Injectie

by / Vrijdag, maart 25 2016 / Gepubliceerd in Proces

Spuitgieten (spuitgieten in de VS) is een productieproces voor het produceren van onderdelen door materiaal in een mal te injecteren. Spuitgieten kan worden uitgevoerd met een groot aantal materialen, waaronder metalen (waarvoor het proces spuitgieten wordt genoemd), glazen, elastomeren, zoetwaren en meestal thermoplastische en thermohardende polymeren. Materiaal voor het onderdeel wordt in een verwarmd vat gevoerd, gemengd en in een vormholte geperst, waar het afkoelt en hard wordt tot de configuratie van de holte. Nadat een product is ontworpen, meestal door een industrieel ontwerper of een ingenieur, mallen worden gemaakt door een vormmaker (of gereedschapmaker) van metaal, meestal staal of aluminium, en met precisie bewerkt om de kenmerken van het gewenste onderdeel te vormen. Spuitgieten wordt veel gebruikt voor de productie van een verscheidenheid aan onderdelen, van de kleinste componenten tot hele carrosseriepanelen van auto's. Vooruitgang in 3D-printtechnologie, met behulp van fotopolymeren die niet smelten tijdens het spuitgieten van sommige thermoplasten met een lagere temperatuur, kan worden gebruikt voor enkele eenvoudige spuitgietmatrijzen.

Vereenvoudigd diagram van het proces

Te spuitgieten onderdelen moeten zeer zorgvuldig zijn ontworpen om het gietproces te vergemakkelijken; er moet rekening worden gehouden met het materiaal dat voor het onderdeel wordt gebruikt, de gewenste vorm en kenmerken van het onderdeel, het materiaal van de mal en de eigenschappen van de vormmachine. De veelzijdigheid van spuitgieten wordt mogelijk gemaakt door deze breedte van ontwerpoverwegingen en mogelijkheden.

toepassingen

Spuitgieten wordt gebruikt om veel dingen te maken, zoals draadspoelen, verpakking, doppen, auto-onderdelen en componenten, Gameboys, pocket combs, sommige muziekinstrumenten (en delen daarvan), stoelen uit één stuk en kleine tafels, opslagcontainers, mechanische onderdelen (inclusief tandwielen) en de meeste andere plastic producten die tegenwoordig verkrijgbaar zijn. Spuitgieten is de meest gebruikelijke moderne methode voor het vervaardigen van kunststof onderdelen; het is ideaal voor het produceren van grote volumes van hetzelfde object.

Proceskenmerken

Spuitgieten maakt gebruik van een plunjer met een ram of schroef om gesmolten materiaal te forceren plastic materiaal in een vormholte; dit stolt tot een vorm die zich heeft aangepast aan de contour van de mal. Het wordt meestal gebruikt om zowel thermoplastische als thermohardende polymeren te verwerken, waarbij het gebruikte volume van de eerste aanzienlijk hoger is. Thermoplasten komen veel voor vanwege eigenschappen die ze zeer geschikt maken voor spuitgieten, zoals het gemak waarmee ze kunnen worden gerecycled, hun veelzijdigheid waardoor ze in een breed scala aan toepassingen kunnen worden gebruikt, en hun vermogen om bij verwarming zacht te worden en te stromen. Thermoplasten hebben ook een veiligheidselement boven thermoharders; als een thermohardend polymeer niet tijdig uit de injectievat wordt gespoten, kan chemische verknoping optreden waardoor de schroef en terugslagkleppen vastlopen en mogelijk de spuitgietmachine beschadigen.

Spuitgieten bestaat uit het onder hoge druk injecteren van de grondstof in een mal die het polymeer de gewenste vorm geeft. Mallen kunnen een enkele holte of meerdere holtes hebben. In mallen met meerdere holtes kan elke holte identiek zijn en dezelfde onderdelen vormen of uniek zijn en meerdere verschillende geometrieën vormen tijdens een enkele cyclus. Mallen worden over het algemeen gemaakt van gereedschapsstaal, maar roestvrij staal en aluminium mallen zijn geschikt voor bepaalde toepassingen. Aluminium mallen zijn doorgaans niet geschikt voor productie in grote hoeveelheden of onderdelen met nauwe maattoleranties, omdat ze inferieure mechanische eigenschappen hebben en meer vatbaar zijn voor slijtage, beschadiging en vervorming tijdens de injectie- en klemcycli; aluminium matrijzen zijn echter kostenbesparend bij toepassingen met een laag volume, aangezien de vervaardigingskosten en de tijd van matrijzen aanzienlijk worden verminderd. Veel stalen mallen zijn ontworpen om tijdens hun levensduur meer dan een miljoen onderdelen te verwerken en kunnen honderdduizenden dollars kosten om te fabriceren.

