Изготовление металлических пресс-форм
Что такое формование
Формование резины - это процесс, при котором некоторое количество неотвержденной резины или эластомера превращается в пригодный для использования продукт. Резиновые изделия изготавливаются из эластомеров или неотвержденной резины, и существует ряд различных процессов формования резины.
Процесс формования резины
Многие резиновые компоненты и изделия образуются в процессе формования, во время которого неотвержденная резина подвергается химическому процессу, который делает полимерные цепи в материале жесткими или твердыми. В процессе часто используется тепло, чтобы сократить время отверждения.
Типы резиновых пресс-форм
Существует три типа процессов формования резины:
Формование резины компрессионным прессованием
Компрессионное формование представляет собой процесс, состоящий из нескольких элементов: получение необходимой резиновой смеси и изготовление заготовки по форме конечного продукта. Заготовка обеспечивает избыток материала при полном заполнении пространства. После закладывания, форма закрывается и нагревается. За счет повышенной температуры и давления заготовка заполняет форму. Когда полость залита, избыток в пресс-форме заполняет облойные канавки. По окончании процесса, лишняя резина изымается, обычно вручную, оставляя в полости пресс-формы готовый формованный продукт.
Компрессионное формование часто выбирают для изделий средней твердости при производстве в малых объемах. Либо для изготовления из особо дорогих материалов. Этот процесс помогает минимизировать количество переполнения или брака, создаваемым в процессе формования резины.
При создании сложных резиновых изделий, полученных прессованием, некоторые конструкции пресс-форм более трудозатратны для закладки в них резины. Кроме того, процесс компрессионного формования жестких резиновых смесей недостаточно хорошо подходит под требования к расходу материала.
Преимущества компрессионного метода:
- Экономически эффективный инструмент
- Максимальное количество гнезд
- Экономичный процесс для средней точности
Компрессионное формование может быть экономически эффективным решением в ситуациях, когда:
- При наличии пресс-формы;
- Низком требуемом объеме;
- Необходимость склеивания резины с металлом;
- Сечение детали очень большое и требует длительного времени отверждения.
Область применения компрессионного формования варьируется от простых уплотнительных колец до сложных тормозных мембран. Резинопласт также предлагает различные резинотехнические изделия, формованные посредством компрессионного метода или услуги по производству РТИ на нашем оборудовании.
Литье резины под давлением
Литье резины под давлением успешно изменяет процесс пластики, нагревая резину и оказывая на нее значительно большее давление на квадратный сантиметр поверхности при формовании. Это отличается от процесса литья пластмасс под давлением, когда материалы охлаждаются под меньшим давлением. Благодаря различным инновациям литье под давлением стало во многих случаях одним из наиболее эффективных способов создания формованных резиновых изделий.
Процесс инжекции и литьевого формования начинается с эффективной подготовки материала. После тщательного вымешивания и формирования, навеска размельчается на полосы шириной 5-7 сантиметров. Эти полоски затем подают в шнек, который, в свою очередь, заполняет цилиндр соответствующим заданным количеством резинового материала. Об аппарате способном качественно и без труда нарезать заготовки из резины рассказано в предыдущей статье: “Режущий инструмент на производстве изделий из резины и силикона”.
Преимущества литья под давлением:
- Отсутствие заготовок. Производство заготовок является трудоемким этапом, который может потенциально повлиять на готовый продукт из-за различий в весе и форме;
- Отсутствует операторское вмешательство в процесс производства - поскольку заготовки исключаются, устраняется необходимость для операторов размещать заготовки в пресс-форме (компрессионное формование) или в камере (трансферное формование);
- Впрыскивающее сопло предварительно нагревает материал перед подачей - нагрев снижает вязкость, что позволяет ему легче течь и распространяться по пресс-форме; процесс обеспечивает возможность уменьшения времени отверждения; находится в процессе вулканизации за счет тепла, получаемого во время впрыска;
- Сокращенное время цикла;
- Экономичный процесс для больших объемов компонентов средней и высокой точности;
- Минимальные отходы.
Литье под давлением один из самых распространенных методов формования изделий. Причиной тому служит высококачественное оборудование, которое способно работать не только с резиной, но еще и с силиконом.
Трансферное формование резины
Как и при компрессионном формовании, трансферное требует вторичной обработки сырья. Однако отличается тем, что полимерный материал помещают в камеру перед формой, расположенную между верхней плитой и поршнем. После подачи материала в емкость и закрывания пресс-формы, он расплавляется в камере и происходит впрыск через узкое сопло. Такой способ трансферного переноса через литник способствует повышению однородности температурного поля в массе материала, а также улучшению его гомогенизации.
Некоторые преимущества трансферного формования перед компрессионным:
- Большое количество гнезд;
- Заготовки можно вырезать вручную из сырья, тем самым уменьшая вероятность загрязнения, которое может возникнуть в инъекционном шнеке при литьевом формовании.
