Литье под давлением силикона отличается от литья под давлением пластика. Пластик плавится и течет. Силикон же — это жидкость, которая была химически затвердевшей. Машина смешивает и нагревает силиконовые детали непосредственно в процессе литья, после чего они затвердевают. Нет необходимости плавить сырье или проводить цикл охлаждения.
В данной статье рассматриваются этапы процесса, преимущества в производительности и отрасли, в которых ключевые компоненты зависят от формования силиконовой резины. Вы узнаете, почему правила работы с силиконом отличаются от правил работы с пластиком, и как применять эти знания в производственных цехах.
Что такое детали из силикона, изготовленные методом литья под давлением?
Оператор смешивает две жидкости. Машина подает смесь в горячую форму. Затем детали в форме затвердевают и выдавливаются. Вот, в двух словах, что такое литье под давлением силикона.
Существуют два семейства материалов. LSR — это жидкий силиконовый каучук. Этот вид силикагеля быстро затвердевает. Он преобладает в крупносерийном литье силиконовой резины. HCR — это высококачественный каучук. Его текстура более стабильна, чем у LSR, и он похож на тесто. Для его производства требуется компрессионное формование, а не литье под давлением. В большинстве случаев при литье силиконовых деталей под давлением используется LSR, поскольку сам процесс протекает автоматически.
Характеристики силиконового литья под давлением найдут применение в самых разных областях: гибкость, но при этом прочность на разрыв, термическая стабильность в диапазоне от -50 °C до 200 °C, химическая инертность, отсутствие запаха, восстанавливаемость деталей после сжатия, а также надежная герметизация воздуха и жидкости.
Потребителя окружают повседневные примеры. Например, соски для детских бутылочек, уплотнители для медицинских масок, кнопки на кухонных весах, прокладки для кофемашин и уплотнительные кольца для водяных фильтров. Все это детали из силикона, изготовленные методом литья под давлением в больших масштабах. Пользователь никогда не задумывается о способе производства. Это и есть хороший дизайн.
Процесс литья под давлением силиконовых деталей
Изготовление силиконовых деталей методом литья под давлением происходит по иному сценарию, чем пластиковых. На бумаге этапы те же, но детали совершенно другие. Давайте рассмотрим каждый этап.
Этап 1: Изготовление пресс-форм
Форма для LSR — это не пластиковая форма. Формам для LSR необходима идеальная герметизация. Материал тонкий, что делает его склонным к протечкам.
Главная сложность заключается в вентиляции. Слишком слабая вентиляция – и воздух задерживается. Слишком сильная вентиляция – и силикон вытекает. Найти баланс – вот мастерство инженера-формовщика.
Обработка на станках с ЧПУ позволяет вырезать полости нужной формы. Электроэрозионная обработка (ЭЭО) позволяет создавать мелкие детали и острые углы, недоступные для обычных режущих инструментов. Оба метода необходимы.
Системы холодного литья являются стандартными. Материал остается холодным по мере продвижения от инжекционного узла к входу в полость пресс-формы. Затем он попадает в горячую форму и отверждается.
Этап 2: Подготовка материалов и дозирование
LSR поставляется в двух бочках. Часть А содержит базовый полимер и платиновый катализатор. Часть В содержит сшивающий агент и наполнитель. Машина перекачивает оба компонента. Статический смеситель смешивает их в точном соотношении 1:1. Воздух не попадает внутрь. Загрязнение исключено.
Впрыскивающий узел будет холодным, а не комнатной температуры. Если материал нагреется, он начнет затвердевать раньше времени.
Пигменты или добавки добавляются на этапе смешивания. Инжекционное устройство регулирует цвет, смазывающие свойства и антимикробные характеристики в соответствии с заданными стандартами.
Этап 3: Впрыскивание в форму
Термопласты впрыскиваются под высоким давлением — в тысячи фунтов на квадратный дюйм. При формовании силиконовой резины используется низкое давление (достаточно нескольких сотен фунтов на квадратный дюйм). Материал легко растекается. Пресс-форма не требует большого усилия зажима.
Система холодного литья направляет смешанный LSR в нагретые полости. У литникового канала температура резко повышается. Отверждение начинается немедленно.
Вакуумный патрубок откачивает воздух из полости перед впрыском. Отсутствие пузырьков воздуха означает отсутствие пустот. Отсутствие пустот означает стабильные механические свойства. Этот этап отделяет качественные детали от брака.
