АБС-пластик — один из наиболее широко используемых конструкционных термопластов в мире, и во многом этот статус обусловлен компромиссом, заложенным в его химическом составе. Акрилонитрил обеспечивает химическую стойкость и жесткость, бутадиен — прочность, а стирол — жесткость, блеск и легкость обработки. Ни один мономер не обеспечивает всех трех характеристик, и ни один сорт АБС-пластика не обеспечивает всех трех характеристик в максимальном объеме. Именно этот компромисс объясняет, почему литье под давлением АБС-пластика выгодно дизайнеру и литьеру, которые работают с конкретным сортом, а не с категорией.
В этом руководстве рассматривается вся цепочка решений, принимаемых в проекте с использованием ABS-пластика: что представляет собой материал и каковы границы его свойств, как происходит последовательность формования от сушки гранул до финишной обработки, особенности конструкции деталей и пресс-форм, которые в наибольшей степени влияют на стоимость оснастки и риск дефектов, преимущества и ограничения, которые следует учитывать при планировании, области применения, где ABS-пластик обычно используется, и сравнение литья под давлением ABS с обработкой на станках с ЧПУ, 3D-печатью и термоформованием. В заключение приводятся диагностика дефектов, раздел о собственных возможностях компании NOBLE и ответы на наиболее часто задаваемые вопросы покупателей и дизайнеров.
Что такое ABS и почему он подходит? Литье под давлением
АБС-пластик — это аморфный терполимер акрилонитрила, бутадиена и стирола, широко используемый с 1950-х годов. Поскольку он аморфный, а не полукристаллический, у него нет четко выраженной точки плавления; вместо этого он постепенно размягчается, и его температура стеклования составляет приблизительно 105 °C для стандартных марок. Ниже этой температуры полимерные цепи находятся в жестком, стеклообразном состоянии, которое придает АБС-пластику жесткость и стабильность размеров; выше нее цепи приобретают подвижность, и материал становится эластичным.
Именно эта структура делает ABS идеальным материалом для литья под давлением. Аморфные смолы, как правило, демонстрируют меньшую и более предсказуемую усадку в пресс-форме, чем полукристаллические, поэтому размеры полости можно компенсировать с большей уверенностью. ABS также текучесть в широком диапазоне технологических параметров, выдерживает широкий диапазон конфигураций машин и обеспечивает высококачественную поверхность после полировки полости. Практическое следствие для проекта заключается в том, что параметры процесса и ожидаемые свойства должны быть привязаны к конкретному сорту — универсальному, ударопрочному, термостойкому, огнезащитному, гальваническому, прозрачному или смеси PC-ABS — поскольку каждый из них имеет свой рекомендуемый диапазон параметров цилиндра и свой баланс свойств.
Как три мономера влияют на производительность
Каждый из трех мономеров вносит свой вклад в различные свойства — химическую стойкость, ударопрочность и жесткость, — а их соотношение регулируется для получения разных марок. Большее количество акрилонитрила, как правило, повышает прочность за счет дополнительных полярных связей между нитрильными цепями; большее количество стирола повышает жесткость и блеск поверхности; большее количество полибутадиена повышает ударную вязкость и сопротивление ударам.
Особого внимания заслуживает бутадиеновая фаза, поскольку она является наименее термически и фотохимически стабильным компонентом. Именно эта фаза разрушается под воздействием ультрафиолетового излучения на открытом воздухе, и именно она наиболее подвержена воздействию высоких температур в процессе обработки. В марки, предназначенной для высокой ударопрочности, её содержится больше; в марке, предназначенной для термостойкости, для повышения температуры стеклования может использоваться сомономер, например, α-метилстирол. Именно поэтому обозначение «ABS» на чертеже является отправной точкой, а не спецификацией: две марки ABS могут существенно отличаться по термостойкости, ударопрочности и рекомендуемой температуре плавления.
Типичные объекты недвижимости и их границы.
Типичные значения для неармированного АБС-пластика иллюстрируют диапазон его свойств. Плотность обычно составляет около 1.0–1.2 г/см³. Предел прочности при растяжении обычно указывается в диапазоне примерно 40–62 МПа при пределе текучести, а модуль упругости при изгибе — в районе 1.35–2.7 ГПа в зависимости от марки. Ударная вязкость с надрезом сильно варьируется в зависимости от содержания бутадиена и метода испытания. Температура деформации под нагрузкой обычно ниже 100 °C для марок общего назначения, а у жаропрочных марок она выше. Усадка при формовании обычно составляет около 0.4–0.7% для стандартных неармированных марок, а водопоглощение низкое — обычно около 0.1–0.5% — но все же достаточно высокое, чтобы требовать сушки.
