Jenis-jenis plastik yang digunakan dalam pembuatan komponen mesin dan kaedah pengeluarannya
Plastik bukan lagi sekadar sinonim dengan pembungkusan guna sekali sahaja. Dalam dunia kejuruteraan dan pembuatan, plastik—terutamanya plastik kejuruteraan—digunakan secara meluas sebagai bahan untuk komponen mesin kerana ia ringan, tahan kakisan, mampu meredam getaran dan mempunyai pekali geseran yang agak rendah. Dalam aplikasi tertentu, plastik juga boleh menggantikan logam untuk mengurangkan kos, memudahkan pemasangan dan meningkatkan kecekapan tenaga. Walau bagaimanapun, pemilihan jenis plastik yang betul adalah penting kerana setiap polimer mempunyai sifat mekanikal, terma dan kimia yang berbeza. Artikel ini membincangkan jenis plastik yang biasa digunakan untuk komponen mesin dan kaedah pengeluarannya.
Mengapakah plastik digunakan untuk komponen mesin?
Secara amnya, plastik kejuruteraan dipilih kerana kelebihan berikut: (1) ringan, sekali gus mengurangkan beban pada bahagian yang bergerak, (2) kakisan dan rintangan terhadap banyak bahan kimia, sesuai untuk persekitaran lembap atau pendedahan kepada cecair, (3) mempunyai sifat "pelincir sendiri" dalam beberapa jenis, sekali gus mengurangkan keperluan pelinciran, (4) redaman getaran dan hingar adalah lebih baik daripada logam, dan (5) proses pembentukannya membolehkan geometri kompleks pada kos pengeluaran besar-besaran yang rendah. Walau bagaimanapun, plastik juga mempunyai batasan seperti rintangan haba yang berbeza-beza, potensi rayapan (ubah bentuk kekal akibat beban jangka panjang), dan perubahan dimensi akibat penyerapan lembapan dalam beberapa jenis.
1) Nilon (PA6 dan PA66)
Ciri-ciri: Nilon (poliamida) merupakan salah satu plastik kejuruteraan yang paling popular untuk komponen mesin. PA6 dan PA66 mempunyai kekuatan tegangan yang baik, rintangan haus dan agak lasak. Nilon sering digunakan untuk gear, sesendal, penggelek, takal dan komponen geseran yang lain.
Kelebihan: Tahan geseran dan lelasan, agak mudah diproses, harga sederhana.
Kelemahan: Menyerap air (higroskopik) supaya ia boleh mengembang dan mempengaruhi ketepatan dimensi.
Kaedah pengeluaran: Nilon biasanya diproses melalui pengacuan suntikan untuk komponen yang sangat terperinci (gear, perumah kecil). Untuk bentuk rod atau plat yang kemudiannya dimesin, nilon juga boleh didapati melalui penyemperitan ke dalam rod atau kepingan.
2) POM / Asetal (Polioksimetilena)
Ciri-ciri: POM dikenali kerana dimensinya yang stabil, geseran rendah dan rintangan lesu yang baik. Ia sangat biasa digunakan dalam mekanisme ketepatan seperti gear kecil, sesondol, galas plastik dan komponen gelongsor.
Kelebihan: Kestabilan dimensi (lebih baik daripada nilon dalam keadaan lembap), permukaan licin, mudah dimesin, rintangan haus yang baik.
Kelemahan: Kurang tahan terhadap UV dan bahan kimia tertentu; memerlukan kawalan proses kerana ia boleh terurai pada suhu tinggi.
Kaedah pengeluaran: POM paling kerap dihasilkan melalui pengacuan suntikan untuk pengeluaran besar-besaran. Bagi prototaip atau komponen tersuai, bahan rod/kepingan POM yang diekstrusi boleh dimesin menggunakan mesin pelarik/pengisar.
3) PTFE (Teflon)
Ciri-ciri: PTFE cemerlang dalam rintangan kimia dan suhu, dan mempunyai pekali geseran yang sangat rendah. Ia digunakan untuk pengedap, gasket, pencuci, pad gelongsor dan komponen yang memerlukan sifat tidak melekat.
