Сравнение материалов для литья под давлением: АБС, ПК, нейлон, ПП, ПОМ и ПЭЭК по прочности, стоимости и формуемости

Выбор материала — это решение, которое незаметно определяет все остальное. Оно фиксирует механические пределы детали, фиксирует стоимость за цикл и, поскольку разные смолы усаживаются с очень разной скоростью, фиксирует размеры полости в стали до того, как будет отлита первая деталь. Измените смолу после изготовления оснастки, и вам часто придется платить за новую полость.

Это сравнение охватывает шесть смол, на которые приходится подавляющее большинство коммерческих деталей, отливаемых под давлением, оцененных по свойствам, которые важны в производстве, а не по чтению технической документации. Оно также охватывает то, что большинство сравнительных статей упускают: что выбор каждого материала означает для формы и для цены детали.

Как выбрать материал для литья под давлением с помощью четырех вопросов

Проработайте их по порядку, и большинство кандидатов отсеются сами собой.

1. Какова максимальная температура, которой будет подвергаться деталь в эксплуатации, включая транспортировку, хранение и любые циклы очистки или стерилизации? Это устанавливает нижний предел и немедленно исключает целые категории.
2. Чему будет подвергаться деталь химически, включая чистящие средства, топливо, масла, влагу и ультрафиолетовое излучение?
3. Какие механические нагрузки она испытывает, и является ли это жесткостью, ударопрочностью, усталостью или износом на скользящей поверхности? Это разные требования, и ни одна смола не лидирует по всем из них.
4. Нужна ли детали прозрачность, определенный внешний вид, одобрение регулирующих органов или огнестойкость?

Стоимость входит последней, а не первой. Более дешевая смола, которая не соответствует требованиям эксплуатации, не является более дешевой. Стоимость, которая действительно влияет, — это выбор между двумя материалами, которые оба соответствуют требованию, что является действительно распространенной ситуацией и где экономится больше всего денег.

Основная сравнительная таблица

Два ряда заслуживают большего внимания, чем обычно получают: усадка и формуемость. Оба определяют, будет ли выбранный вами материал фактически соответствовать допускам на вашем чертеже после запуска оснастки.

Свойства, которые фактически определяют выбор

Усадка и почему это решение для оснастки

Каждый термопласт сжимается при охлаждении, и полость вырезается с увеличенным размером на ожидаемую усадку, чтобы готовая деталь соответствовала номиналу. Эта компенсация заложена в сталь. Полукристаллические материалы, такие как полипропилен, нейлон и ацеталь, усаживаются значительно больше, чем аморфные материалы, такие как ABS и поликарбонат, и усаживаются менее предсказуемо, поскольку кристалличность варьируется в зависимости от скорости охлаждения.

Практические последствия три. Материалы с высокой усадкой затрудняют соблюдение жестких допусков, поскольку небольшое изменение охлаждения приводит к измеримому изменению размеров. Они более склонны к короблению, поскольку неравномерная усадка по всей детали вытягивает ее из формы. А переключение между материалами с разной усадкой после изготовления оснастки обычно означает повторную резку полости, поскольку форма, рассчитанная на ABS, не будет производить правильные детали из ацеталя.

Если деталь имеет жесткие допуски, это говорит в пользу аморфного материала с низкой усадкой или в пользу принятия более свободных допусков и более дорогого цикла разработки оснастки. Решение этого вопроса до того, как будет рассчитана стоимость оснастки, намного дешевле, чем обнаружение этого при первом образце.

Формуемость и ее стоимость на прессе

Формуемость охватывает, насколько легко заполняется смола, сколько сушки ей требуется, какие температуры расплава и формы она требует, и насколько она терпима к вариациям процесса. ABS и полипропилен легки: они легко заполняются и допускают широкий диапазон процессов. Поликарбонат и нейлон гигроскопичны и должны быть правильно высушены, поскольку влага вызывает расслоение и ухудшает механические свойства. PEEK требует высоких температур расплава и нагретой оснастки, что увеличивает время цикла и стоимость оснастки.

Трудный материал — не причина избегать его, когда этого требует применение. Это причина ожидать более длительных циклов, более строгого контроля процесса и большего количества брака при запуске, все это должно быть включено в модель затрат, а не появляться как сюрприз.

Шесть смол в деталях

ABS

ABS — это стандарт для корпусов потребительских товаров, корпусов и косметических деталей, и он заслуживает этого положения благодаря легкости формования, стабильности размеров и восприимчивости к покраске, гальванизации и текстурированию. Он имеет хорошее качество поверхности, хорошо обрабатывается и склеивается, а также имеет низкую, предсказуемую усадку.

