Wybór między formami stalowymi i aluminiowymi ma zasadnicze znaczenie dla optymalizacji wydajności produkcji, kosztów i jakości. Oba materiały mają różne zalety i zastosowania w formowaniu wtryskowym.

Formy stalowe oferują doskonałą trwałość, dzięki czemu idealnie nadają się do produkcji wielkoseryjnej, podczas gdy formy aluminiowe są ekonomiczne i najlepiej nadają się do mniejszych serii. Właściwy wybór zależy od potrzeb produkcyjnych i kosztów.

Chociaż wybór materiału ma znaczący wpływ na wydajność formy, zrozumienie różnic w trwałości, kosztach i czasie realizacji ma kluczowe znaczenie. Zanurz się głębiej, aby określić, który materiał formy jest zgodny z Twoimi celami produkcyjnymi.

Na co należy zwrócić uwagę przed wyborem formy aluminiowej lub stalowej?

Wybór między formami stalowymi i aluminiowymi ma zasadnicze znaczenie dla optymalizacji wydajności produkcji, kosztów i jakości. Oba materiały mają różne zalety i zastosowania w formowaniu wtryskowym.

Formy stalowe oferują doskonałą trwałość, dzięki czemu idealnie nadają się do produkcji wielkoseryjnej, podczas gdy formy aluminiowe są ekonomiczne i najlepiej nadają się do mniejszych serii. Właściwy wybór zależy od potrzeb produkcyjnych i kosztów.

Czy wiesz, co się stanie, jeśli użyjesz niewłaściwych form? Otrzymasz złe części, wolne czasy cykli, niską produkcję, wysokie koszty, a może nawet nieudany projekt. Możesz jednak tego uniknąć, jeśli weźmiesz pod uwagę następujące kwestie podczas wyboru aluminiowe formy wtryskowe¹ oraz stalowe formy wtryskowe².

Żywotność i konserwacja narzędzi

Stal i jej stopy są mocniejsze, twardsze, bardziej odporne na zużycie i zmęczenie oraz bardziej stabilne termicznie niż aluminium. Dlatego formy stalowe wytrzymują dłużej. Musisz więc zdecydować, czy potrzebujesz trwałej formy.

Po drugie, oba typy form wymagają z czasem konserwacji, aby nadal wytwarzać ten sam produkt. Niektóre typowe czynności konserwacyjne obejmują czyszczenie, smarowanie, sprawdzanie częstotliwości używania formy i sprawdzanie zużycia.

Ilość produktu i skala produkcji

Oto kolejna rzecz, o której należy pomyśleć przed podjęciem decyzji o wyborze stalowych lub aluminiowych form wtryskowych. Stal świetnie nadaje się do produkcji wielkoseryjnej, ponieważ jest trwała i może wytrzymać wysokie temperatury przez cały dzień. Można z niej wyprodukować miliony części i wszystkie będą takie same i doskonałe.

Jeśli jednak prowadzisz produkcję małoseryjną lub tworzysz tylko prototyp, powinieneś użyć form aluminiowych.

Analiza kosztów

Porównując cenę stali do ceny aluminium w kontekście formowania wtryskowego, formy aluminiowe są tańsze. Formy stalowe mogą kosztować dwa lub więcej razy więcej niż formy aluminiowe o tym samym rozmiarze i specyfikacji.

Chociaż formy stalowe wymagają wyższej inwestycji początkowej, opłacają się w dłuższej perspektywie. Ponadto, w przypadku produkcji masowej, stal jest najlepszym rozwiązaniem, ponieważ ma niższy koszt jednostkowy. Z drugiej strony, jeśli wykonujesz kilka tysięcy serii do prototypowania, aluminium jest najlepszym rozwiązaniem, ponieważ jest opłacalne.

Właściwości materiału

Stal i aluminium mają różne właściwości fizyczne, mechaniczne i chemiczne. Dlatego też zachowują się inaczej podczas procesu formowania wtryskowego. Aluminium jest miękkie i plastyczne, ale ma doskonałą przewodność cieplną. Z drugiej strony, stal jest mocnym i wysoce odpornym na zużycie materiałem o stosunkowo niskiej przewodności elektrycznej.

Kompatybilność zaawansowanych żywic

Rodzaj formowanych materiałów będzie miał również wpływ na decyzję o wyborze form wtryskowych ze stali lub aluminium. Na przykład formy aluminiowe nie mogą przetwarzać niektórych materiałów ściernych i wysokotopliwych polimerów termoplastycznych, takich jak PEEK, nylon wypełniony szkłem i PSU. Natomiast formy stalowe mogą wytwarzać części z niemal każdej zaawansowanej żywicy. Dlatego ważne jest, aby ocenić właściwości materiał do formowania³.

