Injectie

by / Vrijdag, maart 25 2016 / Gepubliceerd in Proces

Spuitgieten (spuitgieten in de VS) is een fabricageproces voor het produceren van onderdelen door materiaal in een mal te spuiten. Spuitgieten kan worden uitgevoerd met een groot aantal materialen, waaronder metalen (waarvoor het proces spuitgieten wordt genoemd), glazen, elastomeren, lekkernijen 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 uithardt tot de configuratie van de holte. Nadat een product is ontworpen, meestal door een industrieel ontwerper of een ingenieur, worden mallen gemaakt door een matrijzenmaker (of gereedschapsmaker) van metaal, meestal staal of aluminium, en nauwkeurig bewerkt om de kenmerken van het gewenste onderdeel te vormen. Spuitgieten wordt veel gebruikt voor het vervaardigen van een verscheidenheid aan onderdelen, van de kleinste componenten tot volledige carrosseriepanelen van auto's. Vooruitgang in de 3D-printtechnologie, waarbij gebruik wordt gemaakt van fotopolymeren die niet smelten tijdens het spuitgieten van sommige thermoplastische kunststoffen bij lagere temperaturen, kan worden gebruikt voor enkele eenvoudige spuitgietmatrijzen.

Vereenvoudigd diagram van het proces

Onderdelen die spuitgegoten moeten worden, moeten zeer zorgvuldig worden ontworpen om het gietproces te vergemakkelijken; 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 moeten allemaal in aanmerking worden genomen. De veelzijdigheid van spuitgieten wordt mogelijk gemaakt door deze brede waaier aan ontwerpoverwegingen en -mogelijkheden.

Toepassingen

Spuitgieten wordt gebruikt om veel dingen te maken, zoals draadspoelen, verpakking, kroonkurken, auto-onderdelen en -componenten, gameboys, zakkammen, sommige muziekinstrumenten (en onderdelen 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 om kunststof onderdelen te vervaardigen; 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 contouren 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 te verzachten en te vloeien bij verhitting. Thermoplasten hebben ook een veiligheidselement ten opzichte van thermoharders; als een thermohardend polymeer niet tijdig uit de injectiecilinder wordt geworpen, 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 in de gewenste vorm brengt. 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 voor bepaalde toepassingen zijn roestvrijstalen en aluminium mallen geschikt. Aluminium mallen zijn doorgaans niet geschikt voor productie van grote volumes 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 kosteneffectief in toepassingen met kleine volumes, aangezien de fabricagekosten en -tijd van matrijzen aanzienlijk worden verminderd. Veel stalen matrijzen zijn ontworpen om tijdens hun levensduur meer dan een miljoen onderdelen te verwerken en kunnen honderdduizenden dollars kosten om te fabriceren.

. thermoplasten worden gegoten, wordt typisch gepelletiseerd ruw materiaal door een trechter in een verwarmd vat met een heen en weer gaande schroef gevoerd. Bij binnenkomst in het vat neemt de temperatuur toe en de Van der Waals-krachten die de relatieve stroming van individuele ketens weerstaan, worden verzwakt als gevolg van een grotere ruimte tussen moleculen bij hogere thermische energietoestanden. Dit proces vermindert de viscositeit, waardoor het polymeer kan vloeien met de drijvende kracht van de injectie-eenheid. De schroef brengt de grondstof naar voren, mengt en homogeniseert de thermische en stroperige verdelingen van het polymeer en verkort de vereiste verwarmingstijd door het materiaal mechanisch af te schuiven 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 in een volume dat bekend staat als a schot. Een shot is het volume 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 cilinder achterblijft en voorkomt dat de schroef uitbodemt) om druk over te brengen van de schroef tot de vormholte. Als er voldoende materiaal is verzameld, wordt het materiaal met hoge druk en snelheid in de onderdeelvormende holte geperst. Om drukpieken te voorkomen, gebruikt het proces normaal gesproken een overdrachtspositie die overeenkomt met een 95-98% volle holte waar de schroef verschuift van een constante snelheid naar een constante drukregeling. Vaak zijn de injectietijden ruim onder de 1 seconde. Zodra de schroef de overdrachtspositie bereikt, wordt de pakkingdruk uitgeoefend, waardoor het vullen van de mal wordt voltooid en de thermische krimp wordt gecompenseerd, wat vrij hoog is voor thermoplasten in vergelijking met veel andere materialen. De pakkingdruk wordt uitgeoefend totdat de poort (ingang van de holte) stolt. Vanwege zijn kleine formaat is de poort normaal gesproken de eerste plaats die over de gehele dikte stolt. Als de poort eenmaal stolt, kan er geen materiaal meer in de holte komen; dienovereenkomstig beweegt de schroef heen en weer en verwerft materiaal voor de volgende cyclus terwijl het materiaal in de vorm afkoelt zodat het kan worden uitgeworpen en vormvast is. Deze koelduur wordt drastisch verkort door het gebruik van koelleidingen die water of olie laten circuleren vanaf een externe temperatuurregelaar. Zodra de vereiste temperatuur is bereikt, gaat de mal open en wordt een reeks pennen, hulzen, strippers enz. naar voren gedreven om het artikel uit de mal te halen. Vervolgens sluit de mal en wordt het proces herhaald.

