Kompletní průvodce vstřikovacími formami z hliníku a jejich hospodárností 

Hliníkové vstřikovací formy se díky své hospodárnosti, rychlosti výroby a vysoké přesnosti staly běžnými nástroji v oblasti vstřikování plastů. Formy jsou vyrobeny z vysoce kvalitních hliníkových slitin a jsou široce používány pro výrobu prototypů, nízko až středně velkou výrobu atd. s krátkými termíny uvolnění. Hliníkové formy nemají dlouhý chladicí cyklus jako formy ocelové, proto mají rychlejší chladicí rychlost, což zkracuje dobu cyklu a zlepšuje ekonomiku výroby oproti ocelovým formám. Podobně se při vstřikování hliníku provádí konstrukce formy a obrábění na moderních CNC (Computer Numerical Control) frézách a EDM (Electric Discharge Machining) pro proces vstřikování. Poté je forma připravena přijmout roztavený plast, který je pod vysokým tlakem vstřikován do dutiny. Hliník má vysokou tepelnou vodivost, takže plast může rychle chladnout a tuhnout, což umožňuje rychlejší výrobní cykly než u ocelových forem. Vyrobené díly se poté ořezávají a dokončují, aby se zajistila jejich kvalita po vyhození.

Jednou z hlavních výhod hliníkových forem pro vstřikování plastů jsou nejnižší počáteční náklady oproti ocelovým formám. To je ideální pro výrobce, kteří chtějí vyrábět málo nebo vůbec, aniž by obětovali kvalitu, protože se jedná o levné, ale kvalitní konstrukce pro krátkodobou výrobu. Na rozdíl od ocelových forem však hliníkové formy vyžadují častou výměnu dílů a vydrží pouze 10 000 až 100 000 cyklů v závislosti na údržbě a výběru materiálu. Aby hliníkové vstřikovací formy vydržely co nejdéle, je nutná pravidelná údržba. Na druhou stranu čištění po každém cyklu, sledování opotřebení a poškození a nátěr pro ochranu a podmínky skladování mohou pomoci prodloužit životnost.

Tento článek se zabývá celým procesem výroby hliníku vstřikovací formy, výhody, životnost, údržbu a rozsah nákladů.

Co je to hliníková vstřikovací forma?  

Hliníková vstřikovací forma je forma vyrobená převážně z hliníku nebo hliníkových slitin pro vstřikování plastových dílů. Tyto formy by ve srovnání s běžnými ocelovými formami měly znatelné výhody v rychlosti výroby a počáteční investici.

Konkrétně hliníkové formy jsou vhodné pro výrobu prototypů, nízké až střední výrobní série a pro odvětví, která vyžadují rychlé iterace dílů.

Jak fungují hliníkové vstřikovací formy

1. Návrh forem a CNC obrábění  

Prvním krokem v procesu návrhu hliníkové vstřikovací formy je návrh hliníkové vstřikovací formy na základě požadovaných plastových vlastností dílu. Inženýři provádějí počítačové modelování (CAD), aby vytvořili 3D modely. Jakmile je o formě rozhodnuto, je CNC obráběna z hliníkového bloku, takže je zajištěna velmi vysoká přesnost a preciznost.

2. Příprava a nastavení formy

Po obrábění se na formu aplikují dokončovací procesy, jako je leštění, potahování a vyhazovací kolík. Ty pomáhají zlepšit odolnost formy a zjemnit tok plastu. Poté, co je forma namontována na vstřikovací stroj, je připravena k výrobě.

3. Vstřikování plastů a plnění formy  

Zařízení pro vstřikování plastů roztaví plastové pelety (ABS, polypropylen, nylon) a vytvoří plast v roztaveném stavu, který se za vysokého tlaku vstříkne do dutiny hliníkové formy. Konstrukce formy navíc vytváří rovnoměrné plnění, aby se předešlo problémům, jako jsou vzduchové kapsy a nestejnoměrná tloušťka.

4. Rychlé chlazení a tuhnutí

Tepelná vodivost je jednou z nejlepších tepelných vlastností, které mohou hliníkové formy pro vstřikování získat. Díky své vynikající schopnosti odvádět teplo se hliník ochladí a ztuhne rychleji než ocel. Zkracuje se tím doba cyklu, čímž se zkracuje výroba.