- Изготовление более ответственных деталей. Форма статична и не открывается из-за переизбытка. Это сохраняет геометрию детали точной, а линии разделения меньше и менее заметно;
- Экономичный процесс для средних и высокоточных компонентов;
Основной недостаток трансферного формования заключается в увеличении количества отходов. Это можно увидеть по остатку резины в камере нагрева, которую можно либо переработать, либо выбросить.
Резиновые формовочные материалы
Для формования доступен широкий ассортимент натуральных и синтетических каучуков. Чаще всего используются:
- Нитрил или Буна-Н - наиболее популярное и недорогое решение для литья резины. Свойства включают устойчивость к воде, гидравлической жидкости, маслу и растворителям. Другие свойства включают высокую стойкость к истиранию и разрыву с высокими механическими свойствами;
- Гидрогенизированный нитрил - это более дорогая гидрогенизированная разновидность нитрильного полимера, которая почти в пять раз увеличивает его устойчивость к теплу, нефтепродуктам и озону. В настоящее время он широко используется в автомобильной, морской и авиационной промышленности для использования в уплотнениях для агрегатов кондиционирования воздуха, деталей двигателей, подвески транспортных средств и топливных систем;
- Этилен-пропилен-диеновый мономер (EPDM) - обычно используется в резиновых формованных изделиях для паровых систем, уплотнений автомобильных панелей и тормозных систем из-за его высокой устойчивости к тормозной жидкости. EPDM имеет широкий диапазон рабочих температур для автомобильной промышленности и прост в использовании для создания гладких экструдированных продуктов. Низкая стоимость делает его привлекательным вариантом;
- Силикон - устойчив к воздействию высоких и низких температур, очень эластичен и обладает хорошей атмосферостойкостью. Эти свойства предполагают типичное применение в медицинских устройствах и пищевой промышленности. К сожалению, это полуорганический эластомер, который легко рвется и не подходит для изделий, подверженных сильному износу;
- Фторсиликон - сочетает в себе преимущества силикона в температурном диапазоне с устойчивостью к маслам, топливу и растворителям, которые содержатся во фторуглеродах. В настоящее время этот материал широко используется в аэрокосмической промышленности из-за его широкого диапазона температур, долговечности и устойчивости к продуктам на нефтяной основе. Обладает плохими абразивными и фрикционными качествами;
- Неопрен - как прочный многоцелевой материал, его можно использовать в большом количестве решений для формования резины. Он обладает хорошими огнестойкими и абразивными свойствами и часто используется в производстве общественного транспорта и транспортного оборудования. В компонентах автомобилей неопрен используется для производства чехлов шарниров равных угловых скоростей, кожухов шлангов, виброопор, амортизаторов, оконных уплотнителей и прокладок;
- Натуральный каучук - это натуральный продукт, производимый из латекса, полученного из каучукового дерева, который теперь также можно производить синтетическим путем. Обладает высокой прочностью на разрыв, хорошими абразивными и поверхностными свойствами трения. Это делает его идеальным материалом для изготовления гасителей вибрации, уплотнений, уплотнительных колец, креплений оборудования и компонентов, диафрагм и бамперов. Натуральный каучук хорошо сцепляется с металлами. Из-за низкой толерантности к УФ-лучам и озону не рекомендуется длительное воздействие солнечных лучей или продуктов на основе нефти;
- SBR (стирол-бутадиен) - один из наиболее экономичных полимеров, который может использоваться в формовании резины и часто используется в производстве шин, диафрагм, уплотнений и прокладок, а также в массовом производстве других резиновых деталей из-за его долговечности. Хотя это отличный материал для применений на водной основе, следует проявлять осторожность, если компонент подвергается длительному воздействию продуктов на нефтяной основе и растворителей;
- Фторуглерод - эта относительно дорогая резиновая смесь сочетает в себе широкий спектр химической стойкости и жаропрочных свойств. Общие области применения включают шланги, уплотнительные кольца, прокладки и уплотнения топливной системы для увеличения срока службы компонентов. Обладает хорошей стойкостью к нефтепродуктам. Не рекомендуется использовать при воздействии горячей воды и пара;
- Бутил - обладает высокой газопроницаемостью. Это делает его идеальным решением для производства уплотнений для газовых и вакуумных систем высокого давления. Он также обладает хорошими звукопоглощающими свойствами и экономичен, хотя и немного дороже традиционных полимеров. Не следует использовать при воздействии нефтепродуктов или истирания;
- Уретан - это довольно дорогой, но широко используемый материал в приложениях, подверженных высокому давлению и постоянным ударным нагрузкам из-за его превосходной стойкости к истиранию и высокой прочности на разрыв. Его характеристики действительно ухудшаются из-за водопоглощения и потери прочности на разрыв при более высоких температурах.
