Технология горячеканальных систем сокращает отходы материала при крупносерийном литье под давлением

Поскольку предприятия литьевого формования сталкиваются с более высокими затратами на смолу, целями устойчивого развития и необходимостью увеличения производительности существующего оборудования, проектирование литников становится все более важной частью экономики производства. При больших объемах производства каждый грамм пластика, затвердевшего в холодном канале, должен быть охлажден, удален, обработан и либо переработан, либо выброшен.

Технология горячеканальных систем меняет это уравнение, сохраняя смолу внутри системы подачи расплава расплавленной между циклами. Вместо того, чтобы выбрасывать литник и направляющую при каждом выстреле, формовочная машина в первую очередь впрыскивает материал, необходимый для готовых деталей. Для пресс-форм с большими полостями и дорогих конструкционных пластмасс сокращение расхода материала может стать существенным в течение миллионов циклов.

Однако горячеканальная система не является автоматически лучшим решением для каждой пресс-формы. Поведение смолы, годовой объем производства, количество полостей, требования к литникам, возможности технического обслуживания и инвестиции в оснастку — все это необходимо оценивать вместе.

Откуда берутся отходы материала при литье под давлением в больших объемах

В обычной пресс-форме с холодными литниками расплавленная смола проходит через сеть литников и желобов, прежде чем достичь полостей. В конце цикла отлитые детали, полозья и литник охлаждаются и выбрасываются вместе или по отдельности.

Для прототипа формы, выдержавшего всего несколько тысяч выстрелов, дополнительный материал может быть относительно неважен. Экономика быстро меняется, когда пресс-форма производит сотни тысяч или миллионы циклов в год.

Рассмотрим пресс-форму с восемью гнездами, в которой на готовые детали расходуется 144 г смолы за один выстрел, а холодный литник весит еще 35 г. При одном миллионе выстрелов в год один только бегун представляет:

Если стоимость смолы составляет 4 доллара за килограмм, то теоретическая стоимость материала этого бегуна составляет 140 000 долларов в год до рассмотрения возможности восстановления путем повторного измельчения.

Перешлифовка может снизить финансовые потери для некоторых материалов, но не делает бегуна свободным. Измельчение, сортировка, транспортировка, сушка, смешивание и контроль качества требуют оборудования, энергии и рабочей силы. Перешлифовка также может быть ограничена для косметических, медицинских, электрических или критически важных с точки зрения безопасности компонентов.

Таким образом, экономическое обоснование устранения холодного канала становится более убедительным, поскольку годовое количество выстрелов, соотношение массы бегунов к деталям и увеличение стоимости смолы .

Горячий бегун против Холодный бегун: экономия выходит за рамки смолы

В горячеканальной системе используются коллекторы и сопла с электрическим подогревом для поддержания смолы в расплавленном состоянии между соплом формовочной машины и литниками полости. Поскольку не существует обычного желоба для охлаждения и выброса, некоторые производственные этапы потенциально можно сократить или исключить.

Время цикла также может улучшиться

Холодные литники часто толще формованного компонента, а это означает, что литник может стать одной из последних секций дроби, которая остынет достаточно для выброса. Если формовочной машине приходится ждать бегуна, а не детали, скорость производства определяется материалом, который никогда не станет частью конечного продукта.

Горячий канал устраняет эту потребность в охлаждении. В зависимости от геометрии детали, размеров направляющих и процесса формования результатом может стать сокращение цикла и повышение производительности машины. Фактическое улучшение всегда должно определяться посредством анализа текучести пресс-формы, данных испытаний и проверки производства, а не путем предположения фиксированного процента.

Выбор между горячеканальными системами с открытым затвором и затвором с клапаном

Не все горячеканальные системы работают одинаково. Одним из важнейших дизайнерских решений является система ворот.

Открытые или тепловые ворота

Системы с открытыми воротами имеют относительно простую конструкцию и меньше движущихся компонентов. Они могут быть экономически эффективным выбором для многих простых применений, где не требуется чрезвычайно точное механическое закрытие ворот.

Их ограничения могут включать натяжение, растекание и более заметные следы ворот, в зависимости от поведения смолы, геометрии ворот и контроля температуры.

Клапанные ворота

Системы клапан-задвижка механически открывают и закрывают затвор с помощью штифта клапана. Это обеспечивает больший контроль над синхронизацией ворот и может создать более чистый внешний вид ворот.

Затвор клапана обычно рассматривается, когда к компоненту предъявляются высокие косметические требования, имеется несколько затворов, сложный режим наполнения или необходимость контролируемого последовательного наполнения.

На более крупных компонентах последовательные затворы клапанов могут открывать разные затворы на определенных этапах заполнения полости. При правильном проектировании этот подход может помочь управлять фронтами потока, давлением впрыска и расположением линии сварки.

Пресс-формы с большой полостью требуют более чем одинаковой длины направляющей

По мере увеличения количества полостей баланс расплава становится все более важным. Пресс-форма с 32, 64 или 128 гнездами должна снабжать каждую полость при достаточно стабильных условиях температуры и давления.

Поэтому при проектировании горячеканальных каналов необходимо учитывать размер канала расплава, потерю давления, историю сдвига, время пребывания и распределение температуры, а не полагаться только на геометрически равные длины литников.