5. Vysunutí hotového dílu

Jakmile se plast dostatečně ochladí, aby ztuhl, vyhazovací kolíky vytlačí díl z formy. V případě potřeby se provede zušlechtění finálního výrobku, drobné ořezání nebo následné zpracování.

6. Opakování procesu

Forma se opět uzavře a cyklus pokračuje v sériové výrobě. Hliníkové formy jsou efektivní pro rychlé cykly, a proto mají tyto typy forem smysl pro rychlou výrobu prototypů a nízké až střední výrobní série.

Proč jsou hliníkové formy lepší

• Lepší odvod tepla, který vede ke zkrácení doby cyklu.
• Vyžaduje méně tepla (a tím i nižší spotřebu energie).
• Úpravy (změny designu nebo vylepšení) se provádějí snadněji.

Použití hliníkových vstřikovacích forem umožňuje výrobcům vytvářet vysoce kvalitní plastové díly s nízkými náklady a v krátkém čase.

Životnost a údržba hliníkových forem

Životnost hliníkových vstřikovacích forem

Životnost hliníkových vstřikovacích forem je dána několika příčinami, jako je kvalita materiálu, množství výroby a také typ plastu. Například hliníkové formy vydrží v průměru 10 000 až 100 000 vstřikovacích cyklů, a proto se hliníkové formy běžně používají pro nízké až středně velké výrobní série.

Hliníkové formy mají kratší životnost ve srovnání s ocelovými formami, které vydrží 500 000 až více než milion cyklů. Jejich životnost lze samozřejmě výrazně prodloužit pomocí ochranného nátěru, správné konstrukce a údržby.

Životnost hliníkových forem ovlivňuje několik faktorů.

1. Výběr materiálu: Slitiny hliníku nižší třídy nejsou tak pevné a odolné jako slitiny hliníku vysoké třídy, jako je 7075 nebo QC 10.

2. Výrobní prostředí: Ve výrobních podmínkách jsou vystaveny vysokým vstřikovacím tlakům a přicházejí do styku s vysoce abrazivními materiály (např. plasty plněné sklem), které přispívají k rychlejšímu opotřebení.

3. To by zahrnovalo chlazení a tepelný cyklus:  hliníková forma chladne mnohem rychleji než ocelová forma, což vede k menšímu tepelnému namáhání. Extrémní výkyvy teplot však mohou časem způsobit praskliny.

4. Povrchové nátěry a úpravy: Niklování, eloxování nebo tvrdé povlaky mohou být účinnými úpravami, které zabraňují opotřebení a korozi, a prodlužují tak životnost formy.

Ačkoli hliníkové formy nejsou vhodné pro velké výrobní série, při správném návrhu a péči mohou vydržet dostatečně dlouho pro výrobu prototypů a nízkých až středních sérií při relativně nízkých nákladech.

Údržba hliníkových vstřikovacích forem 

Pro dosažení maximální životnosti hliníkové formy pro vstřikování a stálé kvality dílů je nutná pravidelná údržba. Hliníkové formy jsou na rozdíl od ocelových forem měkčí a náchylnější k poškrábání nebo poškození, proto je nutná větší preventivní údržba.

Postupy denní údržby

Po každém výrobním cyklu byste například měli formu vyčistit, abyste se zbavili všech zbytků plastů, nečistot a kontaminace. Aby nedošlo k poškrábání povrchu formy, používají se neabrazivní čisticí prostředky. Abyste se při výrobě vyhnuli slepení, můžete použít lehký uvolňovací prostředek formy.

Pravidelné kontroly a opravy

Pravidelné kontroly umožňují včas odhalit povrchové škrábance, promáčkliny nebo drobné praskliny a známky brzkého opotřebení. Zajištění dostatečného počtu vyhazovacích kolíků, dostatečného počtu chladicích kanálů a prostor pro odvzdušnění zajišťuje, že forma bude i nadále fungovat a zůstane efektivní. V případě zjištění opotřebení lze k obnovení výkonnosti výlisku použít drobné opravy, tj. leštění nebo opětovné nanášení nátěru.

Skladování a ochrana

Hliníkové formy by měly být v době nepoužívání skladovány v suchém prostředí s kontrolovanou teplotou, aby nedocházelo ke korozi. Aby se forma udržela v dobrém stavu, doporučuje se před uskladněním natřít ji ochranným nátěrem nebo použít antikorozní sprej.

