full screen background image
        Zoek:

De Experten in Torlon, PEEK
en andere UltraPerformante Polymeren

Deutsch    English    Español    Français    Nederlands    Português    普通话

Selectie van Werkstoffen en Processen voor
UltraHoogPerformante Onderdelen in Kunststof

Cypress, Texas, Augustus 2019

Dit document is bedoeld om ontwerpingenieurs en degenen binnen de kunststofindustrie die hen ondersteunen te helpen bij het selecteren van de procesvolgorde en materialen die de prestaties van bedrijf-kritische onderdelen maximaliseren.

Binnen de kunststofgemeenschap bestaat er veel folklore met betrekking tot de relatieve verschillen tussen bewerkte en spuitgegoten kunststof onderdelen. Deze overlevering is gemakkelijk te begrijpen bepaalde gegevensblad-waarden die door hars- en halffabrikaatproducenten worden gepubliceerd. De waarden die op de kunststofdatabladen worden vermeld zijn bijna altijd groter dan die gepubliceerd door belangrijke halffabrikatenproducenten. .Laat die observatie uw missie om het best mogelijke onderdeel te ontwerpen en te produceren niet afleiden of vertragen. Dit misverstand kan leiden tot productievertragingen, slecht presterende en/of te dure onderdelen en in het ergste geval tot onverwachte fouten.

Ontwerpfase

Deze elementen van elk ontwerp moeten in overweging worden genomen:

  1. Prestatie-eisen
  2. Dimensionale Eigenschappen
  3. Richtprijs

De eerste twee lijken voor de hand liggend, maar de beoogde kosten worden vaak over het hoofd gezien.. “..zijn immers niet alle kunststofonderdelen goedkoper te maken dan een metalen alternatief?” Nee, dat zijn ze niet. Veel hoogwaardige polymeren overtreffen de kosten van speciale metalen, zelfs wanneer ze in volume worden uitgedrukt. De gunstige efficiëntie die typisch geassocieerd wordt met de overgang naar kunststoffen is het resultaat van een hoger rendement en minder productiestappen bij het spuitgieten. Kunststof onderdelen hebben direct hun definitieve vorm, terwijl er veel stappen nodig zijn om een onderdeel mechanisch te produceren, te beginnen met smeden, gieten of standaardvormen. De kosten moeten echter wel het kapitaal voor een matrijs omvatten, zodat u de onderdelen kunt spuiten. Deze kosten moeten worden opgenomen in het verwachte volume gedurende de levensduur van het onderdeel.



De bewerking van onderdelen uit halffabrikaten maakt het gebruik van matrijzen overbodig en bevordert de levering van de eerste onderdelen aanzienlijk. Bovendien biedt het zowel prestaties als dimensionale voordelen door een verbeterde precisie.

Materiaalselectie

Bij de keuze van de kunststof voor een nieuw onderdeel, moet eerst rekening worden gehouden met de milieu- en toepassingseisen ervan. Overwegingen met betrekking tot temperatuur, chemicaliën en zonlicht, worden gecombineerd met toepassingsvereisten zoals slijtvastheid, sterkte, transparantie, enz. om het aantal kandidaat-materiaalfamilies terug te brengen tot een hanteerbaar aantal voor verdere overweging. Een toepassing in de lucht- en ruimtevaart die een evenwicht vereist tussen hoge sterkte bij hitte, en slagvastheid bij lage temperatuur, kan een ontwerper naar Torlon PAI leiden. Of een onderdeel in de olie & gas-industrie, in de boorput, dat moet bestand zijn tegen stoom, kan een ingenieur ertoe brengen om te kiezen voor PEEK als familie van kunststoffen. Kunststoffen, die in gesmolten toestand verwerkt worden, zoals PEI, PSU, PPSU, PPSU, PPS, Acetalen, Polycarbonaat, Polyester en zelfs Nylons, worden vaak overwogen voor onderdelen met hoge prestaties. Antwoorden op enkele belangrijke vragen kunnen de lijst meestal inkorten tot 1 of 2 zeer goede materiaalfamilies.

  • - Is mijn deel een lager- en slijtagedeel of een structureel onderdeel?
  • - Hoe hoog is de verwachte bedrijfstemperatuur?
  • - Zijn er uiterlijke vereisten (transparantie, kleur, enz.)?
  • - Welke specifieke milieufactoren moeten in aanmerking worden genomen?
  • - Welke minimum sterkte wordt er vereist?
  • - Is de slagvastheid en/of taaiheid kritisch?

