Mašīnu detaļu ražošanā izmantoto plastmasu veidi un to ražošanas metodes
Plastmasa vairs nav tikai vienreizlietojama iepakojuma sinonīms. Inženierzinātņu un ražošanas pasaulē plastmasa, īpaši inženiertehniskā plastmasa, tiek plaši izmantota kā materiāls mašīnu komponentiem, jo tā ir viegla, izturīga pret koroziju, spēj slāpēt vibrācijas un tai ir relatīvi zems berzes koeficients. Dažos pielietojumos plastmasa var pat aizstāt metālu, lai samazinātu izmaksas, vienkāršotu montāžu un palielinātu energoefektivitāti. Tomēr pareizā plastmasas veida izvēle ir ļoti svarīga, jo katram polimēram ir atšķirīgas mehāniskās, termiskās un ķīmiskās īpašības. Šajā rakstā ir aplūkoti plastmasas veidi, ko parasti izmanto mašīnu komponentiem, un to ražošanas metodes.
Kāpēc mašīnu detaļām tiek izmantota plastmasa?
Kopumā inženiertehniskās plastmasas tiek izvēlētas šādu priekšrocību dēļ: (1) viegls svars, tādējādi samazinot kustīgo daļu slodzi, (2) korozija un izturība pret daudzām ķīmiskām vielām, piemērota mitrai videi vai šķidrumu iedarbībai, (3) dažiem veidiem piemīt “pašeļļojošas” īpašības, tādējādi samazinot nepieciešamību pēc eļļošanas, (4) vibrācijas un trokšņu slāpēšana ir labāka nekā metāliem, un (5) to formēšanas process ļauj izgatavot sarežģītas ģeometrijas ar zemām masveida ražošanas izmaksām. Tomēr plastmasai ir arī ierobežojumi, piemēram, mainīga karstumizturība, potenciāla šļūde (pastāvīga deformācija ilgstošas slodzes dēļ) un izmēru izmaiņas mitruma absorbcijas dēļ dažiem veidiem.
1) Neilons (PA6 un PA66)
Raksturojums: Neilons (poliamīds) ir viena no populārākajām inženiertehniskajām plastmasām mašīnu detaļām. PA6 un PA66 ir laba stiepes izturība, nodilumizturība un diezgan izturīgi. Neilonu bieži izmanto zobratu, buksu, veltņu, skriemeļu un citu berzes komponentu ražošanā.
Priekšrocības: Izturīgs pret berzi un nodilumu, relatīvi viegli apstrādājams, mērena cena.
Trūkumi: absorbē ūdeni (higroskopisks), tāpēc tas var izplesties un ietekmēt izmēru precizitāti.
Ražošanas metode: Neilonu parasti apstrādā ar iesmidzināšanas formēšanu, lai iegūtu ļoti detalizētas detaļas (zobratus, mazus korpusus). Stiepņu vai plākšņu formām, kuras pēc tam apstrādā, neilons ir pieejams arī ekstrūzijas ceļā stieņos vai loksnēs.
2) POM / acetāls (polioksimetilēns)
Raksturojums: POM ir pazīstams ar savu izmēru stabilitāti, zemu berzi un labu noguruma izturību. Tas ir ļoti izplatīts precīzos mehānismos, piemēram, mazos zobratos, sadales vārpstās, plastmasas gultņos un bīdāmās detaļās.
Priekšrocības: Izmēru stabilitāte (labāka nekā neilonam mitros apstākļos), gluda virsma, viegli apstrādājama, laba nodilumizturība.
Trūkumi: Mazāk izturīgs pret UV starojumu un noteiktām ķīmiskām vielām; nepieciešama procesa kontrole, jo augstā temperatūrā var noārdīties.
Ražošanas metode: Masveida ražošanai POM visbiežāk tiek ražots ar iesmidzināšanas formēšanas metodi. Prototipu vai pielāgotu komponentu ražošanai ekstrudētu POM stieņu/loksņu materiālu var apstrādāt, izmantojot virpu/frēzmašīnu.
3) PTFE (teflons)
Raksturojums: PTFE ir izcila ķīmiskā un temperatūras izturība, un tam ir ļoti zems berzes koeficients. To izmanto blīvēm, blīvēm, paplāksnēm, slīdpaliktņiem un detaļām, kurām nepieciešamas nelīpošas īpašības.