Этап 4: Отверждение (вулканизация)
Нагрев активирует реакцию. Температура формы колеблется от 150°C до 200°C (от 300°F до 425°F). Платиновый катализатор способствует сшиванию. Силиконовые цепи соединяются друг с другом. Жидкость превращается в твердый эластомер.
Циклы производства короткие. Десять секунд для тонкостенной детали. Девяносто секунд для толстой детали сложной формы. Большинство силиконовых деталей, изготовленных методом литья под давлением, затвердевают менее чем за минуту.
Этап 5: Демонтаж и отделка
Выталкивание — деликатный процесс. Штифты могли бы проколоть мягкий материал. Воздушные потоки поднимают деталь из полости. Выталкивающие пластины равномерно давят с обратной стороны. Никаких следов. Никаких повреждений.
Некоторые детали сразу отправляются на упаковку. Другим требуется дополнительная термообработка. Печь нагревается до 150–200 °C в течение двух–четырех часов. Нагрев завершает реакцию сшивания. Механические свойства стабилизируются. Улучшается остаточная деформация при сжатии.
Автоматизация широко распространена. Роботы извлекают детали из пресс-формы, а затем размещают их на охлаждающих стеллажах. На многих заводах литье силиконов под давлением осуществляется полностью автоматизированным способом. Материал ведет себя стабильно. Машина повторяет тот же цикл. Людям нужно лишь следить за процессом и пополнять запасы.
Основные преимущества использования литья под давлением для изготовления силиконовых деталей
Литье силиконовых литников под давлением — не самый дешевый процесс. Он не самый быстрый в настройке. Но преимущества оправдывают затраты в соответствующих областях применения.
Высокая точность и сложная геометрия
Допуски до ±0.01 мм — это обычное дело. Ничего особенного. Ничего сложного. Тонкие стенки, функциональные подрезы и сложные элементы поверхности получаются готовыми к использованию сразу после извлечения из формы.
Минимальное количество отходов и отсутствие вспышки.
Закрытая система литья удерживает материал. Излишки практически не выходят. Что значит «выходят»? Материал легко отрывается. Большинство силиконовых деталей, изготовленных методом литья под давлением, не требуют последующей обрезки. Литниковая система остается жидкой. Она используется повторно при следующем впрыске. Отходы практически равны нулю.
Быстрое время цикла
От пятнадцати до шестидесяти секунд на один цикл формования. Это включает в себя впрыск, отверждение и извлечение из формы. На изготовление толстых деталей уходит больше времени. На изготовление тонких деталей — гораздо больше. Для крупносерийного производства такая скорость полностью меняет экономические показатели.
Полностью автоматизированный процесс
Станок дозирует и смешивает два компонента в замкнутом контуре. Соотношение остается точным. Риск загрязнения снижается, поскольку оператор не работает с открытым материалом. Стоимость рабочей силы на деталь очень низкая. Один человек управляет несколькими станками.
Отличные свойства материала
Диапазон рабочих температур от -50°C до +230°C. Автоклавируемый. Биосовместим по стандарту ISO 10993 для контакта с медицинскими изделиями. Устойчив к химическим веществам, УФ-излучению и озону. Остаточная деформация остается низкой. Деталь восстанавливает свою форму после многолетней эксплуатации.
Минимальная усадка
Детали, прошедшие последующую термообработку, дают усадку менее 0.5%. Это стабильный и предсказуемый результат. Дизайнеры могут быть уверены в окончательных размерах без догадок.
Совместимо с чистыми помещениями
Литье силиконовых изделий под давлением осуществляется в чистых помещениях класса ISO 7 или 8. Отсутствие частиц. Отсутствие загрязнения. Медицинские имплантаты, компоненты для доставки лекарств и фармацевтические уплотнители поставляются готовыми к стерилизации.
Возможность многослойного формования
Аппарат может впрыскивать LSR непосредственно на пластиковые или металлические вставки. Силикон химически связывается в процессе отверждения. Никаких клеев. Никаких грунтовок. Жесткая рукоятка с мягким захватом выходит в виде цельной детали. Медицинский соединитель с силиконовым уплотнением поверх металлического штифта выходит в полностью собранном виде. В этом преимущество литья под давлением.
Отрасли, использующие детали из силикона, изготовленные методом литья под давлением.