Voor thermoharders worden meestal twee verschillende chemische componenten in het vat geïnjecteerd. Deze componenten beginnen onmiddellijk onomkeerbare chemische reacties die uiteindelijk het materiaal verknopen tot een enkel verbonden netwerk van moleculen. Terwijl de chemische reactie plaatsvindt, veranderen de twee vloeibare componenten permanent in een visco-elastische vaste stof. Stolling in het injectievat en de schroef kan problematisch zijn en financiële gevolgen hebben; daarom is het van vitaal belang om de thermohardende uitharding in de loop tot een minimum te beperken. Dit betekent doorgaans dat de verblijftijd en temperatuur van de chemische voorlopers in de injectie-eenheid tot een minimum worden beperkt. De verblijftijd kan worden verkort 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 matrijs 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 gevormde onderdelen 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 vast- en losgemaakt. Deze techniek kan ook worden gebruikt voor In-mould-labeling en foliedeksels kunnen ook worden bevestigd aan gegoten plastic containers.

Een scheidingslijn, spruw, poortmarkeringen en uitwerppenmarkeringen zijn meestal aanwezig op het laatste onderdeel. Geen van deze kenmerken is typisch gewenst, maar is onvermijdelijk vanwege de aard van het proces. Poortmarkeringen treden op bij de poort die de smelttoevoerkanalen (spruw en runner) verbindt met de onderdeelvormende holte. Scheidingslijnen en markeringen van uitwerppennen zijn het gevolg van minieme verkeerde uitlijningen, slijtage, gasopeningen, spelingen voor aangrenzende delen die relatief bewegen, en/of maatverschillen van de pasvlakken die in contact komen met het geïnjecteerde polymeer. Dimensionele verschillen kunnen worden toegeschreven aan niet-uniforme, door druk veroorzaakte vervorming tijdens injectie, bewerkingstoleranties en niet-uniforme thermische uitzetting en samentrekking van matrijscomponenten, die snelle cycli ondergaan tijdens de injectie-, verpakkings-, koel- en uitwerpfasen van het proces . Matrijscomponenten zijn vaak ontworpen met materialen met verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten. Deze factoren kunnen niet tegelijkertijd worden verklaard zonder astronomische stijgingen van de ontwerp-, fabricage-, verwerkings- en kwaliteitsbewaking. De bekwame vorm- en onderdeelontwerper zal deze esthetische nadelen indien mogelijk in verborgen gebieden plaatsen.

Geschiedenis

De Amerikaanse uitvinder John Wesley Hyatt patenteerde samen met zijn broer Isaiah in 1872 de eerste spuitgietmachine. Deze machine was relatief eenvoudig in vergelijking met machines die tegenwoordig in gebruik zijn: hij werkte als een grote injectienaald, waarbij een plunjer plastic door een verwarmde cilinder in een mal. De industrie vorderde in de loop der jaren langzaam en produceerde producten zoals kraagsteunen, knopen en haarkammen.

