип може да работи с много различни суровини, но рядко без промени в шнека, цилиндъра, зоните за контрол на температурата и стоманата на матрицата — а понякога изобщо не, както при течния силиконов каучук, който се нуждае от оборудване за дозиране и смесване, каквото стандартната термопластична преса няма.
Петте семейства материали по-долу обхващат пейзажа на суровините за видовете процеси на шприцване. В рамките на всяко семейство, класовете се различават по време на обработка и свойства, но основният механизъм на формиране на детайла остава същият.
Термопластично леене под налягане
Термопластите са доминиращата категория и тази, която повечето хора имат предвид, когато казват шприцване. Изходният материал е полукристален или аморфен полимер, който се топи при нагряване и се втвърдява отново при охлаждане, обратимо. Цикълът е топене, шприцване, опаковане, охлаждане, изхвърляне и детайлът по принцип може да бъде смлян и повторно формован, въпреки че свойствата се влошават при многократно термично преобразуване, а броят на безопасните цикли варира в зависимост от материала.
Свиването и деформацията са практическите проблеми, които доминират при проектирането на термопластични части и инструменти. Диференциалното свиване – където свиването в посоката на потока се различава от свиването по нея – е основна причина за вградено напрежение и деформация и се обуславя от избора на материал, дизайна на частта, местоположението на отвора и обработката. Аморфните смоли обикновено се свиват по-малко и по-изотропно от полукристалните, поради което те често са предпочитани, когато допустимите отклонения са тесни. Стоковите, инженерните и високопроизводителните марки се различават по време на обработка, температурна устойчивост и цена, а не по основния процес.
Термореактивно леене под налягане
Термореактивните пластмаси се омрежват необратимо. Изходният материал не замръзва при охлаждане; той се втвърдява, обикновено в загрята форма, и след като се втвърди, не може да се разтопи отново или преоформи. Тази единствена разлика променя процеса по няколко начина. Инструментът се нагрява, а не се охлажда, времената на цикъла се определят от кинетиката на втвърдяване, а не от отделянето на топлина, а скрапът не може да се смила обратно в изходния материал - втвърден вал или бракувана част е отпадък.
Предимството е производителността. Омрежените мрежи придават на термореактивните пластмаси устойчивост на висока температура и агресивни химикали, поради което те се появяват в електрически компоненти, корпуси с висока температура и химически изложени части. Разликата от термопластите си струва да се посочи изрично, защото тя е фактор за икономиката на инструментите и брака: един термопластичен проект често може да абсорбира лош стартов удар чрез повторно шлифоване, докато един термореактивен проект не може.
Шприцване на еластомери и течен силиконов каучук
Каучукът и течният силиконов каучук образуват отделно семейство материали със собствено оборудване. Течният силиконов каучук е високочист, платиново вулканизиран силикон с ниска компресионна деформация и стабилност при екстремни температури, и тъй като е термореактивен, изисква специална обработка: интензивно разпределително смесване, докато материалът се държи студен, след което инжектиране в нагрята кухина, където вулканизира.
Типична система за течен силиконов каучук използва дозиращи устройства, които изпомпват двата компонента - основа и катализатор - в постоянно съотношение, статичен смесител, който ги смесва хомогенно, и охладена дозираща секция на инжекционния блок. При конфигурация със студена платформа смесеното съединение преминава през охладени системи от леяци и канали в нагрятата кухина, което минимизира загубата на материал и позволява части с почти нулеви отпадъци от клапани, въпреки че инструментът за студено каналиране е скъп в сравнение с конвенционалните инструменти за горещо каналиране. Комбинацията от чистота, биосъвместимост и устойчивост на растеж на бактерии е причината течният силиконов каучук да е подходящ за медицински, уплътнителни и други приложения с висока чистота.
Метално и керамично прахово шприцване
Праховото шприцване използва суровина от метален или керамичен прах, смесен с многокомпонентно свързващо вещество. Суровината се инжектира в матрица, за да се получи „зелена“ част, свързващото вещество се отстранява в стъпка на отстраняване на свързващото вещество, за да остане „кафява“ част, и след това частта се синтерова, за да се развие крайната ѝ плътност и механични свойства. Етапът на формоване изглежда познат; стъпките на отстраняване на свързващото вещество и синтероване не са и те са това, което прави праховото шприцване различно предложение по отношение на инструменталната екипировка, времето за изпълнение и контрола на свиването.
