Turnarea prin injecție este un proces de fabricație utilizat pe scară largă pentru producerea articolelor de la jucării și păpuși din plastic la panouri pentru caroserii auto, sticle de apă și carcase pentru telefonul mobil. Un plastic lichid este forțat într-o matriță și se vindecă - sună simplu, dar este un proces complex. Lichidele utilizate variază de la sticlă fierbinte la o varietate de materiale plastice - termoreglare și termoplastic.
Istorie
Prima mașină de turnare prin injecție a fost patentată în 1872, iar celuloidul a fost utilizat pentru a produce articole simple de zi cu zi, cum ar fi pieptenele de păr.
Imediat după cel de-al Doilea Război Mondial, a fost dezvoltat un proces de perfecționare a injecției mult îmbunătățit - „injecția cu șuruburi” și este cea mai utilizată tehnică astăzi. Inventatorul său, James Watson Hendry, a dezvoltat ulterior „modelarea prin suflare”, care este folosită, de exemplu, pentru a produce sticle moderne de plastic.
Tipuri de plastic
Materialele plastice utilizate la modelarea prin injecție sunt polimeri - substanțe chimice - fie termorezistente, fie termoplastice. Plasticul termorezistent se stabilește prin aplicarea căldurii sau printr-o reacție catalitică. Odată vindecate, ele nu pot fi reînlocuite și reutilizate - procesul de întărire este chimic și ireversibil. Cu toate acestea, termoplastiile pot fi încălzite, topite și reutilizate.
Plasticul termorezistent include epoxi, rășini fenolice polesterandice, în timp ce termoplastiile includ nylon și polietilenă. Există aproape douăzeci de mii de compuși plastici disponibili pentru modelarea prin injecție, ceea ce înseamnă că există o soluție perfectă pentru aproape orice cerință de turnare.
Sticla nu este un polimer și, prin urmare, nu se potrivește definiției acceptate de termoplastic - deși poate fi topită și reciclată.
Mucegaiul
Fabricarea matrițelor a fost istoric un meșteșug cu înaltă calificare („fabricarea matrițelor”). O matriță este, de obicei, în două ansambluri principale fixate împreună într-o presă. Realizarea unei matrițe necesită adesea proiectare complexă, operații multiple ale mașinilor și un grad ridicat de abilitate.
Instrumentul este de obicei din oțel sau cupru beriliu, care este utilizat pentru fabricarea mucegaiului necesită un tratament termic pentru întărirea acestuia. Aluminiu este mai ieftin și mai ușor de prelucrat și poate fi utilizat pentru producția de rulare mai scurtă. În zilele noastre, tehnicile de frezare și eroziune cu scânteie (EDM) controlate de calculator au permis un grad ridicat de automatizare a procesului de fabricație a matriței.
Unele matrițe sunt proiectate pentru a produce mai multe piese conexe - de exemplu, un kit de avion model - și acestea sunt cunoscute sub numele de matrițe de familie. Alte modele de matriță pot avea mai multe copii („impresii”) ale aceluiași articol produse într-o singură „lovire” - adică o injecție de plastic în matriță.
Cum funcționează modelarea prin injecție
Există trei unități principale care alcătuiesc o mașină de modelare prin injecție - buncărul de alimentare, butoiul de încălzire și ramul. Plasticul din buncăr este sub formă granulară sau sub formă de pulbere, deși unele materiale precum cauciucul siliconic pot fi un lichid și pot să nu necesite încălzire.
Odată ajunsă în formă lichidă fierbinte, berbecul („șurubul”) forțează lichidul în matrița strâns strânsă și în seturile de lichid. Plasticele topite mai vâscoase necesită presiuni mai mari (și încărcări de presare mai mari) pentru a forța plasticul în fiecare țesătură și în fiecare colț. Plasticul se răcește pe măsură ce matrița metalică conduce căldura și apoi presa este rotită pentru a îndepărta modelul.
Cu toate acestea, pentru materialele termorezistente, matrița va fi încălzită pentru a seta plasticul.
Avantajele turnării prin injecție
Turnarea prin injecție permite fabricarea de forme complexe, unele dintre ele putând fi aproape imposibil de produs economic prin orice alte mijloace.
Gama largă de materiale permite o potrivire aproape exactă a proprietăților fizice cerute de articol și modelarea cu mai multe straturi permite adaptarea proprietăților mecanice și aspectul vizual atractiv - chiar și în a periuta de dinti
În volum, este un proces cu costuri reduse, probabil cu un impact minim asupra mediului. Există puține resturi create în acest proces și resturi care sunt produse, care sunt re-măcinate și reutilizate.
Dezavantajele turnării prin injecție
Investiția în unelte - fabricarea matriței - necesită, de obicei, producție de volum mare pentru a recupera investiția, deși acest lucru depinde de articolul specific.
Producția de unelte necesită timp de dezvoltare și unele părți nu se pretează cu ușurință la o proiectare practică a matriței.
Economia modelării prin injecție
O matriță de înaltă calitate, deși cu un cost relativ ridicat, va putea să scoată sute de mii de „impresii”.
Plasticul în sine este destul de ieftin și în ciuda energiei necesare pentru încălzirea plasticului și ciclul acestuia apăsați (pentru a elimina fiecare impresie), procesul poate fi economic chiar și pentru cele mai de bază articole, cum ar fi sticla capace.
Formarea prin injecții ieftine a dus la final la disponibilitate - de exemplu, apa de ras și pixuri.
Cu câteva sute de noi compuși plastici dezvoltați în fiecare an și tehnici moderne de fabricare a matriței, modelarea prin injecție va continua să crească în utilizare în următorii cincizeci de ani. Deși materialele termorezistente nu pot fi reciclate, utilizarea lor, în special pentru componente de înaltă precizie, este de asemenea în creștere.