Каждый из этих показателей следует рассматривать как зависящий от марки и метода изготовления. Опубликованные значения ударной вязкости полезны для сравнения марок, но характеристики готовой детали также зависят от толщины стенки, углов, ребер, сварных швов, расположения литниковых каналов и внутренних напряжений, поэтому производственные испытания должны отражать фактическую конструкцию детали, а не полагаться исключительно на средние значения из технических характеристик. Температура деформации под воздействием тепла помогает сравнивать материалы, но сама по себе не устанавливает безопасную долговременную рабочую температуру под нагрузкой. Огнестойкость зависит от конкретной марки смолы, цвета и минимальной толщины стенки, поэтому общее обозначение огнестойкости не гарантирует, что каждая толщина или цвет будут соответствовать одному и тому же показателю.
Процесс литья под давлением АБС-пластика, шаг за шагом.
Процесс литья АБС-пластика под давлением включает в себя сушку гранул, плавление, впрыскивание, уплотнение, охлаждение, выталкивание и финишную обработку. Каждый этап имеет свое назначение и ключевой параметр управления, а приведенные ниже данные представляют собой начальные значения, взятые из опубликованных рекомендаций, а не универсальные настройки. Основные параметры определяются техническими характеристиками марки пластика и результатами пробных впрыскиваний.
Сушка гранул перед обработкой
ABS-пластик гигроскопичен и требует предварительной сушки. Остаточная влажность выше примерно 0.1% приводит к появлению видимых серебристых полос и следов деформации, а также — что более серьезно — к образованию внутренних пустот, снижающих ударную прочность, даже если деталь выглядит приемлемо снаружи. В опубликованных рекомендациях обычно советуют сушить ABS-пластик общего назначения при температуре 80–90 °C в течение 2–4 часов, а термостойкие марки, содержащие компоненты из поликарбоната, сушат при более высокой температуре, около 100 °C, при этом время сушки определяется методом экструзии воздуха. Герметичные бункеры помогают предотвратить повторное попадание влаги в материал между сушкой и обработкой.
Правильная сушка — это первая проверка на наличие каких-либо проблем с внешним видом или прочностью ABS-пластика, поскольку вызываемые ею дефекты имитируют другие недостатки. Деталь со следами деформации может выглядеть как результат перегрева; если смола не была высушена в соответствии со спецификацией, никакая доводка цилиндра не исправит ситуацию.
Зоны плавления и температуры в цилиндре
Обычно цилиндр описывается четырьмя зонами. Типичная последовательность температур для АБС-пластика общего назначения начинается примерно с 180–200 °C в зоне подачи, затем следует диапазон 200–220 °C в зоне сжатия, 210–240 °C в зоне дозирования и 220–250 °C в сопле, при этом рекомендуемые значения составляют около 190 °C, 210 °C, 225 °C и 235 °C соответственно. Другие опубликованные данные по маркам указывают на более широкий диапазон температур плавления, примерно 220–260 °C, а для жаропрочных марок они могут быть еще выше, в районе 220–260 °C, в то время как для огнестойких марок они часто находятся в нижнем диапазоне, около 200–240 °C.
При температуре выше примерно 270 °C или при более низких температурах и длительном воздействии АБС-пластик начинает разрушаться: он меняет цвет на желтый или коричневый, приобретает запах гари, выделяет пары стирольного мономера и другие летучие органические соединения, а также теряет механические свойства. Равномерный нагрев цилиндра, контролируемое противодавление, умеренное время воздействия и регулярная продувка предотвращают последствия термической обработки, которые впоследствии проявляются в виде черных пятен или ослабленных деталей.
Впрыскивание, упаковка и хранение
Давление и скорость впрыска определяют, заполнится ли полость до замерзания расплава, особенно в случае тонких стенок. Для предотвращения как коротких впрысков, так и струйного распыления обычно используется средняя или высокая скорость впрыска с многоступенчатым профилем, а давление оптимизируется с учетом фактической длины потока и сечения стенки. Давление уплотнения обычно устанавливается на уровне 50–80% от давления впрыска и поддерживается до замерзания литникового канала, поскольку уплотнение компенсирует усадку, пока деталь находится под давлением. Недостаточное уплотнение проявляется в виде усадочных раковин, пустот и несоответствий размеров; чрезмерное уплотнение повышает остаточное напряжение и может вызвать образование облоя.