Процесът се разделя по налягане на инжектиране. Праховото шприцване под високо налягане използва суровини с вискозитет в диапазона от 100 до 1,000 Pa·s и налягане на инжектиране от приблизително 20 до 200 MPa и исторически е било обвързано с масово производство. Праховото шприцване под ниско налягане използва суровини с нисък вискозитет, изградени върху полимери с ниско молекулно тегло; изследванията са го демонстрирали върху метали, керамика и карбиди - включително неръждаема стомана 316-L, Inconel 718, алуминиев оксид и циментиран волфрамов карбид - и керамични части с почти неточна форма в диапазона от 100 до 10 000 единици. Следователно праховото шприцване под ниско налягане може да обслужва ниски или големи партидни производствени нива, не само масово производство, и предлага по-малка машина за шприцване, по-малко стъпки за отстраняване на свързващото вещество и по-ниски производствени разходи, на цената на по-деликатна система за свързващо вещество и по-взискателен контрол на отстраняването на свързващото вещество.
Композитно и фиброармирано шприцване
Късите влакнести и частицови композити се обработват на стандартни бутално-постъпателни преси, но пълнителят променя процеса по съществени начини. Натоварването с влакна повишава вискозитета, увеличава износването на винта, цилиндъра, контролния пръстен и инструментите и въвежда анизотропия: свиването и механичните свойства се различават по посока на потока и напречно на нея, което усложнява контрола на допустимите отклонения. Конструкцията на винта, обратното налягане и скоростта на възстановяване на винта влияят върху това колко дължина на влакната преживява пътя до кухината, а износването на влакната от своя страна влияе върху свойствата на формованата част.
Армираното реакционно шприцване е свързан, но различен метод: стъклени или слюдени пълнители се добавят към реактивна смес и резултатът се използва за твърди панели, обикновено в автомобилни приложения. Стратегията за армиране, машината и химията се различават от смесването на влакна в термопластична пелета, така че двете не трябва да се третират като взаимозаменяеми.
Специални видове процеси на шприцване за многоматериални и многоетапни части
Втората ос се определя не от това какво се инжектира, а от това колко материали, вложки или етапи включва дадена част. Тези техники съществуват, защото еднократното формоване на един материал не винаги може да осигури това, от което се нуждае даден дизайн: меко захващане върху твърд корпус, метална резба, капсулирана в пластмаса, регенерирана сърцевина, скрита под девствена обвивка, или микронен елемент, който замръзва, преди да се запълни. Всеки специален вид процес на шприцване решава един от тези конфликти и всеки добавя разходи за инструментална екипировка, сложност на процеса или и двете.
Двукратно и многоматериално формоване
Двукомпонентното и многоматериалното формоване впръскват два материала последователно на една машина, като формата се отваря, индексира или завърта между впръскванията, така че вторият материал да се формова спрямо първия. Резултатът е многоматериална част с химическа или механична връзка на границата, произведена без отделна стъпка на сглобяване.
Икономическите фактори решават избора. Двушотронното формоване благоприятства големи производствени обеми — обикновено над 10 000 части — и сигурност относно дизайна и материалите за цялата серия, тъй като инструменталната екипировка е скъпа, а промените са скъпи. При скромни обеми или когато дизайнът все още може да се промени, формоването с вземане и поставяне на отделна преса обикновено е по-разумният вариант. Здравината на свързване не се гарантира само от процеса: за някои материали за формоване може да има значителна разлика в здравината на свързване между многошотронното формоване и формоването с вложки, така че сдвояването на материалите и технологичният процес трябва да се оценяват заедно.
Поставете формоване
При формоването чрез вложка се инжектира смола около предварително поставена вложка, обикновено метална, така че вложката да е капсулирана в отлятата част. Подходът елиминира вторичните стъпки на вмъкване, като например термично заваряване или ултразвуково заваряване, и като цяло е по-контролируем и осигурява по-добро капсулиране от тези методи. Формованите вложки също така премахват вторичния процес на монтаж от фрезоването, спестявайки време и разходи.
Изискването за инструментална екипировка е проблемът: матрицата трябва да локализира и задържа вложката срещу налягането при инжектиране, така че смолата да тече около нея, без да я измества или поврежда. Поставянето на вложката е допълнителна стъпка в цикъла, а автоматизацията намалява нейното въздействие в сравнение с ръчното зареждане. Освен метал, формоването на вложки може да побере керамични вложки за устойчивост на топлина и електрическа изолация, магнитни компоненти и електронни модули като сензори и печатни платки.
