Двухцветное литье под давлением позволяет за один цикл впрыскивать два материала — или два цвета одного и того же материала — в одну пресс-форму, благодаря чему готовая деталь выходит из формы уже многокомпонентной. Это единственное изменение исключает сразу несколько последующих операций: нет необходимости в клее или защелкивающемся соединении мягкой рукоятки с жестким корпусом, нет покраски или тампонной печати вторым цветом, нет отдельной линзы, вклеенной в оконный проем, и нет этикетки, которая может стереться с ключа. Мягкие на ощупь рукоятки, герметичные соединения, постоянные двухцветные надписи и светопропускающие окна — все это можно изготовить за один цикл.
Компромисс заключается в том, что все решения принимаются раньше и обходятся дороже. Необходимо заранее определить пару смол, прежде чем начинать резку стали, для пресса требуются два комплекта полостей и прецизионные запорные устройства, а для пресса — второй инжекционный блок. Данное руководство последовательно описывает эту цепочку решений: терминологию, цикл и основные конфигурации пресс-форм, способы подбора смол, правила проектирования, применяемые до спуска оснастки, виды отказов, возникающие в производстве, и способы их контроля, а также сравнение двухцветного литья с двухкомпонентным литьем с закладными элементами, декорированием и сваркой. В заключение даются рекомендации по оценке соответствия деталей и объемов, пути от прототипа до серийного производства и тому, как компания NOBLE поддерживает проекты двухцветного литья под давлением.
Что такое двухцветный? Литье под давлением И как связаны между собой эти термины?
Двухцветное литье под давлением — это многокомпонентный процесс литья под давлением, при котором первый материал впрыскивается в полость пресс-формы, затем пресс-форма поворачивается, вращается или скользит, и второй материал впрыскивается поверх или рядом с первым, в то время как деталь остается внутри пресс-формы. Первый слой формирует основу — обычно жесткий конструкционный элемент, — а второй слой добавляет контрастный цвет, мягкий эластомер или прозрачное окно. В результате получается единая деталь без этапа сборки.
Двухкомпонентное, двухкомпонентное, двойное литье и многокомпонентное формование: одно семейство, разные акценты.
Двухкомпонентная обработка, двойная обработка и 2K — это почти синонимы одного и того же последовательного двухкомпонентного процесса, и поставщик может использовать любой из них для одного и того же коммерческого предложения. Акцент немного различается. «Двухцветная» описывает визуальный результат — два цвета в одной детали. «Двухкомпонентная» описывает последовательность — два этапа литья под давлением. «2K» — это сокращение от «два компонента» (Komponenten), распространенное в европейской литературе по инструментальной оснастке и машиностроению.
«Многокомпонентное» или «многослойное» формование — это более широкое понятие. Оно охватывает как двухкомпонентные изделия, так и изделия из трех и более компонентов, а также такие варианты, как сэндвич-формование или соинжекционное формование, где материал внешней оболочки и материал сердцевины — часто переработанный, вспененный или наполненный — впрыскиваются через один и тот же инструмент. При сэндвич-формовании полость сначала частично заполняется материалом внешней оболочки, а затем материал сердцевины впрыскивается в центр оболочки; для создания эффекта мрамора также могут использоваться чередующиеся компоненты разных цветов.
Одну и ту же деталь вполне можно описать несколькими из этих терминов одновременно, поэтому стоит уточнить у поставщика, какая конфигурация и для какого оборудования указано в предложении, вместо того чтобы полагаться на маркировку.
Что не является двухцветной лепниной
Три процесса часто путают с двухцветным литьем, и это различие имеет значение, поскольку каждый из них требует разной оснастки и разного механизма склеивания.
Деталь, изготовленная методом однокомпонентного литья, которая впоследствии окрашивается, печатается или маркируется лазером, не является двухцветной литьевой деталью. Второй цвет наносится после извлечения из формы, в отдельной операции, и он располагается на поверхности, а не вплавляется в деталь.
Двухкомпонентное литье под давлением использует две отдельные формы. В первой форме формуется заготовка, которая затем вручную или с помощью робота переносится во вторую форму, где впрыскивается литьевая смола. Деталь покидает форму между циклами литья, поэтому контроль загрязнения и допуски на повторную фиксацию становятся частью процесса.
Литье с закладными элементами позволяет залить готовую деталь, обычно металлическую, в один пластический цилиндр. Между металлом и термопластиком не образуется химическая связь, и она не требуется: фиксация осуществляется исключительно механическим способом, достигаемым за счет усадки пластика, которая сцепляется с насечками, подрезами или канавками на закладном элементе.
Двухцветное литье отличается от всех трех тем, что оба материала впрыскиваются за один машинный цикл, и деталь никогда не покидает пресс-форму между впрысками. Именно это обеспечивает максимально точную посадку и прочнейшее химическое соединение, а также самые высокие затраты на оснастку.
Цикл двухцветного литья под давлением и конфигурации пресс-форм.
