Formowanie wtryskowe jest szeroko stosowane do produkcji części o dużej objętości, ale wiąże się z pewnymi wyzwaniami, w tym wysokimi kosztami początkowej konfiguracji i potencjalnymi wadami.

Wady formowania wtryskowego obejmują wysokie koszty form, długi czas realizacji, odpady materiałowe i ograniczenia związane ze złożonymi geometriami. Proces ten nie jest również idealny do produkcji małoseryjnej.

Podczas gdy formowanie wtryskowe oferuje dużą wydajność w produkcji masowej, zrozumienie jego wad jest kluczem do określenia, kiedy jest to właściwy wybór dla twoich potrzeb produkcyjnych.

Czym jest formowanie wtryskowe?

Formowanie wtryskowe jest szeroko stosowanym procesem produkcyjnym, w którym stopione tworzywo sztuczne jest wtryskiwane do form w celu szybkiego i wydajnego tworzenia złożonych części. Jest to idealne rozwiązanie dla produkcji wielkoseryjnej.

Formowanie wtryskowe to proces, w którym stopione tworzywo sztuczne jest wtryskiwane do gniazda formy w celu uformowania części. Jest on znany z wysokiej wydajności, precyzji i zdolności do wytwarzania złożonych kształtów przy minimalnej ilości odpadów. Znajduje zastosowanie w takich branżach jak motoryzacja, elektronika i medycyna.

Formowanie wtryskowe polega na wzięciu gorącego, roztopionego materiału i wystrzeleniu go do formy. Następnie pozwala się mu ostygnąć i stwardnieć. Oto jak to działa: Bierzesz małe plastikowe granulki lub proszek i umieszczasz je w zbiorniku wtryskarki. Maszyna podgrzewa je i topi do postaci płynnej.

Następnie wtryskuje płyn do zimnej, zamkniętej formy przez dyszę na końcu maszyny. Forma schładza płyn i sprawia, że staje się on twardy. Kiedy otworzysz formę i wyjmiesz plastik, skończysz. To jeden cykl.

Jakie są etapy procesu formowania wtryskowego?

Proces formowania wtryskowego obejmuje kilka krytycznych etapów, z których każdy przyczynia się do wydajnego i spójnego tworzenia wysokiej jakości części z tworzyw sztucznych.

Proces formowania wtryskowego obejmuje zaciskanie, wtryskiwanie, chłodzenie i wyrzucanie. Rozpoczyna się od stopienia plastiku, wtryśnięcia go do formy, pozostawienia do ostygnięcia, a następnie wyrzucenia gotowej części. Kroki te zapewniają precyzję, szybkość i minimalną ilość odpadów w produkcji.

Etap napełniania

Napełnianie jest pierwszym krokiem w całym procesie formowania wtryskowego. Czas rozpoczyna się od zamknięcia formy i formowania wtryskowego do momentu wypełnienia wnęki formy do około 95%. Teoretycznie, im krótszy czas napełniania¹im wyższa wydajność formowania, ale w praktyce czas formowania lub prędkość wtrysku² podlega wielu warunkom.

Etap utrzymywania ciśnienia

Etap utrzymywania ciśnienia ma na celu utrzymanie ciśnienia, upakowanie stopu, zagęszczenie tworzywa sztucznego (zagęszczenie) i skompensowanie kurczenia się tworzywa sztucznego. Przeciwciśnienie jest wysokie podczas etapu utrzymywania ciśnienia, ponieważ gniazdo formy jest już wypełnione tworzywem sztucznym.

Podczas etapu utrzymywania ciśnienia i pakowania śruba wtryskarki może poruszać się do przodu tylko nieznacznie i powoli, a natężenie przepływu tworzywa sztucznego jest również powolne. Przepływ ten nazywany jest przepływem utrzymującym ciśnienie. Ponieważ tworzywo sztuczne jest chłodzone i zestalane przez ściankę formy podczas etapu utrzymywania, a lepkość stopu szybko wzrasta, opór w gnieździe formy jest bardzo wysoki.

W późniejszej części etapu utrzymywania, tworzywo sztuczne osiąga coraz większą gęstość, a plastikowa część zaczyna się formować. Etap utrzymywania powinien trwać do momentu, aż brama będzie solidna i szczelna. W tym momencie ciśnienie w jamie³podczas fazy wstrzymania jest wysoka.

