Wprowadzenie
Tworzywa są powszechnie stosowane w opakowaniach chemii codziennej, sprzęcie medycznym, samochodach i produktach codziennego użytku. Artykuł krótko przedstawia technologie ich łączenia. W przeciwieństwie do metali tworzywa można łączyć na wiele sposobów.
Rodzaje połączeń z tworzyw sztucznych
Połączenie klejowe：
Połączenie klejowe odnosi się do technologii łączenia powierzchni jednorodnych lub niejednorodnych obiektów za pomocą kleju. Klej odnosi się do zdolności do tworzenia dwóch lub więcej plastikowych elementów poprzez adhezję i kohezję interfejsu. Lub klasa naturalnych lub syntetycznych, organicznych lub nieorganicznych substancji, które łączą ze sobą materiały, zwane łącznie klejami, zwane również klejami, zwyczajowo określane jako klej. Krótko mówiąc, klej to substancja, która może wiązać ze sobą elementy przylegające poprzez adhezję.
Połączenie rozpuszczalnika：
Rozpuszczalnik rozpuszcza powierzchnię tworzywa, umożliwiając wymieszanie materiałów na styku. Po odparowaniu powstaje połączenie. Powierzchnie trzeba dokładnie oczyścić; niewłaściwe przygotowanie elementów prowadzi do uszkodzeń spoin rozpuszczalnikowych.
Spawanie rozpuszczalnikowe to proces, w którym rozpuszczalnik jest używany do zmiękczania niekrystalicznych materiałów termoplastycznych. Połączenie jest zakończone, gdy rozpuszczalnik zostanie całkowicie zużyty lub odparowany. Połączenie uzyskuje się poprzez rozpuszczenie spawanego tworzywa sztucznego.
Gdy połączenie zawiera pewną ilość składników materiału macierzystego, wytrzymałość jest wyższa. Rozpuszczalnik powinien wypełnić szczeliny w obszarze połączenia. Metoda ta nie może być stosowana w przypadku PE, PP, tworzyw fluoroplastycznych itp.
Wytrzymałość połączenia może osiągnąć wytrzymałość materiału macierzystego. Wymagany sprzęt spawalniczy jest prosty, operacja jest bardzo prosta, a koszt jest niski.
Prędkość spawania jest niska, odparowanie zajmuje dużo czasu, niektóre rozpuszczalniki są toksyczne i szkodliwe dla ludzkiego ciała, dlatego należy wziąć pod uwagę ochronę.
Główne używane narzędzia obejmują: igły wtryskowe, narzędzia testujące, pojemniki zanurzeniowe itp.; narzędzia zaciskowe, urządzenia suszące; urządzenia do odzyskiwania rozpuszczalników itp.
Złącze łącznika
Łączenie za pomocą elementów złącznych odnosi się do stosowania elementów złącznych do łączenia części z tworzyw sztucznych, w tym elementów złącznych wciskanych, wkrętów samogwintujących i połączeń śrubowych. Łączniki wciskane, jak się je powszechnie określa, łączą części z tworzywa sztucznego, tworząc pasowanie ciasne między określonym występem na trzpieniu a wnęką z tworzywa sztucznego. Wkręty samogwintujące wykorzystują gwinty samogwintujące do łączenia bez gwintowania otworów.
Złącze zawiasu
Plastikowe zawiasy można podzielić na trzy rodzaje: jednoczęściowe zawiasy zintegrowane, dwuczęściowe zawiasy zintegrowane i wieloczęściowe zawiasy łączone. Jednoczęściowy zintegrowany zawias jest realizowany poprzez formowanie dwóch części jako całości bez potrzeby stosowania innych dodatkowych części. Dwa zintegrowane zawiasy są najpierw przetwarzane jako dwie oddzielne części z tworzywa sztucznego poprzez formowanie, a następnie łączone poprzez montaż. Oprócz przetwarzania dwóch oddzielnych części z tworzywa sztucznego, wieloczęściowe zawiasy wymagają również użycia dodatkowych części, takich jak pręty lub metalowe elementy zawiasów. Jego zaletą jest to, że można go wielokrotnie otwierać i zamykać, a zintegrowane zawiasy są zwykle projektowane w pudełku lub blisko wnętrza, zmniejszając w ten sposób całkowity rozmiar części; jego wadą jest to, że formy do formowania wymagają wysokiej precyzji i są na ogół złożone, co wymaga dużego doświadczenia w rozwoju. Rozsądna konstrukcja ruchomych zawiasów.