Понимание цикла объясняет, почему стоимость двухцветного литья составляет именно такую сумму и почему время цикла не просто вдвое больше, чем при одноцветном литье.
Пошагово, через двухэтапный цикл.
Первая порция материала впрыскивается в полость пресс-формы и охлаждается. Пресс-форма открывается, и половина пресс-формы, несущая заготовку, изготовленную из первого материала, поворачивается, вращается или сдвигается, выравниваясь со стальной полостью для второго материала. Затем вторая порция материала впрыскивается над заготовкой или рядом с ней, в то время как первая порция материала для следующей детали впрыскивается в освободившуюся полость после первой порции. Готовая деталь — та, которая содержит оба материала — извлекается, а заготовка, только что получившая вторую порцию материала, остается в пресс-форме.
После запуска два процесса формования, таким образом, протекают одновременно, а не последовательно: в каждом цикле одна станция формует первую порцию, а другая – заготовку предыдущего цикла. На вращающейся плите вращающаяся половина содержит идентичные полости для первой порции, а неподвижная половина – как для первой, так и для второй порции; сторона выталкивателя имеет два комплекта выталкивающих плит, поскольку в каждом цикле выталкиваются только детали, содержащие оба материала.
Конфигурации пресс-форм и оборудования
Основные конфигурации различаются способом подачи заготовки на второй этап формовки, что, в свою очередь, определяет, какие геометрические формы деталей каждая из них может обрабатывать.
Вращающаяся плита/поворотный стол. После впрыскивания и охлаждения первого компонента половина пресс-формы вращается на подвижной зажимной пластине в двух- или четырехтактном цикле. Затем заготовка заполняется вторым компонентом, в то время как первый компонент одновременно впрыскивается в свободную полость. Это подходит для деталей, где заготовка частично или с одной стороны открыта, и используется для одностороннего литья больших объемов. Более простой вариант вращает вертикальную плиту вокруг горизонтальной оси; более сложная «кубическая пресс-форма» или «вращающийся пакет» вращает центральный пакет с двумя или четырьмя гранями вокруг вертикальной оси и является самым дорогим вариантом.
Индексирующая пластина. Первый компонент впрыскивается в полость, являющуюся частью индексирующей пластины; заготовка выталкивается и вращается, и, перемещая индексирующую пластину назад, заготовка помещается на другой сердечник пресс-формы и подвергается литью с обеих сторон. Это подходит для заготовок, которые должны быть свободны с одной стороны сверху и частично свободны снизу.
Разделение скользящим механизмом. Требуется всего одна полость с функцией извлечения сердечника: после впрыскивания и охлаждения заготовки разделительный механизм отводится, создавая вторую полость, которую заполняет второй компонент. Поскольку требуется всего одна полость, процесс прост и экономичен, и подходит для заготовок, которые необходимо частично отделить.
Скользящий стол. Пресс-форма имеет стержневую сторону и две полые стороны; после впрыскивания первого компонента пресс-форма открывается, и стержневая сторона прижимается ко второй половине полости. Подходит для частично или односторонне открытых заготовок и особенно удобна для одностороннего литья под давлением небольших партий при изготовлении прототипов или мелкосерийном производстве.
Перенос. Робот извлекает заготовку из первой полости и вставляет ее во вторую полость, где после закрытия пресс-формы впрыскивается второй компонент, в то время как другая полость уже заполняется первым компонентом. Это относится к конструкциям, в которых заготовка должна быть свободной с обеих сторон, и может охватывать все классы исполнения.
Сэндвич-формование / соинъекция. Полость частично заполняется материалом внешней оболочки, а материал сердцевины впрыскивается в сердцевину внешнего материала, образуя структуру «оболочка-сердцевина», а не геометрию «бок о бок» или «наложенную друг на друга».
Существуют также варианты с вращающейся плитой, подвижным сердечником и литьем под давлением с наложением литников; первые два требуют второго инжекционного блока, двух литниковых систем и двух технологических процессов, в то время как вариант с литьем под давлением с наложением литников в большинстве случаев включает две отдельные пресс-формы.
Выбор материалов для двухцветного литья под давлением
Выбор материала — это решение, определяющее прочность детали, и его необходимо принять окончательно до начала проектирования пресс-формы; замена пары материалов позже обходится крайне дорого.
Химическая связь против механического сцепления
Двухкомпонентное формование материалов работает за счет двух механизмов. Химическая адгезия происходит, когда второй материал частично плавится и диффундирует с еще полурасплавленной поверхностью первого слоя на молекулярном уровне, образуя связь, которая может быть такой же прочной, как и любой из материалов по отдельности. Именно поэтому двухкомпонентное формование в значительной степени основано на химической связи: второй материал впрыскивается на еще теплый первый слой, и диапазон прочности связи узок.