Kelebihan: Geseran terendah antara kebanyakan polimer, tahan terhadap hampir semua bahan kimia, rintangan haba yang agak tinggi.
Kelemahan: Kekuatan dan kekakuan mekanikal yang agak rendah, dan mudah merayap.
Kaedah pengeluaran: PTFE tidak biasa diproses oleh pengacuan suntikan konvensional kerana kelikatan leburannya yang tinggi. Proses yang paling biasa ialah pengacuan mampatan diikuti dengan pensinteran. Untuk bentuk komponen tertentu, penyemperitan ram diikuti dengan pemesinan kemasan juga digunakan.
4) UHMWPE (Polietilena Berat Molekul Ultra Tinggi)
Ciri-ciri: UHMWPE dikenali kerana rintangan haus yang tinggi dan geseran yang rendah. Ia digunakan secara meluas dalam rel gelongsor, panduan, pelapik, pelongsor, sproket tertentu dan permukaan pelindung yang tertakluk kepada geseran berterusan.
Kelebihan: Rintangan lelasan yang sangat tinggi, rintangan hentaman, geseran rendah, sesuai untuk aplikasi gelongsor.
Kelemahan: Sukar untuk dilekatkan, kekakuan tidak setinggi POM/PA, dan toleransi ketepatan memerlukan perhatian.
Kaedah pengeluaran: Secara amnya dibuat melalui pengacuan mampatan atau penyemperitan ram ke dalam kepingan/rod, kemudian diproses selanjutnya dengan pemesinan (CNC, pelarik, penggilingan) untuk mencapai bentuk akhir.
5) Polikarbonat (PC)
Ciri-ciri: PC mempunyai kekuatan hentaman yang sangat baik dan agak tahan haba. Dalam komponen mesin, PC digunakan dalam penutup keselamatan, pelindung lutsinar, perumah tertentu dan komponen yang memerlukan rintangan hentaman.
Kelebihan: Lutsinar, rintangan hentaman yang sangat tinggi, stabil pada suhu sederhana.
Kelemahan: Mudah tercalar dan terkena beberapa pelarut; memerlukan reka bentuk yang baik untuk mencegah keretakan tegasan.
Kaedah pengeluaran: Kebiasaannya melalui pengacuan suntikan untuk bentuk kompleks dan penyemperitan untuk kepingan lutsinar yang kemudiannya dipotong dan dibentuk (termoforming) menjadi pelindung mesin.
6) ABS (Akrilonitril Butadiena Stirena)
Ciri-ciri: ABS digunakan secara meluas untuk perumah, penutup, tombol dan komponen bukan struktur hingga separa struktur dalam mesin. Bahan ini popular kerana ia mudah diproses dan mempunyai ketahanan yang baik.
Kelebihan: Pengacuan suntikan mudah, kemasan permukaan yang baik, kos yang agak rendah.
Kelemahan: Rintangan haba dan kimia adalah di bawah beberapa plastik kejuruteraan lain; kurang sesuai untuk suhu tinggi atau geseran berat.
Kaedah pengeluaran: Hampir selalu melalui pengacuan suntikan. ABS juga boleh diproses melalui percetakan 3D (FDM) untuk prototaip atau jig mudah.
7) PBT dan PET (Poliester kejuruteraan)
Ciri-ciri: Versi kejuruteraan PBT (Polybutylene Terephthalate) dan PET (Polyethylene Terephthalate) digunakan dalam komponen elektrik-mekanikal, penyambung, gear dan perumah tertentu yang memerlukan kestabilan dimensi dan rintangan haba yang lebih baik daripada ABS.
Kelebihan: Dimensi stabil, rintangan haba yang agak baik, rintangan kimia yang munasabah.
Kelemahan: Boleh rapuh dalam keadaan tertentu; selalunya memerlukan tetulang gentian kaca untuk kekuatan yang tinggi.