отливането
Овърмолдингът свързва втори пластмасов слой върху формования субстрат, за да добави меко захващане, уплътнение или естетически акценти. Различава се от формоването с вложка по това, че субстратът обикновено е пластмасов, а не предварително формована вложка, а самото овърмолдинг може да се извърши като двуетапно формоване в една машина или последователно на отделна преса с обработка „вземи и постави“.
Якостта на свързване е централният проблем при проектирането. Приемливото свързване се постига чрез комбинация от дизайн на детайлите, избор на материал, дизайн на матрицата и процес на формоване, като двата слоя могат да се свържат химически на границата на раздела, механично чрез геометрията на границата или и двете. Влагата е тих начин на повреда: нивото на влажност както на отливаната стомана, така и на основата може да повлияе неблагоприятно на адхезията, така че хигроскопичните материали трябва да бъдат изсушени преди формоване. Оцветителите също са от значение, тъй като несъвместим носител в цветен концентрат може сериозно да влоши адхезията.
Съвместно леене под налягане
Съвместното шприцоване, понякога наричано сандвич формоване, инжектира два различни материала последователно през два барабана и една дюза. Първо влиза пластмасата за повърхностния слой, следва ядровата пластмаса и измества повърхностния слой при горещото ядро, а последното инжектиране на повърхностния слой изчиства ядрото от леяка. Фонтанният поток върши останалото: докато кухината се запълва, пластмасата на фронта на стопилката се придвижва от централната линия към стените на кухината и замръзва там, оставяйки материала на сърцевината в средата на сандвич структурата.
Обосновката е съотношението производителност-цена на единица цена. Решлайфаният материал може да се използва като сърцевина под чист слой, която запазва повърхностното покритие; термично по-стабилна сърцевина може да повиши термичното съпротивление на детайла; сърцевина с висока течливост на стопилка може да намали общата сила на затягане. Предизвикателството пред контрола на процеса е да се предотврати пробиването на сърцевината през слоя, поради което се използва анализ на съвместно впръскване, за да се оптимизира стратегията на процеса, преди инструментът да бъде отрязан.
Микро леене под налягане
Микро шприцването се изгражда за части, измервани в милиграми, и характеристики, измервани в микрони - микроиглени пластири, микро зъбни колела, оптични конектори, микрофлуидни чипове с канали от десетки до стотици микрони ширина. Съществуват машини, базирани на бутални, винтови и многоетапни конструкции, а процесът се различава от конвенционалното шприцване не само по мащаб: температурите на стопилката и формата са по-високи, а скоростта на шприцване и налягането са по-високи.
Трудността е в контрола при много малки тегла на впръскване. Впръскване от 1 mg изисква ход от приблизително 0.0056 мм на шнек с диаметър 14 мм, а шнековете с по-малък диаметър може да се затруднят с поддържането на налягането на впръскване и подаването на пелети. Конвенционалните машини понякога се адаптират, като системата от ливници и канали е около 100 пъти по-голяма от микродетайлa, така че размерът на дозиране може да се контролира, но това води до разхищение на смола, удължаване на цикъла и скрива ефекта от параметрите на машината върху детайла. Нагряването на матрицата с Variotherm е стандартният отговор на преждевременното замръзване: то намалява вискозитета и прави възможно пълненето с високо съотношение на страните, като съотношения на страните до 10 при дебелина на елемента 40 µm, демонстрирани с помощта на система Variotherm.
Шприцване с газ и вода
Газоасистираното и водно-асистираното формоване инжектират течност в стопилката, за да извадят дебели участъци, да уплътнят детайла и да намалят деформацията и теглото. Газоасистираното формоване позволява контролирано пълнене и по-равномерно разпределение на пластмасата, което намалява деформацията, напрежението и свиването и осигурява на детайлите по-висока размерна прецизност и по-добра стабилност на формата.