Механическое сцепление является альтернативным или резервным вариантом. Когда смола, нанесенная методом литья под давлением, заполняет отверстия в подложке — особенно отверстия, которые расширяются книзу, — охлажденный материал фиксируется на подложке. Тот же эффект достигается путем обертывания смолы вокруг подложки или увеличения площади контакта с помощью канавок, выступов, стоек или бульба. Пористая подложка обеспечивает наличие крошечных отверстий, в которые может проникать эластомер.
Некоторые пары материалов хорошо сцепляются химически; другим необходимы механические свойства. Термоэфирный эластомер, разработанный для склеивания полипропилена, не будет склеивать поликарбонат, а стандартный стирольный термоэфирный эластомер вообще не будет склеивать полипропилен, если только его марка не основана на полипропилене. Поэтому подбор химического состава термоэфирного эластомера к семейству субстратов является первым шагом в выборе материала, и он осуществляется на основе опубликованных производителем таблиц адгезии, а не методом проб и ошибок.
Типичные сочетания подложки и покрытия
Ниже представлены наиболее часто встречающиеся в производстве комбинации материалов, качество склеивания и типичные области применения которых указаны в рекомендациях по совместимости.
| Субстрат (Снимок 1) | Наложение (Кадр 2) | Качество склеивания | Типичное применение |
| ABS | Стирольный ТПЭ | Прекрасно | Инструменты с мягкой рукояткой, бытовая электроника |
| PC | Стирольный ТПЭ | Прекрасно | Медицинские приборы, корпуса для электроинструментов |
| Смесь ПК/АБС | Стирольный ТПЭ | Прекрасно | Отделка салона автомобиля |
| PA6 / PA66 (нейлон) | Термопластичный эластомер на основе полиамида | Хорошо отлично | Автомобильные разъемы под капотом |
| PP | Олефиновый ТПЭ / ТПВ | Хорошо | Автомобильные уплотнения, потребительская упаковка |
| ПОМ (ацеталь) | Модифицированный ТПЭ | Удовлетворительно — требуется механический замок. | Зубчатые передачи, запорные механизмы |
| ABS | ASA | Отлично (из одной семьи) | Снаряжение для активного отдыха, двухцветные детали |
| ПММА (полиметилметакрилат), | ABS | Хорошо | Прозрачные окна над цветными телами |
Для автомобильной промышленности стандартным является использование PA6 или PA66 в сочетании с термоэластопластом на основе полиамида: нейлоновая основа выдерживает воздействие тепла и химических веществ, а термоэластопласт обеспечивает герметизацию или сцепление, при этом термоэластопласт должен быть специально разработан для адгезии к полиамиду, а не представлять собой обычный стирольный материал. Существуют тысячи возможных комбинаций основы и покрытия, и поставщики материалов могут подобрать специальные марки, если стандартная пара не соответствует требуемым характеристикам.
Одно важное замечание по конструкции: аморфные и полукристаллические комбинации, такие как поликарбонат (ПК) и полиамид-6 (ПА6), могут работать, но разница в усадке создает внутреннее напряжение на границе раздела. Полукристаллические материалы сжимаются сильнее при охлаждении — примерно на 1.5–2.5% по сравнению с 0.4–0.7% для аморфных смол, — что создает сдвиговое напряжение в месте соединения. Это управляемо, если учитывать это при проектировании, но является распространенной причиной деформации на поздних стадиях.
Разница между температурой плавления и усадкой
Первый слой должен выдержать нагрев от второго слоя. Материал второго слоя должен быть пригоден для обработки при температуре, которая не ухудшит качество первого слоя, но будет достаточно высокой для обеспечения взаимной диффузии; в качестве рабочего диапазона обычно указывается разница температур обработки между двумя материалами примерно в 30–40 °C. Слишком низкая температура плавления, не способная размягчить поверхность подложки, является одной из стандартных причин разрушения соединения.
Усадка — вторая величина, которую необходимо сравнить. Усадка пресс-формы — это геометрическое уменьшение размера детали относительно полости пресс-формы, измеряемое в соответствии со стандартом ASTM D955-08 через 24–48 часов после извлечения из формы. Деформация — это искажение, вызванное неоднородной усадкой, которая возникает тремя способами: различия в усадке в разных направлениях из-за анизотропии материала, вариации от области к области из-за неравномерного давления и температуры, а также неравномерная усадка по толщине из-за дифференциального охлаждения противоположных поверхностей пресс-формы. В двухцветной детали различная усадка двух смол добавляет четвертый источник, поэтому подбор материалов и контроль деформации рассматриваются вместе в разделе рисков ниже.
Правила проектирования до Инструменты Release
Приведенные ниже правила можно применять перед резкой стали. Они сгруппированы по типу обрабатываемой детали, и каждое из них дешевле зафиксировать на чертеже, чем в инструменте.
