Блог

Hot Runner против Cold Runner в литье крышек бутылок под давлением

При литье под давлением пластиковых крышек бутылок горячие системы (которые поддерживают расплав до каждого затвора) обеспечивают значительный прирост скорости, эффективности материала и консистенции деталей по сравнению с традиционными холодными формами. В отличие от этого, холодные формы требуют затвердевания и удаления литника/направляющей между циклами, что добавляет времени, потерь и вариативности. Ниже приведено сравнение двух систем по четырём ключевым измерениям, с данными и примерами из отраслевых источников:

Что такое процесс литья крышек под давлением?

Ты знаешь, как делают пластиковые крышки от бутылок? Когда мы берём бутылку минеральной воды, мы все знаем, что под крышкой есть маленький круг, который называется противоугонным кольцом. Её можно подключить к крышке бутылки благодаря цельному процессу формовки. Существует два основных цельных процесса формования для изготовления крышек бутылок: процесс производства крышек с компрессионным формованием и процесс производства крышек с литью под давлением.

Литье крышек бутылок под давлением под давлением

Литье крышек бутылок под давлением включает сначала помещать смесь в машину для литья, затем нагревать материалы примерно до 230 градусов Цельсия для полупластифицирования, затем вводить их в полость формы под давлением и охлаждать до формы. Охлаждение крышки бутылки укорачает форму против часовой стрелки, и крышка выбрасывается под действием толкающей пластины, так что крышка автоматически отпадает. Использование роторного демолдинга с резьбой обеспечивает полное формование всей резьбы, что эффективно предотвращает деформацию и царапины крышки бутылки. После разрезания противоугонного кольца и установки герметичного кольца в крышку бутылки получается полная крышка.

Крышки бутылок с компрессионным отливом

Крышки для бутылок, формованные с помощью компрессии, предназначены для того, чтобы помещать смесь в компрессионную формовальную машину, нагревать материалы примерно до 170 градусов Цельсия, чтобы прийти в полупластифизированное состояние, и количественно экструдировать материалы в форму.

Верхняя и нижняя формы закрыты, а крышки бутылок вдавлены в форму крышек в форме. Крышки бутылок, формованные компрессией, остаются в верхней форме, а нижняя снимается. Крышки бутылок проходят через вращающийся диск, а крышки бутылок снимаются из формы против часовой стрелки внутренней резьбы. После того как крышки бутылок формованы с помощью компрессии, они вращаются на машине, и фиксированное лезвие используется для разрезания противоугонного кольца, соединённого с крышками бутылок несколькими точками на расстоянии 3 мм от краёв крышек. В конце устанавливаются уплотнительная прокладка и печатный текст, затем дезинфицируются и очищаются, и считается, что готова новая крышка для бутылки.

Отличие

• Инжекционная форма большая, и заменить одну полость формы сложно; Каждая полость формы компрессионного молдинга относительно независима и может быть заменена отдельно.

• Крышки для компрессионного формования не имеют отпечатков от материала, поэтому они выглядят красивее и лучше печатают.

• Литье под давлением заполняет все полости формы одновременно, а компрессионное формование каждый раз экструдирует материал крышки бутылки. Давление экструзии при компрессионном литье очень мало, тогда как для литья под давлением требуется более высокое давление.

• Крышки бутылок для литья под давлением должны нагревать материал до состояния расплавленного потока при температуре около 220 градусов; Крышки бутылок для компрессионного формования нужно нагревать примерно до 170 градусов, а энергопотребление крышек бутылок для литья под давлением выше, чем у крышек бутылок с компрессионным формованием.

• Температура обработки компрессионного формования низкая, усадка мала, а размер крышки бутылки более точный.

Сокращение циклового времени

Горячеканальная система: Поскольку пластик остается расплавленным в литниках, дополнительное охлаждение или удаление литников не требуется, поэтому каждый цикл короче. Источники в отрасли сообщают, что пресс-формы с горячеканальной системой могут сократить время цикла примерно на 20% и более по сравнению с аналогичными пресс-формами с холодным литником. Например, одна пресс-форма для крышки с горячеканальной системой обеспечивает цикл всего около 5 секунд, тогда как аналогичной пресс-форме с холодным литником потребуется дополнительно несколько секунд для охлаждения литников и выбивания. На практике исключение охлаждения литников может сократить время цикла на несколько секунд, значительно увеличив производительность в час. В одном из известных случаев модернизации переход от пресс-формы для трехплитной крышки с холодного литника к горячеканальному сократил время цикла примерно на 8%.

