Kompletny przewodnik po aluminiowych formach wtryskowych i ich opłacalności 

Ze względu na ich opłacalność, dużą szybkość produkcji i wysoką precyzję, aluminiowe formy wtryskowe stały się powszechnymi narzędziami w dziedzinie formowania wtryskowego tworzyw sztucznych. Formy są wykonane z wysokiej jakości stopów aluminium i są szeroko stosowane do prototypowania, produkcji nisko- i średnioseryjnej itp. z krótkimi czasami uwalniania. Formy aluminiowe nie mają długiego cyklu chłodzenia, tak jak formy stalowe, dlatego mają szybsze tempo chłodzenia, co skraca czas cyklu i poprawia ekonomikę produkcji w porównaniu z formami stalowymi. Podobnie, w przypadku formowania wtryskowego aluminium, projekt formy i obróbka na zaawansowanym frezowaniu CNC (Computer Numerical Control) i EDM (Electric Discharge Machining) są wykonywane dla procesu formowania. Następnie forma jest gotowa do przyjęcia stopionego tworzywa sztucznego, które jest wtryskiwane pod wysokim ciśnieniem do wnęki. Aluminium ma wysoką przewodność cieplną, dzięki czemu tworzywo sztuczne może szybko schłodzić się i zestalić, umożliwiając tym samym szybsze cykle produkcyjne niż w przypadku form stalowych. Uformowane części są następnie przycinane i wykańczane, aby zapewnić jakość po ich wyrzuceniu.

Najniższy początkowy koszt form aluminiowych w porównaniu z formami stalowymi jest jedną z głównych zalet form aluminiowych do formowania wtryskowego. Jest to idealne rozwiązanie dla producentów, którzy chcą niewielkiej lub żadnej produkcji bez poświęcania jakości, ponieważ są to tanie, ale wysokiej jakości projekty do produkcji krótkoseryjnej. Jednak w przeciwieństwie do form stalowych, formy aluminiowe wymagają częstej wymiany części i wytrzymują tylko od 10 000 do 100 000 cykli, w zależności od konserwacji i doboru materiału. Regularna konserwacja jest konieczna, aby zapewnić jak najdłuższą żywotność aluminiowych form wtryskowych. Z drugiej strony, czyszczenie po każdym cyklu, obserwacja zużycia i uszkodzeń oraz powlekanie w celu ochrony i warunków przechowywania może pomóc wydłużyć żywotność.

W tym artykule omówimy cały proces produkcji aluminium forma wtryskowa, korzyści, żywotność, konserwacja i zakres kosztów.

Co to jest aluminiowa forma wtryskowa?  

Aluminiowa forma wtryskowa to forma wykonana głównie z aluminium lub stopów aluminium do formowania wtryskowego części z tworzyw sztucznych. Formy te, w porównaniu z konwencjonalnymi formami stalowymi, mają znaczące zalety w zakresie szybkości produkcji i początkowej inwestycji.

W szczególności formy aluminiowe doskonale nadają się do prototypowania, niskich i średnich serii produkcyjnych oraz w branżach, które wymagają szybkich iteracji części.

Jak działają aluminiowe formy wtryskowe

1. Projektowanie form i obróbka CNC  

Pierwszym krokiem w procesie projektowania aluminiowych form wtryskowych jest zaprojektowanie aluminiowej formy wtryskowej w oparciu o pożądane właściwości plastyczne części. Modelowanie wspomagane komputerowo (CAD) jest wykonywane przez inżynierów w celu stworzenia modeli 3D. Po ustaleniu kształtu formy, jest ona obrabiana CNC z bloku aluminium, co zapewnia bardzo wysoką precyzję i dokładność.

2. Przygotowanie i konfiguracja formy

Następnie, po obróbce, na formę nakładane są procesy wykończeniowe, takie jak polerowanie, powlekanie i wypychanie. Pomagają one poprawić trwałość formy i wygładzić przepływ tworzywa sztucznego. Po zamontowaniu formy na wtryskarce jest ona gotowa do produkcji.