Толщина стенок, ребра и переходы
Старайтесь поддерживать максимально постоянную толщину стенок и удаляйте толстые участки, а не оставляйте сплошные секции. Массивные выступы и толстые ребра являются стандартными причинами образования усадочных раковин и внутренних пустот, поскольку толстые участки охлаждаются неравномерно; замена сплошной массы ребрами и косынками уменьшает оба этих явления. Неравномерная толщина стенок, дисбаланс охлаждения и высокая усадка являются стандартными причинами деформации, поэтому плавные переходы между толстыми и тонкими участками выполняют ту же работу по обеспечению стабильности размеров.
Сквозняк, перекрытия и разделительные линии
Уклон обеспечивает чистое извлечение детали из формы; стенки подложки, на которые будет наноситься литьевая масса, обычно имеют уклон от 1 до 1.5 градусов с каждой стороны. Запорные клапаны контролируют образование облоя, и плохая конструкция запорного клапана или сложная линия разъема обычно являются причиной образования тонкого излишка пластика по краям. Расположение линии разъема — это как эстетическое, так и техническое решение, поскольку линия будет видна на готовой детали.
В двухкомпонентной оснастке наиболее важным элементом, обеспечивающим герметичность, является «уплотнение»: выступающая область стали полости второго впрыска, которая прижимается к первому впрыску, предотвращая вытекание или растекание материала второго впрыска на поверхность первого впрыска, где ему не место. Обычно уплотнение составляет 0.003–0.005 дюйма. В областях, где первый впрыск имеет более толстые стенки, может потребоваться дополнительное уплотнение для компенсации большей усадки — это достигается либо добавлением стали к уплотнительному элементу второго впрыска, либо добавлением материала первого впрыска путем удаления стали.
Зоны склеивания и механические блокировки
В тех случаях, когда ожидается химическая связь, второй слой должен соприкасаться с чистой, горячей поверхностью первого слоя. Загрязнение, остатки разделительного состава, контакт с кожей во время работы или задержка, достаточная для охлаждения поверхности до попадания второго слоя, — все это сделает несовместимую пару невозможной.
В тех случаях, когда химическая связь недоступна, спроектируйте защелку следующим образом: отверстия (по возможности с пазами типа «ласточкин хвост»), ребра, подрезы, канавки или выступы на границе раздела. Чтобы предотвратить отслаивание, избегайте открытых краев формованного материала; приподнятый край подложки может защитить края эластомера, где в противном случае началось бы отслаивание.
Два практических замечания о мягком слое. Тонкие литые слои — обычно менее 0.40 дюйма (10 мм) — будут ощущаться твердыми независимо от выбранного материала, поэтому в потребительских товарах часто используются ряды более высоких ребер для увеличения воспринимаемой толщины при одновременном уменьшении объема материала. Кроме того, дюрометр не является надежным показателем воспринимаемой мягкости: лучшим индикатором является модуль упругости при изгибе, который измеряет сопротивление изгибу, причем более низкий модуль упругости при изгибе создает ощущение большей мягкости.
Допустимые отклонения при размещении и регистрации ворот
Расположение литникового канала влияет на заполнение при обоих впрысках. Тонкие стенки, длинные пути потока и неправильное расположение литникового канала являются стандартными причинами коротких впрысков, а литниковый канал, позволяющий смоле слишком быстро поступать в открытое пространство, приводит к струйному распылению. Положение литникового канала также должно соответствовать полости второго впрыска: деталь, изготовленная в первом впрыске, должна быть полностью поддерживаема в полости второго впрыска против давления полости, поскольку второй впрыск оказывает давление пластика в тысячи фунтов на пластик первого впрыска, а не только на сталь. На практике это означает отсутствие неподдерживаемых элементов длиной более чем в три раза превышающей их собственную толщину, с ребрами или подрезами за поверхностями, которые будут подвергаться формованию.
Точность совмещения — вот где двухцветная оснастка оправдывает свою стоимость. При двухкомпонентном формовании используется один общий опорный инструмент, поэтому оба материала позиционируются одним и тем же стальным элементом, и совмещение является максимально точным. Двухкомпонентное литье с переформовкой увеличивает допуск за счет повторной фиксации между двумя формами. На инструментах с вращающейся плитой фиксаторы на форме и плитах станка имеют решающее значение для удержания формы точно по центру вращающейся плиты; если она смещена, поворот на 180° может повредить направляющие штифты, втулки и запорные механизмы.
Производственные риски и способы их контроля
Механизмы отказов при двухцветном литье хорошо изучены, и для каждого из них существует стандартный набор мер контроля, которые должны быть включены в план валидации, а не в меры реагирования на брак.
Деформация из-за несоответствия усадки
Деформация — это искажение, вызванное неоднородной усадкой, и в двухцветной детали разница в усадке двух смол является дополнительным фактором, помимо направленных, локальных и поперечных различий, которые могут наблюдаться в любой формованной детали. Наиболее наглядный пример — пары аморфная и полукристаллическая смолы, поскольку разница в усадке создает сдвиговое напряжение в линии соединения и может проявляться в виде деформации на поздней стадии.