Холодный литник: Здесь расплавленный пластик течет в обработанные литниковые каналы, которые затвердевают перед выталкиванием, поэтому каждый цикл должен ждать, пока литники замерзнут. Толстые литниковые стержни часто охлаждаются дольше, чем сама деталь, что увеличивает общий цикл. Холодные литники также требуют пауз в работе станка для выталкивания литников/литниковых каналов или удаления деталей. В целом, пресс-формы с холодным каналом по своей природе работают медленнее; многочисленные источники отмечают, что необходимость охлаждения и удаления каналов «значительно увеличивает общее время цикла».

Краткое резюме: Пресс-формы с горячим каналом могут обеспечить гораздо более быстрое производство (часто на 10–20% короче циклы) за счет пропуска этапа затвердевания каналов. Это увеличение скорости напрямую повышает производительность на линиях по производству крышек больших объемов.

Экономия материалов (использование отходов и смолы)

Горячие литники: Поскольку литники остаются горячими и фактически являются частью напорного коллектора, в каждом цикле не образуется затвердевших отходов литников. Фактически, 0% расплава теряется в виде отходов литников – каждая капля пластика идет на изготовление деталей. Это может значительно сэкономить смолу в многогнездных пресс-формах. (Во многих пресс-формах с холодными литниками отходы литников могут составлять 10–30% от общего веса впрыска.) В одном из исследований сообщалось, что переход на горячие литники сократил количество отходов литников до 0% (100% исключение отходов). Устранение отходов литников также экономит трудозатраты на последующую обработку (нет необходимости в обрезке) и энергию на повторный плавление.

Холодные литники: Пресс-формы с холодными литниками производят сплошное «дерево» из литников и литников при каждом впрыске, которые необходимо обрезать. Этот материал (часто 10–30% объема впрыска) либо повторно измельчается, либо выбрасывается. Как отмечает Хаски, холодные литники – это «дорогостоящий расход смолы». На практике инженерам-материаловедам часто приходится перерабатывать или повторно использовать эти отходы, что увеличивает затраты на обработку и может ограничивать их повторное использование (например, лишь небольшой процент может быть использован для производства пищевых крышек). Для крышек от бутылок, в производстве которых используются дешевые товарные смолы, стоимость отходов низка (часто «копейки за фунт»), но потери первичной смолы все равно накапливаются. В целом, горячеканальные формы значительно сокращают потребление материала, полностью исключая отходы литников/литниковых каналов.

Пример данных: На одном заводе по производству пластмасс переход от холодноканальной формы для крышек к горячеканальной привел к сокращению отходов переработки примерно на 100% (без отходов литниковых каналов). В другом отраслевом документе говорится, что горячеканальные системы «существенно сокращают» обрезку и отходы. Эта экономия может привести к снижению стоимости материала на одну деталь на несколько процентов при крупномасштабном производстве.

Качество продукции (согласованность, размерная стабильность, уровень дефектов)

Система горячего канала: Точная и равномерная подача расплава в систему горячего канала обеспечивает высокую однородность деталей. Каждая полость получает материал из собственного нагреваемого сопла, часто с независимым контролем температуры. Это обеспечивает превосходную балансировку между полостями и равномерный вес деталей. Возможность оптимального размещения литников (даже по центру верхней части крышки) и использования игольчатых или клапанных литников означает минимальное количество следов от литников – это важно для герметизирующих поверхностей крышек. Системы горячего канала уменьшают количество распространенных дефектов: например, они устраняют линии сварки или следы холодного течения, вызванные толстыми затвердевающими литниками, и снижают внутренние напряжения за счет более равномерного охлаждения. Источники в отрасли отмечают, что системы горячего канала позволяют получать детали с «превосходной чистотой поверхности и меньшим количеством дефектов», а также «улучшенной однородностью и точностью размеров». В случае крышек для бутылок это означает более жесткие допуски и стабильную герметизацию. Производители пресс-форм для крышек подчеркивают, что крышки, изготовленные с помощью систем горячего канала, имеют равномерную геометрию и высокую концентричность, что имеет решающее значение для надежного закрытия.