Kaedah pengeluaran: Secara amnya, pengacuan suntikan, selalunya dalam bentuk berisi kaca (gentian kaca) untuk meningkatkan kekakuan dan kekuatan.
8) PPS, PEEK dan PEI (plastik berprestasi tinggi)
Ciri-ciri: Kumpulan ini digunakan dalam aplikasi yang mencabar: suhu tinggi, beban mekanikal yang tinggi dan persekitaran kimia yang agresif. PEEK digunakan secara meluas dalam komponen mesin jitu, galas berprestasi tinggi, penebat suhu tinggi dan juga dalam aplikasi industri minyak dan gas. PPS cemerlang dalam persekitaran kimia dan suhu tinggi, manakala PEI (cth., Ultem) dikenali dengan kekuatan dan rintangan habanya dengan kestabilan dimensi yang baik.
Kelebihan: Rintangan haba yang sangat tinggi, kuat, tahan kimia, sesuai untuk aplikasi kritikal.
Kelemahan: Harga yang tinggi, proses memerlukan kawalan ketat dan mesin suhu tinggi.
Kaedah pengeluaran: Pengacuan suntikan khusus (pengacuan suhu tinggi) untuk pengeluaran isipadu sederhana hingga besar. Bagi komponen khusus, bentuk rod/lembaran yang diekstrusi tersedia dan kemudian dimesin. Dalam beberapa kes, percetakan 3D gred perindustrian (cth., FFF untuk PEEK/PEI) digunakan untuk prototaip dan pengeluaran terhad.
Kaedah pengeluaran plastik untuk komponen mesin
1. Acuan suntikan
Pelet plastik dicairkan dan kemudian disuntik ke dalam acuan. Kelebihan: sesuai untuk pengeluaran besar-besaran, ketepatan yang tinggi, masa kitaran yang cepat dan bentuk yang kompleks. Biasa digunakan untuk POM, PA, ABS, PC, PBT, PPS dan PEEK.
2. Penyemperitan
Plastik dicairkan dan kemudian dipaksa melalui acuan untuk menghasilkan profil berterusan: rod, kepingan dan tiub. Sesuai untuk bahan yang kemudiannya dimesin menjadi komponen siap.
3. Pengacuan & pensinteran mampatan
Serbuk atau pra-bentuk ditekan ke dalam acuan dan kemudian dipanaskan. Ini adalah perkara biasa bagi PTFE dan UHMWPE, terutamanya apabila bahan tersebut sukar diproses dengan pengacuan suntikan konvensional.
4. Pemesinan (pemesinan/larik/pengilangan CNC)
Banyak komponen mesin plastik diperbuat daripada rod/lembaran dan kemudian dipotong dan dimesin, terutamanya untuk isipadu kecil, prototaip atau komponen dimensi besar seperti panduan, jalur haus dan sesendal khas.
5. Percetakan 3D (pembuatan tambahan)
Digunakan untuk prototaip, jig/lekapan atau pengeluaran terhad. Bahan berbeza-beza (ABS, PA, campuran PC dan juga PEEK/PEI pada mesin khusus). Ia menawarkan fleksibiliti, tetapi kekuatan dan ketepatan bergantung pada teknologi dan orientasi percetakan.
penutup
Plastik kejuruteraan memainkan peranan penting dalam pembuatan komponen mesin, daripada gear dan sesendal kepada pengedap, perumah dan panduan gelongsor. Pemilihan bahan seperti PA, POM, PTFE, UHMWPE, PC, ABS, PBT/PET dan PPS/PEEK/PEI memerlukan pertimbangan beban, geseran, suhu operasi, pendedahan kimia dan keperluan ketepatan dimensi. Dari segi proses, pengacuan suntikan cemerlang untuk pengeluaran besar-besaran, manakala penyemperitan, pengacuan mampatan, pemesinan dan percetakan 3D adalah pilihan bergantung pada bentuk, jumlah pengeluaran dan sasaran prestasi. Dengan gabungan bahan dan proses yang betul, plastik boleh memberikan prestasi tinggi dan kecekapan kos dalam reka bentuk mesin moden.
