Ghid de conversie de la metal la plastic

Ce este conversia de la metal la plastic?

Conversia de la metal la plastic este la fel de simplă cum sună: este procesul prin care piese fabricate inițial din metal sunt reproduse sau reproiectate pentru a fi realizate din plastic.

Componentele din plastic și procesul de injecție care le-a făcut atât de dinamice au fost dezvoltate pentru prima dată la sfârșitul secolului al XIX-lea. Aceste piese și procese au devenit extrem de populare în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, deoarece războiul a creat o cerere uriașă și urgentă de produse accesibile, fiabile și produse în masă. Piesele din plastic obținute prin injectare au înlocuit multe piese din metal, iar beneficiile de care s-au bucurat acei producători continuă să crească și astăzi, pe măsură ce tehnologia plasticului evoluează.

Odată cu rafinarea rășinilor și materialelor plastice de calitate inginerească în anii 1950, multe piese fabricate anterior din metal au fost înlocuite cu piese obținute prin injectare.

De ce sunt producătorii reticenți să convertească piesele din metal în piese din plastic?

De la presupuse provocări de proiectare, la teama de rezistență inferioară, până la rezistența la schimbare – există numeroase motive pentru care unii producători nu au luat încă în considerare procesul de conversie de la metal la plastic. Atunci când producătorii de produse nu au avut în vedere înlocuirea metalului cu plastic, este probabil ca aceștia să nu cunoască calitățile complexe pe care le oferă plasticul. Alții pur și simplu apreciază predictibilitatea utilizării aceluiași material inclus în proiectarea inițială a piesei, în loc să ia în considerare materiale plastice care să se potrivească sau să depășească performanțele materialului actual. Din fericire, aproape orice barieră poate fi depășită cu expertiza partenerului potrivit, iar beneficiile covârșitoare ale conversiei la plastic pot fi accesibile aproape oricărui OEM sau producător de produse care includ piese metalice.

De-a lungul acestui articol vom aborda cele mai frecvente întrebări și informațiile esențiale necesare pentru a realiza cu succes o conversie de la metal la plastic, inclusiv:

• Care sunt avantajele conversiei de la metal la plastic?
• Care sunt atributele ce pot fi obținute cu plasticul?
• Care sunt etapele conversiei de la metal la plastic?
• Ce întrebări ar trebui să fie luate în considerare înainte de a converti la componente din plastic?
• Ce rol are proiectarea pentru manufacturabilitate (DFM) în conversia de la metal la plastic?
• Care sunt materialele plastice ce pot fi folosite la conversia pieselor din metal în plastic?
• Care sunt industriile ce beneficiază cel mai mult de conversia de la metal la plastic?
• Care sunt costurile asociate cu conversia pieselor la plastic?
• Revizuirea unui studiu de caz pentru conversia de la metal la plastic
• De ce este Rosti partenerul potrivit pentru un proiect de conversie de la metal la plastic?

De la economii de costuri, la actualizări de design pentru produse și îmbunătățirea procesului de fabricație, există numeroase motive pentru a converti componentele metalice în plastic. Citiți mai departe pentru a descoperi totul, de la atributele pieselor din plastic, până la un studiu de caz detaliat.

Care sunt avantajele conversiei de la metal la plastic?

Dacă piesele din metal pe care le utilizați în prezent îndeplinesc cerințele dumneavoastră, o conversie nu pare, la prima vedere, o necesitate urgentă. Totuși, există beneficii semnificative în explorarea opțiunilor de conversie de la metal la plastic. Iată șase moduri în care conversia de la metal la plastic poate influența aproape fiecare aspect al afacerii dumneavoastră.

