Formpressning användes först för att gjuta gummi men utbudet av material som det arbetar med har utökats kraftigt sedan dess. Många föremål runt omkring dig tillverkades med formpressning, och det kan fortfarande vara en utmärkt tillverkningslösning för dig idag.
Vad är formpressning?
Formpressning är en produktionsprocess som använder en tvåsidig uppvärmd form, topp och botten, för att komprimera ett formbart material till en form eller form som bestäms av formen. Både värme och tryck är viktiga aspekter av formpressningsprocessen. Värme hjälper materialet som används för formpressning att smälta eller härda beroende på vilken typ av material som används. Trycket tvingar det uppmjukade materialet att flyta jämnt in i formhåligheterna.
Som antyds av dess namn, är tryckkrafter nyckeln till denna formningsmetod. Tonnaget av pressar som används kan gå så högt som 2500 ton. Formpressning är en utmärkt tillverkningsmetod för högvolymproduktion.
Formpressningsprocessen
Formpressningen har några variationer beroende på vilken typ av material du arbetar med. Huvudprocessen kan dock delas upp i sex grundläggande steg.
Steg 1: Förbereda maskinen för gjutning
Det finns olika typer av formpressningsutrustning, men var och en måste förberedas på något sätt innan en produktionscykel startar. Detta kan inkludera åtgärder som:
- Rengöring av formen
- Spraya ett släppmedel
- Slå på värmen och förvärma formen
- Placera insatser etc.
Dessa åtgärder är väsentliga och att missa ett steg kan resultera i en defekt eller skadad del.
Steg 2: Mätning och laddning av fodermaterialet
Mängden plastmaterial som används vid formpressning måste mätas exakt. Detta hjälper till att säkerställa överensstämmelse mellan produkterna. För mycket material i formen kan resultera i flera problem, inklusive:
- För stora mängder blixt som måste skäras av
- Demolding utmaningar
- Skadade formar
- Låg dimensionsnoggrannhet
Å andra sidan kan för lite material resultera i en del som saknar rätt densitet, har dålig ytkvalitet eller till och med saknar materialavsnitt.
När rätt mängd material är uppmätt placeras det i formens hålrum. Formmaterialet kan förvärmas innan det placeras i formen. Detta kan hjälpa till att minska cykeltiden.
Steg 3: Stänga formen/komprimera materialet
När materialet väl är på plats stängs formen för att applicera kompressionen som tvingar materialet in i varje del av formhåligheten. Värme kan appliceras på formen i detta skede också för att mjuka upp materialet eller för att underlätta härdningen av härdplastmaterial.
Stängningen av formen sker med en förutbestämd hastighet för snabbare cykeltider. Hastigheten får inte heller vara för hög eftersom materialet kan förskjutas från insidan av formhåligheten.
Steg 4: Härdning eller kylning
Efter att formen stängts hålls materialet på plats under en viss tid, vanligtvis 1 – 5 minuter. Materialet kommer att härda för en härdplast under denna period. Härdning är den process där tvärbindning sker i polymeren vilket resulterar i en fast del med specifika egenskaper.
När det gäller termoplaster kyls den formade delen i formen under denna period tills den är tillräckligt hård för att avlägsnas utan att skadas.
Steg 5: Avformning
Under detta steg öppnas formen och den fasta delen avlägsnas från formen. Utmatningsstift och andra mekaniska system kan hjälpa till med detta. I vissa fall kan urtagning göras för hand.
Vissa delar har en mer komplicerad urtagningsprocess än andra. Till exempel, för en del som gjuts med hjälp av insatser, måste insatserna tas bort någon gång under urtagningsstadiet.
Steg 6: Efterbearbetning
Efter att en del har tagits ur formen kan den behöva genomgå ytterligare några steg innan den anses klar. Att skära bort överflödigt material eller blixt är en vanlig procedur i detta skede. Andra delar kan behöva värmebehandling för att minska inre påfrestningar eller rengöring.
Formdesign i formpressning
Framgång med formpressning börjar med att designa rätt form för din del.Mekaniken i formpressning sätter vissa begränsningar för egenskaperna som en del kan ha. Det är viktigt att vara medveten om dessa gränser för att säkerställa att den designade delen kan tillverkas.
Formpressningsmaskiner kan användas för att gjuta detaljer med komplexa konstruktioner men dessa gör processen mer utmanande.
En komplex design kan lägga till flera steg i processen. Sådana konstruktioner kan också göra det svårare för materialet att flyta och nå varje del av formen. Extra steg innebär längre produktionscykler och högre kostnader samtidigt som dåligt materialflöde kan leda till defekter i detaljen.
