W tym artykule poprowadzimy Cię do zrozumienia zagadnień związanych z produkcją i projektowaniem przemysłowym różnych opcji materiałowych oraz przedstawimy sugestie dotyczące materiałów dla różnych celów projektowych produktu, w tym materiałów wypełniających ze szkła i włókna do wytrzymalszych części oraz materiałów silikonowych i poliuretanowych do części elastycznych.
Jak zdobyć mocniejsze części: popularne rodzaje opakowań
włókno szklane
Najczęstszym sposobem poprawienia właściwości mechanicznych tworzyw sztucznych jest dodanie włókna szklanego.Włókno szklane poprawia właściwości strukturalne, takie jak wytrzymałość i sztywność oraz zmniejsza skurcz części.Są stosunkowo tanie i można je dodawać do większości tworzyw sztucznych.Żywice wypełnione szkłem mogą mieć różne kolory.
Jeśli chodzi o wady, włókno szklane może powodować kruche części i zmniejszać udarność.Włókno szklane skróci również żywotność formy i zużyje lufę i dyszę maszyny do formowania.Żywica wypełniona szkłem zwiększa również lepkość materiału, co utrudnia wypełnienie formy.
włókno węglowe
Wypełniacz z włókna węglowego może poprawić właściwości mechaniczne materiałów z tworzyw sztucznych.Części z tworzywa sztucznego wypełnionego węglem mają podobne właściwości mechaniczne do tworzywa sztucznego wypełnionego włóknem szklanym, ale sprawią, że części będą mocniejsze i lżejsze.Włókno węglowe ma przewodność, dzięki czemu części wypełnione węglem mają lepszą wydajność ekranowania elektromagnetycznego.Włókno węglowe może nawet poprawić właściwości strukturalne, takie jak wytrzymałość i sztywność, oraz zmniejszyć kurczenie się części bardziej niż włókno szklane.
Główną wadą części wypełnionych węglem jest to, że są drogie.Podobnie jak włókno szklane, włókno węglowe sprawi, że części będą kruche i zmniejszą siłę uderzenia;Zmniejszyć żywotność formy i spowodować zużycie lufy i dyszy maszyny do formowania.Włókno węglowe zwiększa również lepkość materiału, utrudniając wypełnienie formy.Pamiętaj, że w przypadku materiałów wypełnionych węglem kolor części jest ograniczony do czerni.Niektóre żywice wymagają również bardzo wysokich temperatur formy, co może wymagać drogiego sprzętu pomocniczego.
Konstrukcja matrycy części wypełnionych włóknem
Gdy włókno szklane lub włókno węglowe zostanie zmieszane z żywicą, moduł sprężystości i wytrzymałość na rozciąganie tworzywa sztucznego ulegną znacznej poprawie, dzięki czemu części z tworzywa sztucznego będą twarde.Oznacza to, że przy dużym obciążeniu części z tworzywa sztucznego część z tworzywa sztucznego nie ulegnie łatwej deformacji.
Jednak siła uderzenia zmniejszy się, a tworzywo sztuczne będzie kruche.Płynność jest niska, a skurcz w kierunku przepływu jest mniejszy niż prostopadły do kierunku przepływu.
W konstrukcji formy trudno jest określić szybkość skurczu w zależności od kierunku przepływu tworzywa przez zasuwę.Oprogramowanie CAD pozwala użytkownikowi na ustawienie skurczu tylko w kierunkach X, y i Z.Oznacza to, że jeśli rozmiar części jest duży, a tolerancja jest wąska, niektóre wymiary mogą być poza tolerancją.
Rozwiązaniem jest zapewnienie bezpieczeństwa stali matrycowej poprzez pozostawienie większej ilości stali matrycowej niż jest to potrzebne.Po zmierzeniu części łatwo jest usunąć stal na matrycę z matrycy za pomocą CNC lub EDM, ale trudno jest dodać stal do matrycy.W tym celu należy przyspawać formę, a następnie usunąć stal za pomocą CNC lub EDM.Ponadto spawanie prowadzi do deformacji formy, co nie jest zbyt dobre dla żywotności formy lub jakości części.