De antwoorden op de bovenstaande vragen kunnen u over meestal naar enkele plastic families leiden.

Nu kan de materiaalkeuze moeilijk worden.

Elke materiaalfamilie bestaat uit vele soorten en viscositeiten die van groter belang zijn voor de ingenieur in de nabewerking. Een beter begrip van de terminologie helpt de ontwerpers van onderdelen, en die zijn meestal ook verantwoordelijk voor de materiaalkeuze op een technische tekening. Zo levert Solvay bijvoorbeeld meer dan 8 grades Torlon en meer dan 10 verschillende grades PEEK. Elk type heeft een iets andere samenstelling in verschillende viscositeiten (molecuulgewichten). Sommige hebben verschillende samenstellingen, en sommige hebben verschillende viscositeiten. Additieven zoals glas- en koolstofvezel, grafiet, PTFE, oliën, was of mineralen, zijn in elk van de bovenstaande basispolymeren gemengd om eigenschappen als sterkte en/of sen kunnen zijn.

Dus hoe kies ik, en wanneer maak ik mijn definitieve beslissing?

Ontwerpbehoeften

Ontwerp voor maximale sterkte en stijfheid
Lage wrijving en maximale slijtvastheid
Thermische of elektrische isolatie
Weerstand tegen vermoeiing
Maximale chemische bestendigheid
Dimensionale stabiliteit (lage uitzettingscoëfficiënt)

Grades

Met glas of koolstof versterkte kwaliteiten
Slijtagetypes met PTFE en/of grafiet
Ongevulde of glasvezelversterkte grades
Onversterkt met laag spanningsniveau
Onversterkte grades
Met glas of koolstof versterkte grades

Nu is het een goed ogenblik om voorlopig een grade vast te leggen maar vooraleer u uiteindelijk een grade selecteert en op een technische tekening vastlegt, moet u het te gebruiken proces vastleggen.

Processelectie

In het algemeen toont de combinatie van stukgrootte/vorm en het te verwachten aantal duidelijk aan ofwel spuitgieten, dan wel machinaal bewerken het juiste proces is.

Ontwerpbehoeften

Grote stukken
Laag aantal (<5000 stuks/jaar.)
Moeilijk te verspanen stukken
Lage kost en grote aantallen
    (>10000 stuks/jaar)
Maximale taaiheid / slagvastheid
Nauwkeurige toleranties zonder
    ontvormingshoek
Ontwerp nog niet klaar
Proces

Verspanen
Verspanen
Spuitgieten
Spuitgieten

Verspanen
Verspanen

Verspanen

Zodra uw proces gekend is, is het tijd om advies in te winnen bij uw leveranciers. Hoewel veel materialen beschikbaar zijn als halffabrikaten voor nabewerking, zijn niet alle kunststoffen in alle maten beschikbaar. Geëxtrudeerde onderdelen worden bijna altijd gemaakt van kunststoffen met het hoogste moleculaire gewicht. Veel ingenieurs zullen echter op de tekening een materiaal met lage viscositeit aanduiden, maar dat in feite bedoeld is voor spuitgieten. Dit leidt bijna altijd tot bevoorradings- en/of kostenproblemen. In de Torlon-nomenclatuur , is Torlon 4203L de benaming voor types met een lage viscositeit (hogere vloei) bestemd voor het spuitgieten. Hogere viscositeitsklassen die gebruikt worden voor halffabrikaten bevatten de aanduiding "L" niet.. Veel tekeningen dragen een verwijzing naar Torlon 4203L, maar de onderdelen zijn bedoeld uit halffabrikaten te worden vervaardigd. Onder de Victrex PEEK gradenamen hebben de 150 grades een lage viscositeit (hogere vloei) en zijn ze ontworpen voor het spuitgieten van dunwandige onderdelen. De 450 grades zijn eerder geschikt voor extrusie van halffabrikaten en dikwandige onderdelen. Soms maakt het specificeren van een 150 grade in de materiaalbeschrijving van een onderdeel het onmogelijk om de tekening te volgen. Dezelfde situatie bestaat voor veel andere materialen, waaronder acetaal- en nylonkunststoffen.