Jakie są zalety form aluminiowych?

Formy aluminiowe oferują zwiększoną wydajność produkcji dzięki krótszym czasom chłodzenia, co czyni je idealnymi do prototypowania i produkcji krótkoseryjnej.

Formy aluminiowe zapewniają szybszą obróbkę, krótsze czasy cykli i doskonałe odprowadzanie ciepła, co przyczynia się do opłacalnego prototypowania i skrócenia czasu produkcji w różnych branżach.

Łatwy do modyfikacji i naprawy

Formy stalowe mogą być bardzo trudne i kosztowne w naprawie, jeśli zostaną uszkodzone lub zdeformowane, ponieważ są tak twarde. W takim przypadku zwykle trzeba kupić nową formę. Formy aluminiowe są łatwiejsze do naprawy, a ponieważ są bardziej miękkim materiałem, łatwiej je zmodyfikować, jeśli popełnisz błąd w produkcji.

Aluminium jest świetne, ponieważ obrabia się naprawdę dobrze, można je szybciej uruchomić, można je szybciej cyklować, można łatwiej wprowadzać zmiany inżynieryjne, można zachować ściślejsze tolerancje i można mieć spójne procesy, co wszystko obniża koszty. Teraz wszystko, co można zrobić w tradycyjnej formie P20, można zrobić w formie aluminiowej.

Szybkość przetwarzania 5-10 razy większa

Aluminium jest świetne w obróbce. Tworzy małe wióry, ma mniej zadziorów i można je bardzo szybko wprowadzić do maszyny CNC. Można je obrabiać i EDM pięć do dziesięciu razy szybciej niż narzędzia stalowe. Można je szybciej wykańczać i polerować, dzięki czemu można szybciej budować formy. Można szybciej budować formy od 20% do 50%.

Aluminiowe wnęki formy przewodzą ciepło i chłodzą się prawie pięć razy szybciej niż stal narzędziowa P-20. Szybsze chłodzenie oznacza zazwyczaj szybsze wytwarzanie części i skrócenie czasu cyklu. Można również formować części bez obróbki kanałów chłodzących, co pozwala zaoszczędzić czas potrzebny na wykonanie formy.

Formy aluminiowe są znacznie lepsze niż formy stalowe, ponieważ szybciej stygną. Mogą nagrzewać się i stygnąć do 7 razy szybciej niż formy stalowe. Czas chłodzenia jest istotnym czynnikiem wpływającym na czas potrzebny do wyprodukowania części z tworzywa sztucznego. Tak więc, jeśli użyjesz aluminiowej formy we właściwym czasie, możesz produkować części znacznie szybciej.

20-30% Redukcja kosztów produkcji

Formy aluminiowe są zazwyczaj o jedną trzecią lżejsze od form stalowych, co sprawia, że są łatwe w obsłudze. Aluminium jest łatwe w obróbce, więc łatwiej jest wytwarzać aluminiowe formy, a zużycie narzędzi jest mniejsze. Formy aluminiowe mają uproszczone systemy chłodzenia i konstrukcje form, co czyni je bardziej produktywnymi. Wszystko to obniża koszty produkcji części.

Formy aluminiowe mogą być lepszym przewaga kosztowa⁴ gdy są używane w odpowiednich zastosowaniach, ze względu na niższe wskaźniki złomowania części. W przypadku krótszych serii, niższy koszt początkowy form aluminiowych może obniżyć całkowity koszt części.

Formy aluminiowe są dobre dla małych partii. Jak wspomniałem wcześniej, formy aluminiowe mogą zapewnić większą wartość w przypadku produkcji małych partii ze względu na niższy koszt początkowy form aluminiowych.

Jeśli chodzi o koszt wykonania formy, aluminium jest tańsze niż stal. Całkowita wartość i zwrot z inwestycji w formy aluminiowe i stalowe będą się znacznie różnić w zależności od sposobu korzystania z formy (np. jak długo ma ona służyć). Jednak, jeśli wszystko jest równe, początkowy koszt aluminium będzie niższy niż stali.

Poprawa stabilności wymiarowej części

Formy wtryskowe ze stopu aluminium mogą równomiernie rozpraszać ciepło, co oznacza, że temperatura formy pozostaje stabilna. Dzięki temu forma jest bardziej stabilna wymiarowo, więc nie wypacza się ani nie odkształca. Oznacza to mniej odpadów podczas produkcji.