Formowanie wkładek
Formowanie z wkładkami polega na umieszczeniu przygotowanych wkładek z różnych materiałów w formie wtryskowej, a następnie wtrysku żywicy. Stopiony materiał łączy się z wkładką i krzepnie, tworząc zintegrowany wyrób. Wkładki gwintowane zapewniają mocniejsze gwinty niż wkręty samogwintujące. Wkładkami mogą być metal, tkanina, papier, przewody, tworzywa, szkło, drewno, cewki i elementy elektryczne. Połączenie izolacyjności żywicy z przewodnością metalu służy produkcji wyrobów elektrycznych. Technologia dekoracji IMD (In-Mold Decoration) polega na umieszczeniu zadrukowanego arkusza w formie i wtrysku żywicy z tyłu, dzięki czemu oba materiały tworzą jedną całość; stosuje się ją m.in. w panelach AGD, deskach rozdzielczych i obudowach telefonów.
Główną zaletą formowania wtryskowego jest to, że łatwość formowania i zginania żywicy oraz sztywność, wytrzymałość i odporność na ciepło metalu można łączyć w celu tworzenia złożonych i wykwintnych zintegrowanych produktów metalowo-plastikowych.
Formowanie wieloczęściowe
Formowanie wieloczęściowe, znane również jako dwukolorowe formowanie wtryskowe, odnosi się do metody formowania, w której dwa różne kolory tworzywa sztucznego są wtryskiwane do tej samej formy. Może sprawić, że plastikowe części pojawią się w dwóch różnych kolorach i mogą sprawić, że plastikowe części będą miały regularne wzory lub nieregularne kolory przypominające mory, aby poprawić praktyczność i estetykę plastikowych części.
Poniższy rysunek przedstawia zasadę dwukolorowego formowania wtryskowego. Ma dwie beczki, a struktura i zastosowanie każdej z nich są takie same jak zwykłych beczek do formowania wtryskowego. Każdy cylinder ma własny kanał połączony z dyszą. Podczas formowania w dyszy, po uplastycznieniu stopionego materiału w cylindrze, stopiony materiał wchodzi do przedniej sekwencji dyszy przez zawór otwierający i zamykający i odprowadza część materiału. Wtryskiwany do gniazda formy z dyszy. Dostępnych jest wiele produktów z tworzyw sztucznych o różnych efektach mieszania kolorów.
Formowanie gwintów
Formowane połączenia gwintowe odnoszą się do bezpośredniego formowania gwintów na częściach z tworzyw sztucznych poprzez projektowanie form wtryskowych, uzyskując w ten sposób połączenia gwintowe z innymi gwintami o tym samym profilu zęba, średnicy nominalnej i innych parametrach.
Gwinty w produktach z tworzyw sztucznych dzielą się na dwa rodzaje: gwinty zewnętrzne i gwinty wewnętrzne. Gwinty zewnętrzne zazwyczaj wykorzystują suwaki do rozformowywania, podczas gdy gwinty wewnętrzne wykorzystują metody skręcania do rozformowywania. Struktura gwintów zewnętrznych jest stosunkowo prosta. Po uformowaniu produktu na plastikowym produkcie pozostaną ślady linii podziału. Jeśli ślady linii podziału są oczywiste, wpłynie to na wygląd produktu i koordynację gwintów. Zasadą jest otwieranie się przez działanie nachylonego słupka prowadzącego, a następnie trzpień wyrzucający wyrzuca produkt. Formy do gwintów wewnętrznych można podzielić na:
1. Struktura wymuszonego usuwania gwintów (typ nieobrotowy).
2. Niewymuszone usuwanie gwintów (typ obrotowy). Obecnie gwinty formowane są wykorzystywane głównie w produkcji zakrętek do butelek.