Контрольные меры носят скорее структурный и тепловой, чем косметический характер: сбалансированная толщина стенок и плавные переходы, сбалансированное охлаждение обеих поверхностей формы, пара материалов, разница в усадке которых понятна и приемлема, а также моделирование потока в форме перед резкой стали. Моделирование — это недорогой способ обнаружить, что геометрия не может оставаться плоской.
Расслоение и слабая связь
Разрыв соединения может произойти после термического циклирования, даже если деталь прошла проверку качества при контрольном отборе образцов, поэтому проверка качества соединения должна включать термическое циклирование, а не однократное испытание на отрыв на новой детали. Причинами могут быть слишком низкая температура плавления для размягчения поверхности подложки, несовместимый химический состав термопластичных эластомеров, влажная или загрязненная подложка, остатки разделительного состава, манипуляции во время переноса или задержка, достаточная для охлаждения границы раздела до нанесения второго слоя.
Тип разрушения указывает на это. Когезионный разрыв — когда термоэластопласт разрывается до того, как отделится межфазная граница — является предпочтительным результатом, поскольку это означает, что соединение прочнее эластомера. Адгезионный разрыв, когда термоэластопласт полностью отслаивается от подложки, указывает на межфазную границу и, следовательно, на химический состав или технологический процесс. Согласно опубликованным данным испытаний на отслаивание по стандарту ASTM D6862, значение выше примерно 15 фунтов на дюйм ширины считается отличной адгезией, а значение ниже примерно 10 фунтов на дюйм — плохой. В случаях, когда химический состав недостаточен, механические зацепления служат дополнительной защитой, а проверка прочности соединения должна проводиться на этапе отбора проб.
Короткие кадры, вспышечный интерфейс и дисциплина технологического окна.
Неполные заливки происходят из-за тонких стенок, длинных путей потока и неправильного расположения литникового канала, и их устраняют на этапе изготовления инструмента и схемы заполнения, а не путем бесконечного повышения давления. Заусенцы на границе раздела фаз возникают из-за недостаточного сжатия, неадекватной поддержки первой заливки, неудачной конструкции запорного клапана или недостаточной прочности гидравлических цилиндров, способных противостоять пластическому давлению в полости.
Более тонкий риск связан с дисциплиной процесса. Поскольку два впрыска взаимодействуют, формовщики часто обрабатывают первый впрыск, чтобы устранить проблемы, возникшие при втором впрыске, или наоборот. Это сужает технологическое окно и повышает риск брака: смятие, поддержка, деформация и цилиндры меньшего размера могут быть обработаны с учетом возможных проблем, что происходит за счет снижения качества. Также часть мощности расходуется на вращающиеся инструменты, поскольку полости расположены не по центру — первый впрыск на одной половине, второй — на другой, поэтому полная мощность станка недоступна для компенсации пластического давления в полости.
Двухцветное литье в сравнении с другими процессами
Альтернативы двухцветному литью — это не его худшие версии; это лишь разные аспекты, касающиеся стоимости оснастки, структуры цикла, прочности сцепления и экономической эффективности объемов производства.
Литье с наложением (двухкомпонентное) и литье с закладными элементами
Двухкомпонентное литье под давлением использует две отдельные формы и стандартные прессы, при этом подложка переносится между формами вручную или роботом. Это наиболее гибкий из способов: форму для литья под давлением можно заменить или переделать без утилизации формы для подложки, два цикла литья могут выполняться на разных прессах или даже на разных производственных площадках, и он подходит для разработок, внедрения новых продуктов и объемов, которые не окупают двухкомпонентное литье. Недостатками являются этап переноса, загрязнение и риск потери трудозатрат между циклами литья, а также более слабая точность совмещения, поскольку перенастройка увеличивает допуски.
Литье с закладными элементами использует одну пресс-форму плюс элементы для позиционирования закладных элементов и позволяет залить готовый компонент, обычно металлический, за один цикл литья пластмассы. Фиксация осуществляется исключительно механическим способом — накаткой, подрезами, канавками — без химической связи. Инструментальная оснастка — самый простой из трех методов, но загрузка закладных элементов осуществляется за цикл: при малом объеме оператор загружает закладные элементы в открытый инструмент каждый цикл, что приводит к различиям в посадке и ориентации между людьми; при большом объеме роботы или загрузчики с чашеобразной подачей восстанавливают повторяемость и исключают участие оператора в цикле.
