Trong bài viết này, chúng tôi sẽ hướng dẫn bạn hiểu các cân nhắc về sản xuất và thiết kế công nghiệp đối với các tùy chọn vật liệu khác nhau, đồng thời đưa ra các đề xuất về vật liệu cho các mục tiêu thiết kế sản phẩm khác nhau, bao gồm vật liệu làm đầy thủy tinh và sợi cho các bộ phận chắc chắn hơn và vật liệu silicone và polyurethane cho các bộ phận linh hoạt.
Làm thế nào để có được các bộ phận mạnh mẽ hơn: các loại đóng gói phổ biến
sợi thủy tinh
Cách phổ biến nhất để cải thiện tính chất cơ học của vật liệu nhựa là thêm sợi thủy tinh.Sợi thủy tinh cải thiện các đặc tính cấu trúc, chẳng hạn như độ bền và độ cứng, và giảm độ co của các bộ phận.Chúng tương đối rẻ và có thể được thêm vào hầu hết các loại nhựa.Các loại nhựa thủy tinh có thể có nhiều màu sắc khác nhau.
Về nhược điểm, sợi thủy tinh có thể làm cho các bộ phận bị giòn và giảm độ bền va đập.Sợi thủy tinh cũng sẽ làm giảm tuổi thọ của khuôn và làm mòn thùng và vòi phun của máy đúc.Nhựa lấp đầy thủy tinh cũng làm tăng độ nhớt của vật liệu, làm cho khuôn khó lấp đầy hơn.
sợi các-bon
Chất độn sợi carbon có thể cải thiện tính chất cơ học của vật liệu nhựa.Các bộ phận bằng nhựa lấp đầy carbon có các tính chất cơ học tương tự như nhựa chứa thủy tinh, nhưng sẽ làm cho các bộ phận này mạnh hơn và nhẹ hơn.Sợi carbon có tính dẫn điện, vì vậy các bộ phận chứa đầy carbon có hiệu suất che chắn điện từ tốt hơn.Sợi carbon thậm chí có thể cải thiện các đặc tính cấu trúc, chẳng hạn như độ bền và độ cứng, đồng thời giảm độ co của các bộ phận hơn so với sợi thủy tinh.
Nhược điểm chính của các bộ phận làm đầy carbon là chúng đắt tiền.Giống như sợi thủy tinh, sợi carbon sẽ làm cho các bộ phận trở nên giòn và giảm độ bền va đập;Giảm tuổi thọ của khuôn và gây mòn thùng và vòi phun của máy đúc.Sợi carbon cũng làm tăng độ nhớt của vật liệu, khiến khuôn khó lấp đầy hơn.Hãy nhớ rằng đối với vật liệu làm đầy carbon, màu sắc của bộ phận được giới hạn ở màu đen.Một số loại nhựa cũng yêu cầu nhiệt độ khuôn rất cao, có thể yêu cầu thiết bị phụ trợ đắt tiền.
Thiết kế khuôn của các bộ phận chứa đầy chất xơ
Khi sợi thủy tinh hoặc sợi carbon được kết hợp với nhựa, mô-đun đàn hồi và độ bền kéo của nhựa sẽ được cải thiện đáng kể, do đó, các bộ phận bằng nhựa có cảm giác cứng.Điều này có nghĩa là nếu một tải trọng lớn được tác động lên phần nhựa, phần nhựa sẽ không dễ dàng bị biến dạng.
Tuy nhiên, độ bền va đập sẽ giảm và nhựa sẽ có cảm giác dễ vỡ.Độ lưu động thấp, và sự co lại theo hướng dòng chảy nhỏ hơn sự co lại theo hướng vuông góc với hướng dòng chảy.
Trong thiết kế khuôn, rất khó xác định tỷ lệ co ngót theo hướng chảy nhựa của cổng.Phần mềm CAD chỉ cho phép người dùng thiết lập độ co rút theo hướng X, y và Z.Điều này có nghĩa là nếu kích thước chi tiết lớn và dung sai chặt chẽ, một số kích thước có thể vượt quá dung sai.
