Typer plast som brukes i produksjon av maskinkomponenter og deres produksjonsmetoder
Plast er ikke lenger bare synonymt med engangsemballasje. Innen ingeniør- og produksjonsverdenen er plast – spesielt teknisk plast – mye brukt som materiale for maskinkomponenter fordi det er lett, korrosjonsbestandig, i stand til å dempe vibrasjoner og har en relativt lav friksjonskoeffisient. I visse bruksområder kan plast til og med erstatte metall for å redusere kostnader, forenkle montering og øke energieffektiviteten. Valg av riktig type plast er imidlertid avgjørende, ettersom hver polymer har forskjellige mekaniske, termiske og kjemiske egenskaper. Denne artikkelen diskuterer de typene plast som vanligvis brukes til maskinkomponenter og deres produksjonsmetoder.
Hvorfor brukes plast til maskinkomponenter?
Generelt velges tekniske plasttyper på grunn av følgende fordeler: (1) lettvekt, noe som reduserer belastningen på bevegelige deler, (2) korrosjonsbestandighet og motstand mot mange kjemikalier, egnet for fuktige miljøer eller eksponering for væsker, (3) har "selvsmørende" egenskaper i noen typer, noe som reduserer behovet for smøring, (4) vibrasjons- og støydemping er bedre enn metaller, og (5) formingsprosessen deres tillater komplekse geometrier til lave masseproduksjonskostnader. Plasttyper har imidlertid også begrensninger som varierende varmebestandighet, potensiell kryp (permanent deformasjon på grunn av langvarige belastninger) og dimensjonsendringer på grunn av fuktighetsopptak i noen typer.
1) Nylon (PA6 og PA66)
Kjennetegn: Nylon (polyamid) er en av de mest populære tekniske plasttypene for maskinkomponenter. PA6 og PA66 har god strekkfasthet, slitestyrke og er ganske slitesterke. Nylon brukes ofte til gir, foringer, ruller, trinser og andre friksjonskomponenter.
Fordeler: Motstandsdyktig mot friksjon og slitasje, relativt enkel å bearbeide, moderat pris.
Ulemper: Absorberer vann (hygroskopisk), slik at den kan utvide seg og påvirke dimensjonsnøyaktigheten.
Produksjonsmetode: Nylon bearbeides vanligvis ved sprøytestøping for svært detaljerte komponenter (gir, små hus). For stenger eller plateformer som deretter maskineres, er nylon også tilgjengelig gjennom ekstrudering til stenger eller plater.
2) POM / Acetal (polyoksymetylen)
Kjennetegn: POM er kjent for sin dimensjonsstabile, lave friksjon og gode utmattingsmotstand. Det er svært vanlig i presisjonsmekanismer som små gir, kammer, plastlagre og glidende komponenter.
Fordeler: Dimensjonsstabilitet (bedre enn nylon i fuktige forhold), glatt overflate, enkel å maskinere, god slitestyrke.
Ulemper: Mindre motstandsdyktig mot UV og visse kjemikalier; krever prosesskontroll da den kan brytes ned ved høye temperaturer.
Produksjonsmetode: POM produseres oftest ved sprøytestøping for masseproduksjon. For prototyper eller spesialtilpassede komponenter kan ekstrudert POM-stang-/platemateriale maskineres med en dreiebenk/fresemaskin.
3) PTFE (Teflon)
Egenskaper: PTFE utmerker seg med sin kjemiske og temperaturbestandige motstand, og har en svært lav friksjonskoeffisient. Den brukes til tetninger, pakninger, skiver, glideputer og komponenter som krever non-stick egenskaper.
Fordeler: Laveste friksjon blant mange polymerer, motstandsdyktig mot nesten alle kjemikalier, relativt høy varmebestandighet.
Ulemper: Relativt lav mekanisk styrke og stivhet, og utsatt for krypning.
Produksjonsmetode: PTFE bearbeides vanligvis ikke med konvensjonell sprøytestøping på grunn av dens høye smelteviskositet. Den vanligste prosessen er kompresjonsstøping etterfulgt av sintring. For visse komponentformer brukes også ramekstrudering etterfulgt av etterbehandling.
4) UHMWPE (polyetylen med ultrahøy molekylvekt)
Kjennetegn: UHMWPE er kjent for sin høye slitestyrke og lave friksjon. Det er mye brukt i glideskinner, føringer, foringer, renner, visse tannhjul og beskyttende overflater som er utsatt for kontinuerlig friksjon.
Fordeler: Svært høy slitestyrke, slagfasthet, lav friksjon, egnet for glidende bruksområder.
Ulemper: Vanskelig å lime, stivheten er ikke like høy som POM/PA, og presisjonstoleranser må tas hensyn til.
Produksjonsmetode: Vanligvis laget gjennom kompresjonsstøping eller ramekstrudering til plater/stenger, deretter videre bearbeidet med maskinering (CNC, dreiebenk, fresing) for å oppnå den endelige formen.
5) Polykarbonat (PC)
Kjennetegn: PC har utmerket slagfasthet og er ganske varmebestandig. I maskinkomponenter brukes PC i sikkerhetsdeksler, gjennomsiktige vern, visse hus og komponenter som krever slagfasthet.