Wanneer thermoplasten worden gevormd, wordt typisch gepelletiseerde grondstof door een trechter in een verwarmde cilinder gevoerd met een heen en weer bewegende schroef. Bij binnenkomst in het vat neemt de temperatuur toe en worden de Van der Waals-krachten die weerstand bieden aan de relatieve stroom van afzonderlijke ketens verzwakt als gevolg van grotere ruimte tussen moleculen bij hogere thermische energietoestanden. Dit proces vermindert de viscositeit, waardoor het polymeer kan stromen met de aandrijfkracht van de injectie-eenheid. De schroef levert de grondstof naar voren, mengt en homogeniseert de thermische en stroperige verdelingen van het polymeer en verkort de benodigde verwarmingstijd door het materiaal mechanisch te scheren en een aanzienlijke hoeveelheid wrijvingsverwarming aan het polymeer toe te voegen. Het materiaal stroomt naar voren door een terugslagklep en verzamelt zich aan de voorkant van de schroef tot een volume dat bekend staat als a schot. Een shot is het volume van het materiaal dat wordt gebruikt om de vormholte te vullen, krimp te compenseren en een kussen te bieden (ongeveer 10% van het totale shotvolume, dat in de loop achterblijft en voorkomt dat de schroef uitbodemt) om de druk over te brengen van de schroef tot de vormholte. Als er voldoende materiaal is verzameld, wordt het materiaal onder hoge druk en snelheid in de holte voor het vormen van onderdelen geperst. Om drukpieken te voorkomen, gebruikt het proces normaal gesproken een transferpositie die overeenkomt met een volledige holte van 95-98%, waarbij de schroef verschuift van een constante snelheid naar een constante drukregeling. Vaak zijn de injectietijden ruim 1 seconde. Zodra de schroef de overdrachtspositie bereikt, wordt de pakkingsdruk uitgeoefend, wat het vullen van de mal voltooit en thermische krimp compenseert, wat vrij hoog is voor thermoplasten in vergelijking met veel andere materialen. De pakkingsdruk wordt uitgeoefend totdat de poort (holte-ingang) stolt. Vanwege zijn kleine formaat is de poort normaal gesproken de eerste plaats om door zijn volledige dikte te stollen. Zodra de poort stolt, kan er geen materiaal meer in de holte komen; dienovereenkomstig heen en weer beweegt en verkrijgt de schroef materiaal voor de volgende cyclus terwijl het materiaal in de mal afkoelt zodat het kan worden uitgeworpen en vormvast kan zijn. Deze koelduur wordt drastisch verminderd door het gebruik van koelleidingen die water of olie uit een externe temperatuurregelaar laten circuleren. Zodra de vereiste temperatuur is bereikt, wordt de mal geopend en wordt een reeks pennen, hulzen, strippers enz. Naar voren gedreven om het artikel te ontvormen. Vervolgens sluit de mal en wordt het proces herhaald.

Voor thermoharders worden doorgaans twee verschillende chemische componenten in het vat geïnjecteerd. Deze componenten beginnen onmiddellijk met onomkeerbare chemische reacties die het materiaal uiteindelijk verknopen tot een enkel verbonden netwerk van moleculen. Terwijl de chemische reactie plaatsvindt, transformeren de twee vloeibare componenten permanent in een visco-elastische vaste stof. Stolling in de injectievat en schroef kan problematisch zijn en financiële gevolgen hebben; daarom is het minimaliseren van het uitharden van de thermoharding in de loop van vitaal belang. Dit betekent doorgaans dat de verblijftijd en temperatuur van de chemische voorlopers in de injectie-eenheid worden geminimaliseerd. De verblijftijd kan worden verminderd door de volumecapaciteit van het vat te minimaliseren en door de cyclustijden te maximaliseren. Deze factoren hebben geleid tot het gebruik van een thermisch geïsoleerde, koude injectie-eenheid die de reagerende chemicaliën in een thermisch geïsoleerde hete mal injecteert, wat de snelheid van chemische reacties verhoogt en resulteert in een kortere tijd die nodig is om een ​​gestolde thermohardende component te verkrijgen. Nadat het onderdeel is gestold, sluiten de kleppen om het injectiesysteem en de chemische voorlopers te isoleren, en gaat de mal open om de vormdelen uit te werpen. Vervolgens sluit de mal en herhaalt het proces zich.

Voorgevormde of machinaal bewerkte componenten kunnen in de holte worden gestoken terwijl de mal open is, waardoor het materiaal dat in de volgende cyclus wordt geïnjecteerd, zich eromheen kan vormen en stollen. Dit proces staat bekend als Gietlijst invoegen en maakt het mogelijk dat afzonderlijke onderdelen meerdere materialen bevatten. Dit proces wordt vaak gebruikt om plastic onderdelen te maken met uitstekende metalen schroeven, waardoor ze herhaaldelijk kunnen worden vastgemaakt en losgemaakt. Deze techniek kan ook worden gebruikt voor In-mould-etikettering en filmdeksels kunnen ook worden bevestigd aan gegoten plastic containers.

Een scheidingslijn, spruw, poortmarkeringen en uitwerppennen zijn meestal aanwezig op het laatste onderdeel. Geen van deze kenmerken is typisch gewenst, maar is vanwege de aard van het proces onvermijdelijk. Poortmarkeringen komen voor bij de poort die de smeltafgiftekanalen (spruw en loper) verbindt met de deelvormende holte. De markeringen voor de scheidingslijn en de uitwerppen zijn het gevolg van minieme uitlijningen, slijtage, gasvormige ventilatieopeningen, spelingen voor aangrenzende delen in relatieve beweging en / of dimensionale verschillen van de pasvlakken die in contact komen met het geïnjecteerde polymeer. Dimensionale verschillen kunnen worden toegeschreven aan niet-uniforme, door druk geïnduceerde vervorming tijdens injectie, verspaningstoleranties en niet-uniforme thermische uitzetting en samentrekking van matrijscomponenten, die snelle cycli ervaren tijdens de injectie-, pakking-, afkoeling- en uitstootfasen van het proces . Matrijscomponenten worden vaak ontworpen met materialen met verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten. Deze factoren kunnen niet tegelijkertijd worden verklaard zonder astronomische stijgingen in de kosten van ontwerp, fabricage, verwerking en kwaliteitsbewaking. De bekwame ontwerper van vormen en onderdelen plaatst deze esthetische nadelen indien mogelijk in verborgen gebieden.

