Thiết kế khuôn ép thích ứng với các vật liệu nhựa khác nhau như thế nào?

Các loại nhựa khác nhau có đặc tính vật lý rất khác nhau trong chu kỳ đúc.

Một số gần như không co lại khi làm mát (0,4% đối với PS). Một số khác co lại đáng kể (2,5% đối với một số loại POM). Một số yêu cầu các loại thép khuôn cụ thể để chống lại sự tấn công hóa học. Một số cần làm mát nhanh, số khác cần làm mát chậm để tránh căng thẳng. Một số dễ dàng chảy thành các phần mỏng, một số khác gặp khó khăn với bất cứ thứ gì có độ dày thành dưới 1mm.

Khi người thiết kế khuôn không biết vật liệu nào sẽ được đưa vào, họ phải đưa ra các giả định. Những giả định đó thường tối ưu hóa cho loại vật liệu phổ biến nhất mà cửa hàng thấy - thường là ABS dành cho các bộ phận mỹ phẩm. Nếu quá trình sản xuất thực tế của bạn sử dụng nylon hoặc polycarbonate chứa đầy thủy tinh, khuôn tương tự có thể làm cong các bộ phận, tạo ra các đường hàn hoặc đơn giản là không đổ đầy đúng cách.

Nắm rõ quyết định về vật liệu trước khi bắt đầu chế tạo dụng cụ là một trong những điều quan trọng nhất mà người mua có thể làm cho dự án của họ. Ngoài thời gian chu trình và chất lượng thẩm mỹ, việc lựa chọn vật liệu còn thúc đẩy việc lựa chọn thép khuôn, thiết kế hệ thống làm mát, chiến lược đẩy và thông số kỹ thuật hoàn thiện bề mặt - về cơ bản là mọi thứ tiếp theo.

Nhựa chia thành ba loại hành vi rộng. Hiểu loại vật liệu của bạn thuộc về loại nào là bước đầu tiên trong việc kết hợp thiết kế khuôn mẫu với vật liệu.

Nhựa vô định hình - dùng cho các bộ phận mỹ phẩm và quang học

Các polyme vô định hình như ABS, polystyrene (PS) và polycarbonate (PC) có các chuỗi phân tử đông đặc thành cấu trúc ngẫu nhiên chứ không phải dạng tinh thể. Điều này mang lại cho chúng một số đặc điểm quan trọng đối với thiết kế khuôn:

Tỷ lệ co ngót thấp, thường là 0,4 đến 0,7 phần trăm

Khả năng hoàn thiện bề mặt tuyệt vời - chúng có thể giữ độ bóng đạt được độ trong quang học

Độ chính xác về chiều có thể dự đoán được

Độ nhạy cao hơn, nghĩa là chúng dễ bị làm trắng do căng thẳng hơn

Đối với Khuôn ép vỏ chuột, ABS là vật liệu phù hợp. Độ co thấp của nó có nghĩa là khả năng kiểm soát dung sai chặt chẽ đối với các tính năng lắp ráp và khả năng hoàn thiện bề mặt của nó phù hợp với mong đợi về mặt thẩm mỹ của thiết bị điện tử tiêu dùng. Thiết kế khuôn cho ABS tập trung vào việc bảo toàn bề mặt thẩm mỹ - vị trí cổng chiến lược để tránh các đường hàn, số lượng chốt đẩy đủ để ngăn ngừa hiện tượng trắng do căng thẳng và đánh bóng bề mặt phù hợp với đặc điểm kỹ thuật của khu vực có thể nhìn thấy-.

A Khuôn ép nhựa PS Cupsử dụng các biến thể được sửa đổi-có mục đích chung hoặc-có tác động. Thiết kế khuôn ở đây tập trung vào việc tối ưu hóa dòng chảy trên tường mỏng và-thời gian chu kỳ cực nhanh. PS xử lý khuôn nguội tốt (thường là 35 đến 45 độ), điều này góp phần mang lại hiệu suất chu trình-dẫn đầu ngành cho công việc trên tường mỏng-khối lượng lớn{10}}.