Изготовление пресс-форм
Самым важным аспектом создания качественных формованных изделий из резины является конструкция, изготовление, установка и работа пресс-формы. Форма является частью более сложной машины, в зависимости от применяемого метода впрыска, сжатия или переноса, что позволяет пресс-форме непрерывно загружать материал и создавать готовые компоненты. Процесс изготовления пресс-формы включает:
- Дизайн - управление этим процессом в бизнесе, который производит большие объемы одного или нескольких типов резиновых компонентов, можно упростить с помощью программного обеспечения для трехмерного (3-мерного) моделирования. Конструкция формы должна быть совместима с фактическим формовочным оборудованием, на котором она будет установлена. 3D-дизайнер создает цифровую модель пресс-формы, стержня и полости в соответствии со спецификацией компонента;
- Материалы - в процессе массового производства пресс-форма должна иметь возможность точно воспроизводить компоненты с минимальным просыпанием материала и с высокой частотой. Размер, вес и температура отверждения компонента будут определять размер и материал формы. Формы для формования резины могут изготавливаться из гипса или других каучуков, но, в первую очередь, из металлических сплавов различного качества в случае форм многократного использования;
- Производство - этот процесс включает в себя отливку компонентов и использование высокоточного оборудования, включая фрезерные, сверлильные, шлифовальные и полировальные станки для создания контуров компонентов пресс-формы;
- Тестирование - компоненты пресс-форм проходят испытания, чтобы убедиться, что они соответствуют всем аспектам проектных спецификаций с точки зрения отделки поверхности, стабильности размеров, долговечности и механических свойств;
Преимущества резиновой формовки
Физические свойства различных резиновых смесей, включая прочность, гибкость, устойчивость к нагрузкам и износу, пригодность для вторичного использования и легкость формования, делают их идеальными для массового производства компонентов с широким спектром применения;
Формование резины, как правило, требует низкого энергопотребления, и большинство каучуков, синтетических и натуральных, легко перерабатываются. Таким образом, углеродный след любого резинового изделия невелик, а легкий вес формованных резиновых компонентов в самолетах, автомобилях и других способах транспортировки еще больше снижает потребление энергии;
Производство резиновых формованных деталей является рентабельным из-за простоты используемых процессов. При производстве теряется минимум материалов, а лом легко перерабатывается. Компоненты могут изготавливаться с очень высокой производительностью, безупречной точностью и слишком малыми допусками;
Формовочные машины могут производить широкий спектр компонентов, просто меняя отдельные формы, что обеспечивает высокий КПД машины. Большинство процессов можно полностью автоматизировать, что снижает эксплуатационные расходы.
Проблемы с резиновой формовкой
Хотя механические аспекты формования резиновых изделий относительно просты, в этом процессе есть некоторые проблемы:
- Усадка - из-за разницы в коэффициентах расширения формы и компонента всегда будет определенная степень усадки отвержденного компонента. Это должно быть компенсировано проектным размером формы.
- Вспышка пресс-формы - когда пресс-форма раскалывается после изготовления компонента, возникает разделительная линия (вспышка), вызванная небольшим просачиванием резинового материала между двумя поверхностями. Степень загорания формы контролируется за счет уменьшения допусков между поверхностями формы и предварительного нагрева резинового материала.
- Пористость - пузыри на поверхности формованного компонента возникают из-за захваченных газов, а пористость - в результате неравномерного или неполного отверждения в процессе формования.
- Следы течения - следы течения или дефекты на поверхности детали могут быть результатом дефекта на поверхности формы или дефекта в процессе или направлении потока.
- Расслоение поверхности - загрязненные материалы могут вызывать появление слоев, которые выглядят как покрытия на поверхности компонентов. Это могло быть результатом попадания посторонних материалов и чрезмерного количества разделительных агентов.
- Деформация - из-за нелинейного охлаждения компонент скручивается или деформируется при выходе из формы.
- Следы ожога - вызванные термической деградацией поверхностей затвердевших компонентов в результате чрезмерного нагрева или слишком высоких скоростей впрыска.
Вулканизационные пресса
Формование резины включает в себя три различных процесса: сжатие, впрыск, перенос и специальное оборудование для каждого типа:
Оборудование для компрессионного формования резины
Компрессионное формование - наиболее распространенный процесс, который включает приложение давления к заданному количеству формовочного материала до и во время процесса отверждения. Этот процесс лучше всего подходит для малых и средних объемов производства, не требующих жестких допусков и гладкой отделки. Компрессионное формование рекомендуется для изготовления диафрагм, деталей клапана, прокладок, демпферов, уплотнительных колец, уплотнений, резиновых быстроизнашивающихся деталей и т. Д.
Машины для литья резины под давлением
Полностью гидравлическая машина для зажима форм в настоящее время является предпочтительной машиной для литья резины под давлением многих производителей. Процесс литья под давлением особенно подходит для массового производства высококачественных прецизионных компонентов. Он включает в себя впрыскивание фиксированных объемов резинового материала под давлением в закрытую форму перед отверждением и выпуском компонента.
Машины для трансферного литья
В случае формования с переносом резины резиновый материал течет в открытую форму до тех пор, пока она не закроется. Это может привести к газообразованию и усадке детали, которая не может быть исправлена в процессе отверждения. Машины для трансферного формования резины используются для точного формования резины, приклеивания резины к металлическим деталям, герметизации электронных деталей, медицинских изделий, вставки электрических соединителей и т. Д. Машины для трансферного формования относительно недороги и имеют простой производственный процесс.