Gör delutkastning enkelt
Enkel utmatning av delar bör övervägas när du designar en del eftersom delar som är svåra att mata ut kan möta följande problem:
- Långa cykeltider
- Dålig ytfinish
- Avbrott under utkastning
Två faktorer som gör det lättare att mata ut delar är att använda dragvinklar i formen och att undvika underskärningar.
Välj en lämplig väggtjocklek
Både tjocka och tunna väggar kan utgöra ett problem för gjutna delar. Tjocka väggar är benägna att bilda inre hålrum. Detta orsakas av att de yttre delarna av väggarna svalnar mycket snabbare än de inre delarna.
Tunna väggar saknar styrka att motstå de deformerande krafter som induceras av temperaturförändringar. De är mer benägna att deformeras eller förvrängas på något sätt eftersom en del kyls.
Dessa utmaningar gör att formkonstruktionen måste välja en optimal väggtjocklek utifrån detaljens strukturella behov och materialets flöde. Ribbor används ofta för att uppnå starka delar utan tjocka väggpartier.
Tänk på materialet
Olika material beter sig olika under formpressningsprocessen. Vissa material flyter inte lika lätt som andra. Andra kommer att värma eller kyla i en långsammare eller snabbare takt. Vissa material kan också expandera eller krympa under vissa stadier av processen.
Formkonstruktionen måste ta hänsyn till sådana fakta för att undvika att defekta delar eller delar med felaktiga dimensioner tillverkas.
Design för att hålla
Formpressning klassificeras som en tillverkningsmetod för stora volymer. Det gör att formen som används ska hålla länge och användas till många delar.
För att säkerställa att så är fallet bör formen utformas på ett sätt som minimerar den skadliga effekten av höga temperaturer och tryck.
Delar av formen som lättare kan skadas bör utformas så att de är lätta att reparera. Detta kommer att minska stilleståndstiden om dessa delar behöver bytas ut eller repareras.
Material för formpressning
Formpressning är en av få tillverkningsprocesser som kan fungera med både härdplaster och termoplaster. Detta utökar avsevärt utbudet av produkter som kan tillverkas med denna process. Några vanliga material som används nu inkluderar silikon, epoxi och HDPE.
Silikon
Silikon är ett fantastiskt elastomermaterial som ersätter naturgummi i många applikationer. Den har bättre temperaturbeständighet och fungerar mycket bra som isolator. Det är också mer hållbart än gummi och kan användas i både medicinska och livsmedelsklassade applikationer.
Silikon är bra för formpressning eftersom det flyter lätt, vilket gör att det kan fylla formen väl.Silikon används vanligtvis för att tillverka packningar, tätningar och delar av medicinsk utrustning.
PU
PU, även känd som polyuretan, gör delar med hög slaghållfasthet, nötningsbeständighet och seghet.Beroende på formuleringen kan en PU-del ha många olika fysiska egenskaper.
Denna härdplast flyter lätt och kan med formpressning användas för att tillverka hjul, tätningar, rullar, etc.
HDPE (på engelska)
Högdensitetspolyeten är en termoplast som smälter lätt och flyter bra i smält tillstånd. Den kan användas för formpressning av ganska komplexa delar. Detta material har mycket god formstabilitet och slagtålighet.
Formpressning används för tillverkning av HDPE-delar för industri- och biltillämpningar.
PTFE
Polytetrafluoreten uppvisar utmärkta non-stick egenskaper och är också mycket resistent mot kemikalier. PTFE är ett bra material för formpressning eftersom det flyter lätt. Lager, packningar och delar för elektrisk isolering kan alla gjutas med PTFE.
Jämförelse med andra formningsprocesser
Formpressning och formsprutning jämförs ofta eftersom båda processerna använder formar. Även om det finns en betydande grad av överlappning är dessa två tillverkningsmetoder väsentligt olika och tjänar vanligtvis olika tillverkningsbehov.
Öppen vs stängd mögel
Formpressning använder en öppen formdesign. Materialet placeras i den exponerade formhåligheten innan den övre delen av formen stängs ovanpå den.
Å andra sidan använder formsprutning en sluten formdesign. Materialet sprutas in i en form som redan är stängd. Det finns passager för införande av material eller ventilation.
Del Design
Den öppna naturen hos formarna som används för formpressning gör det till en bra process för att tillverka stora delar med okomplicerad geometri, t.ex. paneler. Delar som bilstötfångare kan enkelt tillverkas med denna process.
Den slutna karaktären hos formsprutningsformar gör det till en utmärkt process för tillverkning av detaljer med mer komplicerade konstruktioner. Materialen förs in i formen vid ett högt tryck som gör att den kan flyta till komplexa former.