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

De industrie breidde zich snel uit 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 mogelijk maakte over de injectiesnelheid en de kwaliteit van de geproduceerde artikelen. Met deze machine kon materiaal ook worden gemengd voordat het werd geïnjecteerd, zodat gekleurd of gerecycled plastic aan nieuw materiaal kon worden toegevoegd en grondig kon worden gemengd voordat het werd geïnjecteerd. Tegenwoordig vormen schroefinjectiemachines de overgrote meerderheid van alle injectiemachines. In de jaren zeventig ontwikkelde Hendry het eerste gasondersteunde spuitgietproces, waarmee complexe, holle voorwerpen konden worden geproduceerd die snel afkoelden. Dit verbeterde de ontwerpflexibiliteit en de sterkte en afwerking van gefabriceerde onderdelen aanzienlijk, terwijl de productietijd, kosten, gewicht en afval werden verminderd.

De kunststof spuitgietindustrie is in de loop der 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, verpakkingen en de bouw.

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 met 750 per jaar toegenomen; er waren ongeveer 18,000 materialen beschikbaar toen die trend begon. Beschikbare materialen omvatten legeringen of mengsels van eerder ontwikkelde materialen, zodat productontwerpers uit een uitgebreide selectie het materiaal met de beste eigenschappen kunnen kiezen. De belangrijkste criteria voor de selectie van een materiaal zijn de sterkte en functie die nodig zijn voor het laatste onderdeel, evenals de kosten, maar elk materiaal heeft ook andere parameters voor het gieten waarmee rekening moet worden gehouden. Gangbare polymeren zoals epoxy en fenol zijn voorbeelden van thermohardende kunststoffen, terwijl nylon, polyethyleen en polystyreen thermoplastisch zijn. Tot relatief kort geleden waren plastic veren niet mogelijk, maar dankzij de vooruitgang in polymeereigenschappen zijn ze nu behoorlijk praktisch. Toepassingen zijn onder meer gespen voor het verankeren en loskoppelen van banden voor buitenuitrusting.

Apparatuur

Paperclipvorm geopend in vormmachine; het mondstuk is rechts zichtbaar

Spuitgietmachines bestaan ​​uit een materiaaltrechter, een injectieplunjer of schroefplunjer en een verwarmingseenheid. Ze worden ook wel persen genoemd en bevatten de mallen waarin de componenten worden gevormd. Persen worden beoordeeld op tonnage, wat de hoeveelheid klemkracht uitdrukt die de machine kan uitoefenen. Deze kracht houdt de matrijs gesloten tijdens het injectieproces. Het tonnage kan variëren van minder dan 5 ton tot meer dan 9,000 ton, waarbij de hogere cijfers worden gebruikt in relatief weinig productieactiviteiten. De totale benodigde klemkracht wordt bepaald door het geprojecteerde oppervlak van het onderdeel dat wordt gegoten. Dit geprojecteerde gebied wordt vermenigvuldigd met een klemkracht van 1.8 tot 7.2 ton voor elke vierkante centimeter van de geprojecteerde gebieden. Als vuistregel 4 of 5 ton/in2 kan voor de meeste producten worden gebruikt. Als het plastic materiaal erg stijf is, is er meer injectiedruk nodig 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 mallen 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 bouwen is in de eerste plaats een economische; over het algemeen kosten stalen mallen meer om te bouwen, maar hun langere levensduur compenseert de hogere initiële kosten van een groter aantal onderdelen voordat ze verslijten. Voorgeharde 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. Matrijzen van gehard staal worden na het bewerken met hitte behandeld; deze zijn qua slijtvastheid en levensduur verreweg superieur. De typische hardheid varieert tussen 50 en 60 Rockwell-C (HRC). Aluminium mallen kunnen aanzienlijk goedkoper zijn, en wanneer ze zijn ontworpen en bewerkt met moderne computergestuurde apparatuur, kunnen ze economisch zijn voor het vormen van tienduizenden of zelfs honderdduizenden onderdelen. Berylliumkoper wordt gebruikt in delen van de mal die een snelle warmteafvoer vereisen of in gebieden waar de meeste afschuifwarmte wordt gegenereerd. De matrijzen kunnen worden vervaardigd door middel van CNC-bewerking of door middel van bewerkingsprocessen met elektrische ontlading.