Двухкомпонентное литье использует специализированный пресс с двумя или более инжекционными узлами и одной двухкомпонентной оснасткой с двумя комплектами полостей и жестким контролем сжатия и отключения. Оно характеризуется самыми высокими затратами на оснастку и самыми низкими затратами на деталь при массовом производстве, самой прочной химической связью, поскольку граница раздела остается горячей, и самой точной совмещенностью, поскольку оба впрыска используют одну опорную точку оснастки.
| Атрибут | Двухэтапная формовка | Вставить молдинг | Двухэтапное формование |
| Что соединено | Жесткая пластиковая основа плюс второй слой пластика, обычно ТПЭ или ТПУ. | Готовый компонент, обычно металлический, заключенный в пластиковый корпус. | В одной детали используются два вида пластика, часто жесткий пластик плюс эластомер. |
| Машина | Два стандартных пресса или один пресс и две формы | Один стандартный пресс; вертикальный зажим общий. | Специализированный пресс с двумя или более инжекционными блоками |
| Плесень | Две отдельные формы | Одна пресс-форма плюс элементы позиционирования вставки | Один инструмент 2K, два комплекта полостей, плотное сжатие и контроль отключения. |
| Цикл | Два цикла плюс этап переноса | Один цикл плюс вставка для загрузки при каждом выстреле | Один комбинированный цикл; после запуска впрыск осуществляется параллельно. |
| Механизм связи | Химическая адгезия расплава в сочетании с механической блокировкой там, где это необходимо. | Чисто механическая инкапсуляция | Химическая сварка расплавом, самая прочная, потому что поверхность контакта остается горячей. |
| Обработка между этапами | Деталь перемещается вручную или роботом. | Вставка загружается каждый цикл | Никаких; деталь никогда не покидает инструмент. |
| Относительная стоимость оснастки | средняя | Самая низкая | Наивысший |
| Относительная себестоимость одной детали при больших объемах производства. | средняя | Увеличивается с учетом трудозатрат на загрузку вставки. | Самый низкий уровень при объёме |
| Регистрация между материалами | Более свободный допуск на переустановку штабелей. | Определяется расположением вставки. | Самый плотный кадр; оба снимка имеют один общий инструмент. |
| Типичное использование | Удобный захват, герметичность, мягкое прикосновение при низкой и средней громкости | Резьбовые вставки, клеммы, штифты, втулки | Рукоятки большого объема, несмываемые надписи, декоративная отделка. |
Живопись, печать и декорирование методом литья под давлением
Процессы декорирования добавляют этапы после формования, тогда как двухцветное формование создает цвет, текстуру и надписи в форме. Окраска и тампонная печать наносят второй цвет на готовую деталь и влекут за собой затраты на обработку каждой детали, а также предел износостойкости, связанный с покрытием или краской; двухцветное формование не имеет такой износостойкой поверхности, поскольку цвет — это сам материал.
Декорирование в пресс-форме (IMD) — это отдельное семейство технологий, включающее маркировку в пресс-форме (IML), пленочное декорирование в пресс-форме (IMF) и трансферное декорирование в пресс-форме (IMR), при которых пленка или печатная краска помещаются в полость пресс-формы и склеиваются в процессе формования. IMD иногда сочетается с двухцветным формованием, и такое сочетание предъявляет более высокие требования, чем использование каждого метода по отдельности. Качество двухцветного IMD зависит от структуры изделия, конструкции входного отверстия для клея, выбора материала для первого и второго цветовых компонентов, технологии обработки пленки, толщины пленки и параметров впрыска. Характерными дефектами являются вымывание краски, слабая адгезия между цветовыми слоями, вогнутости поверхности и нечеткая текстура. Вымывание краски при двухцветном IMD в основном вызвано неоптимальной конструкцией входного отверстия пресс-формы, а выбор и толщина пленки являются второстепенными факторами; второй впрыск усложняет процесс, поскольку расплав контактирует с верхней частью пленки до того, как может рассеять краску внизу. В тех случаях, когда материал пленки соответствует первому и второму цветовым компонентам — например, поликарбонат (PC) для всех трех — прочность склеивания улучшается.
Ультразвуковая сварка и сборка
Сварка соединяет отдельно отлитые детали и добавляет этап сборки, а также ограничения по конструкции соединения: для каждой из двух компонентов требуется простой инструмент из одного материала, материалы не обязательно должны быть химически совместимы, и каждый компонент может быть скорректирован отдельно. Чего она не может сделать, так это удалить соединение. Двухцветное литье исключает как операцию сборки, так и соединение, поэтому оно является стандартным решением для постоянно читаемых ключей и декоративной отделки, где недопустима видимая линия разъема. Компромисс заключается в стоимости оснастки и ограничении на пары материалов, которые могут быть соединены.
Концепция объема и экономики
Логика расчета стоимости довольно проста и заслуживает четкого изложения. Двухцветная оснастка имеет самые высокие первоначальные затраты — два комплекта матриц, прецизионные запорные устройства и отдельный пресс — поэтому она окупается при больших объемах производства. Двухкомпонентное литье под давлением занимает промежуточное положение: две матрицы на стандартных прессах. Литье с закладными элементами имеет самые низкие затраты на оснастку, но увеличивает трудозатраты на деталь по мере роста объема производства. Декоративная отделка добавляет обработку каждой детали, а сварка — операцию сборки.
Практическая последовательность принятия решений выглядит следующим образом: сначала требования к сцеплению (нужна ли химическая адгезия для соединения, или достаточно механической фиксации?), затем пара материалов, затем объем, затем бюджет на оснастку, затем допуск на совмещение. Ответы на эти вопросы в таком порядке позволяют избежать распространенной ошибки выбора процесса до того, как будут определены тип соединения и пара материалов.