Плохая балансировка может привести к различиям в наполнении, упаковке, размерах и весе детали между полостью — проблемы, которые становятся дорогостоящими, если их умножить на высокопроизводительную производственную линию.

Совместимость материалов может улучшить или разрушить проект горячеканальной системы

Одна из самых больших ошибок при выборе горячеканальных каналов — одинаковый подход к каждому термопласту. Температура плавления, термическая стабильность, содержание наполнителя и чувствительность ко времени пребывания — все это влияет на конструкцию системы.

Время проживания имеет значение

Горячий литник постоянно содержит расплавленный материал. Если объем коллектора неоправданно велик или при перерывах в производстве термочувствительная смола остается в системе на длительное время, может произойти деградация.

Симптомы могут включать изменение цвета, выделение газа, черные точки, отложения или нестабильные механические свойства. Поэтому объем канала и тепловая схема должны соответствовать смоле и ожидаемому размеру порции.

Стекловолокно создает проблему износа инструментов

Стеклонаполненные PA66, PBT, PPS и другие конструкционные пластики могут быть значительно более абразивными, чем ненаполненные материалы. Наконечники форсунок, затворы, штифты клапанов и другие участки с высоким расходом могут потребовать подходящих износостойких материалов или покрытий.

То же самое относится и к вставкам для полостей и винтовым компонентам формовочных машин. Сокращение отходов смолы является ценным, но горячеканальная система не должна создавать чрезмерных затрат на техническое обслуживание в других частях процесса.

Когда окупается горячеканальная форма?

Горячеканальные формы требуют более высоких первоначальных инвестиций, поэтому правильный вопрос не в том, стоит ли эта форма дороже. Правильный вопрос заключается в том, ниже ли увеличение стоимости оснастки, чем экономия на эксплуатации в течение срока действия программы.

Шаг 1: Рассчитайте экономию материалов

Используя предыдущий пример с бегуном весом 35 г, один миллион ежегодных выстрелов и 4 доллара за кг смолы дают теоретическую валовую стоимость материала в 140 000 долларов в год.

Затем в расчетах следует вычесть реальную экономическую ценность многоразового измельчения, а не предполагать, что каждый грамм материала холодных литников потерян.

Шаг 2. Рассчитайте экономию машино-часов

Предположим, что процесс с холодными литниками работает с циклом 28 секунд, а оптимизированная конструкция с горячими колонками достигает 24 секунд.

Эта мощность может увеличить годовой объем производства, снизить затраты на производство детали или высвободить дополнительное машинное время для другой программы.

Шаг 3. Включите дополнительные расходы

Реалистичная модель окупаемости инвестиций должна также включать регуляторы температуры, потребление электроэнергии, профилактическое обслуживание, нагреватели, термопары, компоненты клапанов и ожидаемую стоимость простоя производства.

Если добавление горячеканальной системы увеличит инвестиции в пресс-форму на 45 000 долларов США, а подтвержденная чистая операционная экономия достигнет 70 000 долларов США в год, то простая окупаемость составит примерно 7,7 месяцев.

Это всего лишь пример. Фактические проекты должны рассчитываться с учетом реального веса рабочего колеса, цены смолы, количества полостей, времени цикла, политики переточки и ожидаемого годового объема.

Горячеканальная система DFM имеет решающее значение для долгосрочной производительности

Установка горячеканальной системы премиум-класса не компенсирует плохую конструкцию пресс-формы. Система подачи расплава должна быть интегрирована в форму с самого начала процесса DFM.

Где технология горячеканальных систем имеет наибольший смысл

Горячие литники обычно становятся более экономически привлекательными, когда сочетаются несколько факторов: большие годовые объемы, дорогая смола, большое количество полостей, значительный вес холодных литников и ограничения на перешлифовку.

Типичными кандидатами являются автомобильные детали, электрические разъемы, бытовая электроника, медицинские компоненты, упаковка и другие непрерывно производимые пластиковые детали, где небольшая экономия за цикл становится существенной после миллионов выстрелов.

Холодные каналы по-прежнему остаются полезными. Формы-прототипы, мелкосерийные программы, проекты с частой сменой материалов и простые детали, изготовленные из недорогой смолы, могут не обеспечить достаточной экономии, чтобы оправдать дополнительные инвестиции в горячеканальные системы и сложность обслуживания.

Поэтому решение должно основываться на общей стоимости детали, а не просто на начальной цене пресс-формы.

Сокращение отходов начинается во время проектирования пресс-формы

Растущее внимание к использованию смол делает проектирование подачи расплава все более важной частью крупносерийного литья под давлением. Правильно выбранный горячеканальный канал может уменьшить количество отходов холодного канального оборудования, исключить вторичные погрузочно-разгрузочные операции и, в соответствующих случаях, сократить производственные циклы.

Но наибольшая выгода достигается тогда, когда горячеканальный канал, пластиковый материал, расположение полостей, литников, охлаждение и процесс формования спроектированы как одна система.

Для OEM-производителей и покупателей, занимающихся литьевым формованием, оценка этих факторов до изготовления пресс-формы может предотвратить дорогостоящие модификации в дальнейшем и обеспечить гораздо более четкую картину производственных затрат в течение всего срока службы.

Часто задаваемые вопросы