Блог

Какие пластики используются для ручек — и какой процесс литья под давлением применяется?

Как инженеры по литью под давлением, когда мы проектируем деталь ручки, нам нужно заранее ответить на два ключевых вопроса:

Какой полимер/смолу выбрать?

Какой процесс формовки позволит надёжно, экономично и обеспечить необходимую производительность?
В этой статье рассматриваются оба вопроса и предлагаются рекомендации с точки зрения технической формовки.

Выбор материалов для ручек

Ручки часто должны сочетать механическую прочность (сцепление, крутящий момент, многократное использование), хорошую отделку поверхности (внешний вид, текстура, ощущение сцепления), а иногда и мягкие зоны с прикосновением или двойные материалы. Ниже приведены некоторые распространённые варианты пластика и когда их использовать.

ABS (акрилонитрил, бутадиен стирол):

Любимый для косметических ручек и средних механических нагрузок. Согласно руководствам по выбору материалов, ABS — это широко используемый термопластик для литья под давлением, обеспечивающий хорошую ударостойкость и поверхностное покрытие.

Сценарий использования: ручка бытовой техники, вытягивание мебели, когда внешний вид имеет значение, а нагрузка умеренная.

POM / Ацеталь (полиоксиметилен):

Для более высоких механических требований: жёсткость, низкий износ и скользящие компоненты. В руководстве от Protolabs POM указано как «прочное, жёсткое, твёрдое и прочное», подходящее для таких вещей, как дверные ручки или системы замков.

Пример применения: рукоятка инструмента, ручка промышленного станка, которая получает повторяющийся крутящий момент, взаимодействие скольжения или износ.

PP (полипропилен):

Дешевле, легко. Общий список материалов для литья под давлением включает PP как один из лучших вариантов.

Пример применения: экономная ручка, возможно, некритичная деталь с лёгкими нагрузками и ограничениями по стоимости.

PC (поликарбонат) / нейлон (PA) / стеклянные смеси:

Если рукоятка должна выдерживать сильные удары, высокие температуры, химическую устойчивость, рассмотрите вариант использования ПК или стеклянного нейлона. Список распространённых материалов включает нейлон (PA) и ПК.

Сценарий применения: ручка промышленного оборудования, тяжёлый электроинструмент.

TPE/TPU (термопластический эластомер / термопластический полиуретан) — зоны мягкого прикосновения:

Если рукоятке нужна мягкая рукоятка или эргономичное покрытие, используют TPE или TPU в качестве слоя с формой. Например, в статье о овермолдинге говорится, что «овермолдинг ... — это процесс, используемый для производства пластиковых деталей из двух или более материалов... Часто такое можно встретить на деталях, которые улучшают сцепление, добавляя резину на рукоятку.»

Сценарий применения: домашняя, эргономичная ручка, где верхний слой мягкий, а внутреннее ядро жёсткое.

Краткое описание отбора:

Cosmetic & moderate load → ABS or PP

Высокая нагрузка/износ → POM или стеклона-наполненном нейлоном

Мягкая или двухматериальная рукоятка → жёсткий субстрат + наверхняя форма TPE

Экстремальные условия → ПК или специализированной инженерной смоле

Для ручек используются методы литья под давлением

После выбора материала выбор процесса определяет сложность инструмента, время цикла, стоимость и функциональность продукта. Распространённые варианты процесса для ручок:

Традиционное одноразовое литье под давлением:

Самое простое: один выстрел смолы в форму, охлаждающийся, выбрасывается. Лучше всего использовать ручку из одного материала, без вставок и мягких слоёв.

Согласно основам формования, «термопластичное литье под давлением — самый распространённый тип формовки» для таких деталей.

Используйте тогда, когда деталь простая и стоимость/объём поддерживают стандартные инструменты.

Вставка молдинга:

Это включает в себя помещать заранее сформированную вставку (часто металлическую, возможно резьбовую головку) в полость, а затем вводить пластик для инкапсуляции или сцепления с ним.

Для ручек с металлическими выступами, подшипниками или конструктивным усилением этот процесс очень распространён. Согласно одной из статей, «Вставка начинается, когда в форму под давлением помещается готовая, предварительно сформированная или ранее сформированная вставка... затем вводят расплавленный пластик.»

Сценарий применения: ручка с встроенным металлическим стержнем или усилением.

Оверлидинг / двухдробное формование (мультиматериал):

Когда рукоятка требует конструкции из двух материалов (жёсткий сердечник + мягкая рукоятка), применяется оверлитинг или двухзарядная инжекция.

Объяснение: «Овермолдинг — это многоступенчатый процесс литья под давлением, при котором два или более компонента формируются друг над другом... Овермолдинг обычно используется для производства пластиковых деталей с резиновой ручкой.»

Двухзарядная: машина имеет два ствола или два инъекции в одной форме.

Сценарий использования: эргономичные рукоятки, цветовые акценты, мягкие поверхности на прикосновение.

Гибридные/комбинированные процессы:

Многие ручки могут сочетать как вставную формовку, так и оверформинг: например, металлическая вставка + жёсткая пластиковая сердцевина + мягкий слой TPE.

В статье о вставке и накладке говорится, что оба процесса снижают сборку и улучшают целостность деталей.

Сценарий применения: премиальная ручка инструмента с встроенным металлом, жёсткий пластик и мягкая рукоятка.

От выбора материалов и технологических процессов до принятия инженерных решений.

Как инженеры-технологи литья под давлением, мы должны интегрировать материалы и технологические процессы на ранних этапах:

Компромисс между оснасткой и стоимостью: литье с закладными элементами или литье с наложением усложняет конструкцию и увеличивает стоимость. Для небольших объемов, возможно, лучше придерживаться традиционного литья с отдельной сборкой с мягким захватом.

Конструкция формы: для литья с закладными элементами необходимы пазы, упоры для закладных элементов, надежное позиционирование, возможно, автоматизация. Для литья с наложением необходимо пресс-форма, поддерживающая два материала и обеспечивающая хорошее сцепление между ними.

Соответствие материалов: при литье с наложением необходимо обеспечить сцепление материалов подложки и наложения или механическое сцепление.

Время цикла: многокомпонентное литье или литье с закладными элементами может увеличить время цикла (позиционирование закладных элементов, второй впрыск и т. д.).

Качество и надежность: литье с закладными элементами и литье с наложением сокращают время после сборки, но требуют более жесткого контроля над дефектами (расслоение при литье с наложением, смещение закладных элементов при литье с закладными элементами).

Сообразования по DFM: равномерная толщина стенок, предотвращение усадки/деформации, правильная литниковая система, каналы/горячие каналы для оптимального заполнения, особенно с использованием инженерных смол.

Функция против стоимости: Использование высокоэффективной смолы/технологии может быть неоправданным, если рукоятка действительно этого не требует (нагрузка, условия окружающей среды, удобство использования).

Заключение

Что касается ручек, выбирайте пластик, балансируя между внешним видом, механической нагрузкой, стоимостью и эргономикой. ABS, PP, POM, нейлон, PC, TPE — все они имеют свои роли.

Затем выберите процесс литья под давлением: простой однократный процесс, когда это возможно; вставка молдинга, когда речь идёт о металлических или конструктивных элементах; или овермолдинг/двухкадровое молдинг, когда требуются мягкие рукоятки или двойные материалы.

Как инженеры по формованию, мы должны гарантировать, что выбор материала и процесс соответствуют проектированию инструмента, времени цикла, стоимости и производительности деталей.

Работая с материалом + процессом одновременно, вы уменьшаете сюрпризы при изготовлении, производстве и сроке службы ручек.