Способы создания пластиковых изделий

Виды и способы формования пластиковых изделий

Итак, вам нужна нестандартная пластиковая деталь или изделие, но вы не знаете, какой для этого метод формовки использовать. В первую очередь следует определиться с размерами будущего изделия, его физическими свойствами (гибкость или жесткость) и формой (круглая, квадратная или другая).

Сегодня мы рассмотрим несколько основных современных видов формования пластиков и попробуем найти самый идеально подходящий метод для изготовления нужных вам изделий.

Что представляет собой формовка полимеров в целом?

Формование полимеров представляет собой процесс обработки жидкого или гибкого материала с использованием жесткой рамы, называемой формой или матрицей.

При формовании пластмасс порошкообразный или жидкий полимер, такой как полиэтилен или полипропилен, помещают в полую форму, чтобы сырье могло принять необходимую форму. В зависимости от типа применяемого полимера, различных диапазонов температуры и давления для создания конечного продукта могут использоваться разные методики формовки.

История литья пластмасс

Литье пластмасс впервые начало использоваться в конце 1800-х годов для производства бильярдных шаров. До этого шары изготавливали из слоновой кости.

В 1868 году Джон Уэсли Хаятт изобрел способ изготовления бильярдных шаров путем впрыска целлулоида в инструмент характерной формы. Четыре года спустя Хаятт и его брат изобрели и запатентовали оборудование автоматизирующее процесс формовки. Это была первая в мире машина для литья пластика под воздействием высокого давления.

В 1946 году Джеймс Хендри изобрел винтовое оборудование для литья, которое заменило технику плунжерного впрыска. Это оборудование сегодня является самым применяемым.

Современное ротационное литье также имеет богатую историю, начиная с 1855 года, когда еще первые неусовершенствованные машины использовались для производства металлических артиллерийских снарядов в Великобритании.

Обработка пластика ротационным методом была введена в начале 1950-х, когда ее впервые использовали для изготовления головок для кукол. А затем, в 1960-х годах, был разработан современный процесс ротационного формования, который позволяет нам создавать большие контейнеры с полиэтиленом низкой плотности. В недавней истории усовершенствования процессов, улучшение качеств оборудования и разработка пластикового порошка ускорили создание готовых изделий, что привело к быстрому росту популярности ротационного формования.

Типы литья пластмасс

Наиболее популярными методами литья пластмасс являются ротационное формование, литье под давлением, выдувное формование, компрессионное формование, экструзионное формование и термоформование. Мы рассмотрим все эти методы.

Ротационное литье

Ротационное формование представляет собой производственный процесс по изготовлению больших полых деталей и изделий путем помещения порошка или жидкой смолы в металлическую форму и вращения ее в печи до тех пор, пока смола не покроет внутреннюю часть формы. Постоянное вращение пресс-формы создает центробежную силу, образующую изделия с равными стенками. Как только форма остынет, затвердевший пластик удаляется из формы.

Во время ротационной формовки затрачивается очень мало материала, а полимерные отходы можно использовать повторно, что делает эту методику формовки экономичной и экологически чистой.

Изделия, изготавливаемые ротационной формовкой

Ротационное формование обычно используется для изготовления больших полых пластиковых изделий, таких как контейнеры для массовых грузов, резервуары для хранения, автомобильные детали, морские буи, мусорные баки, дорожные конусы, корпуса для габаритной техники и горки для детских площадок.

Ротационный формовочный инструмент

Сама формовочная форма может быть очень сложной, что автоматизирует формование широкого спектра продуктов сложной конструкции, т к. их после полного производственного цикла практически не нужно дополнительно обслуживать (обрезать, сверлить, проделывать дополнительные зазоры). Формы могут включать вставки, изгибы и контуры, а также логотипы и прорези для пластиковых или металлических вставок, которые нужно размещать после формования изделия.

Затраты на оснастку для вращающихся форм ниже, чем для литья под давлением или выдувных форм. Стартовые вложения также сравнительно невысокие. При этом сам производственный процесс экономически выгоден даже если нужно изготовить все 25 изделий.

Литье под давлением

Литье под давлением — это процесс изготовления нестандартных пластиковых деталей путем инжекции расплавленного пластика под высоким давлением в металлическую форму. Как и при других способах литья пластмассы, после впрыска расплавленного пластика в формовочный инструмент, форма охлаждается и открывается, чтобы выдать твердую пластиковую деталь.

