Mašinų komponentų gamyboje naudojamų plastikų rūšys ir jų gamybos metodai
Plastikas nebėra tiesiog vienkartinio naudojimo pakuotės sinonimas. Inžinerijos ir gamybos pasaulyje plastikas, ypač inžinerinis plastikas, yra plačiai naudojamas kaip mašinų komponentų medžiaga, nes jis yra lengvas, atsparus korozijai, geba slopinti vibracijas ir turi santykinai mažą trinties koeficientą. Tam tikrais atvejais plastikas gali netgi pakeisti metalą, kad sumažėtų sąnaudos, supaprastėtų surinkimas ir padidėtų energijos vartojimo efektyvumas. Tačiau tinkamo plastiko tipo pasirinkimas yra labai svarbus, nes kiekvienas polimeras turi skirtingas mechanines, šilumines ir chemines savybes. Šiame straipsnyje aptariami plastikų tipai, dažniausiai naudojami mašinų komponentams, ir jų gamybos metodai.
Kodėl mašinų komponentams naudojamas plastikas?
Paprastai inžineriniai plastikai pasirenkami dėl šių privalumų: (1) lengvi, todėl sumažėja judančių dalių apkrova, (2) atsparūs korozijai ir daugeliui cheminių medžiagų, tinkami drėgnai aplinkai arba sąlyčiui su skysčiais, (3) kai kurie tipai turi „savaiminio tepimo“ savybių, todėl sumažėja tepimo poreikis, (4) vibracijos ir triukšmo slopinimas yra geresnis nei metalų, ir (5) jų formavimo procesas leidžia gaminti sudėtingas geometrijas mažomis masinės gamybos sąnaudomis. Tačiau plastikai taip pat turi apribojimų, tokių kaip kintamas atsparumas karščiui, galimas šliaužimas (nuolatinė deformacija dėl ilgalaikių apkrovų) ir matmenų pokyčiai dėl drėgmės sugėrimo kai kuriuose tipuose.
1) Nailonas (PA6 ir PA66)
Charakteristikos: Nailonas (poliamidas) yra vienas populiariausių inžinerinių plastikų mašinų komponentams. PA6 ir PA66 pasižymi geru tempiamuoju stiprumu, atsparumu dilimui ir yra gana tvirti. Nailonas dažnai naudojamas krumpliaračiams, įvorėms, ritinėliams, skriemuliams ir kitiems trinties komponentams gaminti.
Privalumai: Atsparus trinčiai ir dilimui, gana lengvai apdorojamas, vidutinė kaina.
Trūkumai: Sugeria vandenį (higroskopinis), todėl gali išsiplėsti ir paveikti matmenų tikslumą.
Gamybos būdas: Nailonas paprastai apdorojamas liejimo būdu, kad būtų pagaminti labai detalūs komponentai (krumpliaračiai, maži korpusai). Strypams arba plokštėms, kurios vėliau apdirbamos, nailonas taip pat tiekiamas ekstruzijos būdu į strypus arba lakštus.
2) POM / Acetalis (polioksimetilenas)
Charakteristikos: POM yra žinomas dėl savo matmenų stabilumo, mažos trinties ir gero atsparumo nuovargiui. Jis labai dažnai naudojamas tiksliuose mechanizmuose, tokiuose kaip mažos pavaros, kumšteliai, plastikiniai guoliai ir slydimo detalės.
Privalumai: matmenų stabilumas (geresnis nei nailono drėgnomis sąlygomis), lygus paviršius, lengvas apdirbimas, geras atsparumas dilimui.
Trūkumai: mažiau atsparus UV spinduliams ir tam tikroms cheminėms medžiagoms; reikalauja proceso kontrolės, nes gali suirti aukštoje temperatūroje.
Gamybos būdas: Masinei gamybai POM dažniausiai gaminamas liejimo būdu. Prototipams arba individualiems poreikiams skirtiems komponentams ekstruduotas POM strypas / lakštas gali būti apdirbamas tekinimo / frezavimo staklėmis.
3) PTFE (teflonas)
Charakteristikos: PTFE pasižymi puikiu atsparumu cheminėms medžiagoms ir temperatūrai, o trinties koeficientas yra labai mažas. Jis naudojamas sandarikliams, tarpinėms, poveržlėms, slydimo įdėklams ir komponentams, kuriems reikalingos nelimpančios savybės, gaminti.
