Kompresijsko prešanje je prvo korišteno za oblikovanje gume, ali se raspon materijala s kojima se radi od tada znatno proširio. Mnogi predmeti oko vas napravljeni su kompresijskim kalupljenjem, a to i danas može biti odlično proizvodno rješenje za vas.
Šta je kompresijsko oblikovanje?
Kompresijsko prešanje je proizvodni proces koji koristi dvostrano grijani kalup, gornji i donji, za komprimiranje materijala koji se može oblikovati u oblik ili formu koju određuje kalup. I toplina i pritisak su važni aspekti procesa kompresijskog oblikovanja. Toplina pomaže materijalu koji se koristi za kompresijsko oblikovanje da se otopi ili stvrdne ovisno o vrsti materijala koji se koristi. Pritisak tjera omekšali materijal da ravnomjerno teče u šupljine kalupa.
Kao što sugerira njegovo ime, tlačne sile su ključne za ovu metodu oblikovanja. Tonaža korištenih presa može doseći čak 2500 tona. Kompresijsko prešanje je odlična proizvodna metoda za proizvodnju velikih količina.
Proces kompresijskog oblikovanja
Proces kompresijskog oblikovanja ima nekoliko varijacija ovisno o vrsti materijala s kojim radite. Međutim, glavni proces se može podijeliti na šest osnovnih koraka.
Korak 1: Priprema mašine za kalupovanje
Postoje različite vrste opreme za kompresijsko oblikovanje, ali svaka će morati biti pripremljena na neki način prije nego što započne proizvodni ciklus. Ovo može uključivati radnje kao što su:
- Čišćenje kalupa
- Prskanje sredstva za odvajanje
- Uključivanje grijanja i prethodno zagrijavanje kalupa
- Postavljanje umetaka itd.
Ove radnje su neophodne i nedostatak koraka može dovesti do neispravnosti ili oštećenja dijela.
Korak 2: Mjerenje i punjenje sirovine
Količina plastičnog materijala koji se koristi u kompresijskom kalupu mora biti precizno izmjerena. Ovo pomaže da se osigura konzistentnost između proizvoda. Previše materijala u kalupu može dovesti do nekoliko problema uključujući:
- Prevelike količine blica koje se moraju odsjeći
- Izazovi demoldinga
- Oštećeni kalupi
- Niska tačnost dimenzija
S druge strane, premalo materijala može rezultirati dijelom koji nema odgovarajuću gustoću, ima lošu kvalitetu površine ili mu čak nedostaju dijelovi materijala.
Kada se izmeri tačna količina materijala, stavlja se u šupljinu kalupa. Materijal za oblikovanje može se prethodno zagrijati prije stavljanja u kalup. Ovo može pomoći da se smanji vrijeme ciklusa.
Korak 3: Zatvaranje kalupa/sabijanje materijala
Kada je materijal na mjestu, kalup se zatvara kako bi se primijenila kompresija koja tjera materijal u svaki dio šupljine kalupa. Toplota se može primijeniti na kalup u ovoj fazi također da omekša materijal ili da se pomogne u očvršćavanju termoreaktivnih materijala.
Zatvaranje kalupa se odvija unaprijed određenom brzinom za kraće vrijeme ciklusa. Brzina također ne može biti prevelika jer se materijal može pomjeriti iz unutrašnjosti kalupne šupljine.
Korak 4: Stvrdnjavanje ili hlađenje
Nakon što se kalup zatvori, materijal se drži na mjestu određeno vrijeme, obično 1 – 5 minuta. Tokom ovog perioda materijal će se stvrdnjavati za termoreaktivnu plastiku. Stvrdnjavanje je proces u kojem se odvija umrežavanje u polimeru što rezultira čvrstim dijelom sa specifičnim svojstvima.
U slučaju termoplasta, formirani dio unutar kalupa se hladi u tom periodu dok ne postane dovoljno tvrd da se može ukloniti bez oštećenja.
Korak 5: Demolding
Tokom ovog koraka, kalup se otvara i čvrsti dio se uklanja iz kalupa. Igle za izbacivanje i drugi mehanički sistemi mogu pomoći u tome. U nekim slučajevima, vađenje iz kalupa može se obaviti ručno.