Běžné problémy s údržbou a jejich řešení

1. Škrábance na povrchu: Vysoká místa lze zmírnit na hladkost použitím jemných lešticích směsí nebo nátěrů.

2. Změna teploty (praskání nebo deformování): Nevystavujte je prudkým změnám teploty, používejte postupné zahřívání a ochlazování.

3. Lisované díly: Pro zlepšení vyhazování z formy použijte na konstrukci dílu uvolňovací prostředky.

4. Koroze nebo oxidace: Měly by být skladovány v kontrolovaném prostředí, kde jsou chráněny nátěry.

Kdy bychom se měli rozhodnout pro výrobu hliníkových vstřikovacích forem? 

1. Když potřebujete rychlé prototypování

Pokud společnost potřebuje vyvinout nový výrobek, ale potřebuje prototypy rychle a levně, jsou vstřikovací formy z hliníku levným a rychlým řešením. Na rozdíl od ocelových forem, které mohou trvat měsíce, musí tyto formy umožnit výrobcům vyrobit zkušební díly za několik dní nebo týdnů. Navíc umožňují rychlé změny designu a pomáhají snižovat náklady na vývoj před zahájením výroby ve velkém měřítku.

2. Pokud je váš objem výroby nízký až střední

Pro výrobu 10 000 až 100 000 plastových dílů je hliníková forma ideální alternativou k ocelové formě ve prospěch výrobce. Na začátku jsou levné, mají kratší výrobní cykly a dobrou životnost, což je ideální pro krátkodobé série nebo sezónní výrobky. Hliníkové formy na rozdíl od ocelových forem, které vyžadují vysoké počáteční investice, umožňují podniku snížit náklady bez snížení kvality.

3. Když záleží na rychlosti a efektivitě

Protože hliník je materiál s vysokou tepelnou vodivostí, vstřikovaný plast se v hliníkových formách ochlazuje mnohem rychleji než v ocelových formách. Takové uspořádání vede ke zkrácení doby cyklu, vyšší efektivitě výroby a nižší spotřebě energie. Hliníkovým formám dávají přednost společnosti, které vyžadují rychlou dobu realizace a které potřebují lepší efektivitu pracovního procesu.

4. Když potřebujete nákladově efektivní nástroje

Vzhledem k vysokým nákladům na zřízení ocelových forem pro začínajícího podnikatele, malou firmu nebo pro uvedení výrobku do provozu nemusí jít o dekorativní investici. Hliníkové vstřikovací formy jsou navíc mnohem levnější než jejich protějšky, takže je dobré je zvolit, pokud máte nízký rozpočet. Pro společnost, která si není jistá, zda její výrobek bude vyžadovat velkosériovou výrobu, snižují hliníkové formy finanční rizika, ale ujistěte se, že díly jsou špičkové kvality.

5. Při požadavku na vysokou přesnost a povrchovou úpravu

Pro vysokou přesnost a hladký povrch jsou ideální hliníkové formy. Použití hliníkových forem je nezbytné při výrobě přísných tolerancí a povrchů bez vad v odvětvích zdravotnických přístrojů, spotřební elektroniky a letecké výroby. Díky dnešním metodám obrábění a dokončování jsou dodavatelé hliníkových forem schopni zajistit vynikající kvalitu dílů a někdy není nutné ani sekundární zpracování.

6. V čem mohou být hliníkové formy nevhodné?

S hliníkovými vstřikovacími formami je spojeno několik výhod, ale ne v každé situaci je jejich použití výhodné. Ocelové formy jsou však vhodnější pro výrobní objemy nad 500 000 dílů díky své odolnosti a dlouhé životnosti. V odvětví vysokotlakého vstřikování se hliníkové formy mohou rychleji opotřebovat, a proto by se neměly používat v extrémních výrobních podmínkách.

Výhody hliníkových vstřikovacích forem

1. Rychlejší doba výroby

Protože hliníkové vstřikovací formy mají mnohem lepší odvod tepla než formy ocelové, vstřikovaný plast se ochlazuje mnohem rychleji. V důsledku toho jsou výrobní cykly s těmito formami podstatně kratší než s formami ocelovými, což rovněž zvyšuje efektivitu.