Priekšrocības: Zemākā berze starp daudziem polimēriem, izturība pret gandrīz visām ķīmiskajām vielām, relatīvi augsta karstumizturība.
Trūkumi: relatīvi zema mehāniskā izturība un stingrība, kā arī tendence uz šļūdi.
Ražošanas metode: PTFE parasti netiek apstrādāts ar parasto iesmidzināšanas formēšanu tā augstās kausēšanas viskozitātes dēļ. Visizplatītākais process ir kompresijas formēšana, kam seko sintēšana. Noteiktām detaļu formām tiek izmantota arī cilindriskā ekstrūzija, kam seko apdares apstrāde.
4) UHMWPE (īpaši augstas molekulmasas polietilēns)
Raksturojums: Īpaši augstas molekulmasas polietilēns (UHMWPE) ir pazīstams ar savu augsto nodilumizturību un zemo berzi. To plaši izmanto slīdošajās sliedēs, vadotnēs, oderējumos, rennēs, noteiktos zobratos un aizsargvirsmās, kas pakļautas nepārtrauktai berzei.
Priekšrocības: Ļoti augsta nodilumizturība, triecienizturība, zema berze, piemērota slīdošiem pielietojumiem.
Trūkumi: grūti līmēt, stingrība nav tik augsta kā POM/PA, un jāpievērš uzmanība precizitātes pielaidēm.
Ražošanas metode: Parasti izgatavo, izmantojot kompresijas formēšanu vai ekstrūziju loksnēs/stieņos, pēc tam apstrādā ar mehānisko apstrādi (CNC, virpošana, frēzēšana), lai sasniegtu galīgo formu.
5) Polikarbonāts (PC)
Raksturojums: PC ir lieliska triecienizturība un diezgan karstumizturīgs. Mašīnu detaļās PC tiek izmantots drošības pārsegos, caurspīdīgos aizsargos, noteiktos korpusos un detaļās, kurām nepieciešama triecienizturība.
Priekšrocības: Caurspīdīgs, ļoti augsta triecienizturība, stabils vidējā temperatūrā.
Trūkumi: jutīgs pret skrāpējumiem un dažiem šķīdinātājiem; nepieciešama laba konstrukcija, lai novērstu sprieguma plaisāšanu.
Ražošanas metode: Visbiežāk sarežģītas formas iegūst ar iesmidzināšanas formēšanu, bet caurspīdīgas loksnes – ar ekstrūzijas metodi, kuras pēc tam sagriež un veido (termoformē) mašīnu aizsargus.
6) ABS (akrilnitrila butadiēna stirols)
Raksturojums: ABS tiek plaši izmantots korpusu, vāku, pogu un nestrukturālu līdz daļēji strukturālu mašīnu detaļu izgatavošanai. Šis materiāls ir populārs, jo to ir viegli apstrādāt un tam ir laba izturība.
Priekšrocības: Vienkārša iesmidzināšanas formēšana, laba virsmas apdare, salīdzinoši zemas izmaksas.
Trūkumi: Karstumizturība un ķīmiskā izturība ir zemāka par dažām citām inženiertehniskajām plastmasām; mazāk piemērota augstām temperatūrām vai spēcīgai berzei.
Ražošanas metode: Gandrīz vienmēr ar iesmidzināšanas formēšanu. ABS var apstrādāt arī ar 3D drukāšanu (FDM) prototipiem vai vienkāršām ierīcēm.
7) PBT un PET (inženierijas poliesters)
Raksturojums: PBT (polibutilēna tereftalāta) un PET (polietilēna tereftalāta) inženiertehniskās versijas tiek izmantotas elektromehāniskajās detaļās, savienotājos, noteiktos zobratos un korpusos, kuriem nepieciešama labāka izmēru stabilitāte un karstumizturība nekā ABS.
Priekšrocības: Izmēru ziņā stabils, diezgan laba karstumizturība, pieņemama ķīmiskā izturība.
Trūkumi: noteiktos apstākļos var būt trausls; augstas izturības nodrošināšanai bieži vien ir nepieciešams stiklšķiedras stiegrojums.
Ražošanas metode: Parasti iesmidzināšanas formēšana, bieži vien stikla šķiedras pildījumā, lai palielinātu stingrību un izturību.