Формоването с вода развива същата идея още повече. Водата има приблизително 40 пъти по-голяма топлопроводимост от газа и около четири пъти по-голям топлинен капацитет, като същевременно е намалила времето за цикъл на охлаждане с до 70% в сравнение с газовото подпомагане, като същевременно води до по-гладки вътрешни стени - ценни за части, предназначени за транспортиране на течности или газове. Недостатъкът е, че бързото охлаждане срещу поддържано налягане може да създаде кухини в стената на детайла или да пробие обвивката. Материали като найлон с бърза скорост на кристализация се установяват бързо, когато студената вода срещне гореща стопилка, така че стопилката става по-малко течна и по-малко способна да поеме входящата несвиваема вода; резултатът може да бъде пробити стени, студени стружки или повредена вътрешна повърхност. За формоване с вода са разработени марки с по-бавна кристализация и по-висока устойчивост на хидролиза, а компромисът е ясен: подобрения във времето за цикъл и качеството срещу добавена сложност на процеса и контролно оборудване.
пяна и микроклетъчно шприцване
Пяната и микроклетъчното формоване смесват физически разпенващ агент - обикновено свръхкритичен флуид - в стопилката. Разтвореният газ намалява вискозитета на стопилката и при инжектиране спадът на налягането образува голям брой малки клетки. Съобщава се, че микроклетъчният процес позволява намаляване на материала от 30% до 40%, като същевременно води до части с по-висока ударна якост и вътрешна структура от малки мехурчета в диапазона от 2 до 10 µm.
Формованата част обикновено има сандвич структура от твърда обвивка и разпенена сърцевина. Температурата на формата и налягането в кухината са ключовите фактори, определящи качеството на повърхността: ниската температура на формата потиска растежа на клетките близо до стената и образува твърдата обвивка, а дебелината на обвивката също се влияе от дебита и дълбочината на кухината. Тъй като повърхностното покритие е обичайната слабост на разпенените части, за подобряването му се използват газово противоналягане и динамичен контрол на температурата на формата, а сензорите за температура и налягане в кухината поддържат мониторинг в реално време. Процесът е чувствителен към обема на впръскването, температурата на формата, дозата на газа и скоростта на инжектиране, а размерът на клетките може да варира в различните региони в рамките на една част, така че механичните свойства могат да варират заедно с него.
Тънкостенно леене под налягане
Тънкостенното формоване е по-скоро режим, отколкото отделна машина. Детайлът обикновено се класифицира като тънкостенен, когато номиналната дебелина на стената му е под 1.0 мм (0.040 инча) или когато съотношението дължина на потока към дебелина на стената надвишава 150:1, дори при стена от 1.0 до 1.2 мм върху голям корпус. Запълването на такава кухина преди замръзване на стопилката изисква високоскоростно инжектиране - от порядъка на 300 до 1,000 мм/с - специфично налягане на инжектиране около 180 до 280 MPa и сила на затягане в диапазона от 1.0 до 1.5 тона/см².
Инструменталната екипировка трябва да е достатъчно здрава за това налягане, а дизайнът на затвора трябва да бъде избран така, че стопилката да достигне краищата, преди замръзналият слой да ги затвори. Тънкостенното формоване също взаимодейства с микроелементите: когато кухината има както дебели, така и тънки области, стопилката се колебае на входа на микроелементите, докато по-дебелият субстрат се запълни, и ако времето на колебание надвиши критичното време за охлаждане на елемента, полимерът се втвърдява в точката на застой, преди елементът да се запълни.
Етикетиране в калъп
Етикетирането в матрицата поставя отпечатан етикет или декоративно фолио, плоско или предварително формовано, в матрицата - често роботизирано - така че инжектираната смола да го закрепи и да го слее с повърхността на детайла по време на формоването. Етикетът става неразделна част от детайла, а не просто стикер, което осигурява трайна, интегрирана графика без вторична стъпка на декориране.
Техниката има дълга история в стандартното шприцване, започвайки с интериорни облицовки за автомобили с дървесни шарки и разширявайки се до предварително отпечатани фолиа и филми за сухо боядисване за интериорни и екстериорни части, преносима електроника и големи уреди. Изискванията за инструменти и обработка са практическото ограничение: етикетът трябва да бъде поставен и регистриран прецизно, а системата за обработка трябва да е в крак с цикъла на формоване.
Реакционно леене под налягане
Реакционното шприцване е по-скоро отделна химия, отколкото отделно твърдо вещество. Два реактивни компонента с нисък вискозитет се сблъскват и смесват, след което се инжектират в матрица, където полимеризират. Полиуретанът е най-разпространената система, но полиуреи, полиизоцианурати, полиестери, полифеноли, полиепоксиди и найлон 6 също могат да се обработват по този начин.