Vormontwerp

Standaard twee plaatgereedschap - kern en holte zijn inzetstukken in een vormbasis - "familievorm" van 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. Kunststofhars komt de mal binnen via een spruw or gate in de spuitgietmatrijs; de aanspuitbus is om stevig af te dichten tegen het mondstuk van de injectiecilinder van de vormmachine en om gesmolten plastic van de cilinder in de mal te laten stromen, ook wel bekend als de holte. De aanspuitbus leidt het gesmolten plastic naar de holtebeelden via kanalen die machinaal in de vlakken van de A- en B-platen zijn aangebracht. Deze kanalen laten plastic langs hen lopen, dus worden ze genoemdRunners. Het gesmolten plastic stroomt door de loper en komt een of meer gespecialiseerde poorten binnen in de holtegeometrie om het gewenste onderdeel te vormen.

De hoeveelheid hars die nodig is om de spruw, runner en holtes van een mal te vullen, omvat een "shot". Opgesloten lucht in de vorm kan ontsnappen via ventilatieopeningen die in de scheidingslijn van de vorm zijn geslepen, of rond uitwerppennen en schuiven die iets kleiner zijn dan de gaten die ze vasthouden. Als de ingesloten lucht niet kan ontsnappen, wordt deze samengedrukt door de druk van het binnenkomende materiaal en in de hoeken van de holte geperst, waar het vullen verhindert en ook andere defecten kan veroorzaken. De lucht kan zelfs zo samengeperst worden dat het de omliggende kunststof ontsteekt en verbrandt.

Om het gevormde onderdeel uit de mal te kunnen verwijderen, mogen de malkenmerken niet over elkaar heen hangen in de richting waarin de mal opent, tenzij delen van de mal zijn ontworpen om tussen dergelijke uitsteeksels te bewegen wanneer de mal opent (met behulp van componenten genaamd Lifters ).

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 gekanteld, diepgang genoemd, om het losmaken van het onderdeel uit de mal te vergemakkelijken. Onvoldoende trek kan vervorming of schade veroorzaken. De trek die nodig is voor het lossen van de mal is voornamelijk afhankelijk van de diepte van de caviteit: hoe dieper de caviteit, hoe meer trek er 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 onderdeel de neiging hebben om te krimpen op de kernen die zich tijdens het afkoelen vormen en zich aan die kernen hechten, of het onderdeel kan kromtrekken, draaien, blazen of barsten wanneer de holte wordt weggetrokken.

Sprue, runner en gates in echt spuitgietproduct

Een mal is meestal zo ontworpen dat het gevormde onderdeel op betrouwbare wijze aan de uitwerpzijde (B) van de mal blijft wanneer deze wordt geopend, en de loper en de spruw samen met de onderdelen uit de (A) -zijde trekt. Het onderdeel valt dan vrij wanneer het wordt uitgeworpen vanaf de (B)-zijde. Tunnelpoorten, ook wel onderzeese of malpoorten genoemd, bevinden zich onder de scheidingslijn of het maloppervlak. Op de scheidingslijn wordt een opening in het oppervlak van de mal aangebracht. Het gevormde deel wordt (door de mal) uit het runnersysteem gesneden bij het uitwerpen uit de mal. Uitwerppennen, ook wel uitdrukpennen genoemd, zijn ronde pinnen die in een van de helften van de vorm (meestal de uitwerphelft) worden geplaatst en die het afgewerkte gevormde product of het geleidingssysteem uit een vorm duwen. Het uitwerpen van het artikel met behulp van pennen, hulzen, strippers enz. kan ongewenste indrukken of vervorming veroorzaken, dus wees voorzichtig bij het ontwerpen van de mal.

De standaard koelmethode is het leiden van een koelmiddel (meestal water) door een reeks gaten die door de vormplaten zijn geboord en die door slangen zijn verbonden om een ​​ononderbroken pad te vormen. Het koelmiddel absorbeert de warmte van de mal (die de warmte van het hete plastic heeft geabsorbeerd) en houdt de mal op de juiste temperatuur om het plastic zo efficiënt mogelijk 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.

