Как заменить стальные трубы на металлопластиковые?
К сожалению информации совсем мало, какая система отопление, какие радиаторы, что есть в комплекте радиатора, или разбираем полностью.
В начале хотелось бы отметить, Вы выбрали худший вариант из всех имеющихся.
В системе отопления присутствует так называемая «температурная деформация», это «беда» с которой металлопластиковые трубы, в месте соединений, не справляются.
Фитинги начнут течь и это проблема.
Так как нет конкретики, то предположу что Вас интересуют наиболее «интересные» моменты (проблемные).
В начале демонтируем старые стальные трубы.
Опять же не знаем какое где соединение, допустим трубы надо резать, используем болгарку и отрезной диск по металлу.
Тут могу посоветовать следующее:
Подбирайте нужный диаметр диска, естественно и болгарку соответствующую.
Круг должен пройти трубу на весь диаметр.
На лице очки, открытые участки тела защищены одеждой (искры тому виной).
На финише стальную трубу придерживайте что бы диск не заклинило.
Для соединения металлопластиковой трубы и стальной трубы используется вот такой фитинг «мама-металлопласт».
На трубе резьборезом нарезается резьба.
На резьбу наматываем фом + паклю
(если работаю с металлопластом чаше использую только фум).Для радиаторов в продаже есть вот такие монтажные комплекты.
Если есть необходимость, приобретаем его.
Комплекты разные, но в общем в комплекте должны быть футорки, заглушка, кран Маевского, прокладки.
Монтируем комплект на радиаторы.
Далее нужны краны, в продаже есть вот такие краны «папа-металлопласт».
Папа пакуется по той же схеме, фом на резьбу.
Сами металлопластиковые трубы соединяются различными фитингами.
Фитинги есть компрессионные (обжимные) есть пресс-фитинги, опять же мы не знаем что выбрали Вы.
Наиболее распространённый вариант это обжимные фитинги (не нужен дополнительный инструмент, проще в сборке, особенно для самостоятельной работы).
Выглядит он вот так.
Процесс соединения:
Отрезали трубу нужной длины, ножницами.
Сняли фаски.
На трубу одели гайку и обжимное кольцо (обратите внимание на последовательность).
Вставили трубу в фитинг до упора.
Обжали ключами.
В общем-то всё, постарался охватить важное.
Не забывайте про клипсы,
не допускайте провис труб на длинных участках.Переходы Ekoplastik с металлической наружной резьбой
Основные характеристики оборудования Переходы Ekoplastik с металлической наружной резьбой
Вид оборудования:
муфты с переходом на НР
Материал труб:
Соединение:
сварные
Материал изготовления фитингов:
полипропилен PPR
Рабочее давление:
20 бар
Максимальная температура:
95 °C
Происхождение бренда:
ЧехияОценка покупателей:
Стоимость:
от 174 до 5902
Напечатать
Добавить в закладки
Добавить в сравнения
Нужен совет? Позвоните нам! +7 (812) 401-66-31 (многоканальный) или+7 (800) 333-56-06 (бесплатный по России)
Заказать обратный звонок
Цены на оборудование Переходы Ekoplastik с металлической наружной резьбой
Информация об оборудовании Переходы Ekoplastik с металлической наружной резьбой
Переход с металлической наружной резьбой используется для подключения к внутренней резьбе металлического трубопровода.
- с металлической наружной резьбой
Габаритный чертеж временно отсутствует
{{/if}} {{if IsHit}}Наша компания предлагает широкий ассортимент товаров, который может понадобиться Вам при покупке оборудования переходы Ekoplastik с металлической наружной резьбой, значительная часть из которого имеется у нас в наличии:
ХИТ
{{/if}} {{if IsNova}}NEW
{{/if}} {{/if}}${Name}
Товаров ${CountArticul}
Немного о фитингах — Добродушный Сантехник
Что же такое обжимной и прессовой фитинг по металлопластику?
Фитинг по металлопластику, это переход с металлической трубы на металлопластиковую, разных диаметров.
Обжим
Снимки не совсем удачные для этого примера, но что есть, то есть. На них, мы видим два фитинга, с верху фитинг, с низу говно-фитинг. А почему же так, спросите вы. Все просто, говно, оно и в сантехнике говно. Посмотрите, чем верхний фитинг отличается от нижнего? Отличаются они прежде всего, наличием юбки на гайке первого фитинга. По качеству, может быть они «два сапога — пара», но в процессе монтажа первый на порядок лучше. При наличии подобной юбки внизу гайки, ее можно затянуть полностью, даже с не очень узким ключом. на снимке хорошо видно, что если бы ни эта круглая юбка, то закрутить гайку до конца было бы невозможно. Она уперлась бы в ключ. Это не говорит о том, что так нужно тянуть все фитинги, но иногда отсутствие юбки, осложняет работу. Наличие этой чудо-гайки с юбкой, еще не говорит о том, что фитинг хороший.