Опубликованные исследования хромированных автомобильных деталей из АБС-пластика показали, что параметры обработки заметно влияют как на остаточные напряжения, так и на адгезию покрытия. В этом исследовании повышение фиксированной температуры половины формы на 15 °C уменьшило образование микротрещин, увеличение давления прессования на 20 бар также уменьшило микротрещины, а снижение скорости впрыска на 5 мм/с на каждом этапе оказалось более эффективным по сравнению с ее увеличением. В той же работе использовался тест с уксусной кислотой, в котором побеление поверхности указывает на остаточные напряжения. Вывод заключается не в универсальном рецепте, а в принципе: прессование и скорость впрыска — это переменные качества, а не просто параметры заполнения.
Охлаждение, выталкивание и окончательная обработка
Температура пресс-формы оказывает сильное влияние на качество поверхности ABS-пластика. При низких температурах пресс-формы, около 40 °C, расплав быстро охлаждается у полости, что приводит к большей шероховатости поверхности, более заметным линиям сварки и потенциальному обесцвечиванию под воздействием напряжений. При 60–80 °C расплав дольше остается текучим у поверхности полости, улучшая воспроизведение мелких деталей и создавая более глянцевые и гладкие поверхности. Для деталей, которые будут подвергаться гальваническому покрытию или покраске, обычно указывается температура пресс-формы примерно 60–70 °C как необходимая для достижения качества поверхности, требуемого для адгезии покрытия и краски.
Время охлаждения должно быть достаточно долгим, чтобы деталь могла выдержать извлечение без деформации, а равномерные каналы охлаждения помогают стабилизировать цикл. После извлечения детали доступны следующие варианты финишной обработки: обрезка и удаление литников, сборка, покраска, тампонная печать, трафаретная печать, горячее тиснение, лазерная гравировка и гальваническое покрытие. ABS хорошо окрашивается по полимерным стандартам — краски на основе растворителей и воды обычно сцепляются непосредственно с чистыми, обезжиренными поверхностями без адгезионной грунтовки, — но остатки разделительного состава необходимо удалить перед нанесением двухкомпонентного прозрачного покрытия. Адгезия покрытия, как отмечалось выше, зависит от температуры пресс-формы, давления уплотнения и скорости впрыска, поэтому требования к внешнему виду покрытия должны быть указаны в спецификации литья, а не только в цехе финишной обработки.
Рекомендации по проектированию деталей и пресс-форм из АБС-пластика
Конструктивные особенности во многом определяют стоимость оснастки и большую часть риска дефектов в деталях из ABS-пластика. Приведенные ниже рекомендации носят скорее конструктивный характер, чем являются абсолютными правилами, поскольку правильный ответ зависит от марки пластика, геометрии и требований к внешнему виду.
Толщина и однородность стенок
Обычно указывается диапазон толщины стенок для ABS-пластика 0.045–0.140 дюйма (примерно 1.1–3.6 мм), а в других рекомендациях по обработке в качестве рабочего диапазона приводится 1.2–3.5 мм. Более важным, чем абсолютное число, является однородность. Неоднородные стенки приводят к усадке, деформации, внутренним напряжениям и неточностям размеров, поскольку толстые участки остывают и сжимаются позже, чем тонкие, когда деталь уже достаточно жесткая, чтобы сопротивляться давлению. Поддержание однородности стенок улучшает текучесть и заполнение, охлаждение, внешний вид и общие эксплуатационные характеристики детали.
Там, где образование толстого участка неизбежно, его следует удалить или заменить сплошной массой ребрами. Как правило, толщина стенок формованной детали должна составлять не менее 40–60% от толщины прилегающих стенок, а толщина ребер обычно поддерживается ниже номинальной толщины стенки, чтобы избежать усадки на противоположной поверхности. Для аморфных смол, таких как АБС-пластик, опубликованные рекомендации допускают изменение толщины стенок до примерно 25% от номинальной; более высокая однородность предпочтительнее, если важен внешний вид.
Сквозняк, радиусы и запорные сооружения
Углы уклона позволяют извлечь деталь из полости без царапин и заеданий. Необходимый уклон зависит от глубины поверхности, текстуры и типа смолы; для текстурированных поверхностей требуется больший уклон, чем для полированных. Острые внешние углы, как правило, допустимы, но внутренний радиус укрепляет угол и снижает концентрацию напряжений, способствующую деформации и растрескиванию.
Подрезы — ещё один важный фактор, определяющий выбор оснастки. Элемент, который невозможно извлечь в процессе вытяжки, требует бокового действия, подъёмника или ручной загрузки вставки, что увеличивает стоимость оснастки, время цикла и затраты на техническое обслуживание. Если же подрез можно перепроектировать в защёлкивающийся элемент, который изгибается при извлечении, или переместить на линию разъема, то оснастка значительно упрощается.