Giải pháp là đảm bảo sự an toàn của thép chết bằng cách để lại nhiều thép chết hơn mức cần thiết.Sau khi đo chi tiết, có thể dễ dàng loại bỏ thép khuôn ra khỏi khuôn bằng máy CNC hoặc EDM, nhưng rất khó để thêm thép vào khuôn.Để làm điều này, bạn cần hàn khuôn và sau đó loại bỏ thép, sử dụng CNC hoặc EDM.Ngoài ra, hàn sẽ dẫn đến biến dạng khuôn, không tốt cho tuổi thọ khuôn hoặc chất lượng chi tiết.
Để sửa đổi khuôn tiếp theo, nếu kích thước bộ phận nhựa vượt quá dung sai, một số thép khuôn cần được loại bỏ hoặc thêm vào khuôn để thay đổi hình dạng hoặc kích thước của khuôn.Để tránh bước này, khuôn thử nhôm CNC cung cấp một cách nhanh chóng và rẻ tiền để tạo khuôn, lấy mẫu các bộ phận nhựa và so sánh các kích thước chính của bộ phận nhựa với sản phẩm in.Nếu bất kỳ kích thước quan trọng nào vượt quá dung sai, khuôn sản xuất cần được thay đổi cho phù hợp (khuôn sản xuất sẽ được thực hiện sau khuôn thử nghiệm).Mục đích của việc kiểm tra khuôn là để xác định kích thước nào sẽ vượt quá dung sai và các tính năng chính nào sẽ hoạt động như thiết kế.Khi đã xác định được sự co ngót khác nhau theo các hướng dòng chảy khác nhau sẽ ảnh hưởng đến kích thước như thế nào, mô hình 3D có thể được điều chỉnh khi chế tạo dụng cụ cứng.
Vật liệu làm đầy làm mòn khuôn nhanh hơn nhựa không tráng, do đó khi sử dụng các vật liệu này phải dùng thép cứng để làm khoang lõi và chèn khuôn.HDT (nhiệt độ biến dạng nhiệt) cũng sẽ cao hơn, do đó vật liệu có thể được sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao hơn.Điều này làm tăng độ khó của hàn siêu âm.
Trong một số trường hợp, các sợi sẽ nổi trên bề mặt của các bộ phận bằng nhựa có thể nhìn thấy được, vì vậy hầu hết các bộ phận bằng nhựa đầy được sử dụng cho các bộ phận bên trong.Để tránh tình trạng này, khoang của khuôn có thể được tạo kết cấu.
Cách nhận biết các bộ phận linh hoạt: polyurethane (PU) và silicone
Vật liệu polyurethane (PU) và silicone cung cấp các phương pháp khác nhau để tạo ra các bộ phận mềm.Pu sử dụng khuôn nén và khuôn RTV, trong khi silicone và TPU sử dụng khuôn ép phun.Nhược điểm chính của silicone là nó có đèn flash.Khi đèn flash bị cắt hoặc xén, sẽ luôn có dư lượng.Ngoài ra, khi ép khuôn silicon, khuôn phải được làm nóng thay vì quá trình truyền thống là đốt nóng vật liệu.TPU đúc phun dễ dàng hơn để xử lý và cung cấp hiệu suất tương tự như silicon.
Polyurethane (PU)
Polyurethane (PU) được chia thành hai loại: polyurethane nhiệt rắn (PU) và polyurethane nhiệt dẻo (TPE).Sự khác biệt chính giữa hai loại là vật liệu nhiệt rắn được liên kết chéo trong quá trình xử lý và không thể tái sử dụng.Mặt khác, polyurethane nhiệt dẻo có thể được tái chế.Bạn có thể tìm hiểu thêm về vật liệu nhiệt rắn và nhựa nhiệt dẻo tại đây.
Pu nhiệt rắn chủ yếu được sử dụng để sản xuất nguyên mẫu thông qua một quá trình gọi là đúc polyurethane hoặc lưu hóa nhiệt độ phòng (RTV).Đúc Urethane sử dụng một phần gốc được bao phủ bởi vật liệu đàn hồi silicon lỏng, sẽ cứng lại ở nhiệt độ phòng.Khi silicon cứng lại, bản gốc được lấy ra, dẫn đến một khuôn mềm, dẻo có thể tạo ra các bản sao của bản gốc.
