Bouwmaterialen
Het juiste vormstaal moet worden geselecteerd op basis van de toepassingsvereisten. Voor prototyping is gehard vormstaal niet nodig. In de meeste gevallen wordt voor-gehard staal of aluminium gebruikt om de kosten te verlagen en matrijsaanpassingen tijdens de prototypefase te vergemakkelijken. Met deze zachte metalen kunnen ook voldoende proefstukken en prefab onderdelen worden gegoten. Voorgehard vormstaal (zoals P-20 of NAKR-55) wordt vaak gebruikt voor grootschalige matrijzen, omdat het harden van het vormstaal onpraktisch is voor grote toepassingen.
Voor hogere productievolumes is gehard vormstaal nodig voor de kern en holte. S-7, H-13 en roestvrij staal 420 zijn de meest gebruikte staalsoorten. S-7 is een uitstekend vormstaal dat kan worden gebruikt voor uitgebreide productiewerkzaamheden. Als zeer hoge smelt- en matrijstemperaturen vereist zijn, moet H-13-staal worden gekozen. H-13 kan ook worden gebruikt voor de vervaardiging van hotrunner-spruitstukken. H-13 heeft een zeer hoge tempertemperatuur en is bestand tegen zeer hoge matrijsverwerkingstemperaturen zonder de hardheid ervan te beïnvloeden.
Roestvast staal is de beste keuze voor vormstaal waar een hoge slijtvastheid vereist is of waar aanzienlijke condensatie in de omgeving optreedt. Inzetstukken voor matrijsholten met hoge- slijtage kunnen worden gemaakt met staalsoorten van het type A2, ASP23 of D-2.
Alle vormstaalsoorten kunnen door een bepaalde coating tegen slijtage en corrosie worden beschermd. Alleen roestvrij staal kan worden gerepareerd door middel van lassen en machinaal bewerken. Voor staalsoorten met bestaande coatings is reparatie alleen mogelijk nadat de coating is verwijderd. Na reparatie moet de coating opnieuw worden aangebracht.
Afbeelding
Oppervlakteafwerking
De oppervlakteafwerking van vormdelen kan variëren afhankelijk van esthetische eisen, klantbehoeften en functionaliteit. Van de spiegel-achtige hoog-glanzende afwerking van SPI #1 tot gestructureerde oppervlakken verkregen door etsen, LNP-composieten kunnen vrijwel elk type oppervlakteafwerking van gegoten onderdelen bereiken. Het is belangrijk om te begrijpen dat sommige materialen verbeterde prestaties vertonen bij bepaalde matrijsoppervlakteafwerkingen. Polypropyleen vertoont bijvoorbeeld aanzienlijk betere lossingseigenschappen in matte mallen dan in hoogglanzende mallen. Het bereiken van een hoogglansafwerking is moeilijk met harsen met een hoog-vulmiddel. Ontluchten
Ventilatie is een cruciaal onderdeel van de vormcyclus om de matrijsprestaties te maximaliseren. Wanneer thermoplastisch materiaal de vormholte binnendringt, moet lucht worden verdreven. Ventilatieopeningen bevinden zich doorgaans op de laatst gevulde gebieden, vlakbij de naadlijn, en op het runnersysteem. Extra ventilatieopeningen verspreid over de scheidingslijn kunnen de algehele ventilatieprestaties aanzienlijk verbeteren. Resterend gas in de mal verschijnt als brandvlekken op het gegoten onderdeel. Een basisregel is dat het gas in de mal in hetzelfde tempo moet kunnen ontsnappen als het plastic dat de holte binnenkomt.
De diepte van de holtes varieert afhankelijk van het gebruikte materiaal. Over het algemeen vereisen amorfe thermoplasten een grotere holtediepte vanwege hun hogere viscositeit.
Afbeelding
Enkele-holte en meerdere-holte
Drie basistypen mallen worden het meest gebruikt in de industrie, vooral voor mallen die LNP-composieten gebruiken.
Het meest voorkomende type is de koude runner-configuratie met twee- platen, weergegeven in figuur 1. Materiaal wordt in het onderdeel geïnjecteerd via de runnerbus en het runnersysteem. Na afkoeling worden alle vormdelen uitgeworpen (inclusief poorten, lopers en sprues). De onderdelen worden vervolgens verwijderd en de resterende lopers en spruw worden weggegooid of gerecycled.
Figuur 2 toont een mal met drie- platen en koude geleiders. Bij dit ontwerp wordt materiaal via het runner- en aanspuitsysteem in de holte van het onderdeel geïnjecteerd. Na afkoeling wordt de mal geopend, waardoor het onderdeel wordt gescheiden van de poorten en geleiders. Het onderdeel valt op natuurlijke wijze van de lopers af. De lopers, poorten en sprues moeten nog steeds worden gerecycled of weggegooid.
Figuur 3 toont een elektrisch verwarmde hotrunner-verdeelstukmatrijs. De spruitstuk- en poortsondekanalen worden verwarmd tot of nabij de smelttemperatuur van het polymeer, waardoor het materiaal gesmolten blijft. Dit elimineert de noodzaak om afval van de lopers, poorten en spruw te verwerken. Deze systemen zijn duurder dan conventionele ontwerpen met twee-platen of drie-platen, maar bieden een betere thermische controle van het materiaal en genereren weinig afval.