Nhựa bán{0}}tinh thể dùng cho các bộ phận chức năng và mài mòn

POM (acetal), polypropylen (PP) và nylon (PA66) là các polyme bán{1}}tinh thể. Chuỗi phân tử của chúng sắp xếp thành các vùng tinh thể trong quá trình làm mát, tạo cho chúng những đặc điểm rất khác so với các vật liệu vô định hình:

Tỷ lệ co ngót cao, thường là 1,5 đến 2,5 phần trăm

Đặc tính cơ học tuyệt vời - độ bền, độ cứng, khả năng chống mài mòn

Độ nhạy bậc thấp hơn - dễ tha thứ hơn cho các bộ tập trung ứng suất hình học

Kiểm soát nhiệt độ khuôn đòi hỏi khắt khe hơn

AKhuôn ép bánh răng động cơthường sử dụng POM vì sự kết hợp vượt trội giữa ma sát thấp, độ ổn định kích thước dưới tải và khả năng chống mỏi. Nhưng độ co ngót cao của POM (1,8 đến 2,5 phần trăm) có nghĩa là khoang khuôn phải được cắt lớn hơn kích thước bộ phận hoàn thiện với số lượng chính xác. Làm sai điều này có nghĩa là-của-các bánh răng thông số kỹ thuật không thể ăn khớp đúng cách.

POM cũng yêu cầu khuôn nóng - nhiệt độ khuôn thông thường từ 80 đến 95 độ - để đảm bảo quá trình kết tinh thích hợp. Khuôn nguội tạo ra các bộ phận có độ kết tinh thấp, tính chất cơ học kém và ứng suất bên trong xuất hiện dưới dạng cong vênh sau này.

Nhựa kỹ thuật dành cho ứng dụng-hiệu suất cao

Hỗn hợp PC/ABS, PEEK, PPS và các loại nhựa kỹ thuật tương tự đã đưa thiết kế khuôn vào lĩnh vực đặc biệt:

Nhiệt độ xử lý trên 300 độ

Thường bị mài mòn (các loại chứa đầy thủy tinh, khoáng chất-)

Lựa chọn thép khuôn trở nên quan trọng

Hệ thống khuôn gia nhiệt thường được yêu cầu

Đối với những vật liệu này, thép khuôn P20 tiêu chuẩn sẽ không tồn tại được lâu. Thường cần có thép công cụ gia công nóng-H13 hoặc các loại không gỉ chuyên dụng như S136, có độ cứng trong phạm vi HRC 50 đến 58. Đánh bóng khoang phải chịu được sự tấn công của chất mài mòn. Thiết kế thông gió cần xử lý các loại khí mạnh thoát ra trong quá trình xử lý.

Đây là bảng tham khảo nên có trên tường của mọi kỹ sư khuôn mẫu khi bắt đầu một dự án.

Một vài quan sát từ dữ liệu này. Độ co rút của POM từ 1,8 đến 2,5% cao hơn khoảng 4 đến 6 lần so với mức 0,4 đến 0,7% của ABS. Đó là một sự khác biệt rất lớn - và đó chính xác là lý do tại sao kích thước khoang của khuôn POM phải lớn hơn kích thước khoang của khuôn ABS tương đương cho cùng một kích thước bộ phận hoàn thiện.

Sự khác biệt về nhiệt độ khuôn cũng có vấn đề. Khuôn ABS chạy 50-80 độ sử dụng bộ điều khiển nhiệt độ tiêu chuẩn. Khuôn POM chạy 80-105 độ cần hệ thống gia nhiệt công suất cao hơn và cách nhiệt thích hợp. Khuôn PC chạy 80-110 độ với nhiệt độ nóng chảy trên 280 độ yêu cầu hệ thống chạy nóng được đánh giá đặc biệt để vận hành ở nhiệt độ cao.

Thép khuôn phải thay đổi như thế nào với vật liệu

Việc lựa chọn vật liệu khuôn thường bị bỏ qua ở giai đoạn thiết kế, nhưng nó ảnh hưởng đáng kể đến cả chi phí khuôn ban đầu và thời gian sử dụng lâu dài.