Тъй като сместа е много по-малко вискозна от разтопената термопластика, могат да се формоват големи, леки и тънкостенни части, а по-ниският вискозитет изисква по-малка сила на затягане - което означава по-малко оборудване и по-ниски капиталови разходи. RIM пяната също така образува слой с висока плътност върху сърцевина с ниска плътност. Подсиленото реакционно шприцване добавя стъклени влакна или слюда, за да се получат твърди пянови панели, обикновено за автомобилна употреба. Инструментите могат да бъдат обработени от стомана или алуминий, лят алуминий, силиконов каучук, епоксидна смола или никел, а машинните размери се мащабират заедно с детайла.
Как обемът на производството и инструменталната екипировка оформят избора между видовете процеси на шприцване
Изборът на процес е и икономическо решение, а инструменталната екипировка е мястото, където това се проявява. Асоциацията на пластмасовата индустрия - преди това Обществото на пластмасовата индустрия - определя пет класа форми, които дават общ език за живота на инструментите. Клас 101 е създаден за над един милион цикъла; Клас 102 за 500 000 до един милион; Клас 103 за под 500 000; Клас 104 за по-малко от 100 000; и Клас 105 за прототипна работа с по-малко от 500 цикъла. Класовете се различават по материали и твърдост, както и по живот: Клас 101 използва висококачествена стомана с кухини и сърцевини, закалени до минимум 48 R/C, докато Клас 105 често е от лят метал и е най-евтиният от петте. Тези класификации са насоки за офериране и поръчка и сами по себе си не гарантират изработка.
Броят на кухините е вторият лост. Под приблизително 50 000 части годишно, инструменталната екипировка с една или две кухини е обичайната отправна точка, тъй като по-големият брой кухини рядко се изплаща в краткосрочен план. Точката на рентабилност, при която многокухинен шприц възстановява допълнителната си инвестиция в сравнение с еднокухинен инструмент, обикновено е между 50 000 и 200 000 части, в зависимост от размера на детайла, цената на материала и скоростта на машините. Тези цифри са типични насоки, а не универсални правила: голям детайл със скъпа смола и висока скорост на машините може да оправдае многокухинен инструментален дизайн в различен обем от малък масов детайл.
Обемът също взаимодейства с гореспоменатите избори за материали и специални процеси. Проектът с термореактивни материали не може да рециклира началния си скрап, така че малките серии имат различна структура на разходите от серията с термопласти със същия размер. Двукомпонентният инструмент носи по-високи първоначални разходи, които само голяма, проектно стабилна програма може да поеме. А прототипният инструмент от клас 105 е естественият начин за доказване на дизайна, преди да се ангажира с производствен инструмент от клас 103.
Как автоматизацията и контролът на процесите се различават в различните видове процеси на шприцване
Слоят за управление и автоматизация варира толкова, колкото и самият процес. Конвенционалното формоване разчита на затворен контур за управление на шприцването и затягането, измерване на налягането в кухината и контрол на температурата на матрицата; специалните процеси добавят контролни оси в допълнение към това. Системите Variotherm нагряват и охлаждат матрицата в контролиран цикъл, за да управляват качеството на пълненето и повърхността. Впръскването на газ и вода изисква специални контролни устройства, които зададат времето за впръскване на флуида, задържане и освобождаване. Течният силиконов каучук се нуждае от дозиране и контрол на смесването, за да се поддържа съотношението между двата компонента. Формоването чрез вложка и етикетирането във матрицата се нуждаят от роботизирано поставяне и регистрация, което е в крак с цикъла.
Общото е, че данните от сензорите поддържат мониторинг и валидиране на симулацията в реално време. Сензорите за налягане и температура в кухината, поставени във формата, предоставят данните, за да се провери дали процесът протича според модела, а инструментите за симулация се използват за оптимизиране на дизайна на формата и настройките на процеса, преди инструментът да бъде изрязан. Струва си да се знаят ограниченията: настоящите инструменти за симулация на микроклетъчни процеси не могат точно да обхванат целия процес на инжектиране поради големи вариации в налягането, високи скорости на охлаждане и сложно нуклеация, и те приемат равномерно клетъчно нуклеиране, така че формата на клетката и нейният ефект върху анизотропията не се улавят. Симулацията стеснява търсенето; тя не замества пробното.
Как да изберете правилния тип процес на шприцване за вашата част
Практическата последователност на подбор преминава от изискванията към частите към процеса във фиксиран ред, защото всяка стъпка ограничава следващата.