Geschiedenis

De Amerikaanse uitvinder John Wesley Hyatt patenteerde samen met zijn broer Isaiah de eerste spuitgietmachine in 1872. Deze machine was relatief eenvoudig in vergelijking met de machines die tegenwoordig worden gebruikt: hij werkte als een grote injectienaald en gebruikte een zuiger om plastic door een verwarmd cilinder in een mal. De industrie heeft in de loop van de jaren langzaam vooruitgang geboekt door producten te produceren zoals kraagsteunen, knopen en haarkammen.

De Duitse chemici Arthur Eichengrün en Theodore Becker vonden in 1903 de eerste oplosbare vormen van celluloseacetaat uit, die veel minder brandbaar waren dan cellulosenitraat. Het werd uiteindelijk beschikbaar gesteld in poedervorm, waaruit het gemakkelijk door spuitgieten kon worden gevormd. Arthur Eichengrün ontwikkelde in 1919 de eerste spuitgietpers. In 1939 patenteerde Arthur Eichengrün het spuitgieten van geplastificeerd celluloseacetaat.

De industrie groeide snel in de jaren veertig omdat de Tweede Wereldoorlog een enorme vraag creëerde naar goedkope, in massa geproduceerde producten. In 1946 bouwde de Amerikaanse uitvinder James Watson Hendry de eerste schroefinjectiemachine, die een veel nauwkeurigere controle over de injectiesnelheid en de kwaliteit van de geproduceerde artikelen mogelijk maakte. Met deze machine kon materiaal ook vóór injectie worden gemengd, zodat gekleurd of gerecycled plastic aan nieuw materiaal kon worden toegevoegd en grondig kon worden gemengd voordat het werd geïnjecteerd. Tegenwoordig is het overgrote deel van alle injectiemachines goed voor schroefinjectiemachines. In de jaren zeventig ontwikkelde Hendry het eerste spuitgietproces met behulp van gas, waardoor complexe, holle artikelen konden worden geproduceerd die snel afkoelden. Deze sterk verbeterde ontwerpflexibiliteit evenals de sterkte en afwerking van gefabriceerde onderdelen terwijl de productietijd, kosten, gewicht en afval worden verminderd.

De kunststof spuitgietindustrie is in de loop van de jaren geëvolueerd van het produceren van kammen en knopen tot het produceren van een breed scala aan producten voor vele industrieën, waaronder de auto-industrie, de medische sector, de ruimtevaart, consumentenproducten, speelgoed, sanitair, verpakking en constructie.

Voorbeelden van polymeren die het meest geschikt zijn voor het proces

De meeste polymeren, ook wel harsen genoemd, kunnen worden gebruikt, inclusief alle thermoplasten, sommige thermoharders en sommige elastomeren. Sinds 1995 is het totale aantal beschikbare materialen voor spuitgieten toegenomen met een snelheid van 750 per jaar; toen die trend begon, waren er ongeveer 18,000 materialen beschikbaar. Beschikbare materialen zijn onder meer legeringen of mengsels van eerder ontwikkelde materialen, zodat productontwerpers het materiaal met de beste eigenschappen uit een uitgebreide selectie kunnen kiezen. Belangrijke criteria voor de selectie van een materiaal zijn de sterkte en functie die vereist zijn voor het laatste onderdeel, evenals de kosten, maar ook elk materiaal heeft verschillende parameters voor het vormen waarmee rekening moet worden gehouden. Gebruikelijke polymeren zoals epoxy en fenol zijn voorbeelden van thermohardende kunststoffen, terwijl nylon, polyethyleen en polystyreen thermoplastisch zijn. Tot voor kort waren plastic veren niet mogelijk, maar door de vooruitgang in polymere eigenschappen zijn ze nu behoorlijk praktisch. Toepassingen zijn onder meer gespen voor het verankeren en loskoppelen van banden voor buitenapparatuur.

Uitrusting

Paperclipvorm geopend in vormmachine; het mondstuk is rechts zichtbaar

Spuitgietmachines bestaan ​​uit een materiaaltrechter, een spuitcilinder of schroefplunjer en een verwarmingseenheid. Ook bekend als persen, ze bevatten de mallen waarin de componenten zijn gevormd. Persen worden beoordeeld op tonnage, wat de hoeveelheid klemkracht uitdrukt die de machine kan uitoefenen. Deze kracht houdt de mal tijdens het injectieproces gesloten. Het tonnage kan variëren van minder dan 5 ton tot meer dan 9,000 ton, waarbij de hogere cijfers worden gebruikt in relatief weinig productie-activiteiten. De totale benodigde klemkracht wordt bepaald door het geprojecteerde gebied van het te vormen onderdeel. Dit geprojecteerde gebied wordt vermenigvuldigd met een klemkracht van 1.8 tot 7.2 ton per vierkante centimeter van het geprojecteerde gebied. Als vuistregel geldt: 4 of 5 ton / in2 kan voor de meeste producten worden gebruikt. Als het plastic materiaal erg stijf is, zal er meer injectiedruk nodig zijn om de mal te vullen, en dus meer klemtonnage om de mal gesloten te houden. De benodigde kracht kan ook worden bepaald door het gebruikte materiaal en de grootte van het onderdeel; grotere onderdelen vereisen een hogere klemkracht.

gietvorm

gietvorm or sterven zijn de algemene termen die worden gebruikt om het gereedschap te beschrijven dat wordt gebruikt om plastic onderdelen te produceren bij het gieten.