Процесс похож на пресс-форму Jello, которая заполняется, а затем охлаждается для создания конечного продукта.

Изделия, изготавливаемые литьем под давлением

Литье под давлением обычно используется для изготовления пластмассовых деталей очень большого объема. Большие литьевые машины могут формовать детали автомобилей. Меньшие машины могут производить очень точные пластиковые детали для хирургического применения. Кроме того, существует множество типов пластиковых смол и добавок, которые можно использовать в процессе литья под давлением, чтобы улучшать физические и механические свойства изделий, запрашиваемые дизайнерами и инженерами.

Формы для литья под давлением, которые обычно изготавливаются из стали или алюминия, стоят дорого. Производство пресс-формы для литья под давлением обычно занимает 12-16 недель.

Выдувное формование

Выдувное формование — это метод изготовления полых, тонкостенных, нестандартных пластиковых деталей. Он в основном используется для изготовления изделий с одинаковой толщиной стенок и там, где важна точность сложной формы. Процесс основан на том же принципе, что и выдувание стекла.

Выдувные машины нагревают пластик и впрыскивают воздух, раздувая горячий пластик, как воздушный шар. Пластик выдувается в форму и, расширяясь прижимается к стенкам формы, принимая заданную ее внутренними стенами конструкцию. После того, как пластиковый «баллон» заполняет форму, она охлаждается и затвердевает, а деталь выталкивается. Весь процесс занимает менее двух минут, поэтому в среднем за 12 часовой рабочий день можно получить около 1440 штук изделий.

Изделия, изготавливаемые выдувным формованием

Выдувной формовкой создают, в большинстве случаев, бутылки, пластиковые бочки и топливные баки. Если вам нужно изготовить сто тысяч пластиковых бутылок, этот процесс будет самым подходящим. Выдувное формование является быстрым и экономичным, так как сама форма стоит меньше, чем формы для литья под давлением, но больше, чем инструменты для формования с вращением.

Компрессионная формовка

Нагретый пластиковый материал помещают на прогретый рабочий стол и затем прессуют в определенную форму. Обычно пластиковая заготовка поставляется в листах. Как только пластик сжимается до нужной формы, подключают нагрев, который гарантирует сохранение максимальной прочности. К заключительным этапам этого метода формовки относятся охлаждение, обрезка и удаление пластиковой детали из формы.

Изделия, изготовленные компрессионным формованием

Основное предназначение компрессионного формования — замена металлических деталей на пластиковые. Такая формовка в основном используется для мелких деталей, которые необходимо поставлять в большом объеме. Компрессионное формование широко используется в автомобильной промышленности, поскольку конечные изделия очень прочные и долговечные.

Первоначальная стоимость пресс-формы достаточно существенна и зависит от ряда факторов, включая число полостей, размер деталей, сложность деталей и качество поверхности. Но стоимость каждой отдельной детали низка, т. к. изготавливают сразу такие детали в огромном количестве. Поэтому для производства большого количества деталей подходит именно этот метод формовки.

Экструзионное формование

Экструзионное формование аналогично литьевому формованию за исключением того, что на выходе получается длинное непрерывное изделие. Другое отличие экструзионного формования от литья заключается в том, что в процессе используется «штамп», а не «пресс-форма».

Экструдированные детали изготавливаются путем отжима горячего сырья через специальную матрицу. Упрощенная визуализация была бы похожа на выдавливание изготовление фарша с помощью мясорубки.

В то время, когда при других методах формовая полимеров расплавленный материал доставляется к пресс-форме, экструдер прессует расплавленную гомогенную массу полимера непосредственно в матрицу (фильеру). В экструзии форма фильеры определяет вид и конструкцию будущего изделия, а не пресс-форма.

Изделия, выполненные, экструзионным формованием

Детали, изготовленные методом экструзии, имеют фиксированный профиль поперечного сечения. Примеры экструдированных продуктов включают трубы из ПВХ и шланги. Детали не обязательно должны быть круглыми, но они должны иметь одинаковую форму по всей своей длине.

Стоимость экструзионного формования является относительно низкой по сравнению с другими процессами формования из-за простоты матрицы и самого оборудования.

Однако процесс экструзионного формования имеет ограничения в разнообразии производства полимерных деталей.

