Освоение литья под давлением ABS:совершенство материалов, процессов и дизайна

АБС — один из наиболее распространенных термопластов, используемых в производстве, предлагающий хороший баланс прочности, ударопрочности и доступности. Хотя АБС-пластик можно обрабатывать несколькими способами, включая 3D-печать методом экструзии, литье АБС-пластика под давлением является популярным производственным процессом из-за относительно низкой температуры плавления и хороших характеристик текучести пластика.

Детали из АБС-пластика, отлитые под давлением, можно найти повсюду. Автомобильные приборные панели, корпуса бытовой техники и даже кубики LEGO — это лишь некоторые из повседневных предметов, изготовленных с использованием литья под давлением ABS, обладающих желаемыми механическими свойствами недорогого материала. Дальнейшие применения можно найти в самых разных отраслях:от здравоохранения до строительства.

В этой статье рассматриваются основы литья под давлением ABS, рассматриваются параметры процесса, варианты материалов и наполнителей, методы отделки поверхности и многое другое, опираясь на наш многолетний опыт предоставления услуг литья под давлением удовлетворенным клиентам.

Что такое АБС?

Акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС), впервые появившийся на рынке в 1954 году корпорацией Borg-Warner, представляет собой распространенный термопластичный полимер, известный своей ударопрочностью, ударной вязкостью и жесткостью. Его изготавливают путем полимеризации стирола и акрилонитрила в присутствии полибутадиена.

Три компонента ABS придают материалу разные свойства:

• А крилонитрил придает материалу уровень химической стойкости и термостойкости.
• Б утадиен придает прочность и ударопрочность.
• С тирол обеспечивает жесткость и блеск.

В целом материал относительно прочный, долговечный и легкий. А поскольку это термопласт, его можно плавить, придавая ему форму, а затем переплавлять снова и снова без существенного ухудшения качества. Это делает его пригодным для литья под давлением и других процессов, таких как выдувное формование, 3D-печать и экструзия материалов.

Для литья под давлением АБС поставляется в виде пластиковых гранул. Это небольшие однородные гранулы, полученные путем экструзии материала на длинные пряди и последующего разрезания его на более мелкие кусочки. Гранулы АБС стоят всего несколько долларов за килограмм — намного меньше, чем другие виды материалов, такие как нить для 3D-печати, — и их можно легко загружать в бункер термопластавтомата для плавления.

Процесс литья под давлением ABS

Литье ABS под давлением — это быстрый и экономичный производственный процесс изготовления пластиковых деталей в больших количествах. Поскольку термопластавтоматы представляют собой крупное и дорогое оборудование, процесс обычно выполняется специализированным производителем.

Процесс начинается с приобретения гранул АБС, которые подаются в бункер термопластавтомата. Возвратный шнек подает гранулы термопластической смолы в нагретый цилиндр, где они плавятся при температуре около 180–240 °C. Затем расплавленный АБС-пластик под давлением впрыскивается в полость формы, придавая материалу его форму.

Расплавленный АБС-пластик охлаждается и затвердевает внутри формы. Поскольку пластик имеет хорошие свойства текучести, с его помощью обычно можно без проблем получить мелкие детали. Это делает литье под давлением ABS очень подходящим для производства сложных деталей, требующих точной геометрии и детальной текстуры поверхности. После затвердевания форму открывают и деталь выталкивают с помощью выталкивающих штифтов. В зависимости от размера формы и других факторов общее время цикла литья под давлением может варьироваться от примерно 10 секунд до двух минут.

Плюсы и минусы литья под давлением ABS

АБС — популярный термопласт для литья под давлением, с ним довольно легко работать и он обладает хорошими механическими свойствами. Единственные заметные недостатки литья под давлением из АБС-пластика связаны с самим материалом, а не с комбинацией материала и процесса.

Преимущества

• Хорошие свойства текучести.
• Хорошие механические свойства, такие как прочность и ударная вязкость.
• Возможны мелкие детали, поскольку материал легко заполняет углы полости формы.
• Недорогой материал.
• Не требует особо высоких температур.
• Легко постобрабатывать.

Недостатки

• Довольно низкая термостойкость.
• Довольно низкая устойчивость к ультрафиолетовому излучению.

Параметры литья под давлением ABS

По сравнению с другими термопластами параметры литья под давлением ABS находятся в среднем диапазоне, при умеренных температурах и давлениях, что упрощает обработку материала, чем такие материалы, как поликарбонат (ПК) или армированный нейлон. Однако параметры могут варьироваться в зависимости от марки ABS, геометрии детали и других факторов.