Privalumai: Mažiausia trintis tarp daugelio polimerų, atsparumas beveik visoms cheminėms medžiagoms, santykinai didelis atsparumas karščiui.
Trūkumai: santykinai mažas mechaninis stiprumas ir standumas, polinkis į deformaciją.
Gamybos būdas: PTFE dėl didelio lydalo klampumo nėra dažnai apdorojamas įprastu liejimo būdu. Dažniausiai naudojamas presavimo procesas, po kurio seka sukepinimas. Tam tikroms komponentų formoms taip pat naudojamas stūmoklinis ekstruzijos metodas, po kurio seka apdailos mechaninis apdirbimas.
4) UHMWPE (itin didelės molekulinės masės polietilenas)
Charakteristikos: UHMWPE yra žinomas dėl didelio atsparumo dilimui ir mažos trinties. Jis plačiai naudojamas slydimo bėgeliuose, kreipiančiose, įdėkluose, latakuose, tam tikruose žvaigždutėse ir apsauginiuose paviršiuose, kuriems nuolat trinties veikia.
Privalumai: labai didelis atsparumas dilimui, atsparumas smūgiams, maža trintis, tinka slydimui.
Trūkumai: sunku klijuoti, standumas nėra toks didelis kaip POM/PA, todėl reikia atkreipti dėmesį į tikslumo tolerancijas.
Gamybos būdas: Paprastai gaminami presavimo arba ekstruzijos būdu į lakštus / strypus, o po to apdorojami mechaniniu būdu (CNC, tekinimo staklės, frezavimas), kad būtų pasiekta galutinė forma.
5) Polikarbonatas (PC)
Charakteristikos: PC pasižymi puikiu smūgių atsparumu ir yra gana atsparus karščiui. Mašinų komponentuose PC naudojamas apsauginiuose dangčiuose, permatomuose apsauginiuose gaubtuose, tam tikruose korpusuose ir komponentuose, kuriems reikalingas atsparumas smūgiams.
Privalumai: skaidrus, labai atsparus smūgiams, stabilus vidutinėje temperatūroje.
Trūkumai: Atsparūs įbrėžimams ir kai kuriems tirpikliams; reikalingas geras projektas, kad būtų išvengta įtrūkimų dėl įtempio.
Gamybos būdas: Dažniausiai sudėtingoms formoms naudojamas liejimo įpurškimu metodas, o skaidriems lakštams – ekstruzijos būdu, kurie vėliau supjaustomi ir suformuojami (termoformuojant) į mašinų apsaugas.
6) ABS (akrilnitrilo butadieno stirenas)
Charakteristikos: ABS plačiai naudojamas korpusams, dangčiams, rankenėlėms ir nekonstrukciniams bei pusiau konstrukciniams mašinų komponentams gaminti. Ši medžiaga populiari dėl lengvo apdirbimo ir didelio tvirtumo.
Privalumai: lengvas liejimas, geras paviršiaus apdirbimas, santykinai maža kaina.
Trūkumai: Atsparumas karščiui ir cheminėms medžiagoms yra mažesnis nei kai kurių kitų inžinerinių plastikų; mažiau tinka aukštai temperatūrai arba didelei trinčiai.
Gamybos būdas: Beveik visada liejimas įpurškimu. ABS taip pat gali būti apdorojamas 3D spausdinimu (FDM), kad būtų pagaminti prototipai arba paprasti įtaisai.
7) PBT ir PET (inžinerinis poliesteris)
Charakteristikos: PBT (polibutileno tereftalato) ir PET (polietileno tereftalato) inžinerinės versijos naudojamos elektromechaniniuose komponentuose, jungtyse, tam tikrose pavarose ir korpusuose, kuriems reikalingas geresnis matmenų stabilumas ir atsparumas karščiui nei ABS.
Privalumai: Matmenys stabilūs, gana geras atsparumas karščiui, pakankamas atsparumas cheminėms medžiagoms.
Trūkumai: tam tikromis sąlygomis gali būti trapūs; dažnai reikalingas stiklo pluošto armatūra, kad būtų užtikrintas didelis stiprumas.