Các bộ phận được sản xuất theo quy trình này nằm trong khoảng từ 30A đến 85D.Trong quá trình đúc polyurethane, các gờ là không thể tránh khỏi.Thông thường, nếu phần là nhựa cứng, đèn flash có thể được cắt bằng tay, và vết sẹo có thể được đánh bằng giấy nhám nên không thấy rõ.Tuy nhiên, khi các bộ phận mềm như PU, các đường gờ không thể dễ dàng loại bỏ.Pu có khả năng chống mài mòn tốt hơn nhựa đàn hồi nhiệt dẻo (TPE) và polyvinyl clorua (PVC) nên có thể dùng để sản xuất bánh xe và đế.
Các bộ phận polyurethane bằng nhựa nhiệt dẻo có thể được đúc phun, do đó, đường chia có thể rất chính xác (không có gờ).Độ cứng của polyurethane nhiệt dẻo nằm trong khoảng từ 65A đến 85D, vì vậy nhựa có thể mềm như cao su và cứng như nhựa cứng.Polyurethane nhiệt dẻo thường được sử dụng để làm giàn giáo, chẳng hạn như giắc cắm để sản xuất dây điện tử.So với dây mềm làm bằng PVC hoặc TPE, dây mềm làm bằng vật liệu PU nhiệt dẻo có độ đàn hồi và kết quả thử nghiệm uốn dẻo tốt hơn.
gel silica
Silica gel là một loại nhựa nhiệt rắn nên có khả năng chịu nhiệt và chịu thời tiết rất tốt.Có ba phương pháp sản xuất các bộ phận silicone: đúc RTV, đúc nén hoặc tiêm silicone lỏng.Silica gel không thể được xử lý lại hoặc tái chế.
Sản xuất các bộ phận linh hoạt
Như đã đề cập ở trên, đúc polyurethane là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để tạo mẫu bằng vật liệu mềm.Độ cứng khoảng bờ a 40-50.Tuy nhiên, chỉ có một số mẫu hạn chế có thể được làm từ khuôn polyurethane.
Đúc nén thường được sử dụng để sản xuất hàng loạt các bộ phận silicone thông thường.Không thể tránh khỏi các vết lồi lõm và phải được cắt tỉa thủ công.Khách hàng vẫn có thể nhìn thấy các vết sẹo với độ dày từ hầu hết các độ dày nén nhiệt vượt quá 0,2 mm.Rất ít nhà máy có thể sản xuất độ dày 0,1 mm.
Nói chung, chu kỳ ép nén là vài phút.Vật liệu khuôn đúc thường là thép có nhiều lỗ rỗng để nâng cao hiệu quả sản xuất.Khi thiết kế các bộ phận silicone, không nhất thiết phải tuân theo quy tắc rằng tỷ lệ chiều dày sườn / thành danh nghĩa nhỏ hơn hoặc bằng 0,6.Trong hầu hết các trường hợp, ngay cả khi có cắt xén, tác vụ bên không được sử dụng trong công cụ và có thể được chọn theo cách thủ công từ công cụ.
Ép silicone lỏng là một quá trình rất giống với quá trình ép phun, nhưng điểm khác biệt là khuôn được nung ở nhiệt độ cao.Thông thường, thời gian dẫn đầu lâu hơn so với ép phun, và các bộ phận có thể chi tiết như các bộ phận đúc phun, có nghĩa là không có gờ hoặc gờ rất mỏng.
Hình sau cho thấy các mẫu điển hình có độ cứng khác nhau:
Các cân nhắc vật liệu khác cho quá trình ép phun: tính lưu động (độ nhớt)
Khi lựa chọn vật liệu, tính lưu động của vật liệu phải được xem xét.Đối với các bộ phận có thành rất mỏng hoặc các bộ phận lớn, tính lưu động là rất quan trọng.
Các loại nhựa khác nhau có tính lưu động khác nhau.Có nhiều loại nhựa khác nhau;Ví dụ, ABS có cấp độ chung, cấp độ dòng chảy cao và cấp độ va đập cao.
Có nhiều loại vật liệu ABS, có tính chất cơ học và giá cả khác nhau.Một số loại ABS rất thích hợp để sản xuất các bộ phận có độ bóng cao;Một số mô hình lý tưởng để chế tạo các bộ phận mạ điện;Một số có tính lưu động tốt và được sử dụng để sản xuất các bộ phận có thành mỏng hoặc các bộ phận có kích thước lớn.