Когда дело доходит до температуры литья АБС-пластика под давлением, имейте в виду, что фактическая температура плавления АБС будет немного выше, чем температура цилиндра. Температуру плавления можно измерить пирометром.

• Температура ствола :180–240 °C, причем для АБС общего назначения обычно требуются несколько более низкие температуры (180–230 °C), чем для термостойкого АБС (190–240 °C). Для огнестойких марок может потребоваться несколько более низкая температура. Температура будет самой высокой в передней части и самой низкой в задней части ствола.
• Температура формы :50–80 °C, обеспечивая баланс между более высокими температурами, необходимыми для получения хорошего качества поверхности, и более низкими температурами, которые могут сократить время цикла. Контроль температуры пресс-формы — хороший способ производить детали нужным образом.
• Давление впрыска :10 000–20 000 фунтов на квадратный дюйм, более высокое давление требуется для жаропрочных марок или деталей с тонкими стенками и мелкими деталями.
• Частота внедрения :от медленного до умеренного.
• Контроль влажности :Гранулы АБС гигроскопичны и должны храниться в сухом месте. Чтобы избежать проблем при формовании, гранулы можно сушить в течение нескольких часов при температуре около 80 °C.

Материалы ABS для литья под давлением

ABS доступен в различных марках и вариантах для литья под давлением, с различными молекулярными структурами и добавками, подходящими для различных применений. В некоторых случаях может использоваться переработанный АБС-пластик.

• АБС общего назначения предлагает баланс прочности, жесткости и простоты обработки.
• Ударопрочный АБС-пластик содержит дополнительный бутадиеновый каучук, обеспечивающий повышенную ударопрочность деталей, подвергающихся высоким нагрузкам.
• Высокотемпературный АБС-пластик содержит дополнительное количество акрилонитрила, что повышает термическую стабильность, что делает его полезным в таких отраслях, как автомобилестроение.
• Огнестойкий АБС-пластик использует добавки для уменьшения воспламеняемости и часто используется в электрических устройствах.
• Прозрачный АБС-пластик разработан для обеспечения более высокого уровня прозрачности при использовании в таких областях, как здравоохранение.
• Металлическое покрытие ABS представляет собой модифицированный сорт, предназначенный для хорошей адгезии к металлическим покрытиям и пригодный для таких предметов, как насадки для душа.
• ABS медицинского уровня обеспечивает биосовместимость и подлежит стерилизации; такие материалы могут иметь одобрение таких агентств, как Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США.
• Переработанный АБС-пластик изготовлен в основном из переработанного АБС-пластика и часто по характеристикам сравним с первичным АБС-пластиком.

В число крупнейших химических производителей гранул АБС для литья под давлением входят LG Chem, SABIC и компания RTP.

Некоторые гранулы АБС смешиваются с армирующими добавками. Это могут быть стекловолокна. , которые добавляют жесткости и стабильности размеров, а также минералы.  такие как карбонат кальция, которые добавляют жесткости и термостойкости. Огнестойкие марки АБС могут изготавливаться с добавлением галогенированных соединений. , химикаты на основе фосфора или неорганические соединения, такие как гидроксид алюминия.

Обычные смеси АБС включают ПК/АБС. , который имеет более высокий уровень термостойкости, чем чистый АБС и ПВХ/АБС. , что обеспечивает улучшенную химическую стойкость. АБС/Нейлон  смеси могут обеспечить большую износостойкость, чем чистый АБС.

Гранулы АБС также можно смешивать с термостабильными пигментами.  при формовке для получения равномерно окрашенных партий деталей. Концентраты мастербатчей дают лучшие результаты, чем сухие пигменты, хотя можно использовать и те, и другие.

Материалы пресс-форм для ABS

Пресс-формы для крупносерийного производства АБС-пластика обычно изготавливаются из закаленных инструментальных сталей, таких как P20, H13 или S7. Для более коротких тиражей подходят недорогие алюминиевые формы, хотя они изнашиваются быстрее, чем стальные. Благодаря хорошей текучести АБС-пластика формы могут быть относительно сложными и содержать мелкие детали, что позволяет производить сложные детали с постоянной точностью размеров.

Обработка поверхности молдингов из АБС-пластика

После извлечения пресс-формы из АБС-пластика можно улучшить с помощью этапов последующей обработки, начиная с обрезки и удаления заусенцев для удаления лишнего материала, а затем переходя к финишной обработке для улучшения качества отделки поверхности деталей.