Fordeler: Transparent, svært høy slagfasthet, stabil ved middels temperaturer.
Ulemper: Mottakelig for riper og noen løsemidler; krever god design for å forhindre spenningssprekker.
Produksjonsmetode: Vanligst gjennom sprøytestøping for komplekse former og ekstrudering for transparente ark som deretter kuttes og formes (termoforming) til maskinbeskyttere.
6) ABS (akrylnitrilbutadienstyren)
Kjennetegn: ABS er mye brukt til hus, deksler, knotter og ikke-strukturelle til halvstrukturelle komponenter i maskiner. Dette materialet er populært fordi det er lett å bearbeide og har god seighet.
Fordeler: Enkel sprøytestøping, god overflatefinish, relativt lav kostnad.
Ulemper: Varme- og kjemikaliebestandighet er lavere enn noen andre tekniske plasttyper; mindre egnet for høye temperaturer eller sterk friksjon.
Produksjonsmetode: Nesten alltid ved sprøytestøping. ABS kan også bearbeides ved 3D-printing (FDM) for prototyper eller enkle jigger.
7) PBT og PET (teknisk polyester)
Kjennetegn: PBT (polybutylentereftalat) og PET (polyetylentereftalat) konstruksjonsversjoner brukes i elektrisk-mekaniske komponenter, kontakter, visse gir og hus som krever bedre dimensjonsstabilitet og varmebestandighet enn ABS.
Fordeler: Dimensjonsstabil, ganske god varmebestandighet, rimelig kjemikaliebestandighet.
Ulemper: Kan være sprø under visse forhold; krever ofte glassfiberforsterkning for høy styrke.
Produksjonsmetode: Vanligvis sprøytestøping, ofte i glassfylt form (glassfiber) for å øke stivhet og styrke.
8) PPS, PEEK og PEI (høyytelsesplast)
Kjennetegn: Denne gruppen brukes i krevende applikasjoner: høye temperaturer, høye mekaniske belastninger og aggressive kjemiske miljøer. PEEK er mye brukt i presisjonsmaskinkomponenter, høyytelseslagre, høytemperaturisolatorer og til og med i olje- og gassindustrien. PPS utmerker seg i kjemiske og høytemperaturmiljøer, mens PEI (f.eks. Ultem) er kjent for sin styrke og varmebestandighet med god dimensjonsstabilitet.
Fordeler: Svært høy varmebestandighet, sterk, kjemikaliebestandig, egnet for kritiske applikasjoner.
Ulemper: Høy pris, prosessen krever streng kontroll og maskiner med høy temperatur.
Produksjonsmetode: Spesialisert sprøytestøping (høytemperaturstøping) for produksjon av middels til store volum. For spesialiserte komponenter er ekstruderte stenger/plater tilgjengelige og deretter maskinert. I noen tilfeller brukes 3D-printing av industriell kvalitet (f.eks. FFF for PEEK/PEI) for prototyper og begrensede produksjonsserier.
Plastproduksjonsmetoder for maskinkomponenter
1. Sprøytestøping
Plastpelletene smeltes og sprøytes deretter inn i en form. Fordeler: egnet for masseproduksjon, høy nøyaktighet, raske syklustider og komplekse former. Vanligvis brukt til POM, PA, ABS, PC, PBT, PPS og PEEK.
2. Ekstrudering
Plast smeltes og presses deretter gjennom en dyse for å lage kontinuerlige profiler: stenger, plater og rør. Egnet for materialer som deretter maskineres til ferdige komponenter.
3. Kompresjonsstøping og sintring
Pulveret eller preformen presses inn i en form og varmes deretter opp. Dette er vanlig for PTFE og UHMWPE, spesielt når materialet er vanskelig å bearbeide med konvensjonell sprøytestøping.
4. Maskinering (CNC-maskinering/dreiebenk/fresing)
Mange maskinkomponenter av plast er laget av stenger/plater og deretter kuttet og maskinert, spesielt for små volumer, prototyper eller stordimensjonale komponenter som føringer, slitelister og spesialforinger.
5. 3D-printing (additiv produksjon)
Brukes til prototyper, jigger/inventar eller begrensede produksjonsserier. Materialene varierer (ABS, PA, PC-blanding og til og med PEEK/PEI på spesialiserte maskiner). Det gir fleksibilitet, men styrke og presisjon avhenger av trykketeknologi og retning.
Lukking
Teknisk plast spiller en avgjørende rolle i produksjonen av maskinkomponenter, fra gir og foringer til tetninger, hus og glideføringer. Valg av materialer som PA, POM, PTFE, UHMWPE, PC, ABS, PBT/PET og PPS/PEEK/PEI krever hensyn til belastning, friksjon, driftstemperatur, kjemisk eksponering og krav til dimensjonal presisjon. På prosesssiden utmerker sprøytestøping seg for masseproduksjon, mens ekstrudering, kompresjonsstøping, maskinering og 3D-printing er alternativer avhengig av form, produksjonsvolum og ytelsesmål. Med riktig kombinasjon av materialer og prosesser kan plast levere høy ytelse og kostnadseffektivitet i moderne maskindesign.