Ворота, сварочные швы и выступы
Расположение литникового канала определяет место встречи фронтов расплава и, следовательно, место образования сварных швов. Поскольку прочность сварного шва может варьироваться от 20% от номинальной прочности до практически полной прочности в зависимости от материала, конструкции детали, оснастки и технологического процесса, расположение литникового канала должно исключать образование сварных швов в зонах с высоким напряжением. Выступы, ребра, отверстия и углубления разделяют поток и создают дополнительные фронты, поэтому их геометрия и ориентация относительно потока имеют значение. По возможности, ребра и выступы должны располагаться в направлении потока, чтобы облегчить заполнение и вентиляцию.
Усадка, допуски и анализ DFM (проектирование с учетом технологичности)
Усадка при формовке АБС-пластика обычно составляет около 0.4–0.7% для стандартных ненаполненных марок, в среднем около 0.5%, что ниже и более предсказуемо, чем у полукристаллических смол, таких как полипропилен. Размеры полости вырезаются с запасом на усадку, и этот запас следует сверить с техническими характеристиками поставщика, а затем уточнить на основе измеренных пробных оттисков перед окончательным изготовлением инструмента.
Перед резкой стали обычно проводится анализ технологичности конструкции, который выявляет тонкие и толстые участки относительно номинальной толщины стенки, достаточность уклона, расположение линии разъема, расположение литников и выталкивателей, подрезы и боковые воздействия, а также необходимость использования ручных вставок. В случаях высокого риска для внешнего вида или прочности конструкции анализ потока может выявить зоны повышенного давления и вероятные места образования стыков. Выявление этих проблем с помощью сита обходится гораздо дешевле, чем их обнаружение с помощью закаленного инструмента.
Преимущества и ограничения Литье под давлением АБС
Литье под давлением АБС-пластика выигрывает за счет определенного сочетания свойств и экономических факторов, но при этом накладывает определенные ограничения на проектирование. Обе стороны должны быть учтены в плане проекта.
Где литье под давлением АБС-пластика демонстрирует хорошие результаты
ABS обладает размерной стабильностью, высокой жесткостью и твердостью даже при низких температурах, и может использоваться при температурах до −40 °C в соответствующих марках. Его аморфная структура обеспечивает низкую, предсказуемую усадку, что позволяет поддерживать стабильные размеры деталей на протяжении всего производственного цикла. Особое преимущество — качество поверхности: полированные полости воспроизводят мелкие детали, а ABS легко поддается покраске, печати, горячей штамповке, лазерной маркировке и гальваническому покрытию в соответствии со стандартами для полимеров. Диапазон технологических параметров достаточно широк, чтобы большинство предприятий по литью под давлением могли использовать этот материал, а при повторных объемах производства экономическая эффективность литья под давлением трудно превзойти.
Ограничения по материалам и технологическим процессам, которые необходимо учитывать при планировании.
Чувствительность к влаге — первое ограничение: АБС-пластик должен быть сухим, и это правило должно соблюдаться на протяжении всей смены, а не только при запуске. Тепловые ограничения также имеют значение. Долгосрочная рабочая температура стандартного АБС-пластика обычно ниже 100 °C, и температура деформации под воздействием тепла сама по себе не определяет безопасную непрерывную рабочую температуру под нагрузкой. Марки АБС-пластика различаются, поэтому термостойкие характеристики следует выбирать обдуманно, а не предполагать.
Химическая стойкость неоднородна. АБС-пластик хорошо противостоит разбавленным и концентрированным кислотам и щелочам, но плохо справляется с спиртами, альдегидами, кетонами, сложными эфирами, ароматическими и галогенированными углеводородами. Изопропанол и более сильные растворители часто являются причиной растрескивания при очистке, а образование трещин от растворителей часто происходит только под воздействием механических нагрузок, поэтому химические составы для очистки следует проверять на образцах, подвергнутых таким нагрузкам.
На открытом воздухе стандартный АБС-пластик обладает низкой устойчивостью к атмосферным воздействиям: ультрафиолетовое излучение, воздействующее на бутадиеновую фазу, вызывает выцветание, образование мелового налета, пожелтение и охрупчивание. Для наружного применения обычно используют УФ-стабилизированный вариант, защитное покрытие или другой полимер, например, ASA. Немодифицированный АБС-пластик также воспламеняется, что обычно указывается в технических характеристиках как UL 94 HB, поэтому там, где требуется огнестойкость V-0 или V-2, необходимы огнестойкие марки — и эта марка, цвет и толщина соответствуют конкретному испытанному образцу. Наконец, изготовление оснастки сопряжено с высокими затратами и сроками выполнения заказа, что является основным экономическим ограничением, обсуждаемым в разделе сравнения.