Twee-shot spuitgegoten keycaps van een computertoetsenbord

Twee-shot- of multi-shot-matrijzen zijn ontworpen om binnen een enkele vormcyclus te "overgieten" en moeten worden verwerkt op gespecialiseerde spuitgietmachines met twee of meer injectie-eenheden. Dit proces is eigenlijk een twee keer uitgevoerd spuitgietproces en heeft daardoor een veel kleinere foutmarge. In de eerste stap wordt het basiskleurmateriaal gegoten in een basisvorm, die ruimte bevat voor de tweede opname. Vervolgens wordt het tweede materiaal, een andere kleur, in die ruimtes spuitgegoten. Drukknoppen en toetsen die met dit proces zijn gemaakt, hebben bijvoorbeeld markeringen die niet kunnen slijten en leesbaar blijven bij intensief gebruik.

Een matrijs kan meerdere kopieën van dezelfde onderdelen maken in één enkele "shot". Het aantal “indrukken” in de mal van dat onderdeel wordt vaak ten onrechte cavitatie genoemd. Een stuk gereedschap met één afdruk wordt vaak een mal met een enkele afdruk (holte) genoemd. Een vorm met 2 of meer holtes van dezelfde onderdelen wordt waarschijnlijk een vorm met meerdere afdrukken (holte) genoemd. 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 gereedschapmakers noemen deze mallen familiemallen omdat alle onderdelen aan elkaar gerelateerd zijn. Voorbeelden hiervan zijn plastic modelbouwsets.

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 (legeringen 7075 en 2024) met het juiste vormontwerp, kan gemakkelijk vormen maken die in staat zijn tot een levensduur van 100,000 of meer onderdelen met goed vormonderhoud.

Machining

Matrijzen worden op twee manieren gebouwd: standaardbewerking en EDM. Standaardbewerking, in zijn conventionele vorm, is van oudsher de methode om spuitgietmatrijzen te bouwen. Met de technologische ontwikkeling werd CNC-bewerking het belangrijkste middel om complexere matrijzen te maken met nauwkeurigere matrijsdetails in minder tijd dan traditionele methoden.

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

Kosten

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

Aangezien het aantal holtes een cruciale rol speelt in de vormkosten, speelt ook de complexiteit van het ontwerp van het onderdeel een rol. Complexiteit kan in veel factoren worden verwerkt, zoals oppervlakteafwerking, tolerantie-eisen, interne of externe schroefdraad, fijne detaillering of het aantal ondersnijdingen dat kan worden opgenomen.

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

Het spuitgietproces van rubber levert een hoge opbrengst aan duurzame producten op, waardoor het de meest efficiënte en kosteneffectieve vormmethode is. Consistente vulkanisatieprocessen met nauwkeurige temperatuurregeling zorgen voor een aanzienlijke vermindering van al het afvalmateriaal.

Injectie proces

Kleine spuitgieter met trechter, mondstuk en matrijsgebied

Bij spuitgieten wordt korrelig plastic door een geforceerde plunjer vanuit een trechter in een verwarmd vat gevoerd. Terwijl de korrels langzaam naar voren worden bewogen door een plunjer van het schroeftype, wordt het plastic in een verwarmde kamer geperst, waar het wordt gesmolten. Naarmate de plunjer vooruitgaat, wordt het gesmolten plastic door een mondstuk geperst dat tegen de vorm rust, waardoor het de vormholte kan binnendringen via een poort- en lopersysteem. De mal blijft koud waardoor het plastic bijna stolt zodra de mal gevuld is.