Где он терпит неудачу, так это температура и химия. Температура непрерывной эксплуатации умеренная, и ABS подвержен воздействию многих растворителей. Он также имеет плохую стойкость к ультрафиолетовому излучению без стабилизации, поэтому незащищенные наружные детали покрываются мелом и становятся хрупкими. Выбирайте ABS для внутренних корпусов, деталей бытовой техники, корпусов электроники и всего, где внешний вид и стоимость важнее воздействия окружающей среды.

Поликарбонат

Поликарбонат — это вариант для ударопрочности и прозрачности. Он действительно прочный в широком диапазоне температур и оптически прозрачный, что является комбинацией, которую предлагают немногие другие материалы. Температура эксплуатации значительно выше, чем у ABS.

Его слабости — химическая стойкость и чувствительность к надрезу. Многие растворители и некоторые чистящие средства вызывают растрескивание под напряжением, а острый внутренний угол концентрирует напряжение в материале, который в остальном хорошо сопротивляется ударам. Он также гигроскопичен и должен быть высушен перед формованием. Смеси PC и ABS распространены именно потому, что они обменивают часть прочности на более легкую обработку и лучшее химическое поведение. Выбирайте поликарбонат для линз, защитных кожухов, компонентов безопасности и корпусов, устойчивых к ударам.

Нейлон

Нейлон охватывает семейство, причем наиболее распространены PA6 и PA66. Он предлагает высокую прочность и жесткость, хорошую износостойкость и хорошую стойкость к топливу и маслам, поэтому он встречается в автомобильной и промышленной сферах. Марки, наполненные стеклом, значительно увеличивают жесткость и очень распространены.

Определяющая характеристика — поглощение влаги. Нейлон поглощает воду из воздуха, и по мере этого деталь увеличивается в размерах, становится прочнее и менее жесткой. Это означает, что деталь, измеренная в сухом состоянии, и деталь, измеренная после кондиционирования, имеют разные размеры, и любое обсуждение допусков должно указывать условие влажности. Нейлон также значительно и непредсказуемо усаживается, что затрудняет работу с жесткими допусками. Выбирайте его для шестерен, подшипников, крепежа, конструкционных кронштейнов и компонентов под капотом.

Полипропилен

Полипропилен — самый дешевый из шести и самый химически стойкий из товарных смол. Он легкий, почти полностью устойчив к влаге и уникально способен к живому шарниру, что означает тонкий участок, который может многократно сгибаться без отказа. Ничто другое в этом списке не делает этого так хорошо.

Компромиссы — это жесткость и температура: он относительно мягкий, ползет под постоянной нагрузкой, и его рабочая температура ограничена. Он также сильно усаживается, поэтому жесткие допуски затруднительны. Выбирайте полипропилен для контейнеров, крышек, деталей с живым шарниром, применений с химическим воздействием и высокообъемных компонентов, где доминирует стоимость материала.

POM (ацеталь)

Ацеталь — это материал для прецизионной механики. Он жесткий, стабильный по размерам в эксплуатации, имеет низкий коэффициент трения и отличную усталостную прочность, что делает его стандартным выбором для шестерен, кулачков, втулок, защелок и мелких движущихся компонентов.

Две вещи его ограничивают. Усадка самая высокая в этом списке, поэтому размеры полости и конструкция охлаждения имеют большее значение, чем обычно, а толстые участки склонны к образованию пустот. А ацеталь плохо склеивается или красится, поэтому он подходит для функциональных внутренних деталей, а не для косметических. Выбирайте его везде, где деталь скользит, вращается или должна надежно возвращаться в исходное положение в течение многих циклов.

PEEK

PEEK относится к другой категории. Он выдерживает непрерывные рабочие температуры намного выше, чем другие, устойчив почти ко всем химикатам, сохраняет прочность при температуре и работает в требовательных медицинских, аэрокосмических и полупроводниковых применениях. Где он указан, это обычно потому, что ничего другого не работает.

Он также является самым дорогим материалом в этом списке, и требует высоких температур расплава и нагретой оснастки, что увеличивает время цикла и стоимость оснастки. Указание PEEK там, где более дешевая инженерная смола соответствует требованию, является одной из самых дорогих ошибок при выборе материала. Выбирайте его, когда температура, химическое воздействие или нормативные требования действительно не оставляют альтернативы.

Наполненные и модифицированные марки

Базовые смолы — это только отправная точка. Большинство инженерных применений используют модифицированную марку, и модификация изменяет как свойства, так и обработку.