W przypadku dalszej modyfikacji formy, jeśli rozmiar części z tworzywa sztucznego jest poza tolerancją, należy usunąć lub dodać trochę stali formy z formy, aby zmienić kształt lub rozmiar formy.Aby uniknąć tego kroku, aluminiowa forma testowa CNC zapewnia szybki i tani sposób na wykonanie form, uzyskanie próbek części z tworzyw sztucznych i porównanie kluczowych wymiarów części z tworzyw sztucznych z produktami drukowanymi.Jeśli jakikolwiek krytyczny wymiar jest poza tolerancją, należy odpowiednio zmienić formę produkcyjną (forma produkcyjna zostanie wykonana po formie testowej).Celem testowania formy jest określenie, które wymiary przekroczą tolerancję i które kluczowe funkcje będą działać zgodnie z założeniami.Po ustaleniu, jak różne skurcze w różnych kierunkach przepływu wpłyną na rozmiar, model 3D można dostosować podczas wykonywania twardego narzędzia.
Materiały wypełniające zużywają formę szybciej niż niewypełnione tworzywo sztuczne, dlatego przy ich użyciu do wykonania wnęki rdzenia i wkładki formy należy użyć stali hartowanej.HDT (temperatura odkształcenia termicznego) będzie również wyższa, więc materiał może być używany w środowisku o wyższej temperaturze.Co zwiększa trudność spawania ultradźwiękowego.
W niektórych przypadkach włókna będą unosić się na powierzchni widocznych części plastikowych, dlatego większość wypełnionych części plastikowych jest wykorzystywana do części wewnętrznych.Aby uniknąć tej sytuacji, wnęka formy może być teksturowana.
Jak wykonać elastyczne części: poliuretan (PU) i silikon
Materiały poliuretanowe (PU) i silikonowe zapewniają różne metody realizacji miękkich części.Pu używa formowania tłocznego i formy RTV, podczas gdy silikon i TPU wykorzystują formowanie wtryskowe.Główną wadą silikonu jest to, że ma błysk.Gdy lampa błyskowa zostanie przycięta lub przycięta, zawsze pozostaną pozostałości.Dodatkowo przy formowaniu wtryskowym silikonu, formę trzeba podgrzewać zamiast tradycyjnego procesu podgrzewania materiału.Formowany wtryskowo TPU jest łatwiejszy w obróbce i zapewnia podobną wydajność do silikonu.
Poliuretan (PU)
Poliuretan (PU) dzieli się na dwie kategorie: poliuretan termoutwardzalny (PU) i poliuretan termoplastyczny (TPE).Główna różnica między nimi polega na tym, że materiały termoutwardzalne są sieciowane podczas przetwarzania i nie można ich ponownie użyć.Z drugiej strony termoplastyczny poliuretan można poddać recyklingowi.Możesz dowiedzieć się więcej o materiałach termoutwardzalnych i termoplastycznych tutaj.
Termoutwardzalny Pu jest używany głównie do produkcji prototypów w procesie zwanym odlewaniem poliuretanu lub wulkanizacją w temperaturze pokojowej (RTV).Odlew uretanowy wykorzystuje część macierzystą pokrytą ciekłym elastycznym materiałem silikonowym, który twardnieje w temperaturze pokojowej.Gdy silikon stwardnieje, matryca jest usuwana, co daje miękką, elastyczną formę, która może tworzyć kopie matrycy.