Ervaren spuitgieters bekijken de doorsneden in alle richtingen en ook de algemene geometrie, alvorens te beslissen met welke grade de matrijs best gevuld kan worden. Vaak zijn er 2 of 3 viscositeiten waaruit hij kan kiezen. Denk er altijd aan een plastic met lage viscositeit (hoge vloei) die de matrijs gemakkelijker vult, maar dat het afgewerkt product minder taai zal zijn. Een evenwichtige afweging maken van die twee eisen maakt deel uit van de materiaalselectie.

Spuitgieten is een zeer snelle en efficiënte manier om kunststof onderdelen te produceren, maar de initiële matrijskosten moeten worden verantwoord. Tegenwoordig varieert de prijs van matrijzen van 10.000 tot 100.000 euro of meer. Versterkte grades kunnen verwerkingsproblemen veroorzaken. Dat is vaak het gevolg van vezeloriëntatie, maar deze problemen kunnen bijna altijd worden overwonnen door nauw samen te werken met een ervaren spuitgieter. Hij weet hoe hij het vullen van de matrijs kan optimaliseren, en daarmee ook de daaruit voortvloeiende richtingsafhankelijkheid van mechanische eigenschappen. Geëxtrudeerde onderdelen maken een zeer robuust bewerkingsproces mogelijk, dat de hoogst mogelijke stijfheid en sterkte biedt door middel van productoriëntatie, en weinig of geen extra gereedschap of engineering Kunststof-compressievormen maakt de omvorming van bepaalde niet-smeltbare kunststoffen tot halffabrikaten mogelijk. Voorbeelden van kunststoffen die alleen door persen worden geproduceerd zijn PTFE, UHMW en bijna alle thermoharders. Andere materialen zoals PEEK en PAI worden zowel door extrusie als door persen verwerkt. Hoewel de mechanische sterkte/stijfheid van de meeste gespoten kunststoffen lager is dan die van hun broers en zussen, kunnen ze tijdens de bewerking stabieler zijn qua afmetingen.

Omdat niet alle onderdelen en maten door elke fabrikant op dezelfde manier worden vervaardigd, kunnen zelfs bij dezelfde materiaalkwaliteit verschillende sterkte- en stijfheidseigenschappen ontstaan. Nauwe samenwerking met uw machinebediener en de gereedschapsfabrikant is de meest betrouwbare manier om ervoor te zorgen dat uw onderdelen het beste zijn en werken wanneer dat nodig is.

De productie van een onderdeel kan zowel verspaning als spuitgieten omvatten. Wanneer het aantal nog klein is en het ontwerp nog kan worden gewijzigd, dan worden veel onderdelen worden eerst verspaand. Later kan het nog altijd worden omgezet in spuitgieten. Ontwerp- en inkoopingenieurs moeten zelf ervaring hebben met alle productieprocessen, of zij moeten in elk geval samenwerken met leveranciers die ruime ervaring hebben met de verwerking van polymeren. Maar al te vaak zijn ontwerpers gefrustreerd om verspaande onderdelen te gaan spuitgieten, omdat ze verwachten dat alle prestatiekenmerken hetzelfde blijven. Vezeloriëntatie, taaiheid van de componenten, slijtvastheid en precisie verschillen bijna altijd tussen bewerkte en spuitgegoten onderdelen. Zelfs het nabewerken van een spuitgegoten halffabrikaat of onderdeel kan andere eigenschappen hebben dan het verspanen van een geëxtrudeerd of geperst halffabrikaat. Door deze verschillen van meet af aan te begrijpen, kunnen onverwachte verrassingen in latere productiefasen worden voorkomen.

Ontwerpen met hoogwaardige kunststoffen, waarbij het ontwerp van componenten en processen van cruciaal belang is voor de systeemprestaties, vereist kennis van alle beoogde procesopties. De unieke combinatie van extrusie, spuitgieten en verspaning in eigen huis stelt ons in staat om altijd het beste proces te selecteren voor een bepaald onderdeel, waarbij we ons richten op zowel zuinigheid als prestaties.

Kies uw processen en verwerkers zorgvuldig en onthoud het spreekwoord: Er zijn geen slechte processen...... maar er zijn ongeïnformeerde verwerkers en technici die niet vragen naar functionele eisen en hun benadering van materiaal- en processelectie op basis van deze belangrijke informatie wijzigen.