Omdat matrijzen duur waren om te vervaardigen, werden ze meestal alleen gebruikt in massaproductie waar duizenden onderdelen werden geproduceerd. Typische mallen zijn gemaakt van gehard staal, voorgehard staal, aluminium en / of beryllium-koperlegering. De materiaalkeuze om een ​​mal van te maken is in de eerste plaats een van de economische aspecten; Over het algemeen kosten stalen mallen meer om te bouwen, maar hun langere levensduur compenseert de hogere initiële kosten over een groter aantal onderdelen die zijn gemaakt voordat ze verslijten. Pre-gehard stalen mallen zijn minder slijtvast en worden gebruikt voor kleinere volumes of grotere componenten; hun typische staalhardheid is 38–45 op de Rockwell-C-schaal. Vormen van gehard staal worden na bewerking met warmte behandeld; deze zijn veruit superieur wat betreft slijtvastheid en levensduur. De typische hardheid ligt tussen 50 en 60 Rockwell-C (HRC). Aluminium mallen kunnen aanzienlijk goedkoper zijn, en wanneer ze worden ontworpen en bewerkt met moderne geautomatiseerde apparatuur, kunnen ze economisch zijn voor het gieten van tientallen of zelfs honderdduizenden onderdelen. Beryllium-koper wordt gebruikt in gebieden van de mal die snelle warmteafvoer vereisen of in gebieden waar de meeste schuifwarmte wordt gegenereerd. De mallen kunnen worden vervaardigd door middel van CNC-bewerking of door middel van bewerkingsprocessen met elektrische ontlading.

Vormontwerp

Standaard gereedschap voor twee platen - kern en holte zijn inzetstukken in een malbasis - "familievorm" uit vijf verschillende delen

De mal bestaat uit twee hoofdcomponenten, de spuitgietmatrijs (A plaat) en de uitwerpmal (B plaat). Deze componenten worden ook wel aangeduid als vormer en mallenmaker. Plastic hars komt de mal binnen via een spruw or gate in de spuitgietmatrijs; de spruw bus moet strak afdichten tegen het mondstuk van de injectievat van de vormmachine en om gesmolten plastic uit de cilinder in de vorm te laten stromen, ook bekend als de holte. De spruwbus leidt het gesmolten plastic naar de holtebeelden via kanalen die in de vlakken van de A- en B-platen zijn bewerkt. Deze kanalen laten plastic langs hen lopen, daarom worden ze aangeduid alslopers. De gesmolten kunststof stroomt door de loper en gaat een of meer gespecialiseerde poorten binnen en in de holte-geometrie om het gewenste onderdeel te vormen.

De hoeveelheid hars die nodig is om de spruw, loper en holtes van een mal te vullen, bestaat uit een "shot". Opgesloten lucht in de mal kan ontsnappen door ventilatieopeningen die in de scheidingslijn van de mal zijn geslepen, of rond uitwerppennen en schuiven die iets kleiner zijn dan de gaten die ze vasthouden. Als de ingesloten lucht niet mag ontsnappen, wordt deze gecomprimeerd door de druk van het binnenkomende materiaal en in de hoeken van de holte geperst, waar het vullen voorkomt en ook andere defecten kan veroorzaken. De lucht kan zelfs zo gecomprimeerd raken dat deze ontbrandt en het omringende plastic materiaal verbrandt.

Om verwijdering van het vormdeel uit de vorm mogelijk te maken, mogen de vormkenmerken elkaar niet oversteken in de richting waarin de vorm opent, tenzij delen van de vorm zijn ontworpen om van tussen dergelijke overhangen te bewegen wanneer de vorm opent (met behulp van componenten die Lifters worden genoemd) ).

Zijkanten van het onderdeel die parallel lijken met de trekrichting (de as van de uitgeboorde positie (gat) of inzet is parallel aan de op en neer beweging van de mal bij het openen en sluiten) zijn meestal lichtjes gehoekt, diepgang genoemd, om het losmaken van het onderdeel uit de mal te vergemakkelijken. Onvoldoende trek kan vervorming of schade veroorzaken. De diepgang die nodig is voor het loslaten van de mal hangt voornamelijk af van de diepte van de holte: hoe dieper de holte, hoe meer diepgang nodig is. Bij het bepalen van de benodigde diepgang moet ook rekening worden gehouden met krimp. Als de huid te dun is, zal het gevormde deel de neiging hebben om te krimpen op de kernen die zich vormen terwijl het afkoelt en aan die kernen vast te houden, of het onderdeel kan kromtrekken, draaien, blaren of barsten wanneer de holte wordt weggetrokken.

Spruw, loper en poorten in werkelijk spuitgietproduct

Een mal wordt gewoonlijk zo ontworpen dat het vormdeel betrouwbaar op de uitwerpzijde (B) van de mal blijft wanneer deze wordt geopend, en trekt de loper en de spruw samen met de onderdelen uit de (A) kant. Het onderdeel valt dan vrij wanneer het wordt uitgeworpen vanaf de (B) -zijde. Tunnelpoorten, ook bekend als onderzeese of malpoorten, bevinden zich onder de scheidingslijn of het maloppervlak. Op de scheidingslijn wordt een opening in het oppervlak van de mal bewerkt. Het vormdeel wordt (door de vorm) uit het geleidersysteem gesneden bij uitwerpen uit de vorm. Uitwerppennen, ook wel knockout-pennen genoemd, zijn ronde pinnen die in de helft van de mal (meestal de uitwerphelft) zijn geplaatst en die het voltooide gevormde product of het geleidersysteem uit een mal duwen. Het uitwerpen van het artikel met behulp van pinnen, hulzen, strippers, enz. Kan ongewenste afdrukken of vervorming veroorzaken, dus wees voorzichtig bij het ontwerpen van de mal.