Aluminium świetnie radzi sobie z odprowadzaniem ciepła, co oznacza, że forma może nagrzewać się i stygnąć szybciej i bardziej równomiernie. To dobrze, ponieważ oznacza to mniej wadliwych części i mniej złomu.

Modyfikacja projektu jest bardziej elastyczna

Aluminiowe formy wtryskowe to świetny sposób na przyspieszenie wprowadzenia produktu na rynek, ponieważ są bardziej elastyczne i łatwiejsze w obróbce niż formy stalowe. Oznacza to, że można wprowadzać zmiany lub modyfikacje projektu bez większych problemów i dodatkowych kosztów. Jeśli więc musisz wprowadzić wiele zmian lub nie jesteś pewien, jaki będzie ostateczny projekt, formy aluminiowe są dobrym wyborem.

Formy aluminiowe to formy, które są formowane poprzez wtryskiwanie stopu aluminium do wnęki formy za pomocą wtryskarki wysokociśnieniowej zgodnie z ustalonym kształtem i rozmiarem oraz chłodzenie i kondensację pod wysokim ciśnieniem.

Podczas całego procesu formowania wtryskowego formy aluminiowe mają dobrą przewodność cieplną i rozpraszanie ciepła, co może szybko schłodzić stop aluminium, poprawiając w ten sposób wydajność produkcji formy.

Jakie są wady form aluminiowych?

Formy aluminiowe oferują pewne korzyści, ale mają też kilka wad, takich jak niższa trwałość i ograniczona przydatność do produkcji wielkoseryjnej.

Formy aluminiowe są mniej trwałe niż formy stalowe, co ogranicza ich zastosowanie w produkcji wielkoseryjnej. Są bardziej podatne na zużycie i mogą wypaczać się pod wpływem wysokiej temperatury lub ciśnienia, co czyni je mniej odpowiednimi do produkcji złożonych lub precyzyjnych części.

W porównaniu z formami stalowymi, ich żywotność jest stosunkowo krótka, nie są wystarczająco trwałe, podatne na zużycie, odkształcenia i inne problemy oraz wymagają częstej wymiany. Formy te nie nadają się do niektórych zaawansowanych żywic o wysokiej temperaturze topnienia, takich jak PEEK i PSU.

Żywotność jest zbyt krótka, tylko dziesięć tysięcy cykli. Miękkość aluminium sprawia, że forma jest bardziej podatna na zużycie. Na przykład zarysowania powstają nawet przy regularnej konserwacji.

Jakie są zalety form stalowych?

Formy stalowe oferują wyjątkową trwałość i precyzję, co czyni je preferowanym wyborem w różnych sektorach produkcji dla potrzeb produkcji długoterminowej i wielkoseryjnej.

Formy stalowe zapewniają doskonałą trwałość i precyzję, idealne do produkcji wielkoseryjnej. Wyróżniają się tolerancją cieplną i dokładnością wymiarową, redukując defekty i zapewniając stałą jakość w branżach takich jak motoryzacja i elektronika.

Formy stalowe są odpowiednie dla dużych partii

W przypadku form używanych do dużej i wielokrotnej produkcji, konstrukcje stalowe są zazwyczaj najlepszym rozwiązaniem. Zainwestuj wyższą inwestycję z góry, a sprzęt ten może niezawodnie działać przez wiele lat przy odpowiedniej konserwacji. W przypadku długich serii produkcyjnych nic nie przebije wytrzymałości stali.

Nadaje się do różnych żywic

Podczas gdy zarówno stal, jak i aluminium są ogólnie odpowiednie dla szerokiej gamy standardowych żywic do formowania wtryskowego, stal może oferować korzyści, jeśli pracujesz z bardziej złożonymi formułami, takimi jak te wzmocnione szkłem, włóknem lub innymi dodatkami.

Stosunkowo miękkie metale, takie jak aluminium, są bardziej narażone na zadrapania lub inne uszkodzenia spowodowane niektórymi rodzajami dodatków, które mogą wpływać na wykończenie i wrażenia dotykowe końcowej części. Pamiętaj, aby sprawdzić kompatybilność wybranej żywicy, zwłaszcza jeśli zawiera ona dodatki.