Оценка на скрининговата сила на работното затягане за детайл от клас ABS: проектирана площ от 80 инча² (части, канали и леятници) × 3.0 тона/инч² емпиричен фактор = 240 тона, плюс 15% марж = 276 тона, което сочи към пресоване от приблизително 280–300 тона. Факторът е скринингова стойност за обща инженерна смола и трябва да бъде валидиран с данни за налягането в кухината или анализ на потока във формата.
Започнете със семейството материали. Термопласт, термореактивен, еластомер или течен силиконов каучук, метал или керамичен прах и композит изискват различен набор от машини и инструменти, а изборът обикновено се определя от температура, химическо въздействие, чистота или механични изисквания, а не от самия процес на формоване.
След това разгледайте геометрията и сечението на стената. Тънките стени, дългите дължини на потока и микроелементите насочват към високоскоростни режими с високо налягане и вариотермична обработка; дебелите сечения могат да сочат към флуидно-асистирани или пянообразуващи процеси, които издълбават вътрешността.
След това попитайте дали детайлът се нуждае от повече от един материал или вграден компонент. Меко захващане на твърд корпус, капсулирана метална резба или скрита регенерирана сърцевина сочат към различна специална техника, а обемът и сигурността на дизайна решават между двукомпонентни и пик-енд-пласт маршрути.
След това приложете бюджет за обем и инструментална екипировка. Класът на матрицата и броят на кухините произтичат от годишния обем и очаквания живот на програмата, а цената на инструменталната екипировка трябва да се прецени спрямо цената на детайла.
Накрая проверете изискванията за повърхност и толеранс. Аморфните термопласти обикновено се избират пред кристалните смоли, когато се изискват тесни толеранси, поради по-ниското и по-изотропно свиване; разпенените части се нуждаят от противоналягане или динамичен контрол на температурата на матрицата, за да се постигне добра повърхност; а текстурираните повърхности изискват допълнително опъване.
Таблицата по-долу обобщава основните типове спрямо материала, типичния обемен режим, сложността на инструментите и ключовите компромиси. Тя е качествена, тъй като източниците не дават числа, а данните за обема са типични насоки, а не правила.
| Вид процес на шприцване | Материал | Типичен обемен режим | Сложност на инструменталната екипировка | Ключов компромис |
| термопластичен | Полукристални и аморфни полимери | Ниско до много високо | Умерено до високо, в зависимост от класа | Контрол на свиването и деформацията |
| Термореактивният | Омрежващи смоли | Ниска до висока | Нагрят инструмент; скрапът не може да се шлифова повторно | Устойчивост на топлина и химикали спрямо цена на скрап |
| Еластомер / течен силиконов каучук | Платиново втвърдяващ се силикон, гума | Ниска до висока | Дозиране и смесване плюс инструменти за студено пълнене | Чистота и уплътняващи характеристики спрямо цената на оборудването |
| Метален/керамичен прах | Прах плюс свързващо вещество | Ниско (LPIM) до масово производство (HPIM) | Форма плюс отстраняване на свързващо вещество и синтероване | Метал или керамика с мрежова форма спрямо допълнителни стъпки в процеса |
| Композитен / подсилен с влакна | Късовлакнести и прахообразни съединения | Ниска до висока | Устойчив на износване винт, цев и инструменти | Твърдост спрямо анизотропия и износване на влакната |
| Двукратен / многоматериален | Два полимера | Обикновено над 10 000 части | Единична машина с индексираща или въртяща се матрица; скъп инструмент | Свързани многоматериални детайли спрямо инвестиции в инструментална екипировка |
| Поставете формоване | Смола плюс метал или друга вложка | Ниска до висока | Вмъкване на местоположение и характеристики на задържане | Елиминирано сглобяване в сравнение с добавяне на време за цикъл |
| отливането | Субстрат плюс смола за формоване | От умерен до висок | Отделна преса и обработка | Меко докосване или запечатване спрямо контрол на свързването |
| Съвместно инжектиране | Полимери за кожата и ядрото | Средно до високо | Два бъчви, една дюза; контрол на процеса | Основна цена или производителност срещу риск от пробив |
| Микро шприцване | Инженерни полимери | Средно до високо | Малки винтове, прецизен контрол на изстрела, вариотерм | Характеристики на Micron спрямо контрол на теглото на впръскванията |
| С газова / водна помощ | термопласт | Средно до високо | Блокове за управление на впръскването на течности | Намаляване на теглото и деформацията спрямо сложността на процеса |
| Пяна / микроклетъчна | Термопласти плюс свръхкритичен флуид | Средно до високо | Дозиране на газ и контрол на температурата на матрицата | 30–40% намаляване на материала спрямо качеството на повърхността |