• Армирование стекловолокном значительно повышает жесткость и прочность и снижает усадку, но делает материал более хрупким, более абразивным для инструмента и склонным к эффектам ориентации волокон, вызывающим направленное коробление.
• Минеральное наполнение улучшает стабильность размеров и снижает стоимость, с меньшим приростом жесткости, чем стекло.
• Огнестойкие марки требуются для многих электрических и электронных применений и обычно снижают ударную прочность и усложняют обработку.
• Ультрафиолетово-стабилизированные марки необходимы для любых деталей, подвергающихся воздействию наружного воздуха, и добавление стабилизации позже не исправит деталь, уже указанную без нее.
• Ударомодифицированные марки обменивают некоторую жесткость на прочность и распространены там, где базовая смола близка, но немного слишком хрупкая.
• Медицинские марки и марки для контакта с пищевыми продуктами несут нормативную документацию, требуемую для этих применений, и одобрение относится к конкретной марке, а не к семейству смол.

Стеклянное наполнение требует особой осторожности при работе с оснасткой. Абразивные наполненные смолы со временем изнашивают сталь, особенно в местах впрыска, что влияет на выбор стали для инструмента и график технического обслуживания. Это относится к обсуждению оснастки на этапе проектирования, а не после первых ста тысяч циклов.

Выбор по требованию применения

Там, где деталь нуждается в двух разных поведении в одном элементе, например, жесткое тело с мягкой рукояткой, ответом часто является процесс, а не один материал. Переформование с мягкими материалами сочетает жесткую подложку с эластомером, а инсертное формование инкапсулирует металлические компоненты в пластик, где требуются резьбы или проводящие пути.

Что решение о материале делает для формы и цены детали

• Размеры полости вырезаются для определенной скорости усадки, поэтому изменение семейств смол после изготовления оснастки обычно означает повторную резку стали.
• Время цикла варьируется в зависимости от материала. Материалы, требующие высоких температур формы или длительного охлаждения, увеличивают стоимость за деталь при каждом цикле в течение срока службы инструмента.
• Размер впускных и литниковых каналов зависит от вязкости расплава, поэтому изменение материала может потребовать модификации впускного канала, даже если полость не затронута.
• Абразивные наполненные смолы ускоряют износ инструмента и влияют на выбор стали для инструмента и интервал технического обслуживания.
• Материалы с высокой усадкой требуют большего внимания к компоновке каналов охлаждения, что является затратами на проектирование оснастки, а не затратами на деталь.
• Требования к сушке добавляют оборудование и время обработки на прессе для гигроскопичных материалов, таких как поликарбонат и нейлон.

Вот почему выбор материала должен быть окончательно определен до расчета стоимости оснастки, а не после. Решение о смоле, принятое поздно, является изменением оснастки, а изменения оснастки в закаленной стали являются самыми дорогими исправлениями во всем процессе.

Распространенные ошибки при выборе материала

• Выбор только по пределу прочности на растяжение, когда приложением на самом деле требуется жесткость, ударопрочность или усталостная прочность.
• Игнорирование поглощения влаги нейлоном, а затем написание допусков, которые не могут быть соблюдены в условиях нормальной влажности.
• Указание высокопроизводительной смолы там, где инженерная марка соответствует всем требованиям, что увеличивает стоимость материала и оснастки без функциональной выгоды.
• Упущение ультрафиолетового воздействия на детали, которые будут находиться на улице или у окна, а затем обнаружение охрупчивания в эксплуатации.
• Предположение, что значение в технической документации применимо к вашей детали, когда опубликованные цифры получены из стандартных тестовых образцов, а не из вашей геометрии, положения впускного канала и условий охлаждения.
• Изменение смолы после изготовления оснастки без проверки того, не делает ли разница в усадке размеры полости недействительными.

Последнее является самым дорогим и самым избегаемым. Подтверждение смолы до изготовления инструмента или, как минимум, согласование того, какие альтернативы являются размерно совместимыми, полностью устраняет риск.

Принятие решения о материале в производство

Материал и геометрия решаются вместе, а не последовательно. Толщина стенки, пропорции ребер и положение впускного канала взаимодействуют с усадкой и текучестью смолы, и конструкция, работающая в одном материале, может не работать в другом. Наше руководство по руководствам по проектированию ребер и ребер жесткости охватывает геометрическую сторону этого отношения, и многие проблемы в нашей статье о дефектах литья, связанных с материалом, восходят к несоответствию между смолой и дизайном детали, а не к прессу.

Для очень мелких компонентов поведение материала снова меняется, потому что длины потока, скорости охлаждения и пропорции впускных каналов не масштабируются аккуратно. Наше сравнение микроформовочных применений охватывает, где эти различия имеют значение.

Elite Mold Tech формует ABS, поликарбонат, нейлон, полипропилен, POM, PEEK и TPU с помощью своих услуг по литью пластмасс под давлением и анализирует выбор материала в соответствии с геометрией детали и требованиями к допускам во время расчета стоимости, а не после того, как оснастка будет зафиксирована. Отправьте модель детали и требования к услуге в Elite Mold Tech для получения рекомендации, которая учитывает усадку, допуски и последствия для оснастки вместе.

Часто задаваемые вопросы