Если вам надо 5 подобных соединения/фитингов и вы планируете купить именно 5 штук, тогда стоит их все осмотреть. Раскрутите гайку, осмотрите две резиновые прокладки (их целостность) и кольцо. Оно может быть бракованное (редко, но может.)
Кольцо должно быть разрезано. Если кольцо не имеет разреза, то вы не сможете затянуть трубу, гайкой фитинга.

Соединения такого рода, бывают всякие разные, и на фото ниже несколько примеров:
Если вдруг чего-то не хватает под нужным вам углом, всегда можно выйти их положения какими-то отводами, переходниками, ниппелями.Можно ли использовать старый фитинг такого рода, который был установлен ранее? Можно. Если фитинг был хорошего качества. Вам стоит только проверить его визуально на наличие трещин и заменить обе резиновые прокладки.
Бля, у меня уже мозг взрывается… как бы ничего не забыть и чтоб вам все понятно было. Что за чем, последовательность — мать ее!
ПрессЧтобы не получилась совсем уж каша, о том как соединить металлопластиковую трубу с фитингом, я решил сделать отдельной темой. А теперь еще о фитингах.
И немного о пресс-фитингах. Если при работе с обжимными фитингами, вы можете обойтись разводными ключами, то при использовании пресс-фитингов, вам понадобится пресс.
Прессовой фитинг выглядит вот так:
Если разобрать, что не всегда получается, то он выглядит вот так:
Вы наверное ждете, что я тут расскажу как отличить прессовые говно-фитинги от фитингов. Но я об этом тут не расскажу, ибо я не знаю. Всегда использую Валтек, а говно-фитинги — не попадались.
Прессовые тоже бывают всякие разные как и обжимные: тройники, отводы, водорозетки, соединители…
Здесь я рассказал о фитингах. Для общей полноты картины, я рекомендую просмотреть темы о металлопластиковой трубе, о том как соединить фитинг с ПМ трубой, и немного о прессовых фитингах.
Преобразование металла в пластик — подробное руководство
Почему производители не решаются преобразовать металлические детали в пластмассовые?
От предполагаемых проблем с конструкцией до страха перед низкой прочностью и сопротивлением изменениям — есть много причин, по которым некоторые производители еще не рассмотрели процесс преобразования металла в пластик.
Если вы начинаете изучать процесс преобразования металла в пластик, вопросы и варианты могут сначала показаться ошеломляющими.
В этом посте мы ответим на наиболее часто задаваемые вопросы и дадим важную информацию, необходимую для успешного преобразования металла в пластик, в том числе:
- Каковы преимущества преобразования металла в пластик?
- Какие свойства можно получить с помощью пластика?
- Каковы этапы преобразования металла в пластик?
- Какие вопросы следует рассмотреть перед переходом на пластиковые компоненты?
- Какую роль дизайн для производства (DFM) играет в преобразовании металла в пластик?
- Какие пластиковые материалы можно использовать для преобразования металлических компонентов в пластмассовые?
- Какие отрасли промышленности получают наибольшую выгоду от преобразования металла в пластик?
- Какие затраты связаны с преобразованием деталей в пластик?
- Обзор практического примера соединения металла с пластиком
- Почему PCI является подходящим партнером для проекта преобразования металла в пластик?
От экономии средств до обновления дизайна продукта и улучшения производственного процесса — существует множество причин для преобразования металлических компонентов в пластмассовые. Читайте дальше, чтобы узнать больше обо всем, от свойств пластиковых деталей до тематического исследования с реальными деталями.
Каковы преимущества преобразования металла в пластик?
Если металлические детали, которые вы используете в настоящее время, соответствуют вашим потребностям, переоборудование может показаться несрочным рассмотрением. Тем не менее, изучение вариантов преобразования металла в пластик дает значительные преимущества. Вот шесть способов, которыми преобразование пластика в металл может повлиять практически на все аспекты вашего бизнеса.
- Качество и свобода дизайна:
Кроме того, добавление усиливающих элементов, таких как ребра и косынки, которые могут быть отлиты непосредственно в пластик, повысит прочность и долговечность, а также сократит время производства.
Когда добавки смешиваются непосредственно с пластиком, они могут усиливать определенные свойства и создавать индивидуальный материал. Эти добавки улучшают характеристики пластика в таких областях, как ударопрочность и прочность на растяжение, трение, устойчивость к царапинам и огнестойкость. Добавки делают пластмассы более легкими, безопасными для использования в пищевых продуктах и медицинских товарах, а также более экологичными.