Для достижения желаемой шероховатости поверхности деталей из АБС-пластика можно использовать различные методы отделки поверхности:алмазная полировка идеальна для блеска, а сухая струйная обработка предпочтительна для грубых текстур. Для больших или средних партий деталей добавление текстуры к металлической форме обычно более рентабельно, чем последующая обработка отдельных пластиковых форм, поскольку это необходимо выполнить только один раз.

Процесс Функция Совместимость с АБС Шлифование и полировка Разглаживает поверхность и удаляет следыПростота в работеСглаживание паромСоздает глянцевое, герметичное покрытиеАцетон или МЭКПокраска и покрытиеДобавляет цвет и может придать защитные свойстваХорошо сцепляется с поверхностьюГальваническое покрытиеДекоративное или функциональноеТребуется предварительное покрытиеТампопечатьДобавление логотипов или текстаХорошая адгезия чернил

Руководство по проектированию литья из АБС-пластика

Инженеры, разрабатывающие конструкции деталей для литья под давлением АБС, должны учитывать ограничения процесса литья под давлением и, в меньшей степени, особые возможности АБС-пластика в контексте процесса литья. Принципы проектирования для производства (DFM) для формованного ABS включают ограничения по толщине стенок и углам уклона.

Правила дизайна

Толщина стенки

1,1–3,5 мм

Все детали, отлитые под давлением, имеют рекомендуемый диапазон толщины стенок. Если она слишком тонкая, форму будет трудно заполнить, а деталь станет слишком хрупкой; слишком толстый, и материал может охлаждаться с неравномерной скоростью по всей полости формы. Для ABS требуются стенки немного более толстые, чем для других пластиков, таких как полиэстер, ацеталь и акрил, но менее толстые, чем для полиуретана.

Угол уклона

0,5–1°

Угол уклона включен в конструкции литья под давлением, чтобы детали можно было легко извлечь из формы. Поскольку уклон важен для всех формованных пластиковых деталей, рекомендуемый здесь угол не относится только к ABS. Исключение составляют детали с фактурной поверхностью; поскольку они создают большее трение с внутренней частью формы, рекомендуется угол уклона 2–3°.

Радиусы

0,5–1 мм или 1/2 толщины стенки

Острые углы не рекомендуются для любых деталей, отлитых под давлением, поскольку они могут вызвать напряжения и проблемы с текучестью, а ABS особенно чувствителен из-за своей хрупкости. Вместо этого закругленные внутренний и внешний углы облегчают эффективное формование и извлечение. Минимальный радиус должен составлять около четверти толщины стены, хотя увеличение этого значения до половины толщины стены обеспечит более высокую прочность.

Ребрышки

Высота ребер до трехкратной толщины стенки; толщина ребра 1/2 толщины стенки

Ребра представляют собой тонкие выступающие участки, идущие перпендикулярно стенке молдинга. Они используются для увеличения прочности без необходимости утолщать стены, что обычно требует больше материала и может привести к отдельным проблемам.

Боссы

Толщина основания равна 1/2 толщины стены

Бобышки представляют собой выступающие цилиндрические элементы, в которые можно установить крепеж, например винт, не повредив деталь. Для деталей из АБС-пластика максимальная толщина основания бобышки должна составлять не более половины толщины стенки детали.

Толерантность

0,1–0,3 мм

Для большинства молдингов из АБС-пластика допуски должны быть не менее 0,1 мм. Однако для очень маленьких или точных деталей можно указать допуск 0,05 мм. В целом, рекомендуется указывать жесткие допуски только там, где это строго необходимо (например, для взаимосвязанных деталей), чтобы избежать лишних затрат на изготовление пресс-форм.

Ворота

Ворота позволяют материалу попадать в полость формы. Как и в случае с другими пластиками, литники лучше всего размещать на толстых участках детали. Краевые ворота, штыревые ворота и подводные ворота распространены.

Вентиляции

0,02–0,05 мм

Вентиляция форм помогает предотвратить образование газовых ловушек — причину ожогов и пустот. Они должны быть достаточно маленькими, поскольку АБС-пластик имеет хорошие текучие свойства и легко выходит из отверстий большего размера.