Детали из силикона, изготовленные методом литья под давлением, встречаются повсюду. Свойства этого материала лучше подходят для определенных задач, чем любые альтернативные варианты. Вот где они используются.
Медицина и здравоохранение
Респираторные маски должны плотно прилегать к лицу. Катетеры должны иметь гладкую, биосовместимую поверхность. Уплотнения шприцев не должны протекать и не должны выделять частицы. Компоненты имплантируемых устройств должны обладать абсолютной чистотой и долговременной стабильностью. Рукоятки хирургических инструментов обеспечивают комфорт, не задерживая бактерии. Соски и пустышки для детских бутылочек изготавливаются из силикона, поскольку он не имеет вкуса и не представляет аллергенной опасности.
Автомобили и электромобили
Уплотнения и прокладки двигателя работают в горячем масле. Уплотнительные кольца герметизируют жидкости и газы. Уплотнения высоковольтных разъемов электромобилей защищают электрические контакты от влаги. Виброгасители устанавливаются между металлическими кронштейнами. Уплотнения аккумуляторных батарей предотвращают попадание воды и пыли в литий-ионные батареи. Под капотом силикон служит дольше, чем резина.
Электроника и потребительские товары
Водонепроницаемые уплотнения для смарт-часов и смартфонов предотвращают попадание влаги в дорогостоящую электронику. Клавиатуры и кнопки должны быть мягкими и приятными на ощупь. Мягкие на ощупь рукоятки делают инструменты и приборы удобными для удержания. Защитные чехлы и аксессуары для организации кабелей используют силикон благодаря его гибкости и прочности. Деталь должна выдерживать падения. Она не должна трескаться или рваться.
Продукты питания и детские товары
Силиконовые коврики и лопатки подвергаются воздействию высоких температур. Формы для льда гнутся, не ломаясь. Уплотнители для пищевых контейнеров обеспечивают герметичное закрытие. Соски для детских бутылочек и прорезыватели используются детьми. Соответствие требованиям FDA является обязательным. Без токсичных добавок. Без BPA. Без фталатов. Формованные изделия из силиконовой резины соответствуют этим правилам.
Промышленность и аэрокосмическая промышленность
Промышленные системы герметизации работают с химическими веществами и давлением. Мембраны регулируют поток жидкости. Аэрокосмические уплотнения подвергаются воздействию реактивного топлива и ультрафиолетового излучения на большой высоте — фторсиликоновые марки решают именно эту проблему. Строительные уплотнения устанавливаются между панелями зданий. Компоненты систем управления потоками жидкости регулируют поток воды, воздуха и агрессивных сред. Общим для них является долговечность. Эти детали выходят из строя медленно.
Литье силиконовых герметиков под давлением против других методов производства.
Не для всех силиконовых деталей требуется литье под давлением. Существуют и другие методы. Каждый из них имеет свое применение. В таблице ниже показаны компромиссы.
| фактор | Литье под давлением LSR | Компрессионное формование | Трансфер молдинг |
| Время цикла | 15–60 XNUMX секунд | 2 – 5 минут | 1 – 3 минут |
| Автоматизация | Полностью автоматический | Ручной или полуавтоматический | Полуавтоматические |
| Снизить отходы | Очень низкий (холодный канал) | Высокий уровень (вспышка, переполнение) | Средняя |
| Сложность детали | Высокие (подрезы, тонкие стенки) | От низкого до среднего | Средняя |
| Допуски | достижимо ±0.01 мм | ±0.1 мм типично | ±0.05 мм типично |
| Стоимость оснастки | Высокий | От низкого до среднего | Средняя |
| Соответствие объему | Большой объем (10 тыс. – миллионы) | Низкая или средняя громкость | Низкая или средняя громкость |
Литье под давлением LSR против Компрессионное формование
Метод компрессионного формования — это устаревший способ. Предварительно сформированный блок твердой силиконовой резины — HCR — помещается в открытую форму. Форма закрывается. Тепло и давление заставляют материал заполнять полость. Оператор вручную удаляет заусенцы.
Формование силиконовой резины под давлением — дешевый метод для небольших объемов производства. Стоимость оснастки низкая. Простые формы работают отлично. Но циклы производства длительные. Отходы большие. Автоматизация затруднительна. Для сложных геометрических форм или больших объемов производства литье силиконовой резины под давлением всегда выигрывает. Деталь получается чистой. Система литниковых каналов не оставляет отходов.
Литье под давлением LSR против трансферного литья.