Startkostnad
Att sätta upp en formsprutningsoperation tenderar att bli dyrare än att ställa in för formpressning.Verktygskostnaderna är ganska höga eftersom de måste kunna hantera de höga trycken i formsprutningsprocessen och noggrant kontrollera processparametrarna.
Verktyget för formpressning kostar inte lika mycket, och det gör det till ett bättre val när produktionsvolymen är lägre.
Cykeltider
Formpressningscykler kan variera mellan en och sex minuter. Vissa formsprutningscykler kan å andra sidan vara så låga som två sekunder.
Det finns fall där produktionstiderna för formsprutning är över en minut långa men det är i allmänhet den snabbare processen och är ett utmärkt val för massproduktion.
Denna skillnad i cykeltider kommer från det faktum att formsprutningsprocesser vanligtvis är helt automatiserade medan formpressning kan vara manuell med delar som behöver tid att härda innan de kastas ut. Lastning av material och utmatning av delar kan också göras manuellt i formpressning.
Precisionsnivå
Formsprutningsprocessen är en mycket mer exakt process jämfört med formpressning.Formarna som används för formsprutning är gjorda av mycket starka material. De är mindre benägna att utveckla defekter som påverkar delarnas former och dimensioner.
Precisionsnivån är tillräckligt hög för att formsprutade delar kanske inte behöver någon efterbearbetning.
Materialalternativ
Även om formsprutning fungerar bra med många material, är ett specialfall med formpressning att den kan använda bulkformningsmassa eller arkformningsmassa. Dessa material innehåller hackade fibrer och kan användas för att tillverka kompositdelar.
Formsprutning kan inte använda sådana material och är inte lämplig för tillverkning av delar av kompositmaterial.
Fördelar och nackdelar med formpressning
Formpressning har överlevt i mer än ett sekel. Detta beror på att det har fördelar som inkluderar:
- Lägre verktygskostnad:Utrustningen förknippad med formpressning, såsom hydrauliska pressar, är inte lika komplicerad som den utrustning som används för formsprutning. Detta gör det mindre kostsamt att starta en formpressningsoperation.
- Bättre för lågvolymproduktion:Den lägre kostnaden för formpressningsverktyg gör det bättre för låga produktionsvolymer. Detta beror på att det behövs färre produkter för att nå ut.
- Perfekt för stora föremål:De huvudsakliga begränsande faktorerna när det gäller storlek och vikt av delar tillverkade med formpressning är pressens tonnage och storlek. Därför används formpressning vanligtvis för att tillverka större delar jämfört med formsprutning och andra processer.
- Insatser är möjliga:Insatsgjutning är gjutning av ett material över ett annat. Detta är möjligt med formpressning om rätt metoder och verktyg används.
- Starka delar:Formpressning ger täta delar som är ganska robusta tack vare de stora tryckkrafterna den använder.
- Materialkompatibilitet:Formpressning är kompatibel med många olika typer av material inklusive fiberimpregnerade kompositer.
Denna tillverkningsmetod är inte alltid lämplig för vissa produkter. Nackdelarna med formpressning inkluderar:
- Dels komplexitet:Den komplexitetsnivå som kan uppnås med hjälp av formpressning är inte dålig men den kan inte konkurrera med formsprutning och någon annan process.
- Produktionstider:Produktionstiderna för formpressning är längre än för formsprutning.
- Efterbehandling:Utan rätt åtgärder kan blixt vara ett betydande problem vid formpressning. Detta överskottsmaterial måste trimmas bort och detta extra steg kan bli dyrt.
Tillämpningarna av formpressning
Formpressning kan användas för att göra ett brett spektrum av delar från termoplaster och härdplaster. Några exempel på dessa är:
- Elektriska delar:Uttag, frontplattor, strömbrytare och andra elektriska komponenter kan tillverkas med hjälp av formpressning.
- Elektroniska enheter:Delar av knappsatser, spelkontroller etc. kan tillverkas med denna teknik.
- Bildelar:Stora paneler och andra delar av fordon kan tillverkas med formpressning.
- Delar för medicinsk utrustning:Andningsmasker och annan medicinsk utrustning tillverkas med hjälp av formpressning.
Slutsats
Formpressning har inte den sofistikerade formsprutningen, men det är fortfarande den bästa metoden för att göra vissa typer av produkter.
Denna tillverkningsprocess är enkel och materialen laddas till och med manuellt i formen. Trots sin enkelhet producerar den produkter som har mycket hög hållfasthet och god ytfinish, och den klarar till och med en del komplexa geometrier.
Formpressning fungerar nu med många härdbara och termoplastiska material och dess produkter används inom många industrier.