Υλικά Κατασκευών
Ο κατάλληλος χάλυβας καλουπιού θα πρέπει να επιλέγεται με βάση τις απαιτήσεις εφαρμογής. Για τη δημιουργία πρωτοτύπων, ο σκληρυμένος χάλυβας καλουπιού δεν είναι απαραίτητος. Στις περισσότερες περιπτώσεις, χρησιμοποιείται προ{2}}σκληρυμένος χάλυβας ή αλουμίνιο για τη μείωση του κόστους και τη διευκόλυνση των προσαρμογών του καλουπιού κατά το στάδιο της κατασκευής πρωτοτύπων. Αυτά τα μαλακά μέταλλα μπορούν επίσης να καλουπώσουν αρκετά δοκίμια και προκατασκευασμένα μέρη. Οι προ-σκληρυμένοι χάλυβες καλουπιού (όπως P-20 ή NAKR-55) χρησιμοποιούνται συχνά για καλούπια μεγάλης κλίμακας, επειδή η σκλήρυνση του χάλυβα καλουπιού δεν είναι πρακτική για μεγάλες εφαρμογές.
Για μεγαλύτερους όγκους παραγωγής, απαιτείται σκληρυμένος χάλυβας καλουπιού για τον πυρήνα και την κοιλότητα. Οι S-7, H-13 και ο ανοξείδωτος χάλυβας 420 είναι οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι χάλυβες. Το S-7 είναι ένας εξαιρετικός χάλυβας καλουπιού που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εκτεταμένες εργασίες παραγωγής. Εάν απαιτούνται πολύ υψηλές θερμοκρασίες τήξης και καλουπιού, θα πρέπει να επιλεγεί ο χάλυβας H-13. Το H-13 μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή πολλαπλών θερμών δρομέων. Το H-13 έχει πολύ υψηλή θερμοκρασία σκλήρυνσης και μπορεί να αντέξει πολύ υψηλές θερμοκρασίες επεξεργασίας καλουπιού χωρίς να επηρεάσει τη σκληρότητά του.
Ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι η καλύτερη επιλογή για χάλυβες καλουπιού όπου απαιτείται υψηλή αντοχή στη φθορά ή όπου συμβαίνει σημαντική συμπύκνωση στο περιβάλλον. Τα ένθετα κοιλότητας καλουπιού υψηλής φθοράς μπορούν να κατασκευαστούν χρησιμοποιώντας χάλυβες τύπου A2, ASP23 ή D-2.
Όλοι οι χάλυβες καλουπιού μπορούν να προστατεύονται από τη φθορά και τη διάβρωση με κάποιο είδος επίστρωσης. Μόνο ο ανοξείδωτος χάλυβας μπορεί να επισκευαστεί μέσω συγκόλλησης και μηχανικής κατεργασίας. Για χάλυβες με υπάρχουσες επιστρώσεις, η επισκευή είναι δυνατή μόνο μετά την αφαίρεση της επίστρωσης. Μετά την επισκευή, η επίστρωση πρέπει να εφαρμοστεί ξανά.