Khuôn ép cốc nhựa PS điển hình chạy bằng polystyrene có mục đích chung-có thể sử dụng thép P20-hiệu quả về mặt chi phí vì PS không-ăn mòn và không{4}}bị mài mòn. Khuôn có thể chụp từ 500.000 đến 1.000.000 bức ảnh mà không bị mài mòn đáng kể.

Khuôn ép vỏ chuột cho ABS thường sử dụng NAK80 - một loại thép làm khuôn đã được làm cứng sẵn-có khả năng giữ độ bóng đặc biệt tốt cho các yêu cầu về bề mặt thẩm mỹ. Chi phí cao hơn một chút (cao hơn khoảng 25% so với P20) được chứng minh bằng chất lượng thẩm mỹ và tuổi thọ dài hơn một chút.

AKhuôn ép bánh răng động cơchạy POM, đặc biệt là các loại chứa đầy thủy tinh, yêu cầu thép cứng như S136 hoặc H13. POM chứa đầy thủy tinh - bị mài mòn khi chạy qua khoang P20, làm mòn bề mặt rõ rệt sau 200.000 lần bắn. Với việc lựa chọn thép phù hợp, cùng một khuôn bánh răng sẽ mang lại 1,5 triệu bức ảnh trở lên.

Một nhà sản xuất khuôn ép phun có uy tín sẽ lựa chọn thép phù hợp với yêu cầu về khối lượng và vật liệu thực tế thay vì mặc định một loại thép cho mọi dự án. Loại vật liệu-kỹ thuật cụ thể đó là điểm khác biệt giữa công cụ cao cấp và công cụ thông thường.

Hai xu hướng mới nổi đang định hình lại cách thiết kế khuôn phù hợp với vật liệu mới.

Nhựa tái chế đang phát triển nhanh chóng trên bao bì tiêu dùng. Đặc biệt, PS tái chế ngày càng phổ biến trong sản xuất cốc dùng một lần, nhằm đảm bảo tính bền vững và giảm chi phí. Thách thức: các loại tái chế có nhiều biến thể-đến-lô so với vật liệu nguyên chất. Thiết kế khuôn cần có cửa sổ xử lý rộng hơn để đáp ứng sự thay đổi này mà không tạo ra lỗi.

Nhựa dựa trên sinh học-như PLA, PHA và PE sinh học-đang phát triển trong các ứng dụng tiếp xúc với thực phẩm-. Những vật liệu này có đặc tính xử lý khá khác biệt so với các vật liệu tương đương làm từ dầu mỏ. Thiết kế khuôn có thể cần điều chỉnh tốc độ làm mát, kích thước cổng khác nhau và hệ thống phóng được sửa đổi so với vật liệu truyền thống.

Đối với các thương hiệu đang định hướng quá trình chuyển đổi này, việc hợp tác với một nhà máy sản xuất khuôn phun có kinh nghiệm đã thực sự sản xuất các bộ phận ở cả cấp độ nguyên chất và dựa trên sinh học-sẽ tạo ra sự khác biệt đáng kể từ quá trình-thử nghiệm đến-thành công trong sản xuất.

Lựa chọn vật liệu liên quan trực tiếp đến việc tuân thủ quy định:

Thực hành tiêu chuẩn ASTM D3641 cho ép phun

Tiêu chuẩn nhận dạng vật liệu nhựa ISO 1043

FDA 21 CFR đối với vật liệu tiếp xúc với thực phẩm (có liên quan đến các ứng dụng PS cấp thực phẩm)

RoHS và REACH cho vỏ thiết bị điện tử (có liên quan đến thiết bị điện tử tiêu dùng)

IATF 16949 cho các ứng dụng ô tô (có liên quan đến hệ thống bánh răng của xe)

Quy định EU 10/2011 về vật liệu nhựa tiếp xúc với thực phẩm

Tài liệu phù hợp với các tiêu chuẩn này phải đi kèm với bất kỳ việc phân phối dụng cụ nào từ một nhà cung cấp nghiêm túc - không phải dưới dạng suy nghĩ lại mà dưới dạng dự án tiêu chuẩn có thể bàn giao.