Полезные функции программного обеспечения

Многие инструменты САПР имеют специальные функции для литья под давлением, упрощающие проектирование деталей из ABS. Эти функции могут включать в себя:

• Д Ф М-анализ :проверяет толщину стенок, углы уклона, подрезы и расположение литников, чтобы убедиться в возможности формования предлагаемой конструкции.
• Анализ процесса :Некоторые пакеты программного обеспечения могут предлагать расширенные функции, такие как анализ текучести пресс-формы, моделирующий поведение расплавленного АБС-пластика в предлагаемой полости формы, а также другие функции, такие как прогнозирование усадки и анализ методом конечных элементов (FEA).
• Создание пресс-форм :Программное обеспечение может позволить пользователю автоматически создавать пресс-форму из двух деталей на основе 3D-модели детали с размещением выталкивающего штифта и другими функциями.
• Интеграция с CAM :Некоторые платформы интегрируются с программным обеспечением CAM, которое управляет производственным оборудованием, хотя это больше актуально для производителей, чем для дизайнеров.

Применение литья под давлением ABS

Будучи универсальным термопластом, АБС-пластик применяется во многих отраслях промышленности для производства широкого спектра продукции:от игрушек до автомобильных деталей и строительных материалов. Типичные области применения включают автомобильные компоненты, корпуса бытовой электроники, медицинские устройства и промышленные детали. Здесь мы рассмотрим несколько примеров формованных деталей из АБС-пластика, отсортированных по отраслям.

• Автомобилестроение :Литые детали из АБС-пластика встречаются во многих автомобилях, особенно во внутренней отделке. Известно, что такие производители автомобилей, как Ford и Toyota, используют ABS для таких деталей, как панели приборной панели, перчаточные ящики и дверные обивки, где детали не подвергаются сильному нагреву, но все же требуют высокого уровня прочности и стабильности размеров, в то время как BMW использует смеси ABS/PC для перчаточных ящиков. Между 1968 и 1988 годами компания Citroen выпустила весьма необычный внедорожник под названием Mehari, который отличался ярким внешним видом кузова из ABS. Одним из преимуществ литья под давлением ABS в автомобилестроении является простота окраски, отделки и текстурирования деталей, особенно эстетических компонентов интерьера.
• Бытовая электроника :Компании, производящие электронику, часто применяют литье под давлением АБС-пластика для изготовления прочных корпусов. Например, Dell и HP использовали смеси ABS/PC для корпусов мониторов ноутбуков и компьютеров, сочетая устойчивость к царапинам и термостойкость, в то время как Canon и Epson, как известно, полагаются на ABS для корпусов принтеров из-за его жесткости. Еще одним популярным продуктом бытовой электроники с корпусом из АБС-пластика является PlayStation 4. (В новой PlayStation 5 используется смесь АБС-пластика и поликарбоната.) Корпуса подходят для процесса литья под давлением, поскольку обычно имеют довольно тонкие стенки.
• Потребительские товары :Помимо электроники, многие потребительские товары, такие как игрушки (в том числе кубики LEGO), спортивное оборудование, такое как пластиковые каяки, и пластиковые музыкальные инструменты, такие как проигрыватели, изготавливаются из формованного АБС-пластика. Корпуса кухонной техники и пылесосов также являются хорошими кандидатами на использование материалов ABS. Известно, что вакуумная компания Dyson использует этот материал для некоторых своих продуктов, поскольку тепло, выделяемое вакуумом, значительно ниже температуры теплового отклонения ABS (около 80 °C).
• Здравоохранение :ABS популярен в здравоохранении для изготовления таких деталей, как медицинские корпуса и системы доставки, поскольку его можно стерилизовать, но не в автоклавировании, поскольку используемые температуры слишком высоки. Philips Healthcare использует ABS для корпусов диагностических устройств, как это видно на устройстве IntraSight. Компания 3M использует ABS для ингаляторов и респираторных устройств, используя преимущества легкого материала. Литой АБС-пластик также можно использовать в системах доставки лекарств.
• Строительство :В строительстве и различных отраслях промышленности термостойкие и огнестойкие марки АБС-пластика могут использоваться для изготовления таких деталей, как настенные панели, электрические выключатели и корпуса. Также распространены трубы и фитинги из АБС-пластика. Что касается промышленного оборудования, Stanley Black &Decker — одна из известных компаний, которая использует формованный АБС-пластик в корпусах инструментов и корпусах силового оборудования.

Надежное литье под давлением с 3ERP

Инженеры и дизайнеры продукции обычно используют сторонние компании, занимающиеся литьем под давлением, для производства деталей или прототипов, учитывая размер и стоимость оборудования для литья под давлением. Эти компании также обычно являются специалистами по изготовлению пресс-форм; Дизайнерам продуктов могут не потребоваться экспертные знания в области изготовления пресс-форм для реализации своих 3D-проектов.