| Тънкостенни | термопласт | Високо | Здрава инструментална екипировка, високоскоростна преса | Намаляване на стената спрямо налягане и замръзване |
| Етикетиране във формата | Термопласти плюс етикет или фолио | Средно до високо | Роботизирано поставяне и регистрация | Интегрирана графика срещу сложност на управлението |
| Реакционно леене под налягане | Полиуретан и други реактивни системи | Ниска до средна | Инструменти от стомана, алуминий, силикон, епоксидна смола или никел | Големи тънки части при ниска сила на затягане спрямо контрол на химията |
Изберете NOBLE за поддръжка на вашия проект за шприцване
NOBLE е водеща производствена компания в Китай и китайско-британско съвместно предприятие, признато от правителството за национално високотехнологично предприятие. С повече от 10 години професионален опит в производството и бързото прототипиране, NOBLE е специализирана в проекти, поддържащи услуги, включително машинна обработка и производство на части, в рамките на бизнес направлението си „Интелигентно производство“.
За проект за шприцване, този опит е от значение и в двата края на програмата. Възможностите за обслужване и професионална обработка на NOBLE помагат на клиентите да преминат ефективно от прототипиране към масово производство - тестване на дизайн, валидиране на материал и след това пренасяне на детайла до масово производство, без да се предава проектът между несвързани доставчици. Екипът работи за пълно реализиране на изискванията на клиентите, със стандартизирано управление за строг контрол на качеството на частите и продуктите и разумен работен процес, който поддържа ниски разходи при същото качество.
Системата за качество е сертифицирана по ISO 9001:2015 и ISO 13485:2016, така че проекти с очаквания за качество на медицинските изделия могат да бъдат подкрепени в рамките на документирана система за управление. NOBLE предлага пълен набор от услуги от проектиране до сглобяване - не само производство - и осъществява ефикасен, точен и рентабилен процес вътрешнофирмено, което означава, че бързото прототипиране и бързата производствена работа не зависят от аутсорсинг. Комплексният CNC софтуер и опитните инженери поддържат бързи срокове за изпълнение, професионална оферта може да бъде предложена в рамките на 24 часа след запитване за оферта с необходимата информация, а пълен набор от оборудване за инспекция и цялостна система за контрол на качеството помагат да се гарантира, че прототипите и компонентите се създават с висока точност.
Мисията на NOBLE е да превръща концепциите в реалност, като предоставя изключителни производствени услуги по заявка, произвеждайки прости и сложни прототипи и крайни части, които отговарят на строги критерии за толерантност и стандарти за качество. За да обсъдите проект за шприцване, изпратете RFQ с необходимата информация за частта и екипът ще отговори с оферта и препоръчителен маршрут от прототипа до производството.
Често задавани въпроси за видовете шприцване
Кой процес на шприцване е подходящ за материала и геометрията на моята част?
Започнете със семейството материали, защото то ограничава машината и инструменталната екипировка, преди да се вземе предвид геометрията. След това разгледайте размера на сечението на стената и елемента: тънките стени, дългите дължини на потока и микроелементите водят до високоскоростни режими с високо налягане и вариотермична обработка с инструменти, докато дебелите сечения може да благоприятстват флуидно-асистирани или пянообразни процеси. Накрая, попитайте дали детайлът се нуждае от повече от един материал или вградена вложка; ако е така, разделът за специални процеси по-горе е мястото, от което да започнете.
Как да избера между двукомпонентно формоване, формоване с вложка и допълнително формоване за многоматериална част?
Двушовното формоване инжектира два материала последователно в една машина и е подходящо за големи производствени обеми - обикновено над 10 000 части - където дизайнът и материалите са предварително определени за серията. Формоването с вложки капсулира предварително поставена вложка, обикновено метална, в смола и елиминира вторични стъпки на вмъкване, като например термично закрепване или ултразвуково заваряване. Овърформирането свързва втори пластмасов слой върху пластмасова основа за меко захващане, уплътняване или естетика и може да се извърши или като двушовно формоване в една машина, или последователно на отделна преса. Трите метода са свързани, но не са взаимозаменяеми, а якостта на свързване може да се различава между различните маршрути за една и съща двойка материали, така че изборът трябва да бъде валидиран с доставчика на материали и формовъчния производител.