Neki dijelovi imaju složeniji proces demoliranja od drugih. Na primjer, za dio oblikovan uz pomoć umetaka, umetci se moraju ukloniti u nekom trenutku tokom faze vađenja iz kalupa.
Korak 6: Naknadna obrada
Nakon što je dio uklonjen iz kalupa, možda će trebati proći još nekoliko koraka prije nego što se smatra spremnim. Odsecanje viška materijala ili blica je uobičajena procedura u ovoj fazi. Drugim dijelovima može biti potrebna toplinska obrada kako bi se smanjila unutrašnja naprezanja ili čišćenje.
Dizajn kalupa u kompresijskom kalupu
Uspjeh u kompresijskom oblikovanju počinje s dizajniranjem pravog kalupa za vaš dio.Mehanika kompresijskog oblikovanja postavlja određena ograničenja na karakteristike koje dio može imati. Važno je biti svjestan ovih ograničenja kako bi se osiguralo da se dizajnirani dio može proizvesti.
Mašine za kompresijsko oblikovanje mogu se koristiti za oblikovanje dijelova sa složenim dizajnom, ali to čini proces izazovnijim.
Složen dizajn može dodati nekoliko koraka procesu. Takvi dizajni također mogu otežati protok materijala i doprijeti do svakog dijela kalupa. Dodatni koraci znače duže proizvodne cikluse i veće troškove dok loš protok materijala može dovesti do kvarova u dijelu.
Olakšajte izbacivanje dijela
Prilikom dizajniranja dijela treba uzeti u obzir lakoću izbacivanja dijela jer dijelovi koji se teško izbacuju mogu se suočiti sa sljedećim problemima:
- Duga vremena ciklusa
- Loša obrada površine
- Lom tokom izbacivanja
Dva faktora koji olakšavaju izbacivanje dijelova su korištenje uglova promaja u dizajnu kalupa i izbjegavanje podrezivanja.
Odaberite odgovarajuću debljinu zida
I debeli i tanki zidovi mogu predstavljati problem za oblikovane dijelove. Debeli zidovi su skloni stvaranju unutrašnjih šupljina. To je uzrokovano time što se vanjski dijelovi zidova hlade mnogo brže od unutrašnjih dijelova.
Tankim zidovima nedostaje snaga da se odupru silama deformacije izazvanim promjenama temperature. Veća je vjerovatnoća da će se iskriviti ili izobličiti na neki način dok se dio hladi.
Ovi izazovi znače da dizajn kalupa mora odabrati optimalnu debljinu zida na osnovu strukturalnih potreba dijela i protoka materijala. Rebra se često koriste za postizanje jakih dijelova bez debelih dijelova zida.
Uzmite u obzir materijal
Različiti materijali se različito ponašaju tokom procesa kompresijskog oblikovanja. Neki materijali neće teći tako lako kao drugi. Drugi će se grijati ili hladiti sporije ili brže. Neki materijali se takođe mogu proširiti ili skupiti tokom nekih faza procesa.
Dizajn kalupa mora uzeti u obzir takve činjenice kako bi se izbjeglo stvaranje neispravnih dijelova ili dijelova pogrešnih dimenzija.
Dizajn da traje
Kompresijsko oblikovanje klasificira se kao metoda proizvodnje velikog obima. To znači da korišteni kalup treba da traje dugo i da se koristi za mnoge dijelove.
Kako bi se osiguralo da je to slučaj, kalup bi trebao biti dizajniran na način koji minimizira štetni učinak visokih temperatura i pritisaka.
Dijelovi kalupa koji se mogu lakše oštetiti trebaju biti dizajnirani tako da se lako poprave. Ovo će smanjiti vrijeme zastoja u slučaju da se ovi dijelovi trebaju zamijeniti ili popraviti.
Materijali za kompresijsko oblikovanje
Kompresijsko oblikovanje je jedan od rijetkih proizvodnih procesa koji može raditi i s termoreaktivnim i termoplastičnim materijalima. Ovo uvelike proširuje asortiman proizvoda koji se mogu proizvesti ovim procesom. Neki uobičajeni materijali koji se sada koriste uključuju silikon, epoksid i HDPE.