Качество и свобода, которые предлагают пластиковые детали, также идеально подходят для применения в сантехнике, бытовой технике, фильтрации и двигателях, где предотвращение утечек является первостепенной задачей.Кроме того, современные научные процессы литья пластмасс под давлением производят пластмассовые детали с точными и жесткими допусками, которые готовы к работе без необходимости вторичной механической обработки.
Последним важным аспектом дизайна является эстетика. Атрибуты дизайна пластиковых компонентов включают:
- При использовании новейшего программного обеспечения и технологий литейщики могут тестировать различные материалы на этапе проектирования, что позволяет прогнозировать изменения конструкции и повышать производительность.
- Способность интегрировать и приспосабливать сложные формы и геометрию, а также объединять детали.
- Снижение веса и улучшенные конструктивные ограничения.
- Поскольку пластмассы доступны в самых разных цветах, а также предлагают отделку поверхности и текстуры, более привлекательные, чем металлы, детали, изготовленные методом литья под давлением, имеют тенденцию доминировать над металлическими аналогами. Кроме того, пластиковые детали позволяют улучшить декорирование или маркировку внутри формы, что еще больше повышает их эстетическую привлекательность.
- Это лишь некоторые из функций, которые позволяют раскрыть новый потенциал дизайна и производительности ваших продуктов.
- Экономия затрат: Преобразование металлических деталей в пластмассовые приводит к средней общей экономии затрат на 25-50%, при этом эти преимущества обнаруживаются во многих областях, от производства и времени до логистики.
- Более быстрый процесс: Преобразование металла в пластик обеспечивает гораздо более быстрые производственные циклы и более высокую производительность.Точность литья под давлением также устраняет трудоемкие многоэтапные процессы, такие как шлифовка и доработка конечных деталей.
- Повышение эффективности производства: Благодаря ранее упомянутым эстетическим преимуществам в процесс литья могут быть добавлены окончательные цвета и варианты отделки, что устраняет необходимость в отдельной покраске, лазерной обработке и т. д.
Дополнительные функции включают в себя:
- Не требует обслуживания. В отличие от металлических деталей, пластиковые компоненты не требуют покрытия или покраски для защиты материала, что делает их практически необслуживаемыми.
- Увеличенный срок службы инструмента. Несмотря на то, что стоимость инструмента для металлической и пластиковой детали очень похожа, скорость изготовления металлических деталей часто ниже. Еще одно соображение заключается в том, что срок службы инструмента для пластиковых деталей в среднем в десять раз превышает ожидаемый срок службы инструмента из литого алюминия.
- Простые изменения. Практически невозможно перейти на менее дорогой металл, не пройдя полную модернизацию. Однако стоимость смол обычно не влияет на форму, что обеспечивает более высокий уровень гибкости с качеством материала и стоимостью.
- Пластиковые компоненты могут производиться быстрее, чем их металлические аналоги, за счет использования циклических и повторяемых процессов с меньшим количеством общих этапов. В отличие от процессов производства металла, производство пластиковых деталей часто автоматизировано, механизировано и требует минимального контроля.
- Пресс-формы для литья пластмасс под давлением могут устранить необходимость в процессах вторичной сборки, производя сложные и геометрически различные компоненты за один этап.
Постпроизводственное изготовление металла часто включает в себя сварку нескольких деталей, склеивание вспомогательных деталей, таких как подшипники, и нанесение защитных покрытий.Пресс-формы для литья пластмасс под давлением дают единый, готовый к использованию компонент, вмещающий конструкции из нескольких частей, объединяющие поддерживающие детали и смешивающие защитные покрытия непосредственно с материалом.
- Не требует обслуживания. В отличие от металлических деталей, пластиковые компоненты не требуют покрытия или покраски для защиты материала, что делает их практически необслуживаемыми.
- Улучшенные характеристики деталей: По сравнению с металлическими деталями пластиковые детали обычно на 50 % легче по весу и обладают характеристиками, которые просто не могут превзойти металлы, в том числе:
- Уменьшенный размер, вес и толщина — с учетом ограниченного пространства при производстве небольших приборов, двигателей, медицинского оборудования и технологических устройств тот факт, что детали, изготовленные методом литья под давлением, могут быть меньше, тоньше и легче, чем металлические детали. , являются ценными атрибутами.
- Повышенная прочность и долговечность. Современные искусственные пластмассы не только могут выдерживать значительные нагрузки, но и пластмассовые детали, изготовленные из них, могут выдерживать жесткие допуски, что делает их такими же прочными и надежными, как и металлические детали.