Εικών
Φινίρισμα Επιφανείας
Το φινίρισμα της επιφάνειας των χυτευμένων εξαρτημάτων μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με τις αισθητικές απαιτήσεις, τις ανάγκες των πελατών και τη λειτουργικότητα. Από τον καθρέφτη-όπως το φινίρισμα υψηλής-γυαλάδας του SPI #1 έως τις ανάγλυφες επιφάνειες που επιτυγχάνονται μέσω της χάραξης, τα σύνθετα υλικά LNP μπορούν να επιτύχουν σχεδόν οποιοδήποτε τύπο φινιρίσματος επιφάνειας χυτευμένου εξαρτήματος. Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι ορισμένα υλικά παρουσιάζουν βελτιωμένη απόδοση με ορισμένα φινιρίσματα επιφανειών καλουπιού. Για παράδειγμα, το πολυπροπυλένιο παρουσιάζει σημαντικά καλύτερες ιδιότητες απελευθέρωσης σε ματ καλούπια από ό,τι σε καλούπια υψηλής-γυαλάδας. Η επίτευξη γυαλιστερού φινιρίσματος είναι δύσκολη με τις ρητίνες υψηλής-πλήρωσης. Εξαερισμός
Ο αερισμός είναι ένα κρίσιμο μέρος του κύκλου χύτευσης για τη μεγιστοποίηση της απόδοσης του καλουπιού. Όταν το θερμοπλαστικό υλικό εισέρχεται στην κοιλότητα του καλουπιού, ο αέρας πρέπει να αποβληθεί. Οι αεραγωγοί βρίσκονται συνήθως στις τελευταίες γεμάτες περιοχές, κοντά στη γραμμή ραφής και στο σύστημα δρομέα. Οι πρόσθετοι αεραγωγοί που διανέμονται γύρω από τη γραμμή διαχωρισμού μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά τη συνολική απόδοση εξαερισμού. Το υπολειμματικό αέριο στο καλούπι εμφανίζεται ως σημάδια καψίματος στο καλουπωμένο μέρος. Ένας βασικός εμπειρικός κανόνας είναι ότι το αέριο στο καλούπι πρέπει να μπορεί να διαφεύγει με τον ίδιο ρυθμό που το πλαστικό εισέρχεται στην κοιλότητα.
Το βάθος κενών ποικίλλει ανάλογα με το χρησιμοποιούμενο υλικό - γενικά, τα άμορφα θερμοπλαστικά απαιτούν μεγαλύτερο βάθος κενών λόγω του υψηλότερου ιξώδους τους.
Εικών
Μονή-Κοίλη και πολλαπλή-κοιλότητα
Τρεις βασικοί τύποι καλουπιών χρησιμοποιούνται πιο συχνά στη βιομηχανία, ειδικά για καλούπια που χρησιμοποιούν σύνθετα υλικά LNP.
Ο πιο συνηθισμένος τύπος είναι η διαμόρφωση κρύου δρομέα δύο-πλάκας που φαίνεται στην Εικόνα 1. Το υλικό εγχέεται στο εξάρτημα μέσω του δακτυλίου δρομέα και του συστήματος δρομέα. Μετά την ψύξη, όλα τα καλουπωμένα μέρη εκτινάσσονται (συμπεριλαμβανομένων των πυλών, των δρομέων και των ελατηρίων). Στη συνέχεια, τα εξαρτήματα αφαιρούνται και τα εναπομείναντα λάστιχα και τα σπρέι απορρίπτονται ή ανακυκλώνονται.
Το σχήμα 2 δείχνει ένα καλούπι τριών-πλάκας με κρύους δρομείς. Με αυτό το σχέδιο, το υλικό εγχέεται στην κοιλότητα του τμήματος μέσω του συστήματος δρομέα και ψεκασμού. Μετά την ψύξη, το καλούπι ανοίγει, χωρίζοντας το τμήμα από τις πύλες και τους δρομείς. Το μέρος πέφτει φυσικά από τους δρομείς. Οι δρομείς, οι πύλες και τα σπρέι πρέπει ακόμα να ανακυκλωθούν ή να απορριφθούν.
Το σχήμα 3 δείχνει ένα ηλεκτρικά θερμαινόμενο καλούπι πολλαπλής θερμού δρομέα. Η πολλαπλή και τα κανάλια ανιχνευτή πύλης θερμαίνονται στη θερμοκρασία τήξης του πολυμερούς ή κοντά στη θερμοκρασία, διατηρώντας το υλικό λιωμένο. Αυτό εξαλείφει την ανάγκη χειρισμού των απορριμμάτων από τους δρομείς, τις πύλες και τα σπρέι. Αυτά τα συστήματα είναι πιο ακριβά από τα συμβατικά σχέδια δύο-πιάτων ή τριών- πλακών, αλλά προσφέρουν καλύτερο θερμικό έλεγχο του υλικού και παράγουν λίγα απόβλητα.