3. Wtrysk tworzywa sztucznego i wypełnianie formy  

Urządzenia do formowania wtryskowego topią granulki tworzyw sztucznych (ABS, polipropylen, nylon), tworząc tworzywo sztuczne w stanie stopionym, które zostanie wtryśnięte do aluminiowej wnęki formy pod wysokim ciśnieniem. Ponadto, konstrukcja formy zapewnia jednolite wypełnienie, aby zapobiec problemom takim jak kieszenie powietrzne i niejednolita grubość.

4. Szybkie chłodzenie i krzepnięcie

Przewodność cieplna jest jedną z najlepszych właściwości termicznych, jakie mogą uzyskać aluminiowe formy do formowania wtryskowego. Ze względu na doskonałą funkcję rozpraszania ciepła, aluminium ostygnie i zestali się szybciej niż stal. Skraca to czas cyklu, zmniejszając tym samym produkcję.

5. Wyrzucanie gotowej części

Gdy tworzywo sztuczne osiągnie wystarczającą temperaturę do zestalenia, trzpienie wypychające wypychają część z formy. Wyrafinowany produkt końcowy jest wykonywany w razie potrzeby, z niewielkim przycinaniem lub obróbką końcową.

6. Powtórz proces

Forma zamyka się ponownie i cykl jest kontynuowany do masowej produkcji. Formy aluminiowe są skuteczne w przypadku szybkich cykli, a zatem tego typu formy mają sens w przypadku szybkiego prototypowania i niskich do średnich serii produkcyjnych.

Dlaczego formy aluminiowe są lepsze

• Lepsze rozpraszanie ciepła, które prowadzi do skrócenia czasu cyklu.
• Wymaga mniej ciepła (a tym samym mniejszego zużycia energii).
• Modyfikacje (zmiany w projekcie lub ulepszenia) są łatwiejsze do wprowadzenia

Korzystanie z aluminiowych form wtryskowych pozwala producentom tworzyć wysokiej jakości części z tworzyw sztucznych przy niskich kosztach i w krótkim czasie.

Żywotność i konserwacja form aluminiowych

Żywotność aluminiowych form wtryskowych

Żywotność aluminiowych form wtryskowych zależy od kilku czynników, takich jak jakość materiału, wielkość produkcji, a także rodzaj tworzywa sztucznego. Na przykład, aluminiowe formy wtryskowe mogą wytrzymać średnio od 10 000 do 100 000 cykli wtrysku, dlatego też formy aluminiowe są powszechnie stosowane do produkcji o małej i średniej objętości.

Formy aluminiowe mają krótszą żywotność w porównaniu do form stalowych, które mogą wytrzymać od 500 000 do ponad miliona cykli. Oczywiście ich żywotność można znacznie wydłużyć za pomocą powłoki ochronnej, odpowiedniej konstrukcji i konserwacji.

Na żywotność form aluminiowych wpływa kilka czynników.

1. Wybór materiału: Niższej klasy stopy aluminium nie są tak wytrzymałe i trwałe jak wysokiej klasy stopy aluminium, takie jak 7075 lub QC 10.

2. Środowisko produkcyjne: Są one narażone na wysokie ciśnienie wtrysku w warunkach produkcyjnych i mają kontakt z materiałami o wysokiej ścieralności (takimi jak tworzywa sztuczne wypełnione szkłem), które przyczyniają się do szybszego zużycia.

3. Obejmuje to chłodzenie i cykl termiczny:  Aluminiowa forma chłodzi się znacznie szybciej niż stalowa, co powoduje mniejsze naprężenia termiczne. Ekstremalne wahania temperatury mogą jednak z czasem powodować pęknięcia.

4. Powłoki i obróbka powierzchni: Niklowanie, anodowanie lub twarde powłoki mogą być skutecznymi zabiegami zapobiegającymi zużyciu i korozji, a tym samym zwiększającymi żywotność formy.