Применение литья под давлением ABS
ABS обычно используется в нескольких семействах приложений, и каждое из них опирается на разные части профиля свойств.
Потребительские товары и электроника Корпусы
Классическими областями применения ABS-пластика являются корпуса электронных устройств, детали бытовой техники, офисное оборудование, защитные кожухи, игрушки и товары народного потребления. Он сочетает в себе сбалансированную жесткость, ударопрочность, формуемость и качество поверхности, что делает ABS-пластик экономичным для изготовления декоративных корпусов. Универсальные марки могут быть доступны с различными диапазонами текучести в зависимости от размера детали и толщины стенки, а марки с высокой текучестью помогают заполнять тонкие или детализированные корпуса.
Автомобильная Внутренние и декоративные элементы
Внутренние элементы отделки, решетки радиатора и хромированные декоративные детали — распространенные области применения ABS, при этом ABS, предназначенный для гальванического покрытия, разработан для нанесения покрытий методом электролиза. Адгезия покрытия зависит от параметров формования, а также от смолы, поэтому температура пресс-формы, давление уплотнения и скорость впрыска должны быть указаны в спецификации для деталей с покрытием. Для наружного применения требуются УФ-стабилизированные марки или покрытия, поскольку стандартный ABS плохо переносит атмосферные воздействия. В случаях, когда требуется более высокая термостойкость или ударопрочность, чем обеспечивает стандартный ABS, может быть рассмотрена смесь PC-ABS, что повлечет дополнительные расходы и потребует иных условий химической стойкости и обработки.
Мед и регулируемые продукты
Корпуса медицинских изделий и портативное диагностическое оборудование часто изготавливаются из ударопрочного АБС-пластика, поскольку детали должны выдерживать многократные падения. Однако пригодность для медицинского применения или контакта с пищевыми продуктами зависит от конкретного сорта и соответствия применимым нормативным требованиям и требованиям биосовместимости для конечного готового изделия, а не от АБС-пластика как категории. Оценка биосовместимости представляет собой оценку изделия в его окончательном виде, включая стерилизацию, где это применимо, и соответствующие требования должны быть подтверждены поставщиком сорта и в соответствии с применимыми нормативными актами до утверждения проекта.
Обслуживание на открытом воздухе и в условиях воздействия химических веществ
Стандартный АБС-пластик плохо подходит для длительного воздействия внешней среды или контакта с топливом, растворителями и кетонами. Прежде чем выбирать АБС-пластик для таких условий эксплуатации, необходимо подтвердить наличие системы УФ-стабилизации или покрытия у выбранного сорта, данные о его химической стойкости к воздействию реальных сред и концентраций, а также температуру длительной эксплуатации при ожидаемой нагрузке. Если подтвердить эти данные невозможно, обычно более безопасным вариантом является использование полимеров другого семейства.
Литье АБС-пластика под давлением в сравнении с другими процессами.
В большинстве программ разработки литье под давлением АБС-пластика конкурирует с тремя альтернативами: обработкой на станках с ЧПУ, 3D-печатью и термоформованием. Правильный выбор зависит от объема, геометрии, допусков и требований к поверхности, а не от какого-либо одного показателя.
Против Обработка CNC
Обработка на станках с ЧПУ не требует оснастки, поэтому первоначальные затраты низкие, а изменения в конструкции обходятся недорого, при этом достижимая точность высока, а свобода проектирования широка. Однако себестоимость единицы продукции остается высокой, поскольку каждая деталь вырезается индивидуально. Литье под давлением ABS-пластика меняет эту структуру: оснастка и промышленное производство сопряжены с высокими первоначальными затратами, но себестоимость единицы продукции резко снижается, а повторяемость при больших объемах производства превосходна. Опубликованные рекомендации предприятий, использующих оба процесса, показывают, что механическая обработка выигрывает по общей стоимости при заказе менее 500 деталей, литье под давлением почти наверняка выигрывает при заказе более 5,000 деталей, а для диапазона 500–5,000 деталей требуется расчет, включающий стоимость пресс-формы, себестоимость единицы продукции и ожидаемый объем производства. Распространенная схема заключается в изготовлении прототипов для проверки конструкции, а затем, после завершения испытаний, в принятии решения о создании пресс-формы.