Đây là một kịch bản chúng ta thường thấy. Một thương hiệu tiêu dùng hỏi liệu một khuôn có thể sản xuất cùng một bộ phận bằng nhựa ABS, PC-hỗn hợp ABS và PC chứa đầy thủy tinh-PC - để đơn giản hóa kho hàng của họ và giảm đầu tư vào dụng cụ hay không.

Trên giấy tờ, điều này nghe có vẻ hợp lý. Cả ba vật liệu đều tạo ra các bộ phận gần giống nhau khi ép phun. Trong thực tế, tỷ lệ co ngót đủ khác nhau (0,5%, 0,6%, 0,3%) để cùng một khoang tạo ra các bộ phận có sự thay đổi kích thước vượt quá dung sai chỉ định của khách hàng gấp 2 đến 3 lần.

Giải pháp thực tế: một đế khuôn dùng chung với ba bộ chèn khoang có thể hoán đổi cho nhau, mỗi bộ cắt để bù cho tốc độ co ngót cụ thể của vật liệu đó. Chi phí gấp khoảng 1,6 lần một khuôn thay vì gấp 3 lần - một khoản tiết kiệm đáng kể - trong khi vẫn cung cấp kích thước chính xác cho từng vật liệu.

Loại dự án này chính là lý do tại sao cuộc trò chuyện trực tiếp với nhà cung cấp của bạn về vật liệu và số lượng chính xác lại quan trọng đến vậy. Cho dù bạn đang tìm nguồn cung cấp Khuôn ép cốc nhựa PS nhiều khoang cho-đóng gói khối lượng lớn, Khuôn ép bánh răng động cơ chính xác cho cụm bánh răng công nghiệp hay mỹ phẩmKhuôn ép vỏ chuộtđối với thiết bị điện tử tiêu dùng, quyết định về vật liệu sẽ thúc đẩy mọi lựa chọn kỹ thuật khác.

Vật liệu nhựa được chia thành ba nhóm: vô định hình (ABS, PS, PC), bán{0}}tinh thể (POM, PP, PA66) và cấp kỹ thuật (PEEK, PPS, nhựa kỹ thuật chứa đầy)

Tốc độ co ngót thay đổi từ 4-6 lần giữa các vật liệu, ảnh hưởng đáng kể đến kích thước khoang đúc

47% việc làm lại khuôn là do nguyên liệu-khuôn không khớp (dữ liệu ASTM)

Thép khuôn phải phù hợp với chất liệu: P20 cho mục đích chung, NAK80 cho mỹ phẩm, S136/H13 cho nhựa kỹ thuật

Các sản phẩm tự nhiên khác nhau kết hợp với các họ polyme khác nhau:Khuôn ép vỏ chuộtthường sử dụng ABS, Khuôn ép bánh răng động cơ sử dụng POM, Khuôn ép nhựa cốc nhựa PS sử dụng PS

Nhựa tái chế và nhựa sinh học-yêu cầu cửa sổ xử lý rộng hơn trong thiết kế khuôn

Khóa thông số vật liệu trước khi bắt đầu thiết kế dụng cụ - nó thúc đẩy mọi quyết định kỹ thuật khác

Cho dù dự án của bạn cần các bộ phận mỹ phẩm ABS, bánh răng chính xác POM, bao bì PS hay vật liệu kỹ thuật đặc biệt, thiết kế khuôn phù hợp sẽ bắt đầu bằng quyết định vật liệu phù hợp. Hãy thực hiện cuộc trò chuyện này ngay ở giai đoạn DFM và phần còn lại của dự án sẽ diễn ra suôn sẻ.

Sunhingstones cung cấp bài đánh giá DFM cụ thể về vật liệu cho cả ba danh mục sản phẩm - Công cụ khuôn ép nhựa cốc PS dành cho bao bì khối lượng lớn-, thiết kế Khuôn ép bánh răng động cơ cho các bánh răng công nghiệp chính xác và chương trình Khuôn ép vỏ chuột cho vỏ thiết bị điện tử tiêu dùng.

Liên hệ ngay