1. Calitate și libertate de proiectare: Plasticul poate fi mai rezistent, mai ușor și poate oferi mai multe opțiuni estetice decât metalul. Ca material de producție, amestecurile de plastic pot fi personalizate pentru a răspunde cerințelor specifice de mediu, structurale și operaționale. Designul potrivit și alegerea materialului pot produce o componentă din plastic care să depășească performanțele unei piese metalice. De asemenea, adăugarea de elemente de ranforsare, precum nervuri și colțare ce pot fi turnate direct în plastic, vor îmbunătăți rezistența și durabilitatea, reducând totodată timpul de producție. Atunci când aditivii sunt amestecați direct în materialul plastic, aceștia pot întări anumite proprietăți și pot crea un material extrem de personalizat. Aditivii sporesc performanța plasticului în ceea ce privește rezistența la impact și la tracțiune, frecarea, zgârierea și rezistența la flacără. Aditivii fac ca piesele din plastic să fie mai ușoare, mai sigure pentru utilizare în distribuția alimentelor și a materialelor medicale și mai prietenoase cu mediul. Calitățile și libertatea aduse de piesele din plastic sunt ideale și pentru aplicații în instalații sanitare, electrocasnice, sisteme de filtrare și motoare, unde evitarea scurgerilor este extrem de importantă. În plus, procesele moderne de turnare prin injecție a plasticului produc piese cu toleranțe precise, gata de utilizare fără a necesita prelucrări secundare. O ultimă considerație importantă de proiectare este estetica. Atributele de design ale componentelor din plastic includ:
   • Atunci când se utilizează cele mai noi programe software și tehnologii, producătorii de piese prin injecție pot testa o varietate de materiale încă din faza de proiectare – permițând ajustări predictive ale designului și rezultate cu performanțe superioare.
   • Capacitate de integrare și acomodare a formelor și geometriei complexe, precum și consolidarea pieselor.
   • Reducerea greutății și îmbunătățirea limitelor structurale.
   • Deoarece materialele plastice sunt disponibile într-o gamă largă de culori și pot oferi finisaje de suprafață și texturi mai atractive decât metalele, piesele din plastic obținute prin injectare tind să domine omoloagele metalice. De asemenea, piesele din plastic permit decorarea sau etichetarea direct în matriță, sporindu-le și mai mult atractivitatea estetică.
   • Acestea sunt doar câteva dintre caracteristicile care vă permit să descoperiți noi posibilități de design și performanță pentru produsele dumneavoastră.
2. Reduceri de costuri: Conversia unei piese din metal în plastic duce la economii totale medii de 25-50%, aceste beneficii regăsindu-se în multe domenii, de la producție și timp, până la logistică.
3. Un proces mai rapid: Conversia din metal în plastic oferă cicluri de fabricație mult mai rapide și o productivitate crescută. Precizia injectării materialului elimină și procesele complexe și consumatoare de timp, precum șlefuirea sau retușarea pieselor finale.
4. Eficiență mai mare în producție: Datorită avantajelor estetice menționate anterior, opțiunile finale de culoare și finisare pot fi integrate în procesul de turnare, eliminând astfel necesitatea unor etape separate de vopsire, gravare cu laser și altele. Caracteristici suplimentare includ:
   • Lipsa necesității de întreținere – Spre deosebire de piesele metalice, componentele din plastic nu au nevoie de acoperiri sau vopsire pentru protejarea materialului, ceea ce le face practic fără întreținere.
   • Durată de viață mai mare a matriței – Deși costul matriței pentru o piesă metalică și pentru una din plastic este similar, rata de producție este adesea mai scăzută pentru metale. În plus, durata de viață a matriței pentru piese din plastic este, în medie, de zece ori mai mare decât cea pentru unelte din aluminiu turnat.
   • Modificări mai ușoare – Este practic imposibil să schimbi un metal cu unul mai ieftin fără a realiza o reproiectare completă. Însă, costul rășinilor nu afectează, de obicei, matrița, ceea ce oferă un nivel mai mare de flexibilitate privind calitatea și costul materialului.
   • Componentele din plastic pot fi produse mai rapid decât echivalentele din metal folosind procese ciclice și foarte repetitive, care implică mai puține etape. Spre deosebire de procesele de producție metalice, producția pieselor din plastic este deseori automatizată, mecanizată și necesită supervizare minimă.
   • Matrițele pentru injecție din plastic pot elimina necesitatea proceselor secundare de asamblare prin producerea de componente complexe și geometrii variate dintr-o singură etapă. Fabricarea pieselor din metal presupune adesea sudarea mai multor componente, atasarea altor piese precum rulmenți și aplicarea de straturi de protecție. Matrițele pentru injecție din plastic oferă o piesă finală unică, gata de utilizare, integrând design-uri din mai multe piese, piese suport și amestecând straturi de protecție direct în material.
5. Performanță îmbunătățită a pieselor: Comparativ cu piesele metalice, cele din plastic sunt, în general, cu până la 50% mai ușoare și oferă avantaje de performanță pe care metalul nu le poate egala, inclusiv:
   • Dimensiuni, greutate și grosime reduse – având în vedere restricțiile spațiale din producția de aparate mici, motoare, echipamente medicale și dispozitive tehnologice, posibilitatea ca piesele injectate să fie mai mici, mai subțiri și mai ușoare decât cele din metal reprezintă avantaje importante.
   • Rezistență și durabilitate sporite – materialele plastice de ultimă generație pot suporta un nivel ridicat de stres, iar piesele rezultate pot respecta toleranțe stricte, fiind la fel de robuste și fiabile ca piesele metalice.
   • Rezistență la impact, coroziune și căldură – cu peste 25.000 de materiale plastice inginerești disponibile, inclusiv noi amestecuri și formulări hibride, piesele din plastic injectat pot fi proiectate pentru cerințe de performanță foarte specifice. Unele amestecuri și formulări sunt ideale pentru aplicațiile care necesită absorbția șocurilor și rezistență la elemente corozive și la temperaturi ridicate.
6. Costurile materialelor: Plasticul este, de obicei, un material mult mai accesibil decât tabla metalică și are un preț de piață mult mai stabil. Procesul de injecție este de asemenea foarte repetabil, ceea ce înseamnă deșeuri mai puține. Mai mult, datorită unor temperaturi mai scăzute de topire și eliminării etapelor succesive de prelucrare, injectarea plasticului consumă mai puțină energie decât producția pieselor metalice.
7. Costuri de ambalare și transport: Greutatea redusă a plasticului aduce avantaje evidente în proiectarea și performanța produselor, dar oferă și economii importante la costurile de ambalare, transport și chiar stocare.