Εικών
Hot Runner
Τα καλούπια πλήρους θερμού δρομέα, ή καλούπια "χωρίς δρομέα", προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα, αλλά απαιτούν προσεκτικό σχεδιασμό για να διασφαλιστεί ο σωστός έλεγχος του τήγματος που ρέει στην κοιλότητα του καλουπιού. Ενώ τα καλούπια χωρίς κύλινδρο δεν δημιουργούν ουσιαστικά απόβλητα κατά τη διάρκεια των εργασιών χύτευσης, είναι επιρρεπή σε προβλήματα κατά την εκκίνηση, ειδικά με ημι-σύνθετα υλικά LNP, τα οποία είναι επιρρεπή σε ταχεία στερεοποίηση. Οι αρχές που πρέπει να ακολουθήσετε περιλαμβάνουν:
• Χρησιμοποιείτε μόνο καλά-ζυγοσταθμισμένα συστήματα πολλαπλής θερμού δρομέα ειδικά σχεδιασμένα για την εφαρμογή.
• Ανάλογα με το υλικό που χρησιμοποιείται, ο καυτός δρομέας μπορεί να σχεδιαστεί ώστε να επιτρέπει την απευθείας έκχυση στο εξάρτημα χρησιμοποιώντας μια ανοιχτή πλάκα βάσης πύλης ή μια πύλη βαλβίδας για χύτευση χωρίς υπολείμματα ή η πύλη μπορεί να βρίσκεται σε μια μικρή επιφάνεια κύλισης.
• Η θερμαινόμενη διαδρομή δρομέα και η θερμή πλάκα βάσης πρέπει να παρέχουν μια ομαλή διαδρομή ροής στην κοιλότητα του καλουπιού και να θερμαίνονται εξωτερικά.
• Όταν χρησιμοποιείτε μακριές ρητίνες ενισχυμένες με ίνες γυαλιού, τα υπολείμματα της πύλης είναι αναπόφευκτη.
• Χρησιμοποιήστε ένα πλήρες σύστημα από έναν μόνο κατασκευαστή hot runner, αντί να χρησιμοποιείτε διαφορετικά εξαρτήματα από διαφορετικούς κατασκευαστές.
• Το μέγεθος της πύλης εξαρτάται από την ποσότητα και τον τύπο του υλικού που προστίθεται, το μέγεθος/αναλογία εξαρτήματος και το πάχος του τοιχώματος.
• Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη σχεδίαση hot runner, συμβουλευτείτε το τεχνικό προσωπικό της GE Plastics Group.
2. Οδηγός για τις κοινές μεθόδους ενίσχυσης της επιφάνειας καλουπιού στη βιομηχανία επεξεργασίας πλαστικών
Ο παρακάτω πίνακας παρέχει στους χειριστές χύτευσης και στους κατασκευαστές καλουπιών μια ποικιλία κοινών επεξεργασιών χάλυβα καλουπιού για τη βελτίωση της αντοχής στη διάβρωση ή της αντοχής στη φθορά. Μπορεί επίσης να υπάρχουν και άλλες λύσεις.
Εικών
3. Runners, Sprues και Gates
Spru Bushings
Όταν χρησιμοποιείτε συμβατικά καλούπια, ζεστό υλικό εισέρχεται στο καλούπι μέσω του δακτυλίου ψεκασμού. Το σύστημα δρομέα οδηγεί το υλικό μέσω της πύλης στην κοιλότητα του καλουπιού. Ο σωστός σχεδιασμός και το μέγεθος του δακτυλίου ψεκασμού είναι ζωτικής σημασίας για τη σωστή κατανομή του τήγματος και τη σωστή εκτίναξη του χυτευμένου τμήματος. Η διάμετρος του ελατηρίου "O" θα πρέπει να είναι περίπου 20% μεγαλύτερη από τη διάμετρο εξόδου του ακροφυσίου για να αποφευχθεί η απόφραξη του sprue όταν ανοίγει το καλούπι. Ένα σχηματικό διάγραμμα με τις διαστάσεις του ελατηρίου φαίνεται παρακάτω. Η διάσταση "Ο" σχετίζεται επίσης στενά με το μέγεθος των εξαρτημάτων και των δρομέων. Οι θερμαινόμενοι δακτύλιοι δρομέων μπορούν να χρησιμοποιηθούν αντί των συμβατικών δακτυλίων δρομέα. Το αρχικό κόστος ενός θερμαινόμενου δρομέα (ή "καυτού" δακτυλίου) μπορεί να είναι υψηλότερο από αυτό ενός "κρύου" δακτυλίου, αλλά μειώνει σημαντικά τη σπατάλη επειδή εξαλείφει τον δρομέα που τρέχει κατά μήκος κάθε τμήματος ή συστήματος δρομέα. Με έναν θερμαινόμενο δακτύλιο, ο έλεγχος της θερμοκρασίας τήξης που εισέρχεται στο σύστημα δρομέα μπορεί να είναι πολύ πιο ακριβής.