Холоднолитые литники: Дополнительный объем и охлаждение холоднолитниковых каналов могут приводить к изменчивости характеристик. Толстые секции литников медленно и неравномерно охлаждаются, что может изменять поток материала в полости детали. Это часто вызывает отклонения в размерах и косметические дефекты. Например, компания Husky отмечает, что пресс-формы с холоднолитниковыми каналами могут иметь «проблемы с качеством, включая плохое качество поверхности и стабильность размеров». Удаление и обрезка литников также могут повредить детали (например, оставить облой или потребовать шлифовки литникового канала). В многогнездных пресс-формах полости должны быть расположены на некотором расстоянии друг от друга, чтобы вместить литники, что иногда затрудняет равномерное заполнение. Таким образом, крышки, изготовленные с помощью холоднолитниковых каналов, могут иметь несколько большую деформацию или усадочные раковины и требуют дополнительных проверок качества. В целом, крышки, изготовленные с помощью горячелитниковых каналов, как правило, более однородны и имеют меньше дефектов, связанных с литниковым каналом, в то время как крышки, изготовленные с помощью холоднолитниковых каналов, требуют ручного удаления литникового канала и имеют следы от литникового канала/заусенцы, которых нет в горячелитниковых каналах.

Обслуживание: частота, стоимость и сложность

Горячеканальные формы: Эти формы включают нагревательные элементы, термопары, проводку и контроллеры, поэтому они по своей природе более сложны. Они требуют планового технического обслуживания: например, сопла могут нуждаться в периодической очистке или замене, если полимер обугливается, а контроллеры/термопары необходимо калибровать. Следовательно, оснастка для горячеканальных форм имеет более высокие затраты на техническое обслуживание и требует технических знаний. Многие производители используют сервисные контракты от поставщиков горячеканальных систем (например, Mold-Masters, Husky) для капитального ремонта коллекторов между производственными циклами. Первоначальная стоимость оснастки также выше, но может быть оправдана длительными циклами, типичными для производства крышек. С другой стороны, современные горячеканальные системы достаточно надежны, и при надлежащем техническом обслуживании они работают миллионы циклов без сбоев.

Холодноканальные формы: Эти формы не имеют электрических компонентов или движущихся литников, требующих обслуживания, поэтому они проще в обслуживании. Стальные литниковые плиты/затворы нуждаются только в регулярной очистке (например, после смены цвета) и редко «обслуживаются», за исключением случаев износа или коррозии. Как отмечается в одном из отраслевых справочников, системы холодного литья «просты в обслуживании» и имеют «очень низкие затраты на техническое обслуживание». Нет нагревателя, который может выйти из строя, или контроллера, который нужно регулировать. Компромисс заключается в том, что каждый цикл генерирует горячие каналы, которые необходимо обрезать или выталкивать, что может быть ручной операцией (хотя существуют автоматизированные инструменты для удаления литников). С точки зрения обслуживания пресс-форм, инструменты холодного литья часто имеют меньшее время простоя, поскольку им не требуется периодическая калибровка горячих каналов или замена нагревателей. Однако дополнительная обработка отходов и более частое открытие пресс-формы (для удаления литников) могут увеличить износ выталкивающих систем при очень длительных циклах работы.

Ниже приведено краткое сравнение этих факторов:

Краткое содержание

Для крупносерийного производства крышек для бутылок пресс-формы с горячими каналами, как правило, обеспечивают гораздо более высокую производительность и меньший брак. Поддерживая материал горячим у литниковых каналов, они исключают обрезку литников, сокращают циклы и повышают однородность. Компромисс заключается в большей сложности оснастки и требованиях к техническому обслуживанию. На практике большинство современных заводов по производству крышек используют пресс-формы с горячими каналами (часто с десятками полостей), чтобы воспользоваться этими преимуществами. Некоторые производители крышек сообщают, что пресс-формы с горячими каналами обеспечивают чрезвычайно короткие циклы (несколько секунд) и почти идеальную однородность по всей полости, чего не могут достичь пресс-формы с холодными каналами. В случаях, когда ограничения по стоимости или материалам исключают использование пресс-форм с горячими каналами (например, очень небольшие партии или экзотические материалы), пресс-формы с холодными каналами остаются жизнеспособным вариантом, но с ожидаемыми недостатками в скорости, браке и однородности деталей.