Против 3D печать
Аддитивное производство позволяет изготавливать детали без оснастки за считанные дни, а не недели, как это требуется для изготовления пресс-формы, что делает его естественным выбором для прототипов и небольших партий, обычно менее 1,000 единиц. Оно также позволяет создавать геометрию, недоступную при литье. Литье выигрывает, когда геометрия стабильна и объем достаточен для амортизации оснастки, а также обеспечивает выбор материалов, качество поверхности и повторяемость, недоступные большинству аддитивных процессов в промышленных масштабах. Кроме того, напечатанные детали, как правило, анизотропны, и их прочность зависит от направления построения, тогда как ненаполненные термопласты, равномерно охлаждающиеся во время литья под давлением ABS, часто рассматриваются как изотропные в инженерных расчетах.
Против термоформования
Стоимость оснастки для термоформования часто составляет лишь небольшую часть от стоимости аналогичной оснастки для литья под давлением ABS-пластика — обычно это около 10–15% для крупных деталей из толстостенного пластика, — что делает этот метод привлекательным для малых и средних объемов производства крупных деталей, от сотен до нескольких тысяч штук в год. Формование под давлением позволяет приблизиться к качеству литья под давлением ABS-пластика за счет приложения нагретого листа к оснастке под повышенным давлением. Однако формование по-прежнему выигрывает по времени цикла, повторяемости, детализации мелких деталей и отсутствию вторичной обрезки, и становится более дешевым вариантом после того, как объем производства окупает стоимость оснастки.
Выбор по объему, геометрии и отделке.
В практической системе принятия решений учитываются четыре фактора. Годовой объем производства определяет расчет амортизации. Размер и сложность детали определяют, насколько соразмерна оснастка для литья и можно ли извлечь деталь из пресс-формы. Допуски и требования к поверхности определяют, что важнее: точность механической обработки или повторяемость и качество литья. Ожидаемые изменения в конструкции способствуют внедрению процессов без использования оснастки, пока проект еще находится в стадии разработки. В условиях неопределенности объемов производства стратегия перехода — механическая обработка или печать для проверки, а затем литье для производства — часто обходится дешевле, чем слишком раннее принятие решения об использовании оснастки.
Диагностика распространенных дефектов литья под давлением АБС-пластика.
Большинство дефектов АБС-пластика обусловлены одной из трех причин: влажностью, разницей в толщине стенок или условиями заполнения и уплотнения. Правильное определение источника дефекта — залог успешного устранения проблемы, а не простого предположения.
Серебряные полосы, разброс и пустоты
Серебристые полосы, следы разбрызгивания и внутренние пустоты — признаки остаточной влаги. Первым делом всегда проверяйте сушку: убедитесь, что сушилка достигла нужной температуры, проверьте время выдержки и убедитесь, что смола не подвергалась воздействию влажного воздуха между сушкой и бункером. Поскольку те же дефекты могут быть вызваны термической деградацией или чрезмерным сдвигом, проверьте температуру расплава и время выдержки после подтверждения сушки. Внутренние пустоты представляют опасность, поскольку они могут быть невидимы и снижают ударную прочность.
Следы раковины и коробление
Усадочные раковины появляются там, где толстые участки охлаждаются и сжимаются после затвердевания поверхности, а деформация возникает там, где усадка неравномерна по всей детали. Оба явления связаны с неравномерностью толщины стенок, уплотнением и охлаждением. Исправления конструкции — вырезание сердечника в толстых участках, добавление ребер, выравнивание стенок — устраняют первопричину. Исправления процесса — повышение давления уплотнения, увеличение времени выдержки до застывания литникового канала, балансировка охлаждения — устраняют симптом. Как правило, незначительные дефекты, проявляющиеся только в части партии, устраняются путем корректировки процесса, в то время как хронические дефекты обычно требуют изменения конструкции или оснастки.
Сварочные швы и слабые линии соединения
Швы образуются в местах столкновения фронтов расплава и являются одними из самых распространенных и трудноустранимых дефектов. Прочность в месте соединения может составлять от 20% до 100% от номинальной прочности, в зависимости от материала, конструкции детали, оснастки и технологического процесса. Способы устранения дефектов выстроены в иерархическом порядке: во-первых, переместить литник так, чтобы шов попадал в ненапряженную зону; во-вторых, уменьшить количество фронтов потока, заблокировав литники или используя каскадные клапанные литники; в-третьих, добавить переливной клапан, способствующий вентиляции и предотвращению запутывания цепей, с возможностью вторичной обрезки; в-четвертых, отрегулировать температуру расплава и пресс-формы, а также скорость впрыска. Равномерные номинальные стенки и надлежащая вентиляция вблизи шва способствуют достижению всех этих целей.