Gamybos būdas: Paprastai liejimas įpurškimu, dažnai stiklo pluošto užpildu, siekiant padidinti standumą ir stiprumą.
8) PPS, PEEK ir PEI (didelio našumo plastikai)
Charakteristikos: Ši grupė naudojama sudėtingose srityse: aukštoje temperatūroje, didelėms mechaninėms apkrovoms ir agresyvioje cheminėje aplinkoje. PEEK plačiai naudojamas tiksliųjų mašinų komponentuose, didelio našumo guoliuose, aukštos temperatūros izoliatoriuose ir net naftos ir dujų pramonės srityse. PPS puikiai tinka cheminėms ir aukštos temperatūros aplinkoms, o PEI (pvz., Ultem) yra žinomas dėl savo stiprumo ir atsparumo karščiui bei gero matmenų stabilumo.
Privalumai: Labai didelis atsparumas karščiui, tvirtas, atsparus chemikalams, tinka kritinėms reikmėms.
Trūkumai: didelė kaina, procesas reikalauja griežtos kontrolės ir aukštos temperatūros įrenginių.
Gamybos būdas: specializuotas liejimas įpurškimu (aukštos temperatūros liejimas) vidutinio ir didelio masto gamybai. Specializuotiems komponentams galimi ekstruziniai strypai / lakštai, kurie vėliau apdirbami mechaniniu būdu. Kai kuriais atvejais prototipams ir ribotiems gamybos kiekiams naudojamas pramoninis 3D spausdinimas (pvz., FFF PEEK / PEI).
Mašinų komponentų plastikiniai gamybos metodai
1. Įpurškimo liejimas
Plastiko granulės yra išlydomos ir įpurškiamos į formą. Privalumai: tinka masinei gamybai, didelis tikslumas, greitas ciklo laikas ir sudėtingos formos. Dažniausiai naudojama POM, PA, ABS, PC, PBT, PPS ir PEEK plastikams.
2. Ekstruzija
Plastikas išlydomas ir spaudžiamas per štampo formą, kad būtų sukurti ištisiniai profiliai: strypai, lakštai ir vamzdžiai. Tinka medžiagoms, kurios vėliau apdirbamos į gatavus komponentus.
3. Presinis liejimas ir sukepinimas
Milteliai arba ruošinys presuojami į formą ir kaitinami. Tai įprasta PTFE ir UHMWPE atveju, ypač kai medžiagą sunku apdirbti įprastu liejimo būdu.
4. Mechaninis apdirbimas (CNC apdirbimas / tekinimas / frezavimas)
Daugelis plastikinių mašinų komponentų yra pagaminti iš strypo/lakšto, o po to pjaustomi ir apdirbami, ypač mažiems kiekiams, prototipams arba didelių matmenų komponentams, tokiems kaip kreiptuvai, apsauginės juostelės ir specialios įvorės.
5. 3D spausdinimas (adityvioji gamyba)
Naudojamas prototipams, įtaisams / įtvarams arba ribotiems gamybos kiekiams. Medžiagos įvairios (ABS, PA, PC mišinys ir net PEEK/PEI specializuotose mašinose). Jis pasižymi lankstumu, tačiau tvirtumas ir tikslumas priklauso nuo spausdinimo technologijos ir orientacijos.
Uždarymas
Inžineriniai plastikai atlieka labai svarbų vaidmenį gaminant mašinų komponentus – nuo krumpliaračių ir įvorių iki sandariklių, korpusų ir slankiojančių kreipiančiųjų. Renkantis tokias medžiagas kaip PA, POM, PTFE, UHMWPE, PC, ABS, PBT/PET ir PPS/PEEK/PEI, reikia atsižvelgti į apkrovą, trintį, darbinę temperatūrą, cheminį poveikį ir matmenų tikslumo reikalavimus. Kalbant apie procesą, liejimas įpurškimu puikiai tinka masinei gamybai, o ekstruzinis, presuojamas liejimas, mechaninis apdirbimas ir 3D spausdinimas yra alternatyvos, priklausomai nuo formos, gamybos apimties ir našumo tikslų. Tinkamai derinant medžiagas ir procesus, plastikai gali užtikrinti aukštą našumą ir ekonomiškumą šiuolaikinėse mašinų konstrukcijose.