Połączenie gwintowane
Gwintowane połączenie z tworzywa sztucznego odnosi się do wiercenia, a następnie gwintowania otworów w częściach z tworzywa sztucznego w celu utworzenia gwintów, a następnie wykorzystania gwintów do łączenia z innymi częściami. Metoda ta jest podobna do tej stosowanej w metalu.
Jego zaletą jest to, że proces ten nie ma żadnych wymagań co do kształtu plastikowych części, a precyzyjnie rozmieszczone otwory można uzyskać za pomocą precyzyjnych obrabiarek.
Dopasowanie ciśnienia
Pasowanie ciśnieniowe jest również nazywane pasowaniem siłowym, pasowaniem wciskowym i pasowaniem skurczowym. Wał i otwór, których relacja montażowa jest pasowaniem wciskowym, są montowane razem pod pewnym ciśnieniem. Otwór można również podgrzać w celu jego powiększenia lub schłodzić wałek. Montaż między dwiema częściami odbywa się poprzez zmniejszenie rozmiaru wału. Po zmontowaniu, pasowanie z wciskiem występuje, gdy dwie części powracają do tej samej temperatury. Wykorzystuje elastyczne odkształcenie otworu i wału połączonych części z tworzywa sztucznego i może przenosić pewien moment obrotowy lub siłę osiową po montażu.
Połączenie zatrzaskowe
Klamra jest mechanizmem używanym do osadzonego połączenia lub ogólnego blokowania między jedną częścią a drugą. Jest on zwykle używany do łączenia części z tworzyw sztucznych, a jego materiał składa się zwykle z tworzyw sztucznych o pewnym stopniu elastyczności. Największą cechą połączenia zatrzaskowego jest łatwość montażu i demontażu oraz możliwość demontażu bez użycia narzędzi.
Ogólnie rzecz biorąc, klamry składają się z części pozycjonujących i elementów mocujących. Funkcja elementu pozycjonującego polega na prowadzeniu klamry w celu osiągnięcia pozycji montażowej płynnie, prawidłowo i szybko podczas instalacji. Zadaniem elementu mocującego jest zablokowanie klamry z korpusem podstawy i zapewnienie, że nie spadnie ona podczas użytkowania. W zależności od różnych zastosowań i wymagań, zapięcia dzielą się na odpinane i nieodpinane. Zdejmowane zapięcia są zwykle zaprojektowane w taki sposób, że po przyłożeniu pewnej siły oddzielającej klamra rozłącza się, a dwie części łączące rozdzielają się. Ten rodzaj klamry jest często używany do łączenia dwóch części, które muszą być często demontowane. Zapięcia nierozłączne wymagają sztucznego ugięcia zapięcia w celu rozdzielenia dwóch części. Są one najczęściej używane do łączenia i mocowania części bez konieczności ich demontażu podczas użytkowania.
Nitowanie tworzyw sztucznych
Proces spawania nitowego jest stosowany w szczególności do łączenia części wykonanych z różnych materiałów (np. plastiku z metalem). Na jednej części znajdują się słupki nitów, które sięgają do otworów w drugiej części. Następnie, w wyniku płynięcia na zimno lub topienia tworzywa sztucznego, słupki nitów są odkształcane, tworząc łby nitów, które mechanicznie łączą obie części. Zmieniając konstrukcję głowicy spawalniczej, można uzyskać wiele różnych wzorów łbów nitów.