Care sunt PRINCIPALELE atribute ce pot fi obținute cu plasticul?

Pe lângă libertatea de proiectare și economiile de costuri oferite de conversia din metal în plastic, plasticul are numeroase avantaje pe care piesele metalice nu le pot furniza. Există peste 25.000 de materiale plastice inginerești, iar acestea pot fi specializate pentru aproape orice nevoie de producție. În plus, pot fi create noi amestecuri la comandă pentru a corespunde oricăror cerințe specifice de performanță pe care le puteți avea. Iată câteva moduri prin care aceste materiale plastice personalizabile pot contribui la creșterea performanței produselor dvs.:

Greutate: Piesele din plastic sunt de obicei cu cel puțin 50% mai ușoare decât piesele metalice similare. Totodată, pot fi realizate la dimensiuni mai mici și cu grosimi reduse, ceea ce reprezintă un mare avantaj în producția de motoare, electrocasnice, piese auto sau orice alt proces unde spațiul este limitat.

Rezistență: Materialele plastice moderne, injectate, sunt la fel de fiabile ca piesele metalice în ceea ce privește rezistența la solicitări, iar rezistența lor la tracțiune poate fi chiar mai mare decât cea a metalului. În plus, folosirea unei singure piese de plastic injectat, în locul mai multor componente metalice, elimină necesitatea sudurii și slăbiciunea zonelor sudate.

Întreținere: Comparativ cu metalul, piesele din plastic necesită aproape deloc întreținere, neavând nevoie de acoperiri sau vopsiri inițiale sau periodice pentru protecție. De asemenea, acestea rezistă mai bine la șocuri, mișcare, temperatură și elemente corozive decât multe piese metalice.

Inovație: Datorită libertății oferite de producția pieselor din plastic, inginerii dvs. pot rezolva cu ușurință probleme complexe. Indiferent dacă aveți de-a face cu medii dificile, forme sau procese complicate, limite de structură sau greutate ori doar cu estetica produsului, conversia la plastic vă oferă flexibilitatea necesară pentru a găsi soluții creative și eficiente.

Care sunt pașii conversiei din metal în plastic?

Unul dintre cele mai importante aspecte inițiale într-un proiect de conversie din metal în plastic este să înțelegeți pe deplin amploarea inițiativei. Deși există multe beneficii de reducere a costurilor pentru producători, cum ar fi eliminarea unor procese de fabricație, consolidarea componentelor, reducerea consumului de material sau scăderea greutății componentelor, de multe ori există și oportunitatea de a adăuga text, finisaje sau caracteristici ce sunt greu de obținut în procesele metalice. Programarea unei vizite sau a unei colaborări online cu o companie specializată în injectare este un prim pas ideal pentru identificarea oportunităților și a eventualelor limitări.

Așteptați-vă să urmați un proces pas cu pas asemănător celui de mai jos:

1. Revizuirea atentă a intenției de proiectare și identificarea piesei: Ce face ca o piesă metalică să fie un candidat bun pentru a fi înlocuită cu una din plastic?
   • Piese produse în volum mare
   • Piese cu geometrii complexe, ansambluri sau operațiuni secundare ce pot fi eliminate sau reduse
   • Piese care necesită greutate redusă și mai multe opțiuni diverse de design
2. Definiți cerințele piesei: Sprijiniți succesul producției prin stabilirea din timp a cerințelor, cum ar fi:

• Expuneri la mediu, inclusiv temperatură, radiații ultraviolete (UV), substanțe chimice și umiditate
• Necesități de performanță structurală, inclusiv rezistență, rigiditate și impacturi

• Cerințe de reglementare
• Caracteristici unice (uzură, conductivitate, culoare, ignifugare)
  Aceste aspecte vor influența tipul de material plastic selectat și procesarea acestuia.