Silikon
Silikon je nevjerovatan elastomerni materijal koji zamjenjuje prirodnu gumu u mnogim primjenama. Ima bolju temperaturnu otpornost i vrlo dobro djeluje kao izolator. Takođe je izdržljiviji od gume i može se koristiti iu medicinskim i prehrambenim aplikacijama.
Silikon je odličan za kompresijsko oblikovanje jer lako teče, omogućavajući mu da dobro ispuni forme kalupa.Silikon se obično koristi za proizvodnju brtvila, brtvi i dijelova medicinske opreme.
PU
PU, takođe poznat kao poliuretan, pravi delove visoke čvrstoće na udar, otpornosti na abraziju i žilavost.Ovisno o formulaciji, PU dio može imati mnogo različitih fizičkih kvaliteta.
Ovaj termoset teče lako i uz kompresijsko oblikovanje može se koristiti za izradu kotača, brtvi, valjaka itd.
HDPE
Polietilen visoke gustine je termoplast koji se lako topi i dobro teče u rastopljenom stanju. Može se koristiti za kompresijsko oblikovanje prilično složenih dijelova. Ovaj materijal ima vrlo dobru dimenzijsku stabilnost i otpornost na udarce.
Kompresijsko oblikovanje se koristi za proizvodnju HDPE dijelova za industrijsku i automobilsku primjenu.
PTFE
Politetrafluoroetilen pokazuje odlična svojstva neprijanjanja, a također je vrlo otporan na kemikalije. PTFE je dobar materijal za kompresijsko oblikovanje jer lako teče. Ležajevi, brtve i dijelovi za električnu izolaciju mogu se oblikovati pomoću PTFE.
Poređenje s drugim procesima oblikovanja
Kompresijsko prešanje i brizganje se često uspoređuju jer oba procesa koriste kalupe. Iako postoji značajan stepen preklapanja, ove dvije metode proizvodnje se značajno razlikuju i obično služe različitim proizvodnim potrebama.
Otvoreni vs zatvoreni kalup
Kompresijsko oblikovanje koristi otvoreni dizajn kalupa. Materijal se stavlja u otvorenu šupljinu kalupa prije nego što se gornji dio kalupa zatvori na njega.
S druge strane, injekcijsko prešanje koristi zatvoreni dizajn kalupa. Materijal se ubrizgava u kalup koji je već zatvoren. Postoje prolazi za unošenje materijala ili ventilaciju.
Part Design
Otvorena priroda kalupa koji se koriste za kompresijsko oblikovanje čini ga dobrim procesom za izradu velikih dijelova sa nekompliciranom geometrijom, npr. paneli. Ovim postupkom se lako mogu napraviti dijelovi poput branika automobila.
Zatvorenost kalupa za brizganje čini ih odličnim procesom za proizvodnju dijelova sa složenijim dizajnom. Materijali se unose u kalup pod visokim pritiskom koji mu omogućava da teče u složene oblike.
Trošak postavljanja
Postavljanje operacije brizganja obično je skuplje od postavljanja za kompresijsko prešanje.Troškovi alata su prilično visoki jer moraju biti u stanju podnijeti visoke pritiske procesa brizganja i strogo kontrolirati parametre procesa.
Alati za kompresijsko oblikovanje ne koštaju toliko, a to ga čini boljim izborom kada je obim proizvodnje manji.
Cycle Times
Ciklusi kompresijskog oblikovanja mogu se kretati između jedne i šest minuta. Neki ciklusi brizganja s druge strane mogu trajati samo dvije sekunde.
Postoje slučajevi u kojima vrijeme proizvodnje za injekcijsko prešanje traje više od jedne minute, ali je to općenito brži proces i odličan je izbor za masovnu proizvodnju.
Ova razlika u vremenu ciklusa proizlazi iz činjenice da su procesi brizganja obično potpuno automatizirani, dok kompresijsko oblikovanje može biti ručno s dijelovima kojima je potrebno vrijeme da se očvrsnu prije nego što budu izbačeni. Umetanje materijala i izbacivanje delova može se vršiti i ručno u kompresijskom kalupu.