De standaardmethode voor koeling is het doorlaten van een koelmiddel (meestal water) door een reeks gaten die door de vormplaten zijn geboord en door slangen zijn verbonden om een ​​doorlopende route te vormen. De koelvloeistof absorbeert warmte uit de mal (die de warmte van het hete plastic heeft opgenomen) en houdt de mal op de juiste temperatuur om het plastic met de meest efficiënte snelheid te laten stollen.

Om onderhoud en ontluchting te vergemakkelijken, zijn holtes en kernen verdeeld in stukken, genaamd insertsen subassemblages, ook wel genoemd inserts, blokkenof achtervolging blokken. Door verwisselbare inzetstukken te vervangen, kan één mal meerdere variaties van hetzelfde onderdeel maken.

Complexere onderdelen worden gevormd met complexere mallen. Deze kunnen secties hebben die schuiven worden genoemd en die in een holte loodrecht op de trekrichting bewegen om overhangende onderdelen te vormen. Wanneer de mal wordt geopend, worden de dia's weggetrokken van het plastic deel met behulp van stationaire "hoekpennen" op de stationaire malhelft. Deze pinnen komen in een gleuf in de dia's en zorgen ervoor dat de dia's naar achteren bewegen wanneer de bewegende helft van de mal opengaat. Het onderdeel wordt dan uitgeworpen en de mal sluit. De sluitende werking van de mal zorgt ervoor dat de schuiven langs de hoekpennen naar voren bewegen.

Bij sommige mallen kunnen eerder gevormde onderdelen opnieuw worden geplaatst om een ​​nieuwe plastic laag rond het eerste onderdeel te vormen. Dit wordt vaak overmoulding genoemd. Met dit systeem kunnen banden en wielen uit één stuk worden geproduceerd.

Two-shot spuitgegoten keycaps van een computertoetsenbord

Two-shot of multi-shot mallen zijn ontworpen om binnen een enkele gietcyclus te “overhollen” en moeten worden verwerkt op gespecialiseerde spuitgietmachines met twee of meer injectie-eenheden. Dit proces is eigenlijk een spuitgietproces dat tweemaal wordt uitgevoerd en heeft daarom een ​​veel kleinere foutmarge. In de eerste stap wordt het basiskleurmateriaal gevormd tot een basisvorm, die ruimte bevat voor de tweede opname. Vervolgens wordt het tweede materiaal, een andere kleur, in die ruimtes gespuitgiet. Drukknoppen en toetsen die bijvoorbeeld door dit proces zijn gemaakt, hebben markeringen die niet kunnen slijten en die leesbaar blijven bij intensief gebruik.

Een mal kan meerdere kopieën van dezelfde onderdelen maken in één "shot". Het aantal 'afdrukken' in de mal van dat onderdeel wordt vaak ten onrechte cavitatie genoemd. Een gereedschap met één afdruk wordt vaak een enkele afdruk (holte) mal genoemd. Een vorm met 2 of meer holtes van dezelfde onderdelen zal waarschijnlijk worden aangeduid als meervoudige afdrukvorm (holte). Sommige mallen met een extreem hoog productievolume (zoals die voor doppen) kunnen meer dan 128 holtes hebben.

In sommige gevallen vormt gereedschap met meerdere holtes een reeks verschillende onderdelen in hetzelfde gereedschap. Sommige gereedschapsmakers noemen deze matrijzen familiemallen omdat alle onderdelen gerelateerd zijn. Voorbeelden zijn plastic model kits.

Mold opslag

Fabrikanten doen er alles aan om aangepaste vormen te beschermen vanwege hun hoge gemiddelde kosten. De perfecte temperatuur en vochtigheidsgraad wordt gehandhaafd om de langst mogelijke levensduur van elke aangepaste mal te garanderen. Op maat gemaakte vormen, zoals die gebruikt voor het spuitgieten van rubber, worden opgeslagen in omgevingen met temperatuur en vochtigheid om kromtrekken te voorkomen.

Gereedschapsmaterialen

Beryllium-koper inzetstuk (geel) op spuitgietmatrijs voor ABS-hars

Gereedschapsstaal wordt vaak gebruikt. Zacht staal, aluminium, nikkel of epoxy zijn alleen geschikt voor prototypes of zeer korte productieruns. Modern hard aluminium (7075- en 2024-legeringen) met het juiste malontwerp, kunnen met een goed malonderhoud gemakkelijk matrijzen maken die in staat zijn tot 100,000 of meer onderdelen.

Machining

Mallen worden gebouwd volgens twee hoofdmethoden: standaardbewerking en EDM. Standaard bewerking, in zijn conventionele vorm, is van oudsher de methode voor het bouwen van spuitgietmatrijzen. Met technologische ontwikkeling werd CNC-bewerking het overheersende middel om in minder tijd complexere vormen te maken met nauwkeurigere vormdetails dan traditionele methoden.

Het proces van elektrische ontlading (EDM) of vonkerosie wordt veel gebruikt bij het maken van matrijzen. Naast het mogelijk maken van vormen die moeilijk te bewerken zijn, maakt het proces het mogelijk om voorgeharde vormen te vormen zodat er geen warmtebehandeling nodig is. Veranderingen aan een geharde mal door conventioneel boren en frezen vereisen normaal gesproken gloeien om de mal te verzachten, gevolgd door warmtebehandeling om deze opnieuw te harden. EDM is een eenvoudig proces waarbij een gevormde elektrode, meestal gemaakt van koper of grafiet, zeer langzaam wordt neergelaten op het matrijsoppervlak (gedurende een periode van vele uren), dat wordt ondergedompeld in paraffineolie (kerosine). Een spanning die wordt aangelegd tussen gereedschap en matrijs veroorzaakt vonkerosie van het matrijsoppervlak in de omgekeerde vorm van de elektrode.