Термоформование

Термоформование — это процесс производства, при котором пластиковый лист, называемый термопластом, нагревают до температуры, когда заготовка становится эластичной и податливой к формовке. Затем материал приобретает определенную форму в формовочном инструменте. После этого обрезают лишний материал и изделие считается полностью пригодным для использования. Термопластичные полимеры доступны в широком ассортименте цветов, отделок и плотности, поэтому изделия, изготовленные из них могут обладать разнообразием характеристик.

При термоформовании может использоваться несколько различных типов форм и процессов для получения конечного продукта. Для создания трехмерных изделий форма обычно представляет собой единую трехмерный объект, изготовленный из алюминия. Поскольку для термоформования используются низкое давление, формы могут быть изготовлены по низкой цене с использованием недорогих материалов.

Изделия, изготавливаемые термоформовкой

Тонкослойное термоформование обычно используется для изготовления одноразовых стаканчиков, контейнеров, крышек, подносов, блистеров, раскладушек и других продуктов для пищевой и обычной розничной торговли. Толстая термоформовка включает в себя такие разные детали, как двери и панели приборов, облицовки холодильников и сиденья для транспортных средств.

В среднем на подготовку формы для термоформования требуется около 8 недель. Стоимость термоформовочной формы зависит от размера детали, которая должна быть изготовлена.

Любой метод формовки требует нагрева полимерной заготовки до температур, при которых материал без утраты своих характеристик будет максимально податлив к приобретению той или иной формы. Говорить о каких-либо точных температурах нагрева не стоит, ведь для каждой методики и вида полимера характерны свои термические показатели. Обычно производители пластика в аннотации к нему указывает рекомендуемые пределы температуры для каждой конкретной стадии обработки.

Нагреватели для формовки полимеров

Компания «ТЭН 24» изготавливает промышленные электронагреватели для всех типов формовки. У нас вы можете найти нагревательные элементы для создания точных температурных значений на любой зоне оборудования и пресс-формы включительно.

Самые популярные электронагреватели для оборудования полимерного формования от «ТЭН 24»:

Источник

Технология изготовления и производства пластмассовых изделий

В XXI веке развитых технологий находят применение искусственно созданные полимеры и пластмассы, этих материалов нет в природе, поэтому для получения качественных экземпляров требуется тщательно налаженный технологический процесс. Пластик из-за специфических свойств находит широкое применение в качестве материала, позволяющего экономить употребление дорогостоящих цветных металлов, снижать массу узлов и деталей. С помощью современных технологий процесс изготовления пластиковых изделий полностью автоматизирован, незначительные операции механической обработки сведены к минимуму.

Выбор пластмасс

Основными условиями выбора служат технологические и эксплуатационные свойства. В помощь технологу созданы сравнительные таблицы, содержащие марки материалов с описанием технических характеристик, при этом указаны радиотехнические и электрические свойства, диэлектрическая проницаемость, механические и прочностные показатели. Указаны коэффициенты износа и трения, Пуассона, показатели теплового расширения и другие характеристики.

Для классификации пластмасс используют следующие признаки:

• вид используемого наполнителя;
• эксплуатационные качества;
• назначение для применения в различных областях;
• значение некоторых важных параметров и эксплуатационных характеристик.

Производство изделий из пластмасс

Основными операционными процессами переработки пластмасс и полимеров в процессе производства являются:

• подготовка материала к технологическому производству;
• выбор необходимого количества исходного сырья;
• таблетирование массы и предварительное разогревание (в некоторых случаях);
• формование заданного изделия;
• окончательная отделка механическим или станочным способом.

Горячий метод формования

Главным для производства является получение качественной продукции при высокой производительности. Говоря о качестве изделия, упоминают о структурных молекулярных показателях:

• аморфные полимеры характеризуются ориентацией;
• кристаллизующиеся полимеры отличаются множеством надмолекулярных образований на всех этапах агрегации, поэтому используют способ заданной кристаллизации.

Надкристаллическая структура кристаллизующихся полимеров многообразна, поэтому материалы с одинаковыми свойствами при обработке в различных условиях дают изменяющиеся свойства деталей. Стабильность определенного набора свойств решается с помощью точного выбора и исполнения требуемых режимов обработки полимеров.