При какъв обем на производство си струва да се използват специализирани инструменти за шприцване?
Няма универсален праг, тъй като икономията на инструменталната екипировка зависи от размера на детайлите, цената на материалите и скоростта на машината. Като типична насока, производството на инструментална екипировка с една или две кухини е обикновено под приблизително 50 000 части годишно, а точката на рентабилност, при която многокухинен инструмент възстановява допълнителната си инвестиция в сравнение с еднокухинен инструмент, обикновено е между 50 000 и 200 000 части. За много малки обеми, производството на прототипи на инструментална екипировка от клас 105 – по-малко от 500 цикъла – е естественият избор за доказване на дизайна, преди да се премине към производство на инструментална екипировка.
По какво се различава шприцването на метални и керамични прахове от шприцването на пластмаси по отношение на инструменталната екипировка и последващата обработка?
Праховото шприцване добавя две стъпки след шприцването, които липсват при шприцването на пластмаси: отстраняване на свързващото вещество, което премахва свързващото вещество от зелената част, и синтероване, което уплътнява кафявата част и развива нейните свойства. Подготовката на суровината също е по-сложна, тъй като прахът и свързващото вещество трябва да се смесят в хомогенна суровина. При праховото шприцване, шприцването под високо налягане исторически е било обвързано с масово производство, докато шприцването под ниско налягане с нисковискозни суровини е демонстрирано за ниски и големи партидни производствени нива, включително керамични части с почти чиста форма в диапазона от 100 до 10 000 бройки.
Какви разлики в инструментите и машините трябва да очаквам при микрошприцване спрямо конвенционалното шприцване?
Микро шприцването използва шнекове с по-малък диаметър, прецизен контрол на впръскването и по-високи температури на стопилката и формата, като често се добавя и вариотермично нагряване на формата, за да се предотврати преждевременното замръзване при микроелементи. Основната трудност е контролирането на много малки тегла на впръскването: впръскване от 1 mg се нуждае от ход от приблизително 0.0056 мм на шнек с диаметър 14 мм, а малките шнекове могат да се затруднят да поддържат налягането на впръскване и да подават пелети. Конвенционалните машини понякога са адаптирани със системи от леяци и канали, около 100 пъти по-големи от микродетайла, но това води до разхищение на смола, удължаване на цикъла и скрива ефекта от параметрите на машината върху детайла.
Как газоасистираното, водноасистираното и пяноформоването намаляват деформацията или теглото и колко ми струват те по отношение на сложността на процеса?
Газово-асистираното формоване инжектира газ в стопилката, за да извади дебели участъци, да уплътни детайла и да намали деформацията, напрежението и свиването, осигурявайки по-добра размерна прецизност и стабилност на формата. Водно-асистираното формоване прави същото с вода, която има приблизително 40 пъти по-голяма топлопроводимост от газа и около четири пъти по-голям топлинен капацитет; то е намалило времето за цикъл на охлаждане с до 70% в сравнение с газовото асистиране и осигурява по-гладки вътрешни стени, но бързото охлаждане срещу високо налягане може да създаде кухини или да пробие обвивката, особено при бързокристализиращи материали като найлон. Формоването с пяна и микроклетъчното формоване използват свръхкритичен флуид за създаване на фина клетъчна структура, като микроклетъчният процес е съобщен с 30% до 40% намаляване на материала, но качеството на повърхността зависи от температурата на формата и налягането в кухината и често се нуждае от газово противоналягане или динамичен контрол на температурата на формата. И трите метода предлагат опростяване на процеса за сметка на печалби от тегло, деформация или време на цикъла.
Какво предлага NOBLE в областта на прототипирането и масовото производство и кои сертификати са приложими?
NOBLE предлага цялостно производство по поръчка, от проектиране до сглобяване — не само производство — и подкрепя клиентите от прототипиране до масово производство. NOBLE е китайско-британско съвместно предприятие, признато за национално високотехнологично предприятие, с повече от 10 години професионален опит в производството и бързото прототипиране, а системата му за качество е сертифицирана по ISO 9001:2015 и ISO 13485:2016. Вътрешните възможности, оборудването за инспекция и професионалният процес на офериране осигуряват бързи срокове за изпълнение и точни части.