Spuitgietcyclus

De opeenvolging van gebeurtenissen tijdens het spuitgieten van een kunststof onderdeel wordt de spuitgietcyclus genoemd. De cyclus begint wanneer de mal sluit, gevolgd door de 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, waardoor het volgende schot naar de voorste schroef gaat. Hierdoor wordt de schroef teruggetrokken terwijl het volgende schot 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 bij één constante druk om de holte te vullen en te verpakken. Deze methode zorgde echter voor een grote variatie in afmetingen van cyclus tot cyclus. Tegenwoordig wordt wetenschappelijk of ontkoppeld gieten vaker gebruikt, een methode ontwikkeld door RJG Inc. Hierbij wordt de injectie van het plastic in fasen "ontkoppeld" om een ​​betere controle van de afmetingen van de onderdelen en meer cyclus-naar-cyclus mogelijk te maken (gewoonlijk shot-to-cycle genoemd). -schot in de industrie) consistentie. Eerst wordt de caviteit tot ongeveer 98% gevuld met behulp van snelheidsregeling. Hoewel de druk voldoende moet zijn om de gewenste snelheid mogelijk te maken, zijn drukbeperkingen tijdens deze fase ongewenst. Zodra de caviteit voor 98% gevuld is, schakelt de machine over van snelheidsregeling naar drukregeling, waarbij de caviteit wordt "uitgepakt" bij een constante druk, waar voldoende snelheid nodig is om de gewenste druk te bereiken. Hierdoor kunnen de afmetingen van onderdelen worden geregeld tot op duizendsten van een 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 matrijs of de kenmerken van het proces zelf. Proeven worden vaak uitgevoerd vóór volledige productieruns in een poging om defecten te voorspellen en de juiste specificaties te bepalen voor gebruik in 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/gereedschapssteller een proefrun uitvoeren voordat een volledige productierun wordt uitgevoerd. Hij begint met een klein shotgewicht en vult geleidelijk totdat de mal voor 95 tot 99% gevuld is. Zodra dit is bereikt, wordt een kleine hoeveelheid houddruk uitgeoefend en wordt de houdtijd verlengd totdat de poort bevriest (stollingstijd). De bevriezingstijd van de poort kan worden bepaald door de houdtijd te verlengen en vervolgens het onderdeel te wegen. Wanneer het gewicht van het onderdeel niet verandert, is het bekend dat de poort is bevroren en wordt er geen materiaal meer in het onderdeel geïnjecteerd. De stollingstijd van de poort is belangrijk, omdat deze de cyclustijd en de kwaliteit en consistentie van het product bepaalt, wat op zichzelf een belangrijk punt is in de economie van het productieproces. De houddruk wordt verhoogd totdat de onderdelen vrij zijn van putten en het gewicht van het onderdeel 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/dieselen Zwart of bruin verbrande gebieden op het deel dat zich het verst van de poort bevindt of waar lucht vastzit Gereedschap mist ontluchting, injectiesnelheid is te hoog
Kleurstrepen (VS) Kleurstrepen (VK) Plaatselijke verandering van kleur/kleur Masterbatch mengt niet goed, of het materiaal is op en het begint er alleen als natuurlijk door te komen. Voorgaand gekleurd materiaal "sleept" in spuitmond of terugslagklep.
Delaminatie Dunne mica-achtige lagen gevormd in een deelwand Verontreiniging van het materiaal, bijv. PP vermengd met ABS, zeer gevaarlijk als het onderdeel wordt gebruikt voor een veiligheidskritische toepassing, aangezien het materiaal zeer weinig sterkte heeft wanneer het wordt gedelamineerd, aangezien 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, verontreinigd materiaal of vreemd vuil in de loop, of te veel afschuifwarmte die het materiaal verbrandt voorafgaand aan injectie
Stroommarkeringen Stroomlijnen Directioneel "off tone" golvende lijnen of patronen Injectiesnelheden te laag (het plastic is te veel afgekoeld tijdens injectie, injectiesnelheden moeten zo snel worden ingesteld als geschikt is voor het proces en het gebruikte materiaal)
Poort Blush Halo of Blush Marks Cirkelvormig patroon rond de 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 runner. Injectiesnelheid te hoog ingesteld. Slecht ontwerp van poorten die te weinig matrijszwelling veroorzaken en jetting tot gevolg hebben.
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, maar ook aan het einde van de vulling waar het smeltfront weer samenkomt. Kan worden geminimaliseerd of geëlimineerd met een vormvloeionderzoek wanneer de vorm 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 maltemperatuur te veranderen.
Afbraak van polymeren Polymeerafbraak door hydrolyse, oxidatie enz. 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] Gelokaliseerde depressie (in dikkere zones) Houdtijd/druk te laag, afkoeltijd te kort, bij sprueless hotrunners kan dit ook komen doordat de poorttemperatuur te hoog is ingesteld. Overmatig materiaal of muren te dik.
Kort schot Non-fill of korte vorm Gedeeltelijk deel Gebrek aan materiaal, injectiesnelheid of -druk te laag, mal te koud, gebrek aan gasopeningen
Splay-markeringen Spatstreep of zilveren strepen Verschijnt meestal als zilveren strepen langs het stroompatroon, maar afhankelijk van het type en de kleur van het materiaal kan het worden weergegeven als kleine belletjes veroorzaakt door ingesloten vocht. Vocht in het materiaal, meestal wanneer hygroscopische harsen niet goed worden gedroogd. Opsluiting van gas in "rib" -gebieden als gevolg van een te hoge injectiesnelheid in deze gebieden. Materiaal te heet of wordt te veel geschoren.
strengheid Snaren of lange poort Snaarachtig overblijfsel van vorige opnameoverdracht in nieuwe opname Sproeiertemperatuur te hoog. Poort is niet vastgevroren, 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 de mal niet goed zijn uitgelijnd (wanneer de twee helften niet goed centreren en de wanden van de delen niet dezelfde dikte hebben). De verstrekte informatie is het algemene begrip, Correctie: het gebrek aan druk van het pakket (niet vasthouden) (pakdruk wordt gebruikt om uit te pakken, ook al is het onderdeel tijdens de houdtijd). Te snel vullen veroorzaakt deze aandoening niet, aangezien een leegte een gootsteen is die geen plaats had om te gebeuren. Met andere woorden, als het onderdeel krimpt, scheidt de hars zich van zichzelf omdat er niet voldoende hars in de holte zit. 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 nokken. Bijkomende grondoorzaken voor holtes zijn niet-smelt in de smeltpoel.
laslijn Brei lijn / Meld lijn / Transfer lijn Verkleurde lijn waar twee stroomfronten samenkomen Schimmel- of materiaaltemperaturen zijn te laag ingesteld (het materiaal is koud wanneer ze elkaar ontmoeten, dus ze hechten niet). Tijd voor overgang tussen injectie en overslag (naar verpakken en vasthouden) is te vroeg.
Kromtrekken Twisting Vervormd deel De koeling is te kort, het materiaal is te heet, gebrek aan koeling rond het gereedschap, onjuiste watertemperaturen (de onderdelen buigen naar binnen naar de hete kant van het gereedschap) Ongelijke krimp tussen delen van het onderdeel