• Costurilor și densității materiilor prime
• Costurilor de scule și procesare
• Timpilor de ciclu
• Pașilor de asamblare și forței de muncă
• Operațiunilor secundare

• Prototipare
• Revizuiri ale piesei, sculelor, procesului și designului
• Simulare și validare de design SOLIDWORKS

Ce întrebări ar trebui avute în vedere înainte de conversia la componente din plastic?

Pe măsură ce producătorii iau în considerare conversia de la metal la plastic și analizează fiecare aspect al procesului, apar multe întrebări privind calificarea diferitelor proprietăți ale materialului, modificările de design, validarea pieselor și multe altele. Nu ezitați să puneți aceste întrebări pe parcursul procesului și asigurați-vă că vă păstrați obiectivele în centrul proiectului pentru a garanta un rezultat de succes. Doriți să reduceți greutatea piesei? Îmbunătățiți calitatea sau consistența? Sunt importante calitățile funcționale și estetice ale componentei din plastic, iar noul material va avea efect asupra acestora? Adresarea acestor întrebări din timp va menține proiectul pe drumul cel bun.

Este recomandat să lucrați cu atenție prin următoarele întrebări și orice altele ce apar pe parcursul procesului, împreună cu un producător de injecții de încredere și cu experiență, care vă va oferi îndrumare pentru fiecare aspect al proiectului dumneavoastră unic.

Ce caracteristici și/sau cerințe de calitate fac această piesă dificilă pentru scule sau turnarea prin injecție, și cât de ușor se va transfera designul?

Cu un design optimizat, majoritatea componentelor pot fi turnate prin injecție. Totuși, este esențial să se facă un echilibru între ce se poate turna fizic și tipurile de materiale care vor aduce o performanță îmbunătățită piesei. Cerințele de calitate, utilizarea intenționată a componentei și posibila expunere la diverși factori de mediu ar trebui discutate cu partenerul responsabil de turnare.

Mai exact, proiectarea unei piese din plastic pentru fabricație (DFM) implică factori importanți care țin de domenii precum designul piesei din plastic, scule, selecția materialului și producție. Când proiectanții de piese din plastic adoptă o abordare colaborativă și implică producătorii de matrițe din etapa incipientă a designului, pot fi obținute numeroase beneficii.

De fapt, studiile au arătat că 70 – 80 la sută din costul unui produs nou depinde de design, iar producătorii consideră consultanța în design pentru materiale plastice drept un factor de top în reducerea costurilor generale de producție. Linia clară care exista anterior între dezvoltare și producție s-a estompat, iar producătorii se bazează tot mai mult pe experții în design pentru turnarea prin injecție pentru a fi implicați mult mai devreme în proces decât în trecut.

Abordăm mai detaliat această întrebare în secțiunea DFM de mai jos, însă câteva elemente critice de optimizare a designului și caracteristici care trebuie luate în calcul din timp în transferul sau dezvoltarea unui design includ:

1. • Unghi de scoatere
   • Grosime perete
   • Radii la muchii
   • Rigidizări
   • Unghi de degajare
   • Elemente de finisare
2. 
   

   De ce este atât de important să te concentrezi pe grosimea pereților unei piese din plastic?

   
   

   Grosimea uniformă a pereților este esențială la proiectarea unei piese turnate prin injecție. O grosime neuniformă a pereților provoacă probleme de control dimensional, deformații și alte probleme privind integritatea piesei, pe măsură ce materialul topit se răcește.

   
   

   Dacă sunt necesare secțiuni cu grosimi diferite, inginerii de proiectare vor recomanda ca tranziția să fie cât mai lină posibil, pentru a permite curgerea mai uniformă a materialului în cavitate. Acest lucru asigură umplerea completă a matriței și reduce riscul apariției defectelor. Rotunjirea sau teșirea acestor tranziții de grosime va minimiza tensiunile interne și concentrarea de tensiuni asociate schimbărilor bruște de grosime.