Chociaż formy aluminiowe nie są zadowalające w przypadku dużych serii produkcyjnych, przy odpowiednim projekcie i pielęgnacji mogą one wytrzymać wystarczająco długo, aby wykonać prototyp i niskie lub średnie serie produkcyjne przy stosunkowo niskim koszcie.

Konserwacja aluminiowych form wtryskowych 

Aby osiągnąć maksymalną żywotność formy aluminiowej do formowania wtryskowego i stałą jakość części, konieczna jest regularna konserwacja. Formy aluminiowe, w przeciwieństwie do form stalowych, są bardziej miękkie i podatne na zarysowania lub uszkodzenia, dlatego konieczna jest bardziej zapobiegawcza konserwacja.

Procedury codziennej konserwacji

Na przykład po każdym cyklu produkcyjnym należy wyczyścić formę, aby pozbyć się wszelkich pozostałości plastiku, gruzu i zanieczyszczeń. Aby uniknąć zadrapań na powierzchni formy, stosuje się nieścierne środki czyszczące. Aby uniknąć przywierania podczas produkcji, można zastosować lekki środek antyadhezyjny.

Okresowe przeglądy i naprawy

Rutynowe kontrole pozwalają na wczesną identyfikację zarysowań powierzchni, wgnieceń lub drobnych pęknięć oraz oznak wczesnego zużycia. Zapewnienie wystarczającej liczby sworzni wypychaczy, wystarczającej liczby kanałów chłodzących i obszarów wentylacyjnych gwarantuje, że forma będzie nadal działać i pozostanie wydajna. Drobne naprawy, tj. polerowanie lub ponowne powlekanie, mogą być wykorzystane do przywrócenia wydajności formy w przypadku wykrycia zużycia.

Przechowywanie i ochrona

Formy aluminiowe powinny być przechowywane, gdy nie są używane, w suchym środowisku o kontrolowanej temperaturze, aby nie doszło do korozji. Aby utrzymać formę w dobrym stanie, przed przechowywaniem zaleca się nałożenie powłoki ochronnej lub zastosowanie sprayu antykorozyjnego.

Typowe problemy związane z konserwacją i ich rozwiązania

1. Zarysowania powierzchni: Wysokie plamy można zredukować do gładkości za pomocą drobnych środków polerskich lub powłok.

2. Zmiana temperatury (pękanie lub wypaczanie): Nie narażać na drastyczne zmiany temperatury, stosować stopniowe ogrzewanie i chłodzenie.

3. Części formowane: Zastosuj środki antyadhezyjne do projektu części, aby poprawić wyrzucanie z formy.

4. Korozja lub utlenianie: Powinny być przechowywane w kontrolowanym środowisku, gdzie są chronione powłokami.

Kiedy powinniśmy zdecydować się na produkcję aluminiowych form wtryskowych? 

1. Kiedy potrzebujesz szybkiego prototypowania

Gdy firma musi opracować nowy produkt, ale potrzebuje prototypów szybko i niedrogo, aluminiowe formy wtryskowe są niedrogim i szybkim rozwiązaniem. W przeciwieństwie do form stalowych, które mogą zająć miesiące, te muszą pozwolić producentom na wykonanie części testowych kilka dni lub tygodni później. Dodatkowo pozwalają na szybkie zmiany projektowe i pomagają obniżyć koszty rozwoju przed rozpoczęciem produkcji na dużą skalę.

2. Jeśli wielkość produkcji jest niska lub średnia

W przypadku produkcji od 10 000 do 100 000 części z tworzyw sztucznych forma aluminiowa jest idealną alternatywą dla formy stalowej z korzyścią dla producenta. Są one niedrogie na starcie, mają krótsze cykle produktowe i mają dobrą długą żywotność, co czyni je idealnymi do krótkich serii lub produktów sezonowych. Formy aluminiowe, w przeciwieństwie do form stalowych, które wymagają wysokich inwestycji z góry, pozwalają firmie obniżyć koszty bez obniżania jakości.