Предварительная сушка полимеров

Технологические карты процесса и качество полученной продукции определяются влажностью и температурой пластика. На подготовительном этапе делается сушка или увлажнение для приведения показателей в требуемую норму. Водяные молекулы обладают свойством полярности и быстро вступают в связи с полярными полимерами, из-за этого поглощается влага из окружающей среды. Увеличение полярности способствует усиленному поглощению, и наоборот. Некоторые полимеры изначально негигроскопичны, что не дает возможности на подготовительном процессе насытить их влагой.

Увеличение влажности материала на подготовительной стадии уменьшает его текучесть, избыток влаги снижает взаимодействие молекул и влияет на уровень гидролитической деструкции. Насыщение влагой уменьшает прочность, показатель удлинения при разрыве, сопротивление диэлектрическому проникновению. На поверхности детали после производства появляются белесые и серебристые разводы, волны, вздутия, пузыри, пустые поры, отслоения, трещины. Иногда такие дефекты проявляются только при прессовании.

Низкая влажность ведет к структурированию, которое является одним из видов деструкции, при этом снижается текучесть полимера. Изменение влажности может происходить не только в процессе производства, но и при эксплуатации. При этом разрушение детали повторяется в указанных параметрах. Сушка полимерных материалов используется для уменьшения влажности. Для материалов, склонных к термоокислительной деструкции применяется сушка в вакууме, это позволяет увеличить температуру и уменьшить время сушки.

В процессе сушки применяют типы сушилок:

• барабанные;
• ленточные аппараты-конвейеры;
• турбинные камеры;
• вакуум-сушилки.

Чтобы уменьшить влажностные показатели порошкообразных и гранулированных термопластов используют бункер с системой подогрева. Иногда летучие вещества и влагу убирают в процессе расплава, при этом во время пластификации снимают давление на определенном шнековом участке. Как следствие, происходит расширение нагретых газов, которые удаляются с помощью вакуумного отсоса.

Подготовка материалов к переработке

Сушку полимеров заканчивают непосредственно перед обработкой, при этом рекомендуется оставить показатели, которые ниже требуемых. Если требуется некоторое время хранения перед производством, то высушенному материалу организуют тщательные сухие условия. Если гигроскопичность полимеров низкая, то такие материалы не сушат, а только подогревают перед технологическим процессом. Слишком низкая влажность требует повышения показателя выдерживанием экземпляра в воздухе с высокой влажностью или опрыскивания ацетоном, спиртом, водой.

Таблетирование материалов

Формование в условиях сжимания пластмасс порошкообразного типа называется таблетированием для производства определенной формы таблеток с заданными параметрами плотности и размеров. В результате процедуры лучше дозируется сырьевая масса, из материала удаляется большая часть воздуха, что ведет к повышению теплопроводности.

Для процесса применяют таблеточные машины:

• гидравлические с выполнением 5−35 циклов за минуту;
• эксцентриковые — 16−40 циклов;
• ротационные — 65−605 циклов.

Предварительный разогрев материалов

Процедура делается только для реактопластичных заготовок (волокнитов и порошков). Прогрев осуществляется в генераторах, производящих токи с высокой частотой. Иногда используют контактные нагреватели непосредственно перед помещением материала в прессовальную форму для ускорения прессования. Нагрев высокочастотными токами снижает предел прессовальной нагрузки, что продлевает время службы пресса, увеличивает производительность, снижает затраты на выпуск изделий из пластмассы.

Пластмассы относят к диэлектрикам и полупроводникам, они нагреваются в ТВЧ из-за поляризации зарядов элементарного порядка. Малое число свободных зарядов в диэлектрике ведет к появлению тока проводимости. Происходит смещение электрополя с некоторым запаздыванием по частоте из-за трения молекул. Количество тепла на выходе пропорционально частоте поля.

Изготовление пластиковых изделий

Существует несколько способов получения пластиковых деталей

Литье пластика под давлением

Используют для выпуска реакто— и термопластов. При таком способе материал в гранулированной форме идет в цилиндр машины, где происходит его прогревание и перемешивание оборачиваемым шнеком. Если используется не шнековая, а поршневая машина, то пластификация происходит прогревом. Разогрев термопластов ведется до 200−350˚С, реактопласты требуют 85−120˚С. Готовый материал поступает в форму для литья, где охлаждается (термопласты до 25−125˚С, реактопласты — 155−195˚С). В форме бывшее сырье держат для уплотнения под давлением, что влияет на порог усадки, снижая его.