Nitowanie na zimno: wysokie ciśnienie odkształca słupki nitów. Płynięcie na zimno powoduje duże naprężenia w strefie nitu, dlatego metoda nadaje się tylko do ciągliwych tworzyw.
Nitowanie na gorąco: nagrzana głowica dociskowa pozwala uformować łeb nitu przy mniejszym nacisku i z mniejszymi naprężeniami szczątkowymi. Metoda obejmuje szerszy zakres termoplastów niż nitowanie na zimno, także materiały z włóknem szklanym. Jakość zależy od temperatury, ciśnienia i czasu.
Nitowanie gorącym gazem: strumień przegrzanego powietrza ogrzewa słupek nitu przez otaczającą go rurę, po czym niezależna zimna głowica opada i ściska słupek.
Nitowanie ultradźwiękowe: energia ultradźwiękowa głowicy topi słupki nitów. Pod ciągłym dociskiem stopiony materiał wpływa do gniazda głowicy, tworząc wymagany kształt łba.
Proces spawania części z tworzyw: najpierw powierzchnie czołowe ogrzewa się do stopienia, następnie zwiększa docisk i utrzymuje go stabilnie aż do zestalenia spoiny.
Pręt do spawania indukcyjnego
Głównie przy użyciu sprzętu o wysokiej częstotliwości, prostowania wysokiego napięcia, samowzbudnych lamp elektronicznych o wysokiej częstotliwości oscylujących w celu natychmiastowego generowania pól elektrycznych prądu fali elektromagnetycznej i wykorzystania przetworzonego PVC, TPU, EVA, PET i innych tworzyw sztucznych i tworzyw sztucznych do wytworzenia spolaryzowanego tarcia między wewnętrznymi cząsteczkami tworzyw sztucznych i tworzyw sztucznych w polu elektrycznym fali elektromagnetycznej. Generowanie ciepła i dodawanie pewnej ilości ciśnienia w celu uzyskania efektu zgrzewania tworzyw sztucznych i produktów z tworzyw sztucznych, które muszą być zgrzewane i spawane.
Spawanie wirowe
Obrotowe zgrzewarki tarciowe do tworzyw sztucznych są zwykle używane do zgrzewania dwóch okrągłych elementów z tworzyw termoplastycznych. Podczas zgrzewania, jeden element jest zamocowany na dolnej formie, a drugi obraca się na powierzchni zamocowanego elementu. Ponieważ na dwa przedmioty obrabiane działa pewien nacisk, ciepło wytwarzane przez tarcie między przedmiotami obrabianymi może stopić powierzchnię styku dwóch przedmiotów obrabianych i utworzyć solidne i hermetyczne połączenie. Wśród nich spawanie obrotowe pozycjonujące obraca się w ustalonym czasie i natychmiast zatrzymuje się w ustalonej pozycji, stając się trwałym połączeniem.
Spawanie na gorąco
Spawanie gorącą płytą polega na ogrzaniu krawędzi dwóch elementów na płycie sterowanej termostatem do stopienia powierzchni, a następnie ich dociśnięciu. Prawidłowa temperatura jest kluczowa. Podobnie jak przy spawaniu metali, materiał jest stapiany, lecz tutaj topi się tworzywo, tworząc wiązanie.
Ponadto istnieje powszechnie stosowany proces zgrzewania płytą grzejną. Po pierwsze, dwie części, które muszą być połączone, są ułożone razem, a płyta zgrzewająca jest podgrzewana za pomocą elektrycznych rur grzewczych i innych środków. Płyta zgrzewająca jest opuszczana do górnej części dwóch części, a jednocześnie do płyty zgrzewającej przykładana jest pewna siła. Pod wpływem nacisku, zgrzewana płyta topi obszar styku dwóch części, a następnie zestala się, łącząc je ze sobą. Proces ten jest stosowany głównie do uszczelnionego połączenia między materiałami z folii z żywicy polimerowej a częściami z tworzywa sztucznego.