Kosten

Het aantal holtes dat in een mal is verwerkt, hangt direct samen met de vormkosten. Minder holtes vereisen veel minder gereedschapswerk, dus het beperken van het aantal holtes op hun beurt zal resulteren in lagere initiële productiekosten om een ​​spuitgietmatrijs te bouwen.

Aangezien het aantal holtes een cruciale rol speelt bij de vormkosten, neemt ook de complexiteit van het ontwerp van het onderdeel toe. Complexiteit kan in vele factoren worden verwerkt, zoals oppervlakteafwerking, tolerantievereisten, interne of externe schroefdraad, fijne detaillering of het aantal ondersnijdingen dat kan worden verwerkt.

Verdere details zoals ondersnijdingen of andere functies die extra gereedschappen veroorzaken, zullen de matrijskosten verhogen. Oppervlakteafwerking van de kern en holte van mallen zal de kosten verder beïnvloeden.

Het rubberen spuitgietproces levert een hoog rendement aan duurzame producten op en is daarmee de meest efficiënte en kostenbesparende vorm van gieten. Consistente vulkanisatieprocessen met nauwkeurige temperatuurregeling verminderen al het afvalmateriaal aanzienlijk.

Injectie proces

Kleine spuitgietmachine met trechter, mondstuk en matrijsgebied

Bij spuitgieten wordt korrelig plastic door een geforceerde ram vanuit een trechter in een verwarmd vat geleid. Terwijl de korrels langzaam naar voren worden bewogen door een schroefvormige zuiger, wordt het plastic in een verwarmde kamer gedwongen, waar het wordt gesmolten. Naarmate de zuiger voortschrijdt, wordt het gesmolten plastic door een mondstuk gedrukt dat tegen de mal rust, waardoor het via een poort- en geleidersysteem in de holte van de mal kan komen. De mal blijft koud zodat het plastic bijna stolt zodra de mal gevuld is.

Spuitgietcyclus

De volgorde van gebeurtenissen tijdens het spuitgieten van een kunststof onderdeel wordt de spuitgietcyclus genoemd. De cyclus begint wanneer de mal sluit, gevolgd door injectie van het polymeer in de malholte. Zodra de holte is gevuld, wordt een houddruk gehandhaafd om materiaalkrimp te compenseren. In de volgende stap draait de schroef en voert de volgende opname naar de voorste schroef. Hierdoor wordt de schroef ingetrokken wanneer de volgende opname wordt voorbereid. Zodra het onderdeel voldoende is afgekoeld, gaat de mal open en wordt het onderdeel uitgeworpen.

Wetenschappelijk versus traditioneel gieten

Traditioneel werd het injectiegedeelte van het gietproces gedaan onder een constante druk om de holte te vullen en te vullen. Deze methode zorgde echter voor een grote variatie in afmetingen van cyclus tot cyclus. Vaker gebruikt nu is wetenschappelijk of ontkoppeld vormen, een methode ontwikkeld door RJG Inc. Hierbij wordt de injectie van het plastic "ontkoppeld" in fasen om een ​​betere controle van de afmetingen van onderdelen en meer cyclus-tot-cyclus mogelijk te maken (gewoonlijk shot-to genoemd) -shot in de industrie) consistentie. Eerst wordt de caviteit voor ongeveer 98% gevuld met behulp van snelheid (snelheid) regeling. Hoewel de druk voldoende moet zijn om de gewenste snelheid mogelijk te maken, zijn drukbeperkingen tijdens deze fase ongewenst. Zodra de caviteit voor 98% vol is, schakelt de machine over van snelheidsregeling naar drukregeling, waarbij de holte bij constante druk wordt 'uitgepakt', waarbij voldoende snelheid nodig is om de gewenste druk te bereiken. Hierdoor kunnen de afmetingen van onderdelen worden geregeld tot op een paar duizendste inch of beter.

Verschillende soorten spuitgietprocessen

Hoewel de meeste spuitgietprocessen onder de hierboven beschreven conventionele procesbeschrijving vallen, zijn er verschillende belangrijke vormvariaties, waaronder maar niet beperkt tot:

  • spuitgieten
  • Spuitgieten van metaal
  • Dunwandig spuitgieten
  • Spuitgieten van vloeibaar siliconenrubber

Een uitgebreidere lijst van spuitgietprocessen vindt u hier:

Probleemoplossing voor processen

Zoals bij alle industriële processen, kan spuitgieten gebrekkige onderdelen produceren. Op het gebied van spuitgieten wordt probleemoplossing vaak uitgevoerd door defecte onderdelen te onderzoeken op specifieke defecten en deze defecten aan te pakken met het ontwerp van de mal of de kenmerken van het proces zelf. Proeven worden vaak uitgevoerd voordat volledige productieruns zijn uitgevoerd om defecten te voorspellen en de juiste specificaties te bepalen voor gebruik bij het injectieproces.

