što je proces injekcijskog prešanja?
Brizganjem se izrađuje većina plastičnih dijelova. Ne sve, ali velika većina krutih plastičnih komponenti s kojima se svakodnevno susrećete proizašle su iz ovog procesa-kućišta za telefone, ukrasi za automobile, medicinski uređaji, kućišta uređaja, igračke. Ako plastični dio postoji u količinama većim od nekoliko tisuća jedinica, netko ga je vjerojatno brizgao.
Koncept je dovoljno jasan da ga možete objasniti u trideset sekundi: zagrijte plastiku dok se ne otopi, gurnite je u čelični kalup, pustite da se ohladi, otvorite kalup, izvadite dio, ponovite. Ovaj ciklus pokrećemo tisuće puta dnevno na desecima strojeva. No jaz između razumijevanja koncepta i stvarne dosljedne proizvodnje dobrih dijelova je ono gdje živi većina inženjeringa.
Stvarni proces
Sirovina dolazi u obliku malih kuglica, obično promjera 2-3 mm. Oni se utovaruju u spremnik koji ulazi u grijanu bačvu koja sadrži veliki vijak. Vijak ima dvostruku svrhu - rotira kako bi prenio pelete naprijed dok trenje i vanjski grijači tope sve u homogenu masu, a zatim djeluje kao klip za ubrizgavanje te taline u kalup.
Kontrola temperature kroz bačvu važnija je nego što ljudi u početku očekuju. Većina strojeva koristi tri zone grijanja s postupno višim temperaturama prema mlaznici. Polipropilen radi oko 220-280 stupnjeva, ABS oko 200-280 stupnjeva, polikarbonat treba 280-320 stupnjeva. Dobavljači materijala daju ove raspone, ali na kraju se prilagođavate na temelju svoje specifične situacije. Različiti strojevi ponašaju se drugačije. Geometrija dijelova mijenja ono što funkcionira.
Kada se kalup zatvori i započne ubrizgavanje, rastaljena plastika putuje kroz kanale koji se nazivaju klizači dok ne dođe do vrata -uskog ograničenja koje kontrolira protok u stvarnu šupljinu dijela. Punjenje se događa brzo, obično nekoliko sekundi. Plastika koja dodiruje stijenke hladnog kalupa odmah se počinje skrućivati dok materijal u središtu nastavlja teći. To stvara smrznutu kožu koja se deblja kako punjenje napreduje. Ako je brzina ubrizgavanja pogrešna, dobivate kratke udarce, linije protoka ili tragove opekotina od zarobljenog zraka.
Nakon što se šupljina ispuni, stroj održava pritisak kako bi upakirao dodatni materijal dok se plastika skuplja tijekom hlađenja. Ova faza pakiranja se nastavlja sve dok se vratašca ne zamrznu i zabrtve. Onda čekaš. Hlađenje obično čini 70-80% ukupnog vremena ciklusa jer plastika slabo provodi toplinu i ne možete izbaciti dio dok nije dovoljno krut da preživi bez deformiranja. Ciklus od 30 sekundi može uključivati 3 sekunde punjenja i 25 sekundi hlađenja.
Na kraju se kalup otvara, igle za izbacivanje guraju dio van, kalup se ponovno zatvara i cijela se stvar ponavlja. Vremena ciklusa kreću se od ispod 10 sekundi za tanke jednostavne dijelove do nekoliko minuta za debele složene.
Gdje poteškoće zapravo žive
Čitajući taj opis, zvuči kao da stroj radi sve. Punite pelete, pritisnite gumbe, skupljajte dijelove. Neke se operacije izvode na taj način za jednostavne geometrije s materijalima koji opraštaju. Ali većina proizvodnje uključuje stalnu pozornost na varijable koje međusobno djeluju na načine koji nisu uvijek intuitivni.
Povećajte temperaturu taline i plastika lakše teče, što pomaže u ispunjavanju tankih dijelova. Ali viša temperatura znači duže hlađenje i rizik degradacije materijala. Povećajte brzinu ubrizgavanja da biste napunili prije nego što smrznuta koža postane predebela i možete uzrokovati zagrijavanje ili mlazanje. Dodajte veći pritisak pakiranja kako biste spriječili tragove sudopera i sada se borite protiv bljeskanja gdje se plastika stisne između polovica kalupa.
Znanstvena metodologija oblikovanja-koju promoviraju ljudi poput Johna Bozzellija i organizacije poput RJG Inc.-pristupa tome sustavno koristeći senzore tlaka u šupljinama i dokumentirane eksperimente, a ne prilagodbe pokušaja-i pogrešaka. Disciplina čini pravu razliku u dosljednosti proizvodnje.