Компании, занимающиеся литьем под давлением, обычно имеют парк машин с разной силой зажима в зависимости от требуемого размера формы.

Такие компании, как 3ERP, могут реализовать широкий спектр проектов по литью под давлением ABS, от прототипов до массового производства. Наш профессиональный опыт позволяет нам заниматься DFM, изготовлением пресс-форм, производством и отделкой поверхности, гарантируя, что конечная продукция соответствует самым высоким стандартам качества и точности.

Запросите цену на ваш следующий проект и узнайте, чем мы можем помочь.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Как долго служат литьевые формы для АБС-пластика?

При формовании легко обрабатываемого материала, такого как АБС-пластик, формы могут прослужить долго. Хорошо изготовленная стальная форма может прослужить сотни тысяч или даже миллион циклов, тогда как недорогая алюминиевая форма обычно выдерживает десятки тысяч циклов — идеально подходит для литья в небольших объемах.

Сколько в среднем стоит литье АБС-пластика под давлением?

Как и в случае со всеми материалами для литья под давлением, самая большая стоимость литья под давлением ABS — это изготовление формы. Простые алюминиевые формы стоят несколько тысяч долларов, тогда как стальные формы обычно стоят более 10 000 долларов, а для сложных, состоящих из нескольких частей форм, это гораздо дороже. Однако стоимость одного впрыска ABS очень низкая. Будьте готовы платить больше за деталь при мелкосерийном производстве, чем при массовом производстве.

Как рассчитать усадку АБС-пластика для литья под давлением?

Усадка пресс-формы из АБС составляет около 0,4–0,7 %. Разработчики пресс-форм должны учитывать этот фактор при определении размеров полости, чтобы гарантировать, что окончательные формы не будут занижены по размеру.

Почему гранулы АБС должны быть сухими?

АБС — гигроскопичный материал, то есть поглощает влагу из воздуха. Если гранулы АБС-пластика впитали лишнюю воду перед литьем под давлением, испарение воды приводит к таким проблемам, как следы и пустоты. Чтобы предотвратить подобные проблемы, перед использованием гранулы можно высушить при умеренной температуре (около 80 °C).

Как предотвратить деформацию молдингов из АБС-пластика?

Литье ABS-пластика под давлением не представляет особой сложности, но деформацию можно свести к минимуму, поддерживая постоянную температуру формы, используя одинаковую толщину стенок и медленно охлаждая готовые изделия.

Можно ли использовать формованные детали из АБС-пластика на открытом воздухе?

АБС-пластик — достаточно хороший материал для использования на открытом воздухе, обладающий некоторой степенью устойчивости к атмосферным воздействиям. Однако для требовательных наружных работ можно использовать устойчивый к атмосферным воздействиям сорт ABS. Такие материалы разработаны таким образом, чтобы обеспечить превосходную устойчивость к ультрафиолетовому излучению и, следовательно, не разрушаются со временем под воздействием солнечного света.

Почему стоит выбрать литье под давлением из ABS, а не 3D-печать из ABS?

Обе технологии имеют свои преимущества. 3D-печать FDM в стиле экструзии — отличный выбор для создания одноразовых быстрых прототипов, а настольные 3D-принтеры можно использовать в непромышленных средах. С другой стороны, литье под давлением — лучший выбор для изготовления тонких, но прочных деталей с превосходным качеством поверхности. В больших количествах литье под давлением также значительно дешевле, чем 3D-печать.

А как насчет выдувного формования АБС-пластика?

Выдувное формование — это процесс изготовления тонких простых деталей, таких как пластиковые бутылки, с использованием заготовки внутри формы, которая наполняется воздухом до тех пор, пока она не прилипнет к стенкам формы. ABS можно использовать при выдувном формовании и подходит для таких деталей, как корпуса электроники, трубы и шланги. Однако ему не хватает прозрачности, как у других распространенных термопластов для выдувного формования, и он дороже, чем такие материалы, как полиэтилен высокой плотности (HDPE) и полипропилен (ПП).

Являются ли молдинги из АБС токсичными?

Литой АБС-пластик стабилен и обычно считается нетоксичным. Однако при сжигании он может выделять токсичные пары. АБС-пластик без покрытия также подлежит вторичной переработке, а переработанный АБС-пластик можно повторно использовать в процессе литья под давлением.