Bij het voor de eerste keer vullen van een nieuwe of onbekende mal, waarbij de shotgrootte voor die mal onbekend is, kan een technicus / gereedschapsetter een proefrun uitvoeren voordat een volledige productierun plaatsvindt. Hij begint met een klein schotgewicht en vult geleidelijk tot de mal voor 95 tot 99% vol is. Zodra dit is bereikt, wordt een kleine hoeveelheid houddruk uitgeoefend en wordt de houdtijd verlengd totdat de poort bevriest (stollingstijd). Gate freeze off time kan worden bepaald door de houdtijd te verlengen en vervolgens het onderdeel te wegen. Wanneer het gewicht van het onderdeel niet verandert, is het dan bekend dat de poort is bevroren en er geen materiaal meer in het onderdeel wordt gespoten. Gate-stollingstijd is belangrijk omdat het de cyclustijd en de kwaliteit en consistentie van het product bepaalt, wat op zichzelf een belangrijk probleem is in de economie van het productieproces. De houddruk wordt verhoogd totdat de onderdelen vrij zijn van gootstenen en het onderdeelgewicht is bereikt.

Vormfouten

Spuitgieten is een complexe technologie met mogelijke productieproblemen. Ze kunnen worden veroorzaakt door defecten in de mallen of vaker door het gietproces zelf.

Vormfouten alternatieve naam beschrijvingen Oorzaken
blaar Blaarvorming Verhoogde of gelaagde zone op het oppervlak van het onderdeel Gereedschap of materiaal is te heet, vaak veroorzaakt door een gebrek aan koeling rond het gereedschap of een defecte verwarming
Brandwonden Luchtverbranding / gasverbranding / dieseling Zwart of bruin verbrande gebieden op het deel dat zich het verst van de poort bevindt of waar lucht vastzit Gereedschap ontlucht niet, injectiesnelheid is te hoog
Kleurstrepen (VS) Kleurstrepen (VK) Lokale verandering van kleur / kleur Masterbatch mengt niet goed, of het materiaal is op en het begint alleen als natuurlijk door te komen. Eerder gekleurd materiaal "sleept" in mondstuk of terugslagklep.
Delaminatie Dunne mica-achtige lagen gevormd in een deelwand Verontreiniging van het materiaal, bijv. PP vermengd met ABS, erg gevaarlijk als het onderdeel wordt gebruikt voor een veiligheidskritische toepassing, aangezien het materiaal zeer weinig sterkte heeft bij delaminatie omdat de materialen niet kunnen hechten
flash Bramen Overtollig materiaal in dunne laag die de normale geometrie van het onderdeel overschrijdt De mal is te vol of de scheidingslijn op het gereedschap is beschadigd, te hoge injectiesnelheid / geïnjecteerd materiaal, klemkracht te laag. Kan ook worden veroorzaakt door vuil en verontreinigingen rond gereedschapsoppervlakken.
Ingebedde verontreinigingen Ingebedde deeltjes Vreemd deeltje (verbrand materiaal of andere) ingebed in het onderdeel Deeltjes op het gereedschapsoppervlak, besmet materiaal of vreemd vuil in de loop of te veel schuifwarmte die het materiaal verbrandt vóór injectie
Stroommarkeringen Stroomlijnen Directionele “off tone” golvende lijnen of patronen Injectiesnelheden te laag (het plastic is tijdens de injectie te veel afgekoeld, de injectiesnelheden moeten zo snel worden ingesteld als passend is voor het gebruikte proces en materiaal)
Gate Blush Halo of Blush Marks Cirkelvormig patroon rond poort, normaal gesproken alleen een probleem bij hotrunner-mallen De injectiesnelheid is te snel, de grootte van de poort / sprue / runner is te klein of de temperatuur van de smelt / schimmel is te laag.
jetting Onderdeel vervormd door turbulente materiaalstroom. Slecht gereedschapsontwerp, poortpositie of loper. De injectiesnelheid is te hoog ingesteld. Slecht ontwerp van poorten die te weinig deining veroorzaken en daardoor stralen veroorzaken.
Brei lijnen Laslijnen Kleine lijntjes aan de achterkant van kernpennen of vensters in delen die eruitzien als lijntjes. Veroorzaakt door het smeltfront dat rond een object stroomt dat trots in een plastic deel staat en aan het einde van de vulling waar het smeltfront weer samenkomt. Kan worden geminimaliseerd of geëlimineerd met een schimmelstroomonderzoek wanneer de mal zich in de ontwerpfase bevindt. Zodra de mal is gemaakt en de poort is geplaatst, kan men deze fout alleen minimaliseren door de smelt en de matrijstemperatuur te veranderen.
Afbraak van polymeren Polymeerafbraak door hydrolyse, oxidatie etc. Overtollig water in de korrels, te hoge temperaturen in het vat, te hoge schroefsnelheden die een hoge schuifwarmte veroorzaken, materiaal te lang in het vat blijven zitten, te veel maalgoed wordt gebruikt.
Wastekens [zinkt] Lokale depressie (in dikkere zones) Houdtijd / druk te laag, koeltijd te kort, bij sprueless hotrunners kan dit ook worden veroorzaakt door een te hoge poorttemperatuur. Overmatig materiaal of muren te dik.
Kort schot Non-fill of korte mal Gedeeltelijk deel Gebrek aan materiaal, injectiesnelheid of -druk te laag, schimmel te koud, gebrek aan gasopeningen
Splay-markeringen Spatstreep of zilveren strepen Verschijnt gewoonlijk als zilverstrepen langs het stromingspatroon, maar afhankelijk van het type en de kleur van het materiaal kan het zich voordoen als kleine belletjes veroorzaakt door ingesloten vocht. Vocht in het materiaal, meestal wanneer hygroscopische harsen niet goed worden gedroogd. Opvangen van gas in “ribben” door te hoge injectiesnelheid in deze gebieden. Materiaal te heet of wordt te veel geschoren.
Stringiness Snaren of lange poort Snaarachtig overblijfsel van vorige opnameoverdracht in nieuwe opname Nozzle-temperatuur te hoog. Poort is niet bevroren, geen decompressie van de schroef, geen spruwbreuk, slechte plaatsing van de verwarmingsbanden in het gereedschap.
Voids Lege ruimte binnen een deel (luchtzak wordt vaak gebruikt) Gebrek aan houddruk (houddruk wordt gebruikt om het onderdeel uit te pakken tijdens de houdtijd). Te snel vullen, waardoor de randen van het onderdeel niet kunnen opzetten. Ook kan schimmel niet meer worden geregistreerd (wanneer de twee helften niet goed centreren en de deelwanden niet dezelfde dikte hebben). De verstrekte informatie is het algemene begrip, correctie: het gebrek aan pack (niet-vasthouden) druk (pack-druk wordt gebruikt om uit te pakken, ook al is dit het deel tijdens de houdtijd). Te snel vullen veroorzaakt deze toestand niet, omdat een leegte een gootsteen is waar geen plaats voor was. Met andere woorden, naarmate het onderdeel krimpt, wordt de hars van zichzelf gescheiden omdat er niet voldoende hars in de holte was. De leegte kan op elk gebied voorkomen of het onderdeel wordt niet beperkt door de dikte, maar door de harsstroom en thermische geleidbaarheid, maar het is waarschijnlijker dat het gebeurt op dikkere gebieden zoals ribben of bazen. Bijkomende grondoorzaken voor holtes zijn het niet smelten op de smeltpool.
laslijn Brei lijn / Meld lijn / Transfer lijn Verkleurde lijn waar twee stromingsfronten samenkomen Schimmel- of materiaaltemperaturen zijn te laag ingesteld (het materiaal is koud wanneer ze elkaar ontmoeten, dus ze hechten niet). De tijd voor de overgang tussen injectie en overdracht (naar verpakken en vasthouden) is te vroeg.
Kromtrekken Twisting Vervormd deel Koeling is te kort, materiaal is te heet, gebrek aan koeling rond het gereedschap, onjuiste watertemperaturen (de onderdelen buigen naar binnen naar de hete kant van het gereedschap) Ongelijkmatige krimp tussen delen van het onderdeel