Etap chłodzenia

Konstrukcja układu chłodzenia jest bardzo ważna w przypadku form wtryskowych. Wynika to z faktu, że tylko wtedy, gdy formowane produkty z tworzyw sztucznych są schłodzone i zestalone, aby były wystarczająco sztywne, można zapobiec deformacji produktów z tworzyw sztucznych przez siły zewnętrzne po rozformowaniu.

Od czas chłodzenia⁴Dobrze zaprojektowany system chłodzenia może znacznie skrócić czas formowania, poprawić wydajność formowania wtryskowego i obniżyć koszty. Nieprawidłowo zaprojektowane systemy chłodzenia wydłużą czas formowania i zwiększą koszty; nierówne linie chłodzenia dodatkowo spowodują wypaczenie i deformację produktów z tworzyw sztucznych.

Etap rozformowywania

Rozformowywanie jest ostatnim ogniwem cyklu formowania wtryskowego. Chociaż produkt został uformowany na zimno, rozformowanie nadal ma bardzo istotny wpływ na jakość produktu. Niewłaściwe metody rozformowywania mogą powodować nierównomierne działanie siły na produkt podczas rozformowywania i deformację produktu podczas wyrzucania.

Istnieją dwa główne sposoby rozformowywania: wyrzutnik i zdzierak. Podczas projektowania formy należy wybrać odpowiednią metodę rozformowywania w oparciu o charakterystykę strukturalną produktu, aby zapewnić jego jakość.

Jakie są wady formowania wtryskowego?

Formowanie wtryskowe jest popularnym procesem produkcyjnym, ale ma swoje wady, w tym wysokie koszty początkowe i ograniczenia w przypadku złożonych geometrii lub materiałów.

Wady formowania wtryskowego obejmują wysokie koszty konfiguracji, potrzebę drogich form i ograniczoną elastyczność w wyborze materiałów. Jest to mniej efektywne w przypadku małych serii produkcyjnych ze względu na kosztowne tworzenie form i konfigurację.

Wysoki początkowy koszt formy

Jedną z największych wad formowania wtryskowego jest wysoki koszt wykonania formy. Projektowanie i wykonywanie form, które pasują do określonego kształtu części, może być naprawdę drogie, szczególnie w przypadku złożonych lub fantazyjnych projektów. Ten koszt początkowy może być przełomem dla firm o mniejszej produkcji lub ograniczonym budżecie.

Koszt początkowy jest wysoki, ponieważ trzeba go zaprojektować, przetestować i oprzyrządować. Trzeba go zaprojektować i wykonać prototyp (być może za pomocą CNC lub druku 3D), a następnie zaprojektować prototypowe narzędzie do masowej produkcji replik części. Wreszcie, dopiero po szeroko zakrojonych testach na tych dwóch etapach, można ostatecznie formować wtryskowo część.

Niska wydajność

Szybkość formowania wtryskowego tworzyw sztucznych zależy od wielkości wtryskarki i warunków procesu. Im większa wtryskarka, tym szybsza produkcja.

Jednak nawet w przypadku dużej wtryskarki, wtrysk jednego wtrysku zajmuje kilkadziesiąt sekund. Tak więc prędkość produkcji formowania wtryskowego tworzyw sztucznych jest stosunkowo niska w porównaniu z innymi procesami produkcyjnymi, co wpływa na wydajność produkcji wyrobów przemysłowych.

Proces formowania wtryskowego jest nieodwracalny

Podczas gdy formowanie wtryskowe może kształtować wiele tworzyw sztucznych w dowolną formę, jest to droga jednokierunkowa. Po zakończeniu formowania kształt jest ustalony. Jeśli trzeba zmienić lub zmodyfikować projekt, należy wykonać nową formę, co kosztuje czas i pieniądze.

Wysoki wskaźnik złomowania

Wskaźnik odpadów w procesie produkcji formowania wtryskowego tworzyw sztucznych jest również stosunkowo wysoki. Dzieje się tak, ponieważ zmiany temperatury i ciśnienia podczas procesu formowania wtryskowego mogą powodować wady, takie jak wypaczenia, wypływki i puste przestrzenie. Po wystąpieniu tych problemów konieczne jest ponowne wykonanie formy wtryskowej lub wyrzucenie wadliwej części, co zwiększa straty pieniędzy i czasu.

Ograniczenia rozmiaru

Formowanie wtryskowe ma ograniczenia wielkości, szczególnie w przypadku dużych części. Rozmiar wtryskarki i wielkość gniazda ograniczają największą część, jaką można wykonać. Jeśli chcesz wykonać dużą część, możesz potrzebować specjalnego sprzętu lub wielu gniazd form, co sprawi, że będzie to droższe i bardziej skomplikowane.