Nói chung, đối với cùng một loại nhựa có cấp độ khác nhau, độ lưu động càng cao thì cơ tính càng thấp.Chỉ số nóng chảy (MI) thể hiện tính lưu động của nhựa.Nhựa có tính lưu động tốt có thể được sử dụng để sản xuất các bộ phận bằng nhựa có thành mỏng, chẳng hạn như vỏ pin điện thoại hoặc các bộ phận bằng nhựa lớn, chẳng hạn như bồn tắm dành cho trẻ em.
Các loại nhựa có tính lưu động tốt: LCP, PA, PE, PS, pp.
Nhựa dòng chảy trung bình: ABS, as, PMMA và POM.
Các loại nhựa có tính lưu động kém: PC, PSF và PPO.
Thiết kế máy móc
Các cân nhắc về hiệu suất kỹ thuật xác định loại vật liệu nào nên được sử dụng.Nhựa làm đầy thủy tinh phù hợp nhất cho các thành phần chắc chắn đòi hỏi khả năng chống mài mòn và chịu lực, chẳng hạn như vỏ máy tính, đồ chơi và hàng tiêu dùng khác.Ngược lại, các vật liệu không được lấp đầy, chẳng hạn như ABS hoặc polycarbonate, thích hợp nhất cho các bộ phận trang trí không yêu cầu độ bền đặc biệt.Polypropylene hoặc polyethylene là một thiết kế lý tưởng cho các thùng chứa hoặc các bộ phận có bản lề di chuyển được.
ổn định kích thước
Khi thiết kế một bộ phận bằng nhựa, bạn cần xem xét độ chính xác của sự ăn khớp giữa bộ phận này với các bộ phận khác.Để lắp chính xác, điều quan trọng là phải chọn loại nhựa có độ ổn định kích thước tốt, chẳng hạn như PC, ABS hoặc POM.Trong trường hợp này, PA và PP không phải là một lựa chọn tốt, bởi vì độ co ngót, sức mạnh và tính linh hoạt sẽ không thuận lợi cho thiết kế bộ phận cần hợp tác với các bộ phận khác.Tuy nhiên, trong trường hợp phải sử dụng PA hoặc PP, chất tạo mầm có thể được thêm vào nhựa để cải thiện độ ổn định kích thước.
sức mạnh tác động
Độ bền va đập thể hiện độ dẻo dai của vật liệu - khi độ bền va đập thấp, nó sẽ giòn.Nói chung, độ bền va đập của nhựa tái chế thấp hơn so với nhựa chưa qua xử lý.Khi sợi thủy tinh và sợi carbon được kết hợp với nhựa, độ bền va đập thấp hơn, nhưng độ bền tải và độ mòn cao hơn.
Khi một bộ phận nhựa mới được thiết kế, điều quan trọng là phải xem xét loại lực nào sẽ được tải lên bộ phận đó, lực lớn như thế nào và tần số của lực.Ví dụ, các sản phẩm điện tử cầm tay có thể bị rơi, vì vậy chất liệu vỏ của sản phẩm phải là PC hoặc PC / ABS.Nhựa PC có độ bền va đập gần như cao nhất trong các loại nhựa kỹ thuật thông thường.
Khả năng chống chịu thời tiết và tuyến tính kháng tia cực tím
Khi nhựa được sử dụng ngoài trời, các bộ phận bằng nhựa phải có khả năng chống chịu thời tiết tốt và chống tia cực tím.ASA là một loại nhựa có khả năng chống chịu thời tiết tốt và chống tia cực tím.Tính chất cơ học của nó tương tự như ABS.
Khi phải sử dụng loại nhựa khác, có thể tùy chọn thêm chất ổn định tia cực tím và chất chống chịu thời tiết vào nhựa.Tuy nhiên, bất kỳ loại nhựa dẻo nào cũng phải được kiểm tra kỹ lưỡng trước khi sử dụng để đảm bảo đáp ứng các yêu cầu của sản phẩm.
Đề phòng nhiệt độ
Điều quan trọng là phải xem xét nhiệt độ khi chọn nhựa.Khi động cơ làm việc, nhiệt độ trong vỏ động cơ vào khoảng 70 ℃ - 90 ℃, vì vậy tất cả các vật liệu trong vỏ động cơ phải chịu được nhiệt độ này.