Methoden zoals industriële CT-scan kunnen helpen bij het vinden van deze defecten zowel extern als intern.

toleranties

Vormtolerantie is een gespecificeerde tolerantie op de afwijking in parameters zoals afmetingen, gewichten, vormen of hoeken, enz. Om de controle bij het instellen van toleranties te maximaliseren, is er gewoonlijk een minimum en maximum limiet op dikte, gebaseerd op het gebruikte proces. Spuitgieten is doorgaans in staat toleranties overeen te komen met een IT-klasse van ongeveer 9-14. De mogelijke tolerantie van een thermoplast of een thermoharder is ± 0.200 tot ± 0.500 millimeter. In gespecialiseerde toepassingen worden toleranties zo laag als ± 5 µm op zowel diameters als lineaire kenmerken bereikt bij massaproductie. Oppervlakteafwerkingen van 0.0500 tot 0.1000 µm of beter zijn mogelijk. Ruwe of kiezelachtige oppervlakken zijn ook mogelijk.

Vormtype Typisch [mm] Mogelijk [mm]
Thermoplastisch ± 0.500 ± 0.200
Thermoset ± 0.500 ± 0.200

Stroomvoorziening

Het benodigde vermogen voor dit spuitgietproces hangt van veel dingen af ​​en verschilt per materiaal. Referentiehandleiding fabricageprocessen stelt dat de stroomvereisten afhangen van "het soortelijk gewicht, smeltpunt, thermische geleidbaarheid, onderdeelgrootte en vormsnelheid van een materiaal". Hieronder vindt u een tabel vanaf pagina 243 met dezelfde referentie als eerder vermeld, die het beste de kenmerken illustreert die relevant zijn voor het vereiste vermogen voor de meest gebruikte materialen.

Materiaal Soortelijk gewicht Smeltpunt (° F) Smeltpunt (° C)
epoxy 1.12 tot 1.24 248 120
Fenol 1.34 tot 1.95 248 120
Nylon 1.01 tot 1.15 381 tot 509 194 tot 265
Polyethyleen 0.91 tot 0.965 230 tot 243 110 tot 117
Polystyreen 1.04 tot 1.07 338 170

Robotgieten

Automatisering betekent dat door de kleinere afmetingen van onderdelen een mobiel inspectiesysteem meerdere delen sneller kan onderzoeken. Naast het monteren van inspectiesystemen op automatische apparaten, kunnen robots met meerdere assen onderdelen uit de mal verwijderen en deze positioneren voor verdere processen.

Specifieke gevallen zijn onder meer het verwijderen van onderdelen uit de mal onmiddellijk nadat de onderdelen zijn gemaakt, evenals het toepassen van machinevisie-systemen. Een robot grijpt het onderdeel vast nadat de uitwerppennen zijn uitgeschoven om het onderdeel uit de mal te bevrijden. Vervolgens worden ze verplaatst naar een opslaglocatie of rechtstreeks naar een inspectiesysteem. De keuze hangt af van het type product en de algemene lay-out van de productieapparatuur. Op robots gemonteerde vision-systemen hebben een sterk verbeterde kwaliteitscontrole voor gegoten onderdelen. Een mobiele robot kan nauwkeuriger de plaatsingsnauwkeurigheid van het metalen onderdeel bepalen en sneller inspecteren dan een mens.

Foto's


Voor meer informatie of vragen, suggesties of opmerkingen kunt u contact met ons opnemen via:
Contact details
TOP

UW GEGEVENS VERGETEN?