Ograniczenia projektowe

Projektowanie części z tworzyw sztucznych. Podczas projektowania części z tworzyw sztucznych należy pamiętać, że będą one wytwarzane metodą formowania wtryskowego. Oznacza to, że należy przestrzegać kilku podstawowych zasad, takich jak: staraj się unikać podcięć i ostrych krawędzi. Należy stosować jednolitą grubość ścianek, aby zapobiec wadom, takim jak znaki zlewu ⁵ które występują, gdy proces chłodzenia nie jest spójny. Użycie Kąty zanurzenia⁶ aby ułatwić wyjmowanie części z formy.

Należy pamiętać, że narzędzia są zwykle wykonane ze stali lub aluminium, więc trudno jest wprowadzić zmiany w projekcie. Jeśli chcesz dodać plastik do części, możesz powiększyć wnękę narzędzia, odcinając stal lub aluminium. Ale aby usunąć plastik, trzeba zmniejszyć wnękę narzędzia, dodając aluminium lub metal. Jest to naprawdę trudne i w wielu przypadkach oznacza konieczność wyrzucenia narzędzia (lub jego części) i rozpoczęcia pracy od nowa.

Również waga i rozmiar części będą determinować rozmiar narzędzia i rozmiar prasy. Im większa część, tym trudniejsza i droższa.

Formowanie wtryskowe to wszechstronny proces tworzenia wszelkiego rodzaju kształtów i detali. Istnieją jednak pewne ograniczenia. Niektóre kształty, takie jak ostre rogi, cienkie ścianki lub głębokie otwory, mogą utrudniać wypełnienie formy, schłodzenie części lub wyjęcie jej z formy.

Kiedy projektujesz część do formowania wtryskowego, musisz pomyśleć o takich rzeczach, jak kąty pochylenia, grubość ścianki i inne rzeczy, aby upewnić się, że forma działa, a część jest dobra. Czasami trzeba dodać dodatkowe rzeczy do formy lub zrobić dodatkowe rzeczy z częścią, aby działała. To sprawia, że wykonanie części jest trudniejsze i droższe.

Wysokie koszty początkowe

Formy wtryskowe do tworzyw sztucznych są skomplikowane. Tylko doświadczeni inżynierowie wiedzą, jak je zaprojektować i zbudować, co oznacza wysokie koszty pracy. Ponadto istnieje wiele etapów tworzenia formy, która z czasem będzie produkować miliony identycznych części. Prosta forma jednogniazdowa zaczyna się od $2,000-3,000. Wysokowydajna forma wielogniazdowa wykonana z hartowanej stali narzędziowej może kosztować $100 000 lub więcej.

Długi czas realizacji

Dobra forma wtryskowa z tworzywa sztucznego będzie trwać wiecznie. Dlatego też jej prawidłowe wykonanie wymaga wiele planowania i testowania. Etapy projektowania, prototypowania, testowania i obróbki mogą trwać miesiącami. W porównaniu z innymi rodzajami produkcji tworzyw sztucznych, formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych zajmuje dużo czasu.

Jeśli potrzebujesz formy, która może wytwarzać wiele plastikowych części za jednym razem, może to potrwać jeszcze dłużej. W tym celu rodzaj formy⁷Producent form może zaprojektować, zbudować i przetestować narzędzie jednogniazdowe, zanim jeszcze spróbuje wykonać narzędzie wielogniazdowe. Oczywiście narzędzie wielogniazdowe musi również przejść przez fazę projektowania, prototypowania, budowy i testowania.

Ale po zaplanowaniu i obróbce, forma wtryskowa z tworzywa sztucznego może wyprodukować miliony części w ciągu swojego życia. Skala produkcji części z tworzyw sztucznych często przewyższa koszty początkowe i stracony czas.

Materiały nie do wygięcia

W przeciwieństwie do obróbki CNC, która tworzy fizyczne części z komputerowych plików projektowych, które mogą być zmieniane w dowolnym momencie przez inżynierów oprogramowania, trudno jest wprowadzić duże zmiany w plastikowej formie po obróbce, ponieważ jest ona zwykle wykonana ze stali.