Короткие кадры, вспышка и остаточное напряжение
Неполный впрыск означает, что полость не заполнилась до замерзания расплава, что указывает на недостаточное давление или скорость впрыска, холодную форму, засоренные литники или слишком тонкие стенки для длины потока. Облой означает, что расплав вышел из полости, что указывает на чрезмерное давление, изношенную оснастку или недостаточный зажим. Остаточные напряжения — это незаметный дефект: он может не проявляться при проверке, но появляется позже в виде трещин, побеления или растрескивания от растворителя во время сборки или очистки. Для его устранения используются сбалансированная упаковка, равномерное охлаждение, большие радиусы и, при необходимости, отжиг. Тест на побеление уксусной кислотой может выявить остаточные напряжения на поверхностях ABS до того, как деталь попадет к заказчику.
Заключение
Успешное литье под давлением АБС-пластика зависит от четырех факторов: технологических параметров, установленных для конкретного сорта, а не для категории, дисциплины сушки, сохраняющейся на протяжении каждой смены, конструктивных особенностей, учитывающих усадку и текучесть материала, и честного сравнения с альтернативными процессами при ожидаемом объеме производства. Если все эти факторы соблюдены, АБС-пластик обеспечит баланс прочности, жесткости, качества отделки и стоимости, что сделало его стандартным конструкционным термопластиком. Если же эти факторы нарушены, тот же материал будет деформироваться, проседать, образовывать слабые сварные швы и трещины, которые не скроет никакая отделка.
Если у вас есть активный проект по производству изделий из ABS-пластика, услуга NOBLE «проектирование-сборка» поможет вам на всех этапах: от анализа технологичности производства и создания прототипов до изготовления оснастки и серийного производства. Отправьте запрос на коммерческое предложение с необходимой информацией о детали, и наша команда предоставит вам ценовое предложение и оценку технологичности изготовления.
Выберите NOBLE для вашего проекта по литью АБС-пластика под давлением.
NOBLE — это китайско-британское совместное предприятие, удостоенное правительством звания «Национальное высокотехнологичное предприятие», специализирующееся на проектах, поддерживающих услуги, включая механическую обработку и производство деталей в рамках направления «Интеллектуальное производство». Обладая более чем 10-летним опытом, NOBLE предоставляет комплексные услуги по изготовлению деталей на заказ — от прототипирования до серийного производства. Ее инженерные и сервисные возможности позволяют эффективно продвигать производство деталей из ABS-пластика от концепции и проверки до серийного выпуска.
Компания NOBLE имеет сертификаты ISO 9001:2015 и ISO 13485:2016. Спектр услуг охватывает все этапы — от проектирования до сборки, а не только производство, — поэтому один партнер может обеспечить передачу детали на все этапы, которые обычно приводят к задержкам и доработкам.
От прототипа к серийному производству
Программа ABS обычно начинается с проекта, который еще нуждается в проверке. NOBLE поддерживает прототипирование и серийное производство в рамках одного и того же сотрудничества, поэтому соответствие, функциональность и внешний вид могут быть проверены до начала изготовления оснастки, а знания, полученные в процессе прототипирования, переносятся в производственный процесс, а не теряются между поставщиками. Быстрые сроки выполнения заказов обеспечиваются комплексным программным обеспечением для станков с ЧПУ и опытными инженерами, а профессиональное коммерческое предложение может быть предоставлено в течение 24 часов после получения запроса на коммерческое предложение с необходимой информацией.
Системы качества и инспекции
Стандарт ISO 9001:2015 описывает требования к системам управления качеством, а ISO 13485:2016 — к системам управления качеством медицинских изделий; оба стандарта указывают на документированный контроль процессов, прослеживаемость и постоянное совершенствование, а не на оценку качества продукции. Компания NOBLE поддерживает эти системы полным комплектом контрольно-измерительного оборудования и общим процессом контроля качества, призванным обеспечить соответствие прототипов и компонентов заданным допускам. В работе с АБС-пластиком эта дисциплина наиболее важна там, где ее сложнее всего заметить: в документации по сушке, контроле параметров процесса и проверке размеров.
Проектирование, изготовление оснастки и сборка — всё под одной крышей.