8) PPS, PEEK un PEI (augstas veiktspējas plastmasas)
Raksturojums: Šo grupu izmanto sarežģītos pielietojumos: augstā temperatūrā, lielās mehāniskās slodzēs un agresīvā ķīmiskā vidē. PEEK tiek plaši izmantots precīzijas mašīnu detaļās, augstas veiktspējas gultņos, augstas temperatūras izolatoros un pat naftas un gāzes rūpniecības pielietojumos. PPS izceļas ķīmiskā un augstas temperatūras vidē, savukārt PEI (piemēram, Ultem) ir pazīstams ar savu izturību un karstumizturību, kā arī labu izmēru stabilitāti.
Priekšrocības: Ļoti augsta karstumizturība, stiprs, izturīgs pret ķimikālijām, piemērots kritiskiem lietojumiem.
Trūkumi: Augsta cena, procesam nepieciešama stingra kontrole un augstas temperatūras iekārtas.
Ražošanas metode: specializēta iesmidzināšanas formēšana (augstas temperatūras formēšana) vidēja un liela apjoma ražošanai. Specializētām detaļām ir pieejamas ekstrudētas stieņu/loksņu formas, kuras pēc tam apstrādā mehāniski. Dažos gadījumos prototipiem un ierobežotām ražošanas partijām tiek izmantota rūpnieciskas kvalitātes 3D druka (piemēram, FFF PEEK/PEI).
Mašīnu detaļu plastmasas ražošanas metodes
1. Iesmidzināšanas formēšana
Plastmasas granulas tiek izkausētas un pēc tam iesmidzinātas veidnē. Priekšrocības: piemērotas masveida ražošanai, augsta precizitāte, ātrs cikla laiks un sarežģītas formas. Parasti izmanto POM, PA, ABS, PC, PBT, PPS un PEEK ražošanai.
2. Ekstrūzija
Plastmasa tiek izkausēta un pēc tam izspiesta caur matricu, lai izveidotu nepārtrauktus profilus: stieņus, loksnes un caurules. Piemērots materiāliem, kas pēc tam tiek apstrādāti gatavās detaļās.
3. Kompresijas formēšana un saķepināšana
Pulveris vai sagatave tiek presēta veidnē un pēc tam uzkarsēta. Tas ir izplatīts PTFE un UHMWPE gadījumā, īpaši, ja materiālu ir grūti apstrādāt ar parasto iesmidzināšanas formēšanu.
4. Apstrāde (CNC apstrāde/virpošana/frēzēšana)
Daudzas plastmasas mašīnu detaļas tiek izgatavotas no stieņa/loksnes un pēc tam grieztas un apstrādātas, īpaši maziem apjomiem, prototipiem vai lielizmēra detaļām, piemēram, vadotnēm, nodiluma sloksnēm un īpašām buksēm.
5. 3D drukāšana (aditīvā ražošana)
Izmanto prototipiem, iekārtām/armatūrām vai ierobežotām ražošanas partijām. Materiāli atšķiras (ABS, PA, PC maisījums un pat PEEK/PEI specializētās iekārtās). Tas piedāvā elastību, taču izturība un precizitāte ir atkarīga no drukas tehnoloģijas un orientācijas.
Pennutup
Inženiertehniskajām plastmasām ir izšķiroša nozīme mašīnu detaļu ražošanā, sākot no zobratiem un buksēm līdz blīvēm, korpusiem un bīdāmajām vadotnēm. Materiālu, piemēram, PA, POM, PTFE, UHMWPE, PC, ABS, PBT/PET un PPS/PEEK/PEI, izvēlei jāņem vērā slodze, berze, darba temperatūra, ķīmiskā iedarbība un izmēru precizitātes prasības. Runājot par procesu, iesmidzināšanas formēšana ir lieliska masveida ražošanai, savukārt ekstrūzija, kompresijas formēšana, mehāniskā apstrāde un 3D drukāšana ir iespējas atkarībā no formas, ražošanas apjoma un veiktspējas mērķiem. Ar pareizu materiālu un procesu kombināciju plastmasa var nodrošināt augstu veiktspēju un izmaksu efektivitāti mūsdienu mašīnu konstrukcijās.