   
   

   Incorporarea grosimii potrivite a pereților pentru piesa ta poate avea efecte majore asupra costului de producție și vitezei de fabricație. Grosimea minimă a peretelui care poate fi utilizată depinde de dimensiunea și geometria piesei, cerințele structurale și comportamentul de curgere al rășinii. Grosimea pereților unei piese injectate variază în general între 2mm – 4mm (0,080″ – 0,160″). Prin turnarea cu pereți subțiri se pot obține pereți de până la 0,5mm (0,020″). Consultă-te cu producătorul tău de piese injectate și inginerul de proiectare pentru a te asigura că grosimea pereților este cea potrivită pentru proiectul și materialul ales.

   
   
3. 
   

   Care este locația optimă pentru poziționarea canalului (gate) la această piesă?

   
   

   Deși piesele din plastic turnate prin injecție de calitate ar trebui să aibă o grosime uniformă a pereților, uneori utilizarea intenționată a piesei impune variații între zonele groase și cele subțiri. Dacă acesta este cazul la proiectul tău de conversie de la metal la plastic, se va recomanda poziționarea canalului (gate) în zona cea mai groasă și evitarea poziționării acestuia în zonele subțiri. Plastics Technology explică foarte bine acest aspect, menționând că nerespectarea acestei reguli poate duce la goluri sau urme de subsidență. Presiunea de umplere (packing) este folosită pentru a comprima complet plasticul pe măsură ce se răcește și contractă în matriță. Modificarea presiunii de umplere controlează gradul de compresie al materialului pe traseul de curgere.

   
   

   Cea mai bună compactare a materialului are loc la poartă şi ai nevoie de o umplere cât mai bună posibil în secțiunea groasă pentru a evita defectele. Locația canalului (gate) influențează și orientarea moleculelor de polimer și modul în care piesa va contracta. Contracția reprezintă reducerea dimensiunilor piesei turnate pe măsură ce se răcește după injectare. Toate materialele au rate de contracție diferite în funcție de familia de rășini (materiale amorfe vs. cristaline), design-ul matriței și condițiile de procesare. Vom detalia mai jos despre materiale și atributele acestora.

   
   

   Pe lângă alegerea locației optime pentru poartă (gate), se recomandă incorporarea unghiurilor sau conicităților potrivite pe elementele de produs precum pereți, nervuri, stâlpi și boss-uri care sunt paralele cu direcția de scoatere a piesei din matriță, facilitând astfel ejecția piesei.

   
   

   Vrei să afli mai multe despre cum afectează contracția piesei după injectare? Descarcă Ghidul de Rată de Contracție a Materialelor pentru Turnarea prin Injecție Plastică de la RostiMaterial Shrink Rate Guide.

   
   
4. 
   

   Există materiale sau procese suplimentare pe care le-am putea lua în considerare pentru a adăuga valoare piesei?

   
   

   Când performanța dorită a materialului nu poate fi atinsă cu rășinile disponibile, se pot crea amestecuri personalizate pentru a îmbunătăți proprietățile mai multor rășini. Întărirea materialelor cu aditivi poate conferi părților mai multă rezistență și rigiditate, reducând astfel deformațiile sau contracția. Aditivii precum fibrele de sticlă sau carbon pot îmbunătăți performanța piesei și pot facilita curgerea, ejecția și dispersia materialului.

   
   

   Atunci când aditivii sunt amestecați direct în plastic, aceștia stimulează anumite caracteristici și creează un material extrem de personalizat. Acești aditivi cresc performanța plasticului în domenii precum rezistență la impact și tracțiune, frecare, zgârieturi sau flacără. Aditivii fac plasticul mai ușor, mai sigur pentru utilizarea în distribuția alimentelor și a consumabilelor medicale și mai prietenos cu mediul înconjurător.

   
   

   În anumite circumstanțe, se pot lua în calcul rășini pentru temperaturi înalte sau materiale exotice. Aceste materiale sunt mai scumpe decât rășinile de uz general, însă pot asigura o durabilitate remarcabilă și proprietăți de performanță pentru părți complexe – conducând, în final, la reducerea costurilor totale de producție.

   
   

   Există și alte capabilități extinse dincolo de turnarea prin injecție ce pot aduce valoare unei piese și funcționalității sale. Opțiuni suplimentare de fabricație, asamblări și servicii post-producție pot eficientiza procesele și pot reduce costurile. Aceste servicii pot include timbru la cald, inserții, nituire termică și multe altele.

   
   
5. 
   

   Ce testări pot fi facilitate pentru a valida decizia și performanța unei piese?

   
   

   Producătorii care abordează procesele de producție într-un mod inovator și științific vor obține rezultate mai bune.