Części wytwarzane w tym procesie wahają się od 30A do 85D.W procesie odlewania poliuretanu zadziory są nieuniknione.Zwykle, jeśli część jest z twardego plastiku, lampę błyskową można przyciąć ręcznie, a bliznę przeszlifować papierem ściernym, więc nie jest to oczywiste.Jednakże, gdy części są tak miękkie jak PU, zadziory nie mogą być łatwo usunięte.Pu ma lepszą odporność na zużycie niż termoplastyczny elastomer (TPE) i polichlorek winylu (PVC), dzięki czemu może być stosowany do produkcji kółek i podeszew.
Części z termoplastycznego poliuretanu mogą być formowane wtryskowo, dzięki czemu linia podziału może być bardzo precyzyjna (bez zadziorów).Twardość termoplastycznego poliuretanu waha się od 65A do 85D, więc żywica może być miękka jak guma i twarda jak twardy plastik.Poliuretany termoplastyczne są powszechnie stosowane do obtryskiwania, takich jak gniazda do produkcji przewodów elektronicznych.W porównaniu z elastycznym sznurkiem wykonanym z PVC lub TPE, elastyczny sznur wykonany z termoplastycznego materiału PU ma lepsze wyniki testów elastyczności i zginania.
Żel krzemionkowy
Żel krzemionkowy jest żywicą termoutwardzalną, dzięki czemu ma dobrą odporność na ciepło i warunki atmosferyczne.Istnieją trzy metody produkcji części silikonowych: odlewanie RTV, formowanie tłoczne lub wtrysk ciekłego silikonu.Żel krzemionkowy nie może być ponownie przetwarzany ani poddawany recyklingowi.
Produkcja elastycznych części
Jak wspomniano powyżej, odlewanie poliuretanu jest najczęściej stosowaną metodą prototypowania przy użyciu miękkich materiałów.Twardość około 40-50.Jednak z form poliuretanowych można wykonać tylko ograniczoną liczbę próbek.
Formowanie tłoczne jest zwykle stosowane do masowej produkcji zwykłych części silikonowych.Zadziory są nieuniknione i muszą być przycinane ręcznie.Klienci nadal widzą blizny o grubościach większości grubości kompresji termicznej przekraczających 0,2 mm.Niewiele fabryk może wyprodukować grubość 0,1 mm.
Generalnie cykl formowania tłocznego trwa kilka minut.Materiałem matrycy jest zwykle stal z wieloma wgłębieniami w celu poprawy wydajności produkcji.Przy projektowaniu części silikonowych nie jest konieczne przestrzeganie zasady, że stosunek żebro / nominalna grubość ścianki jest mniejszy lub równy 0,6.W większości przypadków, nawet jeśli występuje podcięcie, działanie boczne nie jest używane w narzędziu i można je ręcznie wybrać z narzędzia.
Wtrysk płynnego silikonu jest procesem bardzo podobnym do formowania wtryskowego, ale różnica polega na tym, że forma jest podgrzewana do wysokiej temperatury.Zwykle czas realizacji jest dłuższy niż w przypadku formowania wtryskowego, a części mogą być tak szczegółowe, jak części do formowania wtryskowego, co oznacza, że nie ma zadziorów lub zadziory są bardzo cienkie.
Poniższy rysunek przedstawia typowe próbki o różnej twardości:
Inne kwestie dotyczące materiałów do formowania wtryskowego: płynność (lepkość)
Przy wyborze materiałów należy wziąć pod uwagę płynność materiałów.W przypadku części o bardzo cienkich ściankach lub dużych części bardzo ważna jest płynność.
Różne rodzaje żywic mają różną płynność.Istnieje wiele różnych gatunków żywicy;Na przykład ABS ma klasę ogólną, wysoką klasę płynności i wysoką klasę udarności.
Istnieje wiele rodzajów materiałów ABS, które różnią się właściwościami mechanicznymi i ceną.Niektóre rodzaje ABS są bardzo odpowiednie do produkcji części o wysokim połysku;Niektóre modele są idealne do wytwarzania części galwanizowanych;Niektóre mają dobrą płynność i są używane do produkcji części cienkościennych lub części o dużych rozmiarach.