Nivo preciznosti
Proces brizganja je mnogo precizniji proces u odnosu na kompresijsko prešanje.Kalupi koji se koriste za brizganje izrađeni su od vrlo jakih materijala. Manje je vjerovatno da će razviti defekte koji utječu na oblike i dimenzije dijelova.
Nivo preciznosti je dovoljno visok da dijelovima koji su brizgani možda neće biti potrebna naknadna obrada.
Opcije materijala
Iako injekcijsko prešanje dobro funkcionira s mnogim materijalima, poseban slučaj kod kompresionog presovanja je to što može koristiti masu za livenje ili masu za oblikovanje listova. Ovi materijali sadrže usitnjena vlakna i mogu se koristiti za proizvodnju kompozitnih dijelova.
Injekciono prešanje ne može koristiti takve materijale i nije pogodno za izradu dijelova napravljenih od kompozitnih materijala.
Prednosti i nedostaci kompresijskog oblikovanja
Kompresijsko oblikovanje opstalo je više od jednog stoljeća. To je zato što ima prednosti koje uključuju:
- Niži trošak alata:Oprema povezana sa kompresijskim prešanjem, kao što su hidraulične prese, nije tako komplikovana kao oprema koja se koristi za brizganje. Ovo čini jeftinijim početak operacije kompresijskog kalupa.
- Bolje za proizvodnju male količine:Niži trošak alata za kompresijsko oblikovanje čini ga boljim za male količine proizvodnje. To je zato što je potrebno manje proizvoda da se isplati.
- Odlično za velike predmete:Glavni ograničavajući faktori u pogledu veličine i težine dijelova izrađenih kompresijskim prešanjem su tonaža i veličina prese. Stoga se kompresijsko prešanje obično koristi za proizvodnju većih dijelova u usporedbi s brizganjem i drugim procesima.
- Umetci su mogući:Umetak kalupljenje je presovanje jednog materijala preko drugog. To je moguće sa kompresijskim kalupljenjem ako se koriste prave metode i alati.
- Jaki dijelovi:Kompresijsko oblikovanje proizvodi guste dijelove koji su prilično robusni zahvaljujući velikim tlačnim silama koje koristi.
- Kompatibilnost materijala:Kompresijsko oblikovanje je kompatibilno s mnogo različitih vrsta materijala uključujući kompozite impregnirane vlaknima.
Ova metoda proizvodnje nije uvijek prikladna za neke proizvode. Nedostaci kompresijskog oblikovanja uključuju:
- Kompleksnost dijela:Nivo složenosti koji se može postići kompresijskim kalupljenjem nije loš, ali ne može konkurirati brizganju i nekim drugim procesima.
- Vremena proizvodnje:Vremena proizvodnje za kompresijsko prešanje su duže od onih za brizganje.
- Naknadnu obradu:Bez pravih mjera, blic može biti značajan problem u kompresijskom oblikovanju. Ovaj višak materijala mora biti odrezan i ovaj dodatni korak može biti skup.
Primjena kompresijskog kalupa
Kompresijsko oblikovanje se može koristiti za izradu širokog spektra dijelova od termoplastičnih i termoreaktivnih polimera. Neki od ovih primjera su:
- Električni dijelovi:Utičnice, prednje ploče, prekidači i druge električne komponente mogu se napraviti pomoću kompresijskog kalupa.
- Elektronskih uređaja:Ovom tehnikom mogu se izraditi dijelovi tipkovnica, kontrolera za igre itd.
- Automobilski dijelovi:Velike ploče i drugi dijelovi vozila mogu se izraditi kompresijskim kalupljenjem.
- Dijelovi medicinskog aparata:Maske za disanje i drugi medicinski uređaji izrađuju se kompresijskim prešanjem.
Zaključak
Kompresijsko prešanje nema sofisticiranost brizganja, ali ostaje najbolja metoda za izradu određenih vrsta proizvoda.
Ovaj proizvodni proces je jednostavan, a materijali se čak i ručno ubacuju u kalup. Unatoč svojoj jednostavnosti, proizvodi proizvode koji imaju vrlo visoku čvrstoću i dobru završnu obradu, a može čak i upravljati nekim složenim geometrijama.
Kompresijsko oblikovanje sada radi s mnogim termoreaktivnim i termoplastičnim materijalima i njegovi proizvodi se koriste u mnogim industrijama.