Afbeelding
Hete loper
Full hot runner-matrijzen, of "runnerless"-matrijzen, bieden veel voordelen, maar vereisen een zorgvuldig ontwerp om een goede controle te garanderen over de smelt die in de matrijsholte stroomt. Hoewel gietvormen zonder gietvorm vrijwel geen afval genereren tijdens vormbewerkingen, zijn ze gevoelig voor problemen bij het opstarten, vooral bij semi-kristallijne LNP-composieten, die gevoelig zijn voor snelle stolling. Te volgen principes zijn onder meer:
• Gebruik alleen goed-gebalanceerde hotrunner-spruitstuksystemen die specifiek zijn ontworpen voor de toepassing.
• Afhankelijk van het gebruikte materiaal kan de hotrunner zo worden ontworpen dat direct gieten op het onderdeel mogelijk is met behulp van een basisplaat met open poort, of een kleppoort voor residu-vrij gieten, of de poort kan op een kleine oppervlakteloper worden geplaatst.
• Het verwarmde runnerpad en de hete basisplaat moeten zorgen voor een soepele stroming in de vormholte en extern worden verwarmd.
• Bij gebruik van lange glasvezelversterkte harsen zijn poortresten onvermijdelijk.
• Gebruik een compleet systeem van één enkele hotrunnerfabrikant, in plaats van verschillende componenten van verschillende fabrikanten te gebruiken.
• De poortgrootte is afhankelijk van de hoeveelheid en het type toegevoegd materiaal, de onderdeelgrootte/-verhouding en de wanddikte.
• Raadpleeg technisch personeel van de GE Plastics Group voor meer informatie over het ontwerp van hotrunners.
2. Gids voor gebruikelijke methoden voor het verbeteren van matrijsoppervlakken in de kunststofverwerkende industrie
De onderstaande tabel biedt vormbedieners en matrijzenmakers een verscheidenheid aan gebruikelijke behandelingen van vormstaal om de corrosieweerstand of slijtvastheid te verbeteren. Er kunnen ook andere oplossingen bestaan.
Afbeelding
3. Lopers, sprues en poorten
Spruwbussen
Bij gebruik van conventionele mallen komt heet materiaal via de aanspuitbus de mal binnen. Het runnersysteem geleidt het materiaal door de poort in de matrijsholte. Het juiste ontwerp en de juiste maatvoering van de aanspuitbus zijn cruciaal voor een goede smeltverdeling en het correct uitwerpen van het gegoten onderdeel. De diameter van de spruw "O" moet ongeveer 20% groter zijn dan de uitgangsdiameter van het mondstuk om verstopping van de spruw te voorkomen wanneer de mal wordt geopend. Hieronder wordt een schematisch diagram van de afmetingen van de aanspuiting weergegeven. De "O"-afmeting hangt ook nauw samen met de grootte van de onderdelen en lopers. In plaats van conventionele runnerbussen kunnen verwarmde runnerbussen worden gebruikt. De initiële kosten van een verwarmde runner (of "hete" bus) kunnen hoger zijn dan die van een "koude" bus, maar het vermindert de verspilling aanzienlijk omdat het de runner elimineert die langs elk onderdeel of runnersysteem loopt. Met een verwarmde bus kan de regeling van de smelttemperatuur die het runnersysteem binnenkomt veel nauwkeuriger zijn.
Afbeelding
Runner-ontwerp
Lopers moeten zo kort mogelijk zijn om onnodige drukval te voorkomen. Een cirkelvormige dwars-doorsnede verdient de voorkeur. Als de loper halverwege de mal geplaatst moet worden, gebruik dan een trapeziumvormige loper met een afgeronde onderkant. Half-ronde en platte lopers zijn inefficiënt en worden niet aanbevolen. Lopers moeten ervoor zorgen dat materiaal gelijkmatig en onbeperkt in een of meer delen kan stromen (als er meerdere holtes worden gebruikt). Normaal gesproken moet de diameter van een loper met 20% worden verkleind voor elke 90 graden rotatie. Hiermee moet rekening worden gehouden bij het ontwerpen van het runnersysteem. De diameters van ronde lopers zijn doorgaans 3,2 – 9,5 mm (0,125" – 0,375"). Afbeelding
Poort |
Het poortontwerp voor LNP-composietonderdelen moet ruime bewerkingsmarges bieden zonder spanning in de mal te creëren. Afhankelijk van het gebruikte type poort (dat wil zeggen onderzeeër, rand, nok, enz.), bepalen sommige basisafmetingen van de poort de vulsnelheid, de hoeveelheid materiaal die in de vormholte stroomt en de stollingssnelheid van het onderdeel.
De wanddikte bepaalt de poortgrootte, terwijl de geometrie van het onderdeel de locatie van de poort op het onderdeel bepaalt. Er zijn drie afmetingen van de sleutelpoort: diepte, breedte en vlak. Specifieke uitvoeringen voor diverse poorttypes vindt u op de volgende pagina.
Grootte/locatie van de poort
• De minimale poortgrootte is 0,040" (1 mm), 0,100" (2,5 mm) voor Verton langevezelcomposieten - rond of trapeziumvormig - 50–60% wanddikte (voor kristallijne composieten) - 50–75% wanddikte (voor amorfe composieten)
• Idealiter moet de poort worden geplaatst waar het muurgedeelte het dikst is - lijn de poort rechtstreeks uit met de muur of doorvoer om opvulling en "jetting" te voorkomen (behalve voor Verton langevezelcomposieten) - tunnelpoorten worden niet aanbevolen voor Verton-composieten.