Подходит ли двухцветное литье под давлением для вашей детали? Объём?
Двухцветное литье — это оптимальное решение для конкретного сочетания функциональности и объема производства деталей, и эти признаки можно распознать еще до запроса коммерческого предложения.
Критерии соответствия
Четыре фактора указывают на преимущества двухцветного литья. Во-первых, подлинная двухкомпонентная функциональность: мягкая рукоятка, уплотнение, окошко или постоянная двухцветная надпись, которая не стирается. Во-вторых, прочное и стабильное соединение, где химическая адгезия на горячей поверхности является преимуществом, а не риском. В-третьих, точная совмещение — декоративная обрезка, где недопустима видимая линия разъема, или ключи и надписи, которые должны оставаться на месте. В-четвертых, достаточный объем производства для амортизации инструмента и специализированного пресса.
Когда разработка еще не завершена или объем производства не окупает использование двухкомпонентной оснастки, двухкомпонентное литье под давлением обычно является более подходящим вариантом. Если второй материал — металл, а не пластик, то в этом случае уместнее сравнение с литьем с закладными элементами.
От прототипа к серийному производству
Реалистичный подход включает шесть этапов. На первом этапе происходит подбор концепции и материалов, основанный на данных о адгезии, а не на пробных испытаниях. Затем следует анализ DFM и моделирование потока в пресс-форме для проверки заполнения, баланса охлаждения и деформации перед использованием стали. Далее следует прототипирование: многокомпонентные детали с мягким покрытием могут быть изготовлены из аддитивных материалов, имитирующих жесткую конструкцию с эластомерами, чего обычно достаточно для проверки геометрии захвата и эргономики, или может использоваться инструмент со скользящим столом для небольших серий, где на ранних этапах необходимы реальные двухкомпонентные детали. Затем проводится отбор проб T1 для проверки размеров и характеристик соединения, включая термическое циклирование. Далее устанавливается технологическое окно, при этом оба процесса настраиваются одновременно, а не один компенсирует другой. Затем начинается производство с контролем качества в процессе производства.
Проверка прочности сцепления должна проводиться на этом этапе, а не после него. Наиболее надежным предварительным испытанием является последовательное формование плоских пластин из обоих материалов с использованием тестовой формы, после чего проводится испытание на отслаивание по стандарту ASTM D903 и испытание на адгезию методом перекрестной штриховки по стандарту ASTM D3359. Большинство поставщиков термоэластопластов также публикуют данные о прочности сцепления с распространенными подложками, и их следует запросить до окончательного выбора материала.
Выберите NOBLE для поддержки ваших проектов по двухцветному литью под давлением.
NOBLE — это китайско-британское совместное предприятие и китайский производственный партнер, удостоенный правительством звания «Национальное высокотехнологичное предприятие». Обладая более чем 10-летним опытом, NOBLE предоставляет полный спектр услуг по изготовлению продукции на заказ, от прототипирования до серийного производства. Наши инженерные и технологические возможности поддерживают клиентов как на этапе прототипирования, так и на этапе серийного производства двухцветных изделий методом литья под давлением.
Наша система управления качеством сертифицирована по стандартам ISO 9001:2015 и ISO 13485:2016. Вторая сертификация важна для команд, разрабатывающих медицинские изделия и хирургические инструменты, где двухцветное литье используется для объединения различных твердостей и цветов в одном компоненте.
Мы предоставляем полный спектр услуг от проектирования до сборки, а не только производство. Такой масштаб означает, что все решения, описанные в этом руководстве, могут быть приняты в рамках одного проекта: подбор материалов и анализ DFM перед выпуском оснастки, изготовление прототипов для проверки геометрии и эргономики захвата, моделирование потока расплава и отбор проб, а также производство с контролем качества.
Вспомогательные возможности, подтвержденные собственными данными о нашей деятельности:
- Быстрые сроки выполнения заказа. Благодаря комплексному программному обеспечению для станков с ЧПУ и опытным инженерам, ваши детали могут быть изготовлены в кратчайшие сроки — за 7–10 дней.
- Цены в режиме реального времени. В течение 24 часов после отправки запроса на коммерческое предложение с необходимой информацией, вы сможете получить быстрое и профессиональное ценовое предложение.
- Внутренние возможности. Благодаря обширным собственным производственным мощностям, мы можем удовлетворить потребности клиентов на всех этапах — от проектирования и создания прототипов до массового производства деталей, вместо того чтобы полагаться на заказы от сторонних компаний.
- Современное испытательное оборудование. Полный комплект контрольно-измерительного оборудования и общая система контроля качества помогают обеспечить высокую точность изготовления прототипов и компонентов.
- Передовые отраслевые экспертные знания. Передовые технологии быстрого прототипирования и быстрого производства позволяют обрабатывать различные металлические и пластиковые материалы в соответствии с заданными техническими условиями.