Odpowiednie dla szczegółowych funkcji

Gdy potrzebne są naprawdę drobne, szczegółowe elementy (elementy, które przekraczają granice najlepszych praktyk projektowania form wtryskowych, takie jak na przykład cienkie, nierówne ściany, narożniki o małym promieniu i ciaśniejsze obszary wnęk), formy stalowe generalnie zapewniają lepsze wyniki niż aluminium. Wytrzymałość i twardość stali oznacza, że jest ona w stanie lepiej utrzymać kształt tych niezwykle precyzyjnych obszarów.

Trwałość

Największą zaletą form stalowych jest ich trwałość. Jest o wiele trwalsza niż cokolwiek innego. Jeśli zamierzasz produkować wiele części i zamierzasz używać formy przez lata, stal jest najlepszym rozwiązaniem. Na początku trzeba wydać więcej pieniędzy, ale zwrócą się one w milionach części, które można dzięki niej wyprodukować. Stal może również zaoszczędzić więcej pieniędzy na częściach niż cokolwiek innego. Formy stalowe mają długi cykl produkcyjny i wymagają stosunkowo większych kosztów produkcji, przez co nie nadają się do scenariuszy takich jak małe partie lub początkowa produkcja próbna. Wysoki koszt początkowy ogranicza ich zastosowanie w startupach i małych firmach. Formy stalowe stygną powoli, co zwiększa koszty produkcji. czas cyklu wtrysku⁵ i wpływa na koszty produkcji.

Jakie są wady form stalowych?

Formy stalowe są niezbędne w produkcji, oferując trwałość i precyzję w produkcji wielkoseryjnej w różnych branżach.

Formy stalowe, choć trwałe, są kosztowne, mają dłuższy czas produkcji i mogą być podatne na korozję bez odpowiedniej konserwacji, co wpływa na wydajność.

Formy stalowe mają długi cykl produkcyjny i wymagają stosunkowo więcej koszty produkcji⁶co czyni je nieodpowiednimi dla scenariuszy takich jak małe partie lub początkowa produkcja próbna. Wysoki koszt początkowy ogranicza ich zastosowanie w startupach i małych firmach. Formy stalowe stygną powoli, co wydłuża czas cyklu wtrysku i wpływa na koszty produkcji.

Jakie są główne różnice między formą aluminiową a stalową?

Formy aluminiowe i stalowe różnią się znacznie pod względem kosztów, trwałości i przydatności do zastosowań w formowaniu wtryskowym, co wpływa na wybory produkcyjne.

Formy aluminiowe są lżejsze, tańsze i nadają się do prototypowania i krótkich serii; formy stalowe oferują trwałość i precyzję, idealne do długotrwałej produkcji wielkoseryjnej.

Istnieje kilka różnic między aluminiowymi formami wtryskowymi a stalowymi formami wtryskowymi, takich jak czas realizacji, stabilność, czas produkcji, elastyczność, trwałość i odporność na zużycie, koszt formy itp.

To porównanie jest zwykle dokonywane w formie narzędzi miękkich i twardych. Następnie wyjaśnijmy szczegółowo główne różnice między narzędziami stalowymi i aluminiowymi.

Czas realizacji

Aluminiowe formy wtryskowe są wykonywane z aluminiowych półfabrykatów przy użyciu obróbki CNC i operacji wykończeniowych. W niektórych przypadkach, jeśli wnęka musi mieć ostre rogi, których nie można uzyskać przez frezowanie, wymagana jest dodatkowa obróbka elektroerozyjna (EDM).

Zazwyczaj obróbka jest w większości procesem mechanicznym, nie jest wymagana obróbka cieplna i wymaganych jest bardzo niewiele specjalistycznych narzędzi. Przeciętna forma aluminiowa może być wykonana w ciągu 10 do 15 dni. Ponieważ aluminium ma wyższy współczynnik przenikania ciepła, nagrzewa się i chłodzi siedem razy szybciej. Czynnik ten znacznie skraca całkowity czas realizacji.

obejmuje czas konfiguracji narzędzia, czas wtrysku, czas napełniania i formowania oraz czas chłodzenia. Spośród nich chłodzenie formy zajmuje od 50 do 80% czasu cyklu.

Aluminium ma wyższy współczynnik rozpraszania ciepła, więc formy chłodzą się szybciej niż stal. Oznacza to, że skracają one całkowity czas cyklu formowania.

Formy stalowe są wykonywane w podobny sposób, ale z kilkoma różnicami. Po pierwsze, materiał formy jest znacznie twardszy i zajmuje więcej czasu na maszynie, zużywa narzędzia tnące i wymaga specjalistycznego oprzyrządowania. Po drugie, aby zwiększyć żywotność formy, wymagane są rozległe operacje obróbki cieplnej. Wszystko to wymaga czasu. W rezultacie wykonanie form stalowych zajmuje od 2 do 5 miesięcy.