Формование методом трансферного литья — это гибридный метод. Материал находится в емкости над полостью пресс-формы. Поршень проталкивает его через литник в форму. Происходит затвердевание. Оператор извлекает деталь и остатки материала.
Преимущество? Формование методом трансферного литья лучше работает с вставками, чем компрессионное литье. Материал поступает в полость под давлением, а не просто сжимается. Недостаток? Остаются отходы. Литник и отбракованный материал затвердевают и не подлежат повторному использованию. Время цикла больше, чем при литье под давлением. Автоматизация ограничена. Для средних объемов производства с вставками трансферное литье имеет смысл. Для больших объемов – нет.
Литье под давлением LSR против... 3D-печать силикона
Технология 3D-печати силиконом уже существует. Технология реальна. Но она медленная. На изготовление одной детали уходят часы. Поверхность получается шероховатой. Механические свойства уступают свойствам деталей, изготовленных методом литья.
Когда стоит выбирать 3D-печать? Для прототипов. Для единичных деталей. Для конструкций, которые меняются каждую неделю. Когда стоит выбирать литье под давлением силикона? Для серийного производства. Для любых объемов, превышающих несколько сотен деталей. Для любых деталей, требующих жестких допусков или гладкой поверхности. Для любых применений, где деталь должна надежно работать в течение многих лет.
Вопросы проектирования деталей из силикона, изготовленных методом литья под давлением.
Проектирование для литья под давлением силикона отличается от проектирования для пластика. Правила частично совпадают, но различия имеют значение.
Минимальная толщина стенки
Тонкие стенки — это хорошо. Силикон легко растекается. Для мелких деталей достаточно толщины минимум 0.5 мм. Для крупных деталей требуется больше — от 1.0 до 1.5 мм. Если толщина меньше 0.4 мм, материал может не заполнить полость до начала отвердевания. Риск заключается в неполных зазорах и некачественных деталях.
Углы уклона для извлечения из формы
Силикон гибкий. Он растягивается. Это помогает. Но углы уклона всё равно имеют значение. Обычно достаточно одного-двух градусов. Для глубоких полостей или текстурированных поверхностей добавьте больше. Три градуса. Возможно, пять. Деталь должна легко отделяться, не разрываясь. Конструктор пресс-формы будет вам благодарен.
Избегайте острых углов.
Острые внутренние углы концентрируют напряжение. Деталь рвется в этих местах. Она рвется при извлечении из формы. Она рвется во время эксплуатации. Добавьте радиус. Минимум 0.3 мм. Лучше 0.5 мм. В любом случае, изготовитель пресс-форм может вырезать радиус легче, чем острый угол.
Интеграция подрезов
Вот чем силикон отличается от пластика. Подрезы не являются гарантированной проблемой. Деталь гибкая. Она может растянуться над сердечником или выскочить из полости. Но есть пределы. Подрез должен быть достаточно мелким, чтобы деталь легко извлекалась без необратимой деформации. Хорошее правило? Глубина подреза не должна превышать половину толщины стенки. Проверьте это в конструкции. Смоделируйте извлечение из формы. Не гадайте.
Расположение линии разъема
Линия разъема — это место соединения двух половин формы. На силиконовой детали в этом месте образуется тонкая линия облоя. Обычно ее можно удалить. Но расположение все равно имеет значение. Не допускайте контакта линии разъема с декоративными поверхностями. Держите ее подальше от герметизирующих поверхностей. Разместите ее на краю или в углу, где облой легко обрезать.
Требования к вентиляции
Силикон задерживает воздух. Форма должна иметь вентиляционные отверстия — крошечные каналы, через которые воздух выходит по мере заполнения полости материалом. Без вентиляционных отверстий образуются пузырьки воздуха. Деталь выглядит плохо. Она может выйти из строя в процессе эксплуатации. Глубина вентиляционных отверстий имеет решающее значение. Слишком мелкие — и воздух не сможет выйти. Слишком глубокие — и силикон вытечет, образуя заусенец. Стандартная глубина вентиляционных отверстий для силиконовых деталей, изготовленных методом литья под давлением, составляет от 0.01 до 0.02 мм. Это очень мало. Это требует точного изготовления формы.
Следуйте этим правилам. Форма будет работать. Детали будут легко извлекаться. Процент брака останется низким. Игнорируйте их, и формование силиконовой резины превратится из производственного процесса в процесс устранения неполадок.