2. Nižší počáteční náklady

Výroba hliníkových forem je mnohem levnější než výroba ocelových forem používaných při vstřikování. To z nich činí vynikající volbu pro začínající podniky, malosériové výrobce a společnosti, které pracují na vývoji prototypů.

3. Snadnější obrábění a úpravy

Výroba forem je rychlejší a levnější díky tomu, že hliník se lépe řeže a tvaruje než ocel. Kromě toho lze dosáhnout flexibility konstrukce s menším úsilím při provádění úprav a přizpůsobení.

4. Vysoce kvalitní povrchová úprava

Hliníkové formy zajišťují nízkou hmotnost a dobrou povrchovou úpravu dílů bez nutnosti dodatečného zpracování. Hliníkové vstřikovací formy se používají v mnoha průmyslových odvětvích k vytváření dílů s hladkým a detailním designem, které jsou vyrobeny s vysokou přesností.

5. Šetrné k životnímu prostředí

Hliníkové vstřikovací formy jsou ve srovnání s ocelovými alternativami udržitelnou volbou, protože se jedná o recyklovatelný materiál.

Hliníkové vstřikovací formy vs. ocelové formy 

Dva zásadní prvky při výrobě forem jsou hliníkové vstřikovací formy a ocelové formy.

• Počáteční náklady na hliníkové vstřikovací formy zůstávají nižší při zachování vyšších nákladů na ocelové formy.
• Rychlost výroby hliníkových vstřikovacích forem a ocelových forem se liší, protože u hliníkových forem dochází k rychlejšímu chlazení při zachování kratších cyklů na rozdíl od ocelových forem, které pracují s delšími výrobními cykly.
• Ocelové formy mají delší životnost než hliníkové vstřikovací formy, protože jejich provozní rozsah se pohybuje od 100 000 do více než 100 000 cyklů, zatímco hliníkové formy mají životnost 10 000 až 100 000 cyklů.
• Hliníkové formy jsou lépe obrobitelné než formy ocelové, avšak ocelové formy představují pro uživatele větší nároky na modifikaci.
• Povrchová úprava vykazuje vysokou kvalitu a vyžaduje dodatečnou úpravu leštěním.
• Hliníkové formy jsou pro výrobu výrobků v krátkém až středním výrobním období hospodárnější než formy ocelové, protože prodlužují menší počet výrobních cyklů.

Použití hliníkových vstřikovacích forem

1. Vytváření prototypů a vývoj produktů

Společnosti zabývající se rychlou výrobou prototypů si vybírají hliníkové vstřikovací formy pro jejich cenovou dostupnost a schopnost provádět rychlé úpravy konstrukce.

2. Nízký až střední objem výroby

Kombinace cenové dostupnosti a kvality dodávek činí hliníkové vstřikovací formy vhodnými pro výrobu 10 000 až 100 000 dílů bez negativních dopadů.

3. Zdravotnické a spotřební zboží

Hliníkové formy slouží mnoha průmyslovým odvětvím, která se věnují výrobě lékařských přístrojů a spotřebních výrobků, protože tyto aplikace vyžadují efektivní výrobu přesných součástí.

4. Letecký a automobilový průmysl

Pozitivní účinky hliníkových forem zahrnují výrobu lehkých komponentů, které vytvářejí důležité vysoce výkonné konstrukce pro letecká vozidla a automobilovou dopravu.

Náklady na hliníkové vstřikovací formy

• Dražší hliníkové vstřikovací formy jsou výsledkem kombinace tří hlavních faktorů, kterými jsou složitost jejich velikosti a objem výroby.
• Celkové náklady na výrobu hliníkových vstřikovacích forem určuje několik proměnných.
• Při výrobě složitých nebo velkých hliníkových forem se náklady zvyšují v důsledku rostoucí potřeby materiálu a rostoucích nákladů na pracovní sílu.
• Výrobci zesilují hliníkové vstřikovací formy přidáním ochranných povlaků, pokud se plánuje velkosériová výroba, protože tyto úpravy prodlužují provozní životnost formy.
• Náklady se zvyšují při použití forem s více dutinami, které současně vytvářejí mnoho dílů.
• Změny provedené po zahájení výroby způsobí dodatečné náklady.