Szybkie przewodzenie ciepła sprawia, że wtryskiwany materiał równomiernie wypełnia wnękę, ponieważ umożliwia przepływ cieczy na większą odległość. Z drugiej strony stal stygnie wolniej, co oznacza dłuższe cykle produkcyjne.

Stabilność

Stalowe formy wtryskowe są utwardzane cieplnie i zaprojektowane z myślą o trwałości. Mają minimalne szwy i są wykonane z najbardziej wytrzymałej stali. Dlatego mogą wytrzymać miliony części.

Narzędzia aluminiowe są wykonane z bardziej miękkiego materiału, ale niektóre stopy aluminium mają doskonałą wytrzymałość. Dzięki temu forma może wytrzymać do 5000 części. Średnia wynosi 100-2000 części

Czas produkcji

Stalowe formy mogą wytrzymać najwyższe ciśnienia i temperatury wtrysku, dlatego proces produkcji może trwać zaledwie 5 do 10 sekund.

Aluminiowe formy wtryskowe nie są tak wytrzymałe, więc ich ciśnienie i temperatura są o 20-30% niższe niż w przypadku form stalowych. Czas produkcji wynosi 44-70 sekund, co jest znaczące, gdy zaczynamy mówić o tysiącach części.

Elastyczność

Formy stalowe są utwardzane przez obróbkę cieplną. Zwykle odbywa się to po obróbce wszystkich podstawowych części i pozostaje tylko niewielka warstwa materiału do szlifowania. Jeśli niektóre elementy wymagają modyfikacji, może to być trudne, ponieważ twardość wnęki jest bardzo wysoka.

Formy aluminiowe są wykonane z bardziej miękkiego materiału, a ich wnęki są zwykle wykonane jako oddzielne części zainstalowane w podstawie formy. Dlatego znacznie łatwiej jest wyjąć wnękę i dokonać regulacji.

Trwałość i odporność na zużycie

Stal składa się z węgla i innych pierwiastków, co zapewnia jej dużą wytrzymałość, twardość, odporność na zmęczenie i odporność na ciepło. Dlatego też formy stalowe są bardzo odporne na zużycie, mogą wytrzymać długotrwałe ciśnienie wtrysku i są bardziej trwałe. Mogą być używane wielokrotnie przez miliony cykli formowania.

Z drugiej strony, formy aluminiowe charakteryzują się szybkim transferem ciepła, co powoduje, że materiał szybko się rozszerza i kurczy. Prowadzi to do niestabilności wymiarów formy i niewspółosiowości w czasie. Ponadto aluminium ma bardziej miękką powierzchnię i jest bardziej podatne na zarysowania i wgniecenia.

Z tych powodów formy aluminiowe są mniej trwałe i odporne na zużycie w porównaniu do stalowych form wtryskowych i aluminiowych form wtryskowych. Nadają się do produkcji od kilkuset do dziesięciu tysięcy identycznych części formowanych wtryskowo

Koszt pleśni

Aluminium jest tańsze. Twój partner w zakresie formowania może zaoferować Ci połowę ceny za swoje aluminiowe formy w porównaniu do form stalowych. Wynika to z niedoboru i metod produkcji. Stal jest droga. Formy aluminiowe są łatwiejsze w produkcji niż stalowe, ponieważ są plastyczne i łatwo dostępne.

Biorąc pod uwagę wszystkie inne czynniki, aluminium zapewnia niższą inwestycję w narzędzia w porównaniu do stali. Jednak ogólna wartość i zwrot z inwestycji w formę mogą się znacznie różnić - więc cena początkowa nie powinna być jedynym czynnikiem branym pod uwagę przy wyborze między formami aluminiowymi i stalowymi.

Wnioski

Podsumowując, jeśli chodzi o wybór między stalą a aluminium do formowania wtryskowego tworzyw sztucznych, wszystko zależy od tego, czego potrzebujesz. Stal jest super mocna i wytrzymuje długi czas, więc świetnie nadaje się do produkcji mnóstwa części i tworzenia naprawdę skomplikowanych kształtów, które muszą być idealne.

Z drugiej strony aluminium jest tańsze, przetwarza się szybciej i jest idealne do prototypów i małych serii. Musisz tylko zastanowić się, ile masz pieniędzy, ile części zamierzasz wykonać, jak skomplikowane są części i jak długo chcesz, aby forma była trwała.