Почему стоит выбрать NOBLE для производства силиконовых изделий методом литья под давлением? Компоненты, обработанные с ЧПУ?
Выбор производственного партнера — непростая задача. Неправильный выбор обходится дорого, как по времени, так и по деньгам. Компания NOBLE объединяет под одной крышей процессы литья силиконов под давлением и обработки на станках с ЧПУ.
Многие заводы занимаются только производством. Они берут чертеж и отгружают детали. NOBLE начинает работу на более ранних этапах. Консультации по проектированию проводятся еще до начала резки стали. Анализ DFM-моделирования позволяет выявить проблемы на ранней стадии. Сборка и упаковка завершают работу.
Наши основные производственные возможности
Литье под давлением
- Впрыскивание жидкого силиконового каучука (LSR) лепка для медицинские, автомобильные, электронные и потребительские товары
- Литье термопластов под давлением для жестких компонентов и формование приложения
- Формование из нескольких материалов (LSR, нанесенный методом литья под давлением на пластиковые или металлические вставки)
- Собственная пресс-форма изготовление и техническое обслуживание
Обработка CNC
- Точность фрезерные с ЧПУ и Токарный станок с ЧПУ для металлических и пластиковых деталей
- Быстрое прототипирование и производство от малых до больших объемов
- Жесткие допуски до ±0.005 мм
- Возможность производства изготовление пресс-форм на заказ для литья под давлением
Налог на добавленную стоимость услуг
- Проектирование для производства (DFM)обзор и оптимизация
- Макетирования в Проверка конструкции перед массовым производством.
- сборка of превращение готовых компонентов в узлы или готовые изделия.
- Упаковка и логистические с учетом вашим требованиям
Сертификации, которые имеют значение
Компания NOBLE работает в соответствии с международно признанными системами управления качеством, обеспечивая стабильное, отслеживаемое и соответствующее нормативным требованиям производство.
| Сертификаты | Объем |
| ISO 9001: 2015 | Управление качеством на всех этапах производственного процесса, включая литье под давлением и обработку на станках с ЧПУ. |
| ISO 13485: 2016 | Производство Медицинский прибор Управление качеством — крайне важно для силиконовых деталей, используемых в здравоохранении, хирургии и диагностике. |
Эти сертификаты означают, что вы можете доверять компании NOBLE в поставке деталей, соответствующих строгим нормативным требованиям, независимо от того, работаете ли вы в медицинской, автомобильной, электронной или промышленной отраслях.
FAQ
Для этого раздела рекомендуется использовать разметку схемы.
Можно ли использовать любой силикон для литья под давлением?
Нет. Для литья под давлением силикона подходит только жидкий силиконовый каучук (LSR) с низкой вязкостью. Для твердых силиконов HCR вместо этого требуется компрессионное или трансферное формование.
Как долго служат формы для LSR-форм?
Правильно изготовленная стальная пресс-форма может производить от 500 000 до более 1 000 000 деталей. Срок службы пресс-формы зависит от сложности детали, абразивности материала и качества технического обслуживания.
Дорого ли использовать литье под давлением LSR?
Затраты на оснастку высоки, но стоимость одной детали резко снижается при увеличении объёма производства. При больших объёмах производства процесс становится очень экономичным.
Какой у вас минимальный объем заказа?
У нас нет установленного минимального объема, но небольшие объемы производства (менее 1,000 деталей) редко оправдывают инвестиции в оснастку. Многие поставщики предпочитают партии от 5,000 до 10,000 деталей и более.
Можно ли наносить LSR-силикат методом литья под давлением на пластик?
Да. В процессе отверждения LSR химически связывается с некоторыми конструкционными пластиками. При правильном выборе материалов клей не требуется.
Является ли LSR безопасным для пищевых продуктов и пригодным для использования в медицинских целях?
Многие марки LSR соответствуют требованиям FDA для контакта с пищевыми продуктами и сертифицированы по стандарту ISO 10993 для медицинского применения. Всегда проверяйте сертификацию конкретной марки для целевого применения.
Чем отличается силикон, отвержденный платиной, от силикона, отвержденного перекисью водорода?
Силикон, отверждаемый платиной, использует катализатор из благородного металла и не образует побочных продуктов, что делает его более чистым и биосовместимым. Силикон, отверждаемый пероксидом, оставляет следы химических веществ и редко используется в медицине или пищевой промышленности.