   
   

   Prototipare plastic: Rosti se asigură că matrițele pentru plastic sunt realizate conform specificațiilor, oferind clientului încrederea deplină că prototipul este testabil, poate fi prezentat pe piață sau chiar folosit pentru producție pe termen scurt sau volum mic. Acest lucru se realizează prin colaborarea cu parteneri specializați în prototipare plastic, pentru crearea de matrițe și componente cu mentalitate de producție. Timpul scurt de execuție și prețurile avantajoase le oferă clienților posibilitatea de a comanda prototipuri ce reproduc fidel designul piesei de serie.

   
   

   SOLIDWORKS: Rosti continuă să îmbunătățească resursele disponibile inginerilor săi pentru a oferi suport în proiectarea pieselor din plastic, a matrițelor și simularea fluxului de material. Cu ajutorul pachetului software de simulare predictivă II SOLIDWORKS^® Plastics Premium, echipa de ingineri Rosti poate oferi o perspectivă predictivă suplimentară privind proiectarea componentelor din plastic încă din fazele incipiente, reducând timpul de lansare pe piață prin comprimarea ciclului de dezvoltare. Software-ul SolidWorks Plastics Premium este un instrument de validare anticipată a proiectării, oferind perspective asupra geometriei piesei din plastic, care altfel ar fi dificil, costisitor sau imposibil de anticipat prin metode convenționale.

   
   

   

   
   

   Timp de rezidență al plasticului: Calcularea timpului de rezidență specific al plasticului pentru procesul de fabricație relevant va îmbunătăți performanța materialului și a produsului final.

   
   

   Materialul este sensibil la durata de timp și temperatura de expunere. Conform Injection Molding Handbook, unele polimeri „sunt degradabili hidrolitic și pot suferi efecte nedorite de depolimerizare prin reacția chimică a umezelii cu polimerul înainte de devolatilizare.” Înțelegerea timpului de rezidență al materialului te ajută să stabilești durata și temperatura optimă pentru nevoile tale de producție.

   
   

   Validarea piesei: Validarea piesei este un aspect cheie, întrucât proiectarea pieselor pentru injecție este adesea destul de diferită de proiectarea pieselor pentru formarea metalului. În consecință, designul piesei va fi nou și diferit. Ce strategie vei aborda pentru a valida și a te asigura că noul design îți satisface cerințele? Inginerii Rosti consideră că cea mai bună abordare este realizarea unei matrițe-pilot sau a unui prototip cu o cavitate în oțel, pentru a valida toate presupunerile. Pe lângă validarea designului piesei, acest pas validează și sculele și condițiile de proces ce vor duce la succes.

   
   

Ce rol are proiectarea pentru fabricație (DFM) în conversia de la metal la plastic?

Procesul de proiectare pentru fabricație (DFM) este un element esențial în orice conversie de la metal la plastic. Odată ce scopul proiectului este definit, procesul DFM oferă un cadru în care inginerii specializați în turnare prin injecție pot colabora la proiectarea piesei pentru matriță, turnare, funcționalitate și sustenabilitate. Rosti are o experiență vastă în a recomanda modificări de design pentru a face piesele mai ușoare și mai robuste, cu un accent deosebit pe elementele de proiectare din plastic, precum grosimea nominală a pereților, unghiurile de degajare, intersecțiile rigidelor structurale, elementele de asamblare etc. Inginerii de proiectare ai Rosti realizează de obicei piese cu toleranțe strânse, ceea ce permite un control mai bun și posibilitatea de a menține un nivel extrem de ridicat de repetabilitate a procesului. Scopul final este de a asigura că o componentă din plastic poate fi turnată cu toate caracteristicile și calitatea optimă pe toată durata de viață a programului.

Proiectarea pentru fabricație (DFM) presupune conceperea unui produs care să optimizeze eficiențele de fabricație pentru echipamentele și/sau procesul utilizat în producție, în scopul de a obține cel mai mic cost pe unitate la cea mai bună calitate posibilă. Principalul motiv pentru integrarea DFM în realizarea unui produs turnat prin injecție este că, așa cum am menționat mai sus, 70–80% din costurile de fabricație sunt determinate de deciziile de proiectare.

DFM presupune alegerea corectă a procesului de fabricație pentru o piesă sau produs, investiții în diferite tehnologii, utilizarea principiilor moderne de proiectare și selecția materialelor potrivite, cu proprietățile necesare pentru a oferi consistența și calitatea cerută de clienții și potențialii tăi clienți.

Este de asemenea o componentă esențială pentru reducerea costurilor de producție și asamblare. O viziune de ansamblu asupra modului de realizare este prezentată mai jos; totuși, când se realizează un plan DFM, acesta ar trebui să fie un document tehnic concentrat pe obținerea unui echilibru „perfect” între calitate și costuri.