3. Gdy liczy się szybkość i wydajność

Ponieważ aluminium jest materiałem o wysokiej przewodności cieplnej, wtryskiwane tworzywo sztuczne chłodzi się znacznie szybciej w formach aluminiowych w porównaniu do form stalowych. Takie rozwiązanie prowadzi do krótszych czasów cyklu, wyższej wydajności produkcji i niższego zużycia energii. Formy aluminiowe są preferowane przez firmy, które wymagają szybkiego czasu realizacji i lepszej wydajności przepływu pracy.

4. Gdy potrzebne jest ekonomiczne oprzyrządowanie

Ze względu na wysoki koszt stworzenia form stalowych dla startupu, małej firmy lub do testowania produktu, może to nie być inwestycja dekoracyjna. Co więcej, aluminiowe formy wtryskowe są znacznie tańsze niż ich odpowiedniki, więc warto je wybrać, jeśli masz niski budżet. W przypadku firmy, która nie ma pewności, czy jej produkt będzie wymagał dużej produkcji seryjnej, formy aluminiowe zmniejszają ryzyko finansowe, ale zapewniają najwyższą jakość części.

5. Gdy wymagana jest wysoka precyzja i wykończenie powierzchni

Formy aluminiowe są idealne do uzyskania wysokiej precyzji i gładkiego wykończenia powierzchni. Zastosowanie form aluminiowych jest niezbędne w produkcji o wąskich tolerancjach i powierzchniach wolnych od wad w przemyśle urządzeń medycznych, elektroniki użytkowej i produkcji lotniczej. Dzisiejsze metody obróbki i wykańczania sprawiają, że dostawcy form aluminiowych są w stanie zapewnić doskonałą jakość części, a czasami sprawiają, że obróbka wtórna jest niepotrzebna.

6. W jaki sposób formy aluminiowe mogą być nieodpowiednie?

Istnieje kilka korzyści związanych z aluminiowymi formami wtryskowymi, ale nie każda sytuacja przyniesie korzyści z ich zastosowania. Formy stalowe są jednak bardziej odpowiednie do produkcji ponad 500 000 części ze względu na ich trwałość i długowieczność. W branży formowania wysokociśnieniowego formy aluminiowe mogą zużywać się szybciej i dlatego nie powinny być używane w ekstremalnych warunkach produkcyjnych.

Zalety aluminiowych form wtryskowych

1. Szybszy czas produkcji

Ponieważ aluminiowe formy wtryskowe oferują znacznie lepsze odprowadzanie ciepła niż formy stalowe, wtryskiwane tworzywo sztuczne chłodzi się znacznie szybciej. W związku z tym cykle produkcyjne przy użyciu takich form są znacznie krótsze niż w przypadku form stalowych, co również zwiększa wydajność.

2. Niższe koszty początkowe

Formy aluminiowe są znacznie tańsze w produkcji niż formy stalowe stosowane w formowaniu wtryskowym. To sprawia, że są one doskonałym wyborem dla startupów, producentów małoseryjnych i firm, które pracują nad rozwojem prototypów.

3. Łatwiejsza obróbka i modyfikacje

Produkcja form jest szybsza i tańsza ze względu na fakt, że aluminium jest łatwiejsze do cięcia i kształtowania niż stal. Co więcej, elastyczność projektu można osiągnąć przy mniejszym wysiłku związanym z wprowadzaniem modyfikacji i dostosowań.

4. Wysokiej jakości wykończenie powierzchni

Lekkość i dobre wykończenie części, bez konieczności obróbki końcowej, zapewniają formy aluminiowe. Aluminiowe formy wtryskowe są wykorzystywane w wielu gałęziach przemysłu do tworzenia części o gładkiej i szczegółowej konstrukcji, które są wykonane z dużą precyzją.

5. Przyjazny dla środowiska

Aluminiowe formy wtryskowe są zrównoważoną opcją w porównaniu ze stalowymi alternatywami, ponieważ jest to materiał nadający się do recyklingu.

Aluminiowe formy wtryskowe a formy stalowe 

Dwie istotne cechy w produkcji form to aluminiowe formy wtryskowe oraz formy stalowe.