Pręt do spawania gorącym gazem
Termoplasty spawa się gorącym gazem trzema metodami: punktowo, na stałe i przez wytłaczanie. Silnik kieruje powietrze przez grzałkę, a gorący strumień topi łączone części i pręt spawalniczy. Spawanie punktowe utrzymuje elementy przed wykonaniem spoiny stałej.
Zgrzewanie punktowe to tymczasowe spawanie materiałów, które nie wymaga użycia pręta spawalniczego i wymaga użycia pistoletu do zgrzewania punktowego.
Spawanie ciągłe wykorzystuje odpowiedni pręt spawalniczy wykonany z tego samego materiału, co spawana część. Końcówka spawalnicza porusza się szybko do przodu i do tyłu w kształcie wachlarza nad obszarem spawania, aż rowek w kształcie litery V i pręt spawalniczy zostaną zmiękczone na tyle, aby można je było spawać, zwykle dociskane razem za pomocą gorącego wałka. Spawanie ekstruzyjne odnosi się do napełniania żywicą lub podawania jej z lejka w postaci granulek lub podawania jej w postaci pręta spawalniczego na beczce, a następnie wytłaczania jej z jednoślimakowej komory topienia napędzanej silnikiem i podgrzewania za pomocą elektrycznego pierścienia grzewczego lub gorącego gazu. Powierzchnia złącza jest podgrzewana za pomocą podgrzewacza gorącego gazu podłączonego do wytłaczarki, a na koniec żywica wypełniająca i spawane części są topione i łączone ze sobą.
Spawanie ultradźwiękowe
Spawanie ultradźwiękowe wykorzystuje generator ultradźwięków do przekształcania prądu o częstotliwości 50/60 Hz w energię elektryczną o częstotliwości 15, 20, 30 lub 40 kHz. Przekształcona energia elektryczna o wysokiej częstotliwości jest ponownie przekształcana w ruch mechaniczny o tej samej częstotliwości za pośrednictwem przetwornika, a następnie ruch mechaniczny jest przekazywany do pręta spawalniczego za pośrednictwem zestawu urządzeń tubowych, które mogą zmieniać amplitudę.
Głowica spawalnicza przekazuje otrzymaną energię drgań do złącza spawanego elementu. W tym obszarze energia drgań jest przekształcana w energię cieplną poprzez tarcie, powodując szybkie stopienie powierzchni styku dwóch tworzyw sztucznych. Po przyłożeniu określonego ciśnienia łączą się one w jedną całość. Gdy fale ultradźwiękowe przestaną działać, pozwól, aby ciśnienie utrzymywało się przez kilka sekund, aby zestalić się i uformować, tworząc w ten sposób silny łańcuch molekularny, aby osiągnąć cel spawania, a wytrzymałość spawania może być zbliżona do wytrzymałości surowca. Ultradźwięki mogą być stosowane do spawania tworzyw sztucznych, ale także do obróbki tkanin i folii.
Główne elementy systemu zgrzewania ultradźwiękowego obejmują generator ultradźwięków, trio przetwornik / klakson / głowica spawalnicza, plastikowe narzędzia spawalnicze i ramę.
Jakość ultradźwiękowej spoiny tworzywa zależy od amplitudy głowicy przetwornika, docisku i czasu. Czas oraz docisk można regulować, natomiast amplitudę określają przetwornik i sonotroda.
Spawanie wibracyjne
W procesie spawania wibracyjnego występuje sześć parametrów procesu: czas spawania, czas utrzymywania, ciśnienie spawania, amplituda, częstotliwość i napięcie.
Spawanie wibracyjne dzieli się na: liniowe spawanie wibracyjne, orbitalne spawanie wibracyjne i kątowe spawanie wibracyjne.
Liniowe zgrzewanie tarciowe wykorzystuje ciepło tarcia na styku dwóch części do stopienia tworzywa. Jedna część porusza się ruchem posuwisto-zwrotnym względem drugiej pod naciskiem. Po osiągnięciu właściwego stopnia zgrzania drgania ustają, lecz nacisk pozostaje do schłodzenia i zestalenia mocnego połączenia.