13 recomandări DFM pentru reducerea costurilor și provocărilor asociate fabricării unei componente din plastic

1. Începe analiza DFM devreme, înainte de a începe realizarea matriței
2. Adu la masa de discuție ingineri, proiectanți, producătorul de contract, fabricantul de matrițe și furnizorul de materiale pentru a evalua critic designul
3. Proiectează pentru a reduce numărul total de piese
4. Realizează-l cu un design modular
5. Limitează numărul de operațiuni mecanice necesare
6. Folosește componente standard
7. Proiectează piesele pentru a fi multifuncționale
8. Proiectează piesele pentru reutilizare multiplă
9. Proiectează pentru ușurința fabricării
10. Evită elementele de fixare separate
11. Minimizează direcțiile de asamblare
12. Maximizează flexibilitatea
13. Minimizează manipularea și ia în considerare impactul designului asupra ambalării și expedierii pieselor

Ce materiale plastice sunt utilizate la conversia componentelor din metal în plastic?

Este plasticul la fel de rezistent și durabil ca oțelul? Mulți producători nu realizează că, atunci când sunt proiectate și realizate corect, piesele din plastic pot atinge aceleași toleranțe stricte ca și piesele metalice, având performanțe chiar superioare. Materialele plastice pot fi atent formulate în compoziții cu performanțe ridicate care depășesc cerințele privind rezistența, flexibilitatea, temperatura, rezistența la coroziune și multe altele.

alegerea pentru aplicația ta unică poate dura și necesită parteneriatul cu un producător specializat în injectarea plasticului, care colaborează cu experți în rășini pentru a evalua cu atenție proiectul și utilizarea finală a piesei. În special, Rosti procesează peste 150 de tipuri de rășini anual și este specializat în următoarele:

• PPS (Polifenilen Sulfură)
• PPSU (Polifenilsulfonă)
• PSU (Polisulfonă)
• Acetal
• PPO (Polifenilen Oxid)
• TPV (Vulcanizați Termoplastici)
• TPE (Elastomer Termoplastic)
• PP (Polipropilenă)
• HDPE (Polietilenă de Înaltă Densitate)
• LDPE (Polietilenă de Joasă Densitate)
• Rășini pentru temperaturi ridicate
• Rășini cu umpluturi în proporție mare (sticlă, mineral, talc)
• Toate tipurile de nailon de calitate inginerească

Conform Societății Americane a Inginerilor Mecanici, unul dintre cele mai mari avantaje ale materialelor plastice este disponibilitatea a peste 25.000 de materiale inginerești pentru aplicații de producție. Considerațiile cheie pentru tipurile de plastic sunt:

• Cristalin vs. amorf: Rășinile utilizate în procesul de injectare sunt alcătuite din structuri definite în funcție de gradul lor de cristalinitate – sau de modul în care moleculele polimerului sunt aranjate. Structurile cristaline sunt, în cele mai multe cazuri, foarte ordonate, ceea ce conferă materialului rezistență și rigiditate. Polimerii amorfi reprezintă opusul.
• Aditivi: Aditivii vor influența rezistența, rigiditatea, comportamentul la temperatură, aspectul, cerințele de ambalare și costul.
• Agenți de umplere cu carbon și oțel inoxidabil îmbunătățesc proprietățile de conductivitate și/sau de ecranare.
• Agenți de umplere cu lubrifiant îmbunătățesc proprietățile de uzură și de frecare.
• Agenți de umplere minerali îmbunătățesc performanța electrică, conferă greutate la atingere, amortizare fonică, o greutate specifică mai mare și stabilizează dimensional.
• Modificatori de impact îmbunătățesc rezistența la șoc.

Atunci când se ia în considerare scopul final al unei piese injectate, este esențial să se înțeleagă caracteristicile cheie pentru a selecta cel mai bun material plastic. Consultați aceste diferențe esențiale privind unele dintre rășinile cel mai frecvent utilizate.

ABS (acrilonitril butadien stiren) este un material obișnuit pentru injecție, ușor de obținut și de prelucrat, la un preț accesibil. Este un material rezistent, robust, care oferă o bună rezistență la impact, poate fi prelucrat cu ușurință și îndeplinește diverse cerințe estetice. Totuși, rășina nu este ideală pentru piese expuse la căldură intensă susținută, deoarece se deformează sau topește la / peste 200 grade Fahrenheit.

Policarbonatul este o clasă de termoplaste de calitate superioară, ușor de turnat prin injecție și care oferă adesea o rezistență mai mare la spargere. În mod natural transparent, policarbonatul este ideal pentru aplicații care necesită rezistență similară sticlei (ochelari de protecție, aplicații medicale de laborator etc.). Policarbonatul nu este potrivit pentru aplicații în care este necesar un grad mai mare de flexibilitate sau pentru opțiuni estetice colorate.