Εικών
Σχεδιασμός Runner
Οι δρομείς πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντοί για να μειώσουν τις περιττές πτώσεις πίεσης. Προτιμάται η κυκλική διατομή-. Εάν ο δρομέας πρέπει να τοποθετηθεί μέχρι τη μέση του καλουπιού, χρησιμοποιήστε έναν τραπεζοειδή δρομέα με στρογγυλεμένο πάτο. Οι ημι-οι ημικυκλικοί και οι επίπεδοι δρομείς είναι αναποτελεσματικοί και δεν συνιστώνται. Οι δρομείς πρέπει να επιτρέπουν στο υλικό να ρέει ομοιόμορφα και απεριόριστα σε ένα ή περισσότερα μέρη (εάν χρησιμοποιούνται πολλαπλές κοιλότητες). Συνήθως, ένας δρομέας πρέπει να μειώνεται σε διάμετρο κατά 20% για κάθε 90 μοίρες περιστροφής. Αυτό πρέπει να ληφθεί υπόψη κατά το σχεδιασμό του συστήματος δρομέα. Οι κυκλικές διάμετροι δρομέων είναι συνήθως 0,125" – 0,375" (3,2 – 9,5 mm). Εικών
Πύλη |
Ο σχεδιασμός της πύλης για σύνθετα εξαρτήματα LNP θα πρέπει να παρέχει άφθονα περιθώρια μηχανικής κατεργασίας χωρίς να δημιουργεί-καταπόνηση μούχλας. Ανάλογα με τον τύπο της πύλης που χρησιμοποιείται (δηλαδή, υποβρύχιο, άκρο, ωτίο κ.λπ.), ορισμένες βασικές διαστάσεις πύλης ελέγχουν τον ρυθμό πλήρωσης, την ποσότητα υλικού που ρέει στην κοιλότητα του καλουπιού και τον ρυθμό στερεοποίησης του εξαρτήματος.
Το πάχος του τοιχώματος καθορίζει το μέγεθος της πύλης, ενώ η γεωμετρία του εξαρτήματος καθορίζει τη θέση της πύλης στο εξάρτημα. Υπάρχουν τρεις βασικές διαστάσεις πύλης: βάθος, πλάτος και όψη. Στην επόμενη σελίδα εμφανίζονται συγκεκριμένα σχέδια για διάφορους τύπους πυλών.
Μέγεθος/Τοποθεσία πύλης
• Το ελάχιστο μέγεθος πύλης είναι 0,040" (1mm), 0,100" (2,5mm) για σύνθετα υλικά με μακριές ίνες Verton - στρογγυλά ή τραπεζοειδή - 50–60% πάχος τοιχώματος (για κρυσταλλικά σύνθετα) - 50–75% πάχος τοιχώματος (για άμορφα σύνθετα)
• Ιδανικά, η πύλη θα πρέπει να τοποθετείται στο σημείο που το τμήμα του τοίχου είναι πιο παχύ - ευθυγραμμίστε την πύλη απευθείας με τον τοίχο ή τον δακτύλιο για να αποτρέψετε το γέμισμα και την «εκτόξευση» (εκτός από τα σύνθετα υλικά με μακριές ίνες Verton) - οι πύλες σήραγγας δεν συνιστώνται για τα σύνθετα υλικά Verton.