Orbitalne zgrzewanie tarciowe wykorzystuje ciepło tarcia. Górna część wykonuje ze stałą prędkością ruch orbitalny, generując ciepło aż powierzchnie dwóch części z tworzyw osiągną temperaturę topnienia. Następnie ruch ustaje, a spoiny krzepną. Mały docisk ogranicza odkształcenia; można łączyć elementy o średnicy do 10 cali.
Spawanie wibracyjne kątowe odnosi się do ruchu obrotowego przedmiotu obrabianego wokół punktu podparcia. Obecnie na rynku dostępnych jest niewiele urządzeń do spawania wibracyjnego kątowego.
Spawanie laserowe
Technologia spawania laserowego to technologia wykorzystująca ciepło generowane przez wiązkę lasera do topienia plastikowych powierzchni styku, a tym samym łączenia ze sobą termoplastycznych arkuszy, folii lub formowanych części.
Technologia pojawiła się w latach 1970., lecz ze względu na koszty nie konkurowała z wcześniejszymi technologiami łączenia tworzyw, takimi jak zgrzewanie wibracyjne i gorącą płytą. Od połowy lat 1990., wraz ze spadkiem cen urządzeń do spawania laserowego, zaczęła się upowszechniać.
Technologia spawania laserowego może być przydatna, gdy łączone części plastikowe są wykonane z bardzo precyzyjnych materiałów (np. podzespoły elektroniczne) lub wymagają sterylnego środowiska (np. urządzenia medyczne i opakowania żywności). Technologia spawania laserowego jest szybka i szczególnie nadaje się do przetwarzania plastikowych części samochodowych na liniach montażowych. Ponadto, w przypadku złożonych geometrii, które są trudne do połączenia przy użyciu innych metod spawania, można rozważyć technologię spawania laserowego.
Główne zalety spawania laserowego to: sprzęt spawalniczy nie musi stykać się z łączonymi częściami z tworzywa sztucznego; jest szybki; sprzęt jest wysoce zautomatyzowany i może być łatwo używany do przetwarzania złożonych części z tworzyw sztucznych; nie będzie błysku; spawanie jest mocne; można uzyskać spoiny o wysokiej precyzji; technologia bezwibracyjna; może wytwarzać konstrukcje hermetyczne lub uszczelnione próżniowo; minimalizuje uszkodzenia termiczne i odkształcenia termiczne; może łączyć żywice o różnych składach lub kolorach.
Spawanie gorącym drutem
Zgrzewanie gorącym drutem, znane również jako zgrzewanie oporowe, wykorzystuje drut do przenoszenia ciepła między dwoma połączonymi częściami z tworzywa sztucznego w celu stopienia powierzchni części z tworzywa sztucznego i przyłożenia pewnej ilości ciśnienia w celu ich połączenia.
Metalowy drut jest umieszczany na powierzchni łączonych części. Gdy prąd przepływa przez drut metalowy, jego rezystancja jest wykorzystywana do generowania ciepła przez drut metalowy i przekazywania ciepła do części z tworzywa sztucznego. Po spawaniu drut metalowy pozostaje w produkcie z tworzywa sztucznego, a część wystająca poza złącze jest odcinana po spawaniu. Ogólnie rzecz biorąc, rowki lub inne struktury pozycjonujące są zaprojektowane na częściach, aby zapewnić, że drut metalowy znajduje się w odpowiedniej pozycji.
Potrzebujesz wyceny projektu formowania wtryskowego?Uzyskaj konkurencyjną wycenę, informacje zwrotne DFM i harmonogram produkcji od zespołu inżynierskiego ZetarMold.
Poproś o bezpłatną wycenę → Pełny przegląd znajdziesz w naszym Kompletnym przewodniku po formowaniu wtryskowym.