Nailonul cu umplutură de sticlă este un termoplastic armat, unde rășina de bază din nailon are fibre de sticlă adăugate pentru o rezistență și o toleranță mai mare la temperatură. Această rășină este, de asemenea, mai neconductivă electric decât multe altele, însă, în ciuda punctului ridicat de topire, este mai predispusă la ardere decât alte materiale.

Polipropilena este un termoplastic flexibil, potrivit pentru aplicații industriale și de consum. Este recunoscută ca fiind o rășină foarte maleabilă, care poate fi prelucrată în mai multe moduri fără a-și pierde forma inițială. Polipropilena oferă, de asemenea, rezistență la solvenți, substanțe chimice și radiații UV.

Acetalul este cunoscut pentru rezistența excelentă la frecare și rigiditate ridicată. Poate fi colorat cu ușurință în procesul de turnare, dar nu oferă o rezistență superioară la temperaturi înalte.

Abordarea nevoilor specifice încă din faza de proiectare vă poate ajuta să evitați modificările costisitoare ulterioare. Echilibrarea caracteristicilor precum rigiditatea, durabilitatea, rezistența la șoc și altele este esențială pentru a obține o funcționalitate optimă a piesei. Importanța consultării din faza de proiectare în procesul de injectare a fost subliniată pe tot parcursul acestei pagini. Cu toate acestea, nu este niciodată mai importantă decât în cazul utilizării materialelor pentru temperaturi înalte, menite să crească rezistența, stabilitatea și alte caracteristici esențiale pentru aplicația lor unică. De fapt, tehnicile convenționale de turnare nu sunt întotdeauna eficiente pentru rășinile exotice și cele pentru temperaturi înalte.

Ce industrii beneficiază cel mai mult de conversia metal-plastic?

Multe dintre piețele deservite de Rosti profită de valoarea pe care conversia de la metal la plastic o poate aduce. Aplicațiile se concentrează de obicei pe componente metalice grele sau care implică mai mulți pași de producție pentru a obține caracteristici dorite.

De exemplu, industriile auto și aviatică au folosit conversia metal-plastic pentru a reduce greutatea și a îmbunătăți eficiența consumului de combustibil (înlocuirea unei componente metalice cu una din plastic duce la o reducere a greutății de aproximativ 50%). Pe lângă reducerea greutății, componentele fabricate din materiale plastice inginerești pot fi la fel de rezistente, tolerante la temperatură și chimicale ca și componentele metalice, ceea ce le face potrivite pentru condiții de mediu sau de funcționare dificile.

O creștere a conversiei de la metal la plastic are loc și în industria dispozitivelor medicale. Unele instrumente și unelte care înainte erau fabricate din metal sunt acum realizate din plastic pentru a reduce greutatea, fără a compromite nivelul ridicat de rezistență și rigiditate. Atunci când se folosesc materiale plastice rezistente la temperaturi înalte, componentele pot suporta cerințe suplimentare de dezinfecție și sterilizare.

Alte domenii industriale în care crește conversia de la metal la plastic includ agricultura, echipamentele de construcții, pompele industriale, aplicațiile de putere hidraulică, utilajele grele, electrocasnicele și multe produse de larg consum.

Ce costuri sunt asociate conversiei de la metal la plastic?

De cele mai multe ori, dezvoltarea unei noi piese din plastic necesită matrițare. Matrițele pentru injectarea plasticului trebuie să suporte cicluri repetate de temperatură, presiuni în cavitate de peste 30.000 psi, temperaturi ale oțelului de peste 300 de grade Fahrenheit și temperaturi ale plasticului de peste 700 de grade Fahrenheit. Rășinile cu grad mare de umplere sunt de asemenea extrem de abrazive pentru matrițele tradiționale din oțel. Ca rezultat, matrițarea prin injectare este mai costisitoare în comparație cu matrițele pentru multe alte procese. Chiar dacă economiile per unitate obținute la injectare compensează de obicei aceste costuri, matrițarea rămâne un factor important de inclus în buget.

Este cert că matrițarea prin injectare necesită o investiție inițială în scule. Totuși, datorită timpului redus de ciclu pentru injectare, este foarte probabil ca o versiune din plastic a piesei dumneavoastră să fie semnificativ mai ieftină.

Sursa: Design for Manufacturing and Assemble, D. Havel, https://www.slideshare.net/dhaval6693/dfma-57014998