Для обсуждения проекта по двухцветному литью под давлением, отправьте запрос на коммерческое предложение с указанием необходимой детали, и наша команда ответит вам, предоставив ценовое предложение и рекомендуемый план перехода от прототипа к серийному производству.
Часто задаваемые вопросы о двухцветном литье под давлением
В чём разница между двухкомпонентным литьём, двухкомпонентным литьём (2K), двухкомпонентным литьём и литьём из нескольких материалов?
Двухкомпонентное литье (2K) и двойное литье — это почти синонимы одного и того же последовательного двухкомпонентного процесса в одном машинном цикле. Многокомпонентное литье — это более широкое понятие, охватывающее двухкомпонентные изделия, а также варианты с тремя и более компонентами и сэндвич-формование/совместное литье под давлением. «Двухцветное литье» подчеркивает визуальный результат; «двухкомпонентное литье» подчеркивает количество этапов литья под давлением.
Какая конфигурация пресс-формы подходит для какой детали?
Ротационная плита подходит для заготовок с частичным или односторонним обнажением при больших объемах производства. Планшетная плита подходит для заготовок, свободных с одной стороны сверху и частично свободных снизу, с литьевым покрытием с обеих сторон. Раздвижной разъемный механизм — это простой и экономичный вариант, когда заготовку необходимо частично отделить. Раздвижной стол подходит для прототипов и небольших серий с односторонним литьевым покрытием. Трансферная технология охватывает конструкции, где заготовку необходимо освободить с обеих сторон. Сэндвич-формование/совместная инжекция позволяет создавать конструкции типа «оболочка-сердечник».
Какие пары смол образуют химическую связь, а каким необходима механическая фиксация?
ABS, PC и PC/ABS с стирольным термоэластопластом (TPE) обеспечивают отличное сцепление; PA6/PA66 с полиамидным TPE обеспечивает хорошее или отличное сцепление; PP с олефиновым TPE или TPV обеспечивает хорошее сцепление; ABS с ASA обеспечивает отличное сцепление в паре с другими материалами одного семейства; PMMA с ABS обеспечивает хорошее сцепление. POM с модифицированным TPE обеспечивает лишь удовлетворительное сцепление и требует механической фиксации. Стандартный стирольный TPE вообще не будет склеивать PP, если только его марка не основана на PP.
Каковы основные правила проектирования перед выпуском оснастки?
Постоянная толщина стенок с вырезанными массами и ребрами вместо сплошных секций; достаточный уклон (обычно 1–1.5 градуса с каждой стороны на стенках подложки, несущих защитное покрытие); деформация при закрытии второй порции, как правило, 0.003–0.005 дюйма, с дополнительной деформацией там, где первая порция толстая; полная поддержка первой порции против давления во второй порции в полости, при этом ни один незакрепленный элемент не должен быть длиннее, чем примерно в три раза его толщина; и механические блокировки там, где химическая связь не гарантирована.
Как контролируются деформация и расслоение?
Деформация контролируется сбалансированными стенками и плавными переходами, сбалансированным охлаждением, парой материалов с известной разницей в усадке и моделированием потока в пресс-форме перед изготовлением оснастки. Расслоение контролируется правильным подбором материалов, поддержанием высокой температуры и чистоты поверхности после первого впрыска, механическими блокировками в качестве резервного варианта и проверкой сцепления при отборе проб, включающей термические циклы. Предпочтительным результатом является когезионное разрушение (разрыв термоэластопласта); адгезионное разрушение (чистое отслаивание) указывает на химический состав или технологический процесс.
Чем отличается двухцветное литье от литья с наложением, литья с закладными элементами, декорирования и сварки с точки зрения оснастки и объемов производства?
Двухцветное литье имеет самую высокую стоимость оснастки и самую низкую стоимость одной детали при массовом производстве, при этом обеспечивает наиболее прочное химическое соединение и точную приводку. Двухкомпонентное литье с наложением оснастки занимает промежуточное положение по стоимости оснастки и детали и является наиболее гибким в плане разработки. Литье с закладными элементами имеет самую низкую стоимость оснастки, но увеличивает трудозатраты на деталь при массовом производстве. Декоративная отделка добавляет этап обработки детали после литья. Сварка добавляет этап сборки и накладывает ограничения на конструкцию соединения.
Как определить, подходит ли двухцветная лепнина для моей детали и объема заказа?
Ищите действительно двухкомпонентную функциональность, прочное и стабильное соединение, жесткие требования к точности совмещения и достаточный объем производства для окупаемости инструмента. Затем пройдите путь от прототипа до серийного производства: подбор материалов, проектирование с учетом технологичности и моделирование, создание прототипа (аддитивное производство или инструмент со скользящим столом для небольших серий), отбор проб T1 с проверкой прочности соединения и термоциклической стойкости, определение технологического окна и производство с контролем качества в процессе производства.