• Początkowy koszt aluminiowych form wtryskowych pozostaje niższy, przy jednoczesnym utrzymaniu wyższych wydatków na formy stalowe.
• Szybkość produkcji między aluminiowymi formami wtryskowymi a formami stalowymi różni się, ponieważ formy aluminiowe doświadczają szybszego chłodzenia przy zachowaniu krótszych cykli, w przeciwieństwie do form stalowych, które działają z dłuższymi cyklami produkcyjnymi.
• Formy stalowe wytrzymują dłużej niż aluminiowe formy wtryskowe ze względu na ich zakres operacyjny od 100 000 do ponad 100 000 cykli, podczas gdy formy aluminiowe mają żywotność od 10 000 do 100 000 cykli.
• Formy aluminiowe zapewniają lepszą obrabialność niż formy stalowe, ale formy stalowe stanowią większe wyzwanie dla użytkownika.
• Wykończenie powierzchni wykazuje wysoką jakość i wymaga dodatkowego wykończenia poprzez polerowanie.
• Formy aluminiowe okazują się bardziej ekonomiczne niż formy stalowe do wytwarzania produktów w krótkich i średnich środowiskach produkcyjnych, ponieważ wydłużają mniej cykli produkcyjnych.

Zastosowania aluminiowych form wtryskowych

1. Prototypowanie i rozwój produktu

Firmy zajmujące się szybkim prototypowaniem wybierają aluminiowe formy wtryskowe zarówno ze względu na ich przystępną cenę, jak i zdolność do wprowadzania szybkich modyfikacji projektu.

2. Produkcja na niską lub średnią skalę

Połączenie przystępnej ceny i wysokiej jakości sprawia, że aluminiowe formy wtryskowe nadają się do produkcji od 10 000 do 100 000 części bez negatywnych skutków.

3. Towary medyczne i konsumpcyjne

Formy aluminiowe służą wielu branżom zajmującym się urządzeniami medycznymi, a także produkcją produktów konsumenckich, ponieważ zastosowania te wymagają wydajnego wytwarzania precyzyjnych komponentów.

4. Komponenty lotnicze i motoryzacyjne

Pozytywne efekty stosowania form aluminiowych obejmują produkcję lekkich komponentów, które tworzą niezbędne, wysokowydajne konstrukcje dla pojazdów lotniczych i sektora transportu samochodowego.

Koszt aluminiowej formy wtryskowej

• Droższe aluminiowe formy wtryskowe wynikają z połączenia trzech głównych czynników, którymi są ich rozmiar, złożoność i wielkość produkcji.
• Kilka zmiennych determinuje całkowity koszt produkcji aluminiowych form wtryskowych.
• Koszty rosną ze względu na rosnące zapotrzebowanie na materiały w połączeniu z rosnącymi kosztami pracy przy produkcji złożonych lub dużych form aluminiowych.
• Producenci wzmacniają aluminiowe formy wtryskowe poprzez dodanie powłok ochronnych, gdy planowana jest produkcja wielkoseryjna, ponieważ modyfikacje te wydłużają żywotność formy.
• Koszt wzrasta w przypadku korzystania z form wielogniazdowych, które jednocześnie tworzą wiele części.
• Zmiany wprowadzone po rozpoczęciu produkcji spowodują dodatkowe koszty.

2. Koszt produkcji form aluminiowych i stalowych zasługuje na zbadanie

Poniższa tabela przedstawia analizę kosztów i prędkości różnych typów form wtryskowych do tworzyw sztucznych w całym procesie produkcji:

Jak wybrać odpowiedniego producenta aluminiowych form wtryskowych?

Wybierając producenta form aluminiowych do formowania wtryskowego, należy wziąć pod uwagę:

• Reputacja i doświadczenie z producentami: Współpracuj z producentami, którzy mają doskonałą reputację i doświadczenie w produkcji wysokiej jakości form.
• Gwarancja pewnych możliwości konfiguracji: Konfiguracja części nie powinna być trudna dla producenta.
• Lepsza trwałość i długowieczność: Zastosowane aluminium jest wysokiej jakości, co wydłuża żywotność laptopa.
• Czas dostawy formy: Każdy dobry producent dostarczy formy szybko, bez uszczerbku dla jakości.
• Konserwacja i naprawa: Wybierz firmy, które oferują wsparcie posprzedażowe.