Istnieją dwa sposoby zmiany formy plastikowej. Jednym z nich jest powiększenie wnęki formy poprzez wycięcie części metalowej formy. Powoduje to dodanie plastiku do części. Trudniej jest usunąć plastik z części. Czasami można przyspawać metal do wnęki, ale czasami nie jest to możliwe i potrzebna jest nowa wnęka lub zupełnie nowa forma. Oznacza to konieczność powrotu do etapu projektowania.

Ograniczenia rozmiaru

Jeśli trzeba wykonać dużą plastikową część, formowanie wtryskowe ma swoje ograniczenia. Istnieją maszyny do formowania wtryskowego wystarczająco duże, aby wykonać kadłub łodzi, ale scenariusze formowania, o których tutaj mówię, dotyczą mniejszych części, o wadze do trzech funtów. Jeśli potrzebujesz większej części, czas realizacji i koszt mogą wzrosnąć wykładniczo.

Wysokie koszty

Formowanie wtryskowe to wysoce precyzyjna technologia produkcji, która wymaga dużych nakładów finansowych, aby zapewnić jakość i stabilność produktu. Produkcja form wtryskowych wymaga dużej ilości sprzętu, procesów i zasobów ludzkich, co skutkuje wysokimi kosztami produkcji. Ponadto konieczność stosowania wysokiej jakości surowców i dodatków w procesie formowania wtryskowego dodatkowo zwiększa koszty.

Części produkowane w małych partiach mogą być drogie. Oprzyrządowanie jest skomplikowane i trzeba wyczyścić maszynę przed wykonaniem kolejnej części. Konfiguracja zajmuje więc dużo czasu. Z tego powodu formy wtryskowe były tradycyjnie uważane za zbyt drogie dla małych partii części.

Wysokie wymagania sprzętowe

Formowanie wtryskowe wymaga wielu urządzeń, takich jak wtryskarki, formy, automatyczny sprzęt transportowy i powiązany sprzęt pomocniczy. Urządzenia te wymagają ścisłej konserwacji i zarządzania, a gdy dojdzie do awarii, koszt naprawy jest stosunkowo wysoki. Poza tym, formowanie wtryskowe wymaga również precyzyjnych systemów kontroli temperatury i systemów kontroli ciśnienia, więc sprzęt musi być bardzo stabilny i niezawodny.

Długi cykl produkcyjny

W porównaniu z niektórymi metodami szybkiego prototypowania, takimi jak drukowanie 3D, formowanie wtryskowe zwykle wymaga więcej czasu na przygotowanie i rozpoczęcie produkcji. Obejmuje to projektowanie i wykonywanie form, przeprowadzanie prób form i wybieranie parametrów procesu przed rozpoczęciem produkcji części na dużą skalę. Tak więc czas od koncepcji do gotowych części może być dłuższy niż w przypadku szybszych metod prototypowania.

Cykl produkcyjny formowania wtryskowego jest stosunkowo długi i trwa zazwyczaj od kilku dni do kilku tygodni. Dzieje się tak głównie dlatego, że formowanie wtryskowe wymaga wielu ogniw, takich jak produkcja form, próby form i produkcja seryjna, a każde ogniwo zajmuje dużo czasu. To również sprawia, że produkcja wtryskowa nie sprzyja realizacji pilnych zamówień.

Wady gotowego produktu

Technologia formowania wtryskowego została opracowana i zastosowana, ale nadal istnieją pewne wady w gotowych produktach. Na przykład mogą pojawić się pęcherzyki, otwory skurczowe i nierealne sekcje, które poważnie wpłyną na jakość i wygląd produktu.

Zanieczyszczenie środowiska

Podczas formowania wtryskowego mogą powstawać również złe rzeczy, takie jak tworzywa sztuczne odporne na chemikalia, odpady z tworzyw sztucznych, gazy odlotowe i ścieki, które mogą zepsuć świat. Ponadto formowanie wtryskowe pochłania dużo energii i materiałów, a także wiele niewykorzystanych lub zużytych tworzyw sztucznych, co również jest szkodliwe dla świata.

Wnioski

Podsumowując, formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych jest powszechnym procesem produkcyjnym, chociaż formowanie wtryskowe czasami wiąże się z niskimi kosztami pracy i niskimi kosztami, ma również pewne oczywiste wady.

Wady te obejmują niską wydajność, wysoki koszt początkowy, nieodwracalny proces formowania wtryskowego i wysoki odsetek odpadów. Korzystając z tego procesu, firmy muszą być świadome tych problemów, aby lepiej je rozwiązać i poprawić wydajność produkcji oraz korzyści ekonomiczne.