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

toleranties

Vormtolerantie is een gespecificeerde tolerantie voor de afwijking in parameters zoals afmetingen, gewichten, vormen of hoeken, enz. Om de controle bij het instellen van toleranties te maximaliseren, is er meestal een minimum- en maximumlimiet voor de dikte, gebaseerd op het gebruikte proces. Spuitgieten is doorgaans in staat tot toleranties die gelijk zijn aan 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 beide diameters en lineaire kenmerken bereikt in massaproductie. Oppervlakteafwerkingen van 0.0500 tot 0.1000 µm of beter kunnen worden verkregen. Ruwe of kiezeloppervlakken zijn ook mogelijk.

Vormend Type typisch [mm] mogelijk [mm]
Thermoplastisch ± 0.500 ± 0.200
Thermohardend ± 0.500 ± 0.200

Stroomvoorziening

Het vermogen dat nodig is voor dit proces van spuitgieten is van veel dingen afhankelijk en varieert per gebruikt materiaal. Referentiehandleiding fabricageprocessen stelt dat de stroomvereisten afhangen van "het soortelijk gewicht, het smeltpunt, de thermische geleidbaarheid, de grootte van het onderdeel en de vormsnelheid van een materiaal." Hieronder vindt u een tabel op pagina 243 van dezelfde referentie als eerder vermeld, die het beste de karakteristieken 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.

Gallery

TOP

UW GEGEVENS VERGETEN?