2. Náklady na výrobu forem mezi hliníkovými a ocelovými typy si zaslouží prozkoumat.

Následující tabulka obsahuje analýzu nákladů a rychlosti různých typů vstřikovacích forem na plasty v průběhu výroby:

Jak vybrat správného výrobce hliníkových vstřikovacích forem

Při výběru výrobce hliníkových forem pro vstřikování berte v úvahu:

• Pověst a zkušenosti s výrobci: Spolupracujte s výrobci, kteří mají vynikající pověst a zkušenosti s výrobou vysoce kvalitních forem.
• Záruka určité schopnosti nastavení: Pro výrobce by nemělo být obtížné díly nastavit.
• Lepší odolnost a životnost: Kvalita použitého hliníku je High Grade, což prodlužuje životnost notebooku.
• Doba dodání formy: Každý dobrý výrobce dodá formy rychle a bez snížení kvality.
• Údržba a opravy: Vyberte si společnosti, které nabízejí poprodejní podporu.

Závěr 

Hliníkové vstřikovací formy představují efektivní, nákladově efektivní a rychlý způsob výroby plastových dílů. Používají se k rychlému vytváření prototypů , jak v nízké až střední výrobě, tak v odvětvích, která vyžadují vysokou přesnost. Díky tomu se doba chlazení zkracuje na zlomky času běžných ocelových forem a výrobní cykly jsou rychlejší. Hliníkové formy mají sice nižší počáteční náklady a rychlejší výrobu, ale opotřebení oceli o kovový povrch je větší a nevydrží tak dlouho. Navzdory tomu mohou výrobci při dodržení mazání, ochranných povlaků a pravidelném čištění prodloužit jejich použitelnost až o 100 000 cyklů. V závislosti na objemu výroby, rozpočtu a dalších požadavcích konkrétního projektu se lze rozhodnout mezi hliníkovými a ocelovými formami. 

Hliníkové vstřikovací formy jsou ideální náhradou drahých ocelových forem pro krátkodobé projekty, prototypy a aplikace citlivé na náklady. Alternativně jsou ocelové formy vhodnější pro extrémní odolnost, pokud je vyžadován vysoký stupeň objemu výroby. Díky znalostem o procesu, výhodách a údržbě hliníkových vstřikovacích forem mohou podniky vyvážit náklady, kvalitu a efektivitu výroby. Bez ohledu na to, zda se plastové formy používají pro malosériovou výrobu nebo pro testování nových návrhů výrobků, jsou považovány za důležitý přínos v moderní výrobě plastů.

Často kladené otázky (FAQ)

1. Proč se používají hliníkové vstřikovací formy?

Při výrobě plastových dílů se hliníkové vstřikovací formy běžně používají při rychlé výrobě prototypů, v nízko až středně velkých sériích a v průmyslových odvětvích, kde je naléhavě nutné zajistit rychlou realizaci. Běžně se používají ve zdravotnictví, automobilovém a leteckém průmyslu a při výrobě spotřebních výrobků.

2. Jak dlouho vydrží hliníkové vstřikovací formy?

Delta D poskytuje zákazníkům vysoce efektivní a dlouhou životnost pro účely zpracování kovů, ale životnost hliníkových forem závisí na kvalitě materiálu, údržbě a výrobních podmínkách. Jejich průměrný cyklus se pohybuje mezi 10 000 a 100 000 cykly, což je vhodné pro krátkodobou a prototypovou výrobu.

3. Jsou hliníkové vstřikovací formy levnější než ocelové?

Vstřikování hliníku stojí mnohem méně než vstřikování oceli. Pro vyšší rychlost výroby a kratší dobu obrábění, nižší počáteční náklady, jsou ekonomicky výhodné pro výrobu krátkých sérií.

4. Jaké jsou limity hliníkových forem při vysokotlakém vstřikování?

Hliníkové formy jsou sice schopné zvládnout vstřikování pod středně vysokým tlakem, ale nejsou tak odolné jako ocelové formy pro velmi vysoký pracovní tlak a velkoobjemové aplikace. Přesto je lze posílit ochrannými povlaky a výztuhami.

5. Kterým odvětvím jsou vstřikovací formy na hliník nejpřínosnější?

Z tohoto důvodu jsou hliníkové vstřikovací formy velmi užitečné pro průmyslová odvětví, jako jsou zdravotnické přístroje, spotřební elektronika, výroba prototypů pro automobilový průmysl a dokonce i pro letecký průmysl.