Внутренние возможности NOBLE охватывают поддержку проектирования, прототипирование, производство и сборку, с использованием передовых технологий быстрого прототипирования и быстрого производства для обработки широкого спектра металлических и пластиковых материалов в соответствии со спецификациями. Объединение этих этапов снижает риск передачи информации между подразделениями: команда, которая проверяет проект на технологичность, — это та же команда, которая изготавливает оснастку и запускает производство деталей, поэтому проблема, поднятая на этапе проектирования с учетом технологичности (DFM), не должна передаваться между организациями для решения. Если у вас есть активный проект по литью под давлением ABS-пластика, вы можете отправить запрос на коммерческое предложение (RFQ), чтобы запросить ценовое предложение и проверку проекта.
Часто задаваемые вопросы о литье под давлением АБС-пластика
Нужно ли сушить АБС-пластик перед литьем под давлением?
Да. ABS гигроскопичен, и остаточная влажность выше примерно 0.1% вызывает появление серебристых полос, разводов и внутренних пустот, которые снижают ударную прочность, даже если деталь выглядит приемлемо. ABS общего назначения обычно сушат при температуре 80–90 °C в течение 2–4 часов, а термостойкие марки — при более высокой температуре, около 100 °C. Уточните спецификацию сушки для вашей марки и храните смолу в герметичном бункере перед обработкой.
Какие температуры цилиндра и пресс-формы используются при литье АБС-пластика под давлением?
Для ABS-пластика общего назначения типичная температура в цилиндре составляет примерно 180–200 °C в зоне подачи и 220–250 °C в сопле, при этом температура плавления обычно указывается в диапазоне 220–260 °C. Температура пресс-формы обычно составляет 40–80 °C, при этом 60–80 °C предпочтительна для декоративных деталей и 60–70 °C обычно указывается для деталей, которые будут подвергаться гальваническому покрытию или покраске. Термостойкие и огнестойкие марки смещают эти диапазоны, поэтому рассматривайте эти значения как отправные точки, которые необходимо уточнить для каждой марки и детали.
Какова должна быть толщина стенок детали из ABS-пластика?
Обычно указывается диапазон 0.045–0.140 дюйма (примерно 1.1–3.6 мм), при этом 1.2–3.5 мм часто используется в качестве рабочего диапазона. Более тонкие стенки увеличивают риск неполного впрыска и требуют более высокого давления впрыска; более толстые стенки увеличивают время охлаждения, риск усадки и расход материала. Равномерность важнее абсолютного значения, поэтому для ABS следует поддерживать отклонение в пределах примерно 25% от номинального значения и вырезать толстые участки.
Можно ли использовать детали из ABS-пластика на открытом воздухе?
Стандартный АБС-пластик плохо переносит воздействие погодных условий на открытом воздухе: ультрафиолетовое излучение, воздействующее на бутадиеновую фазу, вызывает выцветание, образование мелового налета, пожелтение и охрупчивание. Для наружной эксплуатации обычно используют УФ-стабилизированный АБС-пластик, защитное покрытие или другой полимер, например, АСА. Перед выбором конкретного АБС-пластика необходимо уточнить его характеристики по устойчивости к атмосферным воздействиям и ожидаемый срок службы.
Подходит ли АБС-пластик для медицинских изделий или изделий, контактирующих с пищевыми продуктами?
Возможно, но пригодность зависит от конкретного сорта и от соответствия применимым нормативным требованиям и требованиям биосовместимости для конечного готового устройства, включая стерилизацию, где это необходимо. ABS как категория не дает автоматического одобрения. Перед утверждением проекта необходимо ознакомиться с нормативной документацией по сорту и требованиями, применимыми к вашему устройству.
В каких случаях литье под давлением ABS-пластика превосходит механическую обработку или 3D-печать?
Литье выигрывает, когда объем производства амортизирует стоимость инструмента: согласно опубликованным рекомендациям, механическая обработка обычно дешевле при объеме производства менее 500 единиц, а литье почти наверняка дешевле при объеме производства более 5,000 единиц, при этом для среднего диапазона требуется расчет. 3D-печать выигрывает при изготовлении прототипов и небольших объемов, обычно менее 1,000 единиц, а литье выигрывает, когда геометрия стабилизируется. Полную схему см. в разделе сравнения выше.
Как следует оценивать производственного партнера для проекта по использованию ABS-пластика?
Прежде чем приступать к изготовлению оснастки, обратите внимание на возможности проектирования с учетом технологичности производства, наличие документированного контроля сушки и технологического процесса, оборудования для измерения размеров, соответствие области сертификации вашему рынку, а также возможность производства детали от прототипа до серийного выпуска. Уточните у партнера, как он решает вопросы выбора марки стали, подтверждения усадки по результатам пробных отливок, а также требования к внешнему виду или покрытию, поскольку именно на этих этапах программы ABS чаще всего допускают ошибки.