Generalnie, dla tej samej żywicy różnych gatunków, im wyższa płynność, tym niższe właściwości mechaniczne.Wskaźnik szybkości płynięcia (MI) reprezentuje płynność żywicy.Żywica o dobrej płynności może być używana do produkcji cienkościennych części plastikowych, takich jak obudowy baterii telefonów komórkowych lub dużych części plastikowych, takich jak wanienki.
Żywice o dobrej płynności: LCP, PA, PE, PS, str.
Żywica średniopłynna: ABS, as, PMMA i POM.
Żywice o słabej płynności: PC, PSF i PPO.
projekt maszyny
Względy wydajności inżynieryjnej określają, jaki rodzaj materiału należy zastosować.Żywice wypełnione włóknem szklanym najlepiej nadają się do wytrzymałych elementów, które wymagają odporności na zużycie i wytrzymałości, takich jak obudowy komputerów, zabawki i inne towary konsumpcyjne.Natomiast materiały niewypełnione, takie jak ABS lub poliwęglan, najlepiej nadają się na elementy dekoracyjne, które nie wymagają specjalnej wytrzymałości.Polipropylen lub polietylen to idealna konstrukcja dla pojemników lub części z ruchomymi zawiasami.
stabilność wymiarowa
Projektując część z tworzywa sztucznego, należy wziąć pod uwagę dokładność dopasowania między częścią a innymi częściami.W celu dokładnego dopasowania ważne jest, aby wybrać tworzywa sztuczne o dobrej stabilności wymiarowej, takie jak PC, ABS lub POM.W tym przypadku PA i PP nie są dobrym wyborem, ponieważ skurcz, wytrzymałość i elastyczność będą niekorzystne dla projektu części, która musi współpracować z innymi częściami.Jednak w przypadku, gdy konieczne jest zastosowanie PA lub PP, do żywicy można dodać środek zarodkujący, aby poprawić stabilność wymiarową.
siła uderzenia
Udarność oznacza wytrzymałość materiału – gdy udarność jest niska, jest on kruchy.Zasadniczo udarność tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu jest niższa niż żywic nieprzetworzonych.Kiedy włókno szklane i włókno węglowe są połączone z żywicą, udarność jest mniejsza, ale obciążenie i wytrzymałość na zużycie są wyższe.
Podczas projektowania nowej części z tworzywa sztucznego ważne jest, aby wziąć pod uwagę, jaki rodzaj siły zostanie obciążony na część, jak duża jest siła i częstotliwość siły.Na przykład podręczne produkty elektroniczne mogą spaść, więc materiałem powłoki produktu powinien być PC lub PC / ABS.Tworzywo PC ma prawie najwyższą udarność wśród zwykłych tworzyw konstrukcyjnych.
Odporność na warunki atmosferyczne i liniowość odporności na promieniowanie UV
Gdy tworzywo sztuczne jest używane na zewnątrz, części z tworzywa sztucznego powinny mieć dobrą odporność na warunki atmosferyczne i promieniowanie UV.ASA to rodzaj żywicy o dobrej odporności na warunki atmosferyczne i promieniowanie UV.Jego właściwości mechaniczne są zbliżone do ABS.
Gdy konieczne jest użycie innej żywicy, opcjonalne jest dodanie do żywicy stabilizatora ultrafioletowego i środka odpornego na warunki atmosferyczne.Jednak każdą żywicę z tworzywa sztucznego należy dokładnie przetestować przed użyciem, aby upewnić się, że spełnia wymagania produktu.
Środki ostrożności dotyczące temperatury
Przy doborze żywicy należy również wziąć pod uwagę temperaturę.Podczas pracy silnika temperatura w obudowie silnika wynosi około 70 ℃ - 90 ℃, więc wszystkie materiały w obudowie silnika powinny wytrzymać tę temperaturę.