Defekti imaju više međusobno povezanih uzroka. Oznake sudopera ukazuju na nedovoljno pakiranje u debele dijelove, ali njihovo popravljanje može zahtijevati istovremenu promjenu tlaka, vremena, temperature i hlađenja. Iskrivljenje se često pojavljuje satima nakon izbacivanja jer se unutarnje naprezanje popušta-dio izgleda dobro kad izađe iz kalupa, a zatim se postupno izobliči. Prema podacima Društva inženjera plastike, samo površinski nedostaci čine gotovo 40% odbačenih proizvoda-cijelom industrijom.
Sam kalup
Troškovi alata dominiraju ekonomičnošću injekcijskog prešanja za male do srednje količine. Jednostavan-aluminijski prototip kalupa s jednom šupljinom mogao bi koštati 2000-5000 dolara. Proizvodni čelični kalupi s višestrukim šupljinama koštaju 25 000 USD-100 000 USD ili znatno više za složene konfiguracije - Formlabs je objavio podatke koji pokazuju raspone do 100 USD000+ za proizvodne alate s više šupljina (formlabs.com).
Konstrukcija kalupa izravno određuje što možete proizvesti. Dva-dizajna ploča rukuju većinom standardnih dijelova. Tri-pločasta kalupa automatski odvajaju vodilice od dijelova. Bočne radnje i podizači omogućuju podrezivanja koja se ne mogu osloboditi u normalnom smjeru-otvaranja kalupa. Sustavi s vrućim kanalima eliminiraju otpad od pogona, ali povećavaju troškove i složenost održavanja.
Lokacija vrata-gdje plastika ulazi u šupljinu-utječe i na izgled i na strukturni integritet. Vrata ostavljaju tragove svjedoka, tako da kozmetičke površine trebaju vrata sakriti negdje drugdje. Postavljanje vrata također određuje obrasce protoka, lokacije linija zavara i orijentaciju vlakana u ojačanim materijalima.
Raspored kanala za hlađenje unutar kalupa izravno utječe na vrijeme ciklusa. Kanali bliže površini šupljine brže uklanjaju toplinu, ali slabe čelik. Većina dizajna postavlja kanale 15-25 mm od površina šupljine kao kompromis. Konformno hlađenje koje slijedi konture dijelova umjesto ravnih izbušenih rupa može značajno smanjiti vrijeme ciklusa na složenim geometrijama.
Kada ovaj proces ima smisla
Injekcijsko prešanje zahtijeva značajno početno ulaganje alata, ali daje vrlo niske troškove po-dijelu u količini. Točka križanja u odnosu na 3D ispis ili CNC strojnu obradu obično pada negdje između 100-500 jedinica, ovisno o složenosti dijela. Do 10.000 jedinica, oblikovani dijelovi često koštaju manje od jednog dolara, dok otisnuti ekvivalenti ostaju na nekoliko dolara.
Vrijeme izrade alata traje jedan do tri tjedna za prototipove aluminijskih kalupa, osam do dvanaest tjedana za proizvodne čelične alate. Ovaj vremenski okvir treba uzeti u obzir u rasporedu razvoja proizvoda-vidjeli smo odgođena lansiranja jer je netko pretpostavio da će alati biti brži.
Proces obrađuje većinu termoplastičnih materijala, uključujući smole kao što su PP i ABS, inženjersku plastiku kao što su najlon i polikarbonat, te specijalne materijale kao što je PEEK za primjene na visokim-temperaturama. Izbor materijala utječe na parametre obrade, stope skupljanja i mehanička svojstva gotovih dijelova. Kristalni materijali skupljaju se više od amorfnih. Vrste punjene-staklom zahtijevaju veće sile stezanja i uzrokuju veće trošenje kalupa.
Geometrija dijela ima praktična ograničenja. Debljina stijenke trebala bi ostati relativno ujednačena-debeli dijelovi se polako hlade, uzrokujući tragove potonuća i produžene cikluse. Tanki dijelovi možda se neće u potpunosti ispuniti. Kutovi nacrta omogućuju oslobađanje dijelova iz kalupa. Rebra i izbočine trebaju posebne proporcije u odnosu na debljinu stijenke kako bi se izbjegli nedostaci.
Za timove koji procjenjuju mogućnosti proizvodnje, ključna pitanja su očekivani volumen, dimenzionalni zahtjevi, materijalne potrebe i ograničenja vremenskog okvira. Injekcijsko prešanje ističe se u velikim količinama složenih dijelova s malim tolerancijama. To ima manje smisla za male količine, ekstremno velike dijelove ili situacije u kojima se ne može prilagoditi vrijeme potrebno za izradu alata.