Wnioski 

Aluminiowe formy wtryskowe to wydajny, ekonomiczny i szybki sposób wytwarzania części z tworzyw sztucznych. Są one wykorzystywane do szybkiego prototypowania, produkcji na niskim i średnim poziomie, a także w branżach wymagających wysokiej precyzji. Zapewnia to skrócenie czasu chłodzenia do ułamków czasu konwencjonalnej formy stalowej i przyspieszenie cykli produkcyjnych. Chociaż formy aluminiowe mają niższy koszt początkowy i szybszą produkcję, zużycie stali na powierzchni metalu jest większe i nie będzie trwać tak długo. Mimo to, jeśli smarowanie, powłoki ochronne i regularne czyszczenie są utrzymywane, producenci mogą wydłużyć ich użyteczność nawet o 100 000 cykli. W zależności od wielkości produkcji, budżetu i innych wymagań konkretnego projektu, można podjąć decyzję między formami aluminiowymi i stalowymi. 

Aluminiowe formy wtryskowe są idealnym substytutem drogich form stalowych do projektów krótkoseryjnych, prototypów i zastosowań, w których liczy się koszt. Alternatywnie, formy stalowe są bardziej odpowiednie do ekstremalnej trwałości, gdy wymagany jest wysoki stopień wielkości produkcji. Dzięki wiedzy na temat procesu, korzyści i konserwacji aluminiowych form wtryskowych, firmy mogą zrównoważyć koszty, jakość i wydajność produkcji. Niezależnie od tego, czy formy z tworzyw sztucznych są używane do produkcji małych partii, czy do testowania nowych projektów produktów, są one uważane za ważny atut w nowoczesnej produkcji tworzyw sztucznych.

Często zadawane pytania (FAQ)

1. Dlaczego stosuje się aluminiowe formy wtryskowe?

W przypadku produkcji części z tworzyw sztucznych powszechnym zastosowaniem aluminiowych form wtryskowych jest szybkie prototypowanie, produkcja na małą i średnią skalę oraz branże wymagające szybkiej realizacji zamówień. Powszechnie stosuje się je w sektorach medycznym, motoryzacyjnym, lotniczym i produkcji produktów konsumenckich.

2. Jak długo wytrzymują aluminiowe formy wtryskowe?

Delta D zapewnia klientom wysoce wydajną, długą żywotność do celów obróbki metalu, ale żywotność form aluminiowych zależy od jakości materiału, konserwacji i warunków produkcji. Wykonują one średnio od 10 000 do 100 000 cykli, co czyni je dobrymi do produkcji krótkoseryjnej i prototypowej.

3. Czy aluminiowe formy wtryskowe są tańsze niż formy stalowe?

Formowanie wtryskowe aluminium kosztuje znacznie mniej niż formowanie stali. Ze względu na większą prędkość produkcji i krótszy czas obróbki, niższy koszt początkowy, są one ekonomiczne w przypadku produkcji krótkoseryjnej.

4. Jakie są ograniczenia form aluminiowych poddawanych formowaniu wtryskowemu pod wysokim ciśnieniem?

Chociaż formy aluminiowe są w stanie poradzić sobie z formowaniem wtryskowym pod umiarkowanie wysokim ciśnieniem, nie są tak trwałe jak formy stalowe do bardzo dużych ciśnień roboczych i zastosowań o dużej objętości. Niemniej jednak można je wzmocnić za pomocą powłok ochronnych i wzmocnień.

5. W jakich branżach aluminiowe formy wtryskowe przynoszą największe korzyści?

Z tego powodu aluminiowe formy wtryskowe są bardzo pomocne w branżach takich jak urządzenia medyczne, elektronika użytkowa, prototypowanie motoryzacyjne, a nawet lotnictwo.