Интрузия

Позволяет на том же агрегате изготовить детали значительно большего размера и объема. При предыдущем процессе литье пластифицируется поворачивающимся червяком, а подается в форму при его поступательном перемещении. Интрузия предполагает использование сопла с имеющимся широким каналом для перетекания литья в форму до начала поступательного движения червяка. Общая продолжительность циклического процесса не становится больше, но метод показывает высокую производительность.

Литье прессованием

В этом случае камера загрузки находится отдельно от полости формирования. Прессованный материал помещается в камеру загрузки, где при действии тепла и сжатия происходит пластификация. Затем материал перетекает в рабочее отделение формы, где отвердевает. Метод прессованного литья используется в случае выпуска деталей с толстыми стенками, армированием, сложной формы. Недостатком способа является небольшой перерасход материала, так как часть его остается в загрузочном отделении.

Заливка

Процесс применяется для выпуска деталей из компаундов или в случае применения изоляции и герметизации компаундами запчастей радио и электронной отрасли. Компаунды — композиции из полимеров, пластификаторов, отвердителей, наполнителей и других добавок. Они являются воскообразными твердыми составами, которые перед применением нагревают до получения жидкого состояния.

Отвердевание происходит при температуре 25—185˚С, процесс занимает по времени около 2−17 часов. Иногда в емкость для раствора насыпают таблетированный материал, затем форму нагревают и сырье расплавляется, чтобы ускорить процедуру используют метод давления.

Метод намотки

Используют для изготовления пластиковых тел вращения, при этом исходным сырьем служит жидкотекучие и стеклянные полимеры. Изготавливают колпаки, трубчатые полости, цилиндрические оболочки. Процесс происходит на намоточных станках с применением оправок, на них наматывают обработанные полимером нити. Намотка осуществляется сухим или мокрым способом.

В первом случае применяют предварительно пропитанную армирующую нить, а во втором случае пропитка происходит перед применением нити. Сухой метод признан более производительным и качественным, в результате используются разнообразные пропитки и связующие, но мокрый метод позволяет выполнять детали сложной фигуры и формы.

Способы дополнительной механической доводки готов изделий

Эта процедура делается для:

• уточнения формы готовых деталей после давления или литья;
• при процессе производства изделий из листового пластика;
• снятия излишних наслоений (облоя, литников, грата, пленки), расчистки отверстий в условиях небольшого производства;
• повышения экономии при выпуске сложных по конфигурации деталей;
• изготовления малой партии изделий или в условиях небольших цехов.

Механообработка отличается спецификой из-за вязкости, низкой теплопроводности, именно эти особенности формируют инструмент и станковую оснастку для обработки пластмасс. Различают следующие методы механической обработки:

• обработка пластмассовых изделий резанием;
• разделительная штамповка.

Первый способ применяется для отделки и удаления наслоений на детали после метода горячего прессования и в виде самостоятельного способа для выточки продукции из поделочных пластиков. Метод обработки резанием состоит из отдельных операций: точения, резки, сверления, фрезеровки, шлифовки, полирования и формирования резьбы.

Штамповку разделительного направления используют в случае применения в качестве заготовок листового пластика. Выполняемые операции: зачистка, вырубка, обрезка, пробивка, разрезка или отрезка.

Точение делают с заглублением инструмента на слой 0,6−3 мм, различаю чистовой вариант и черновую обработку. Сверление делают разными скоростями оборотов, что зависит от марки пластмассы. Фрезерованием обрабатывают на глубину 1−8 мм (реактопласты) и 1−9 мм (термопласты), также различают черновой и чистовой проход.

Нарезка резьбы иногда выполняется сложно из-за обработки слоистых, волокнистых пластиков, на которых появляются срывы ниток, скалывания или трещины. Шлифование делают кругами из карборунда со средними характеристиками твердости, иногда вместо кругов используют шлифовальную бумагу.

Полируют детали для получения на выходе из цеха изделия с высококачественной поверхностью. Для процедуры берут мягкие круги, которые составлены в виде пакета из муслиновых дисков различных диаметров, хорошо работают в шлифовании круги из фетрового материала. Одна часть шлифовочного диска с нанесенным на ней абразивом, вторая свободна от наждачного слоя и применяется для протирки.

Источник