- Стойкость к ударам, коррозии и нагреву — выбор из более чем 25 000 синтетических материалов, включая новые смеси и гибридные составы, позволяет создавать литые под давлением детали, отвечающие самым специфическим требованиям к производительности.Некоторые смеси и составы идеально подходят для применений, требующих амортизации ударов, устойчивости к коррозионным элементам и термостойкости.
- Уменьшенный размер, вес и толщина — с учетом ограниченного пространства при производстве небольших приборов, двигателей, медицинского оборудования и технологических устройств тот факт, что детали, изготовленные методом литья под давлением, могут быть меньше, тоньше и легче, чем металлические детали. , являются ценными атрибутами.
- Стоимость материалов: Пластик, как правило, гораздо более доступный материал, чем листовой металл, с гораздо более стабильной рыночной ценой. Процесс литья под давлением также очень воспроизводим, что дает меньше брака. Кроме того, благодаря более низким температурам расплава и исключению последовательных этапов механической обработки литье под давлением требует меньше энергии, чем производство металлических деталей.
- Стоимость упаковки и доставки: Легкая природа пластика имеет очевидные преимущества с точки зрения проектирования и производительности, но она также может обеспечить огромную экономию на упаковке, доставке и даже стоимости хранения.
Какие ОСНОВНЫЕ характеристики можно получить с помощью пластика?
В дополнение к свободе дизайна и экономии средств, обеспечиваемой переходом от металла к пластику, пластик обладает многочисленными преимуществами, которые не могут обеспечить металлические детали.Доступно более 25 000 инженерных пластиковых материалов, и эти материалы могут быть адаптированы практически для любых производственных потребностей. Кроме того, новые пользовательские смеси могут быть созданы для удовлетворения практически любых конкретных требований к производительности, которые могут у вас возникнуть. Вот некоторые из способов, которыми эти настраиваемые пластмассы могут помочь вашим продуктам повысить свою производительность:
Вес: Пластиковые детали обычно как минимум на 50 % легче, чем сопоставимые металлические детали. Они также могут иметь меньшие размеры и меньшую толщину, что может быть очень выгодно при производстве двигателей, бытовой техники, автомобильных запчастей и любых других процессах, где ограничено пространство.
Прочность: Современные пластмассы, полученные литьем под давлением, так же надежны, как и металлические детали, когда речь идет о противостоянии нагрузкам, а их прочность на растяжение может быть даже выше, чем у металлических деталей. Кроме того, использование одной формованной пластиковой детали вместо нескольких металлических устраняет необходимость в сварке и ослабление, которое может возникнуть в местах сварки.
Техническое обслуживание: По сравнению с металлическими, пластиковые детали практически не требуют обслуживания, поскольку они не нуждаются в первоначальном или периодическом покрытии или покраске для защиты.Они также могут противостоять ударам, движению, нагреву и коррозии с лучшими результатами, чем многие металлические детали.
Инновация: Благодаря свободе, которую дает производство пластиковых деталей, ваши инженеры могут легко решать сложные задачи. Независимо от того, имеете ли вы дело с суровыми условиями, сложными формами и процессами, ограничениями по конструкции или весу или даже просто с эстетикой продукта, преобразование пластиковых деталей может дать вам гибкость, необходимую для поиска творческих и эффективных решений.
Каковы этапы преобразования металла в пластик?
Одним из наиболее важных первых соображений в проекте по переходу с металла на пластик является полное понимание масштабов инициативы. Несмотря на множество преимуществ для производителей, позволяющих снизить затраты, таких как устранение производственных операций, объединение компонентов, уменьшение содержания материалов и снижение веса компонентов, часто также существует возможность добавления текста, отделки поверхности или функций, которые могут быть трудными. для достижения в процессах формовки металлов. Планирование посещения или онлайн-сотрудничества со знающим литьевым формовщиком — идеальный первый шаг для выявления возможностей и потенциальных ограничений.
Ожидайте выполнения пошагового процесса, подобного следующему:
Внимательно изучите замысел конструкции детали и ее идентификацию: Что делает металлическую деталь хорошим кандидатом на замену пластиковой?
- Детали для крупносерийного производства
- Детали со сложной геометрией, сборки или второстепенные операции, которые можно исключить или сократить
- Детали, требующие меньшего веса и более разнообразных вариантов конструкции
Определение требований к деталям: Поддерживайте успех производства, заранее определяя требования, например:
- Воздействие окружающей среды, включая температуру, ультрафиолетовое (УФ), химические вещества и влажность
- Требования к характеристикам конструкции, включая прочность, жесткость и ударопрочность
Просмотрите любые особые соображения: Есть ли какие-либо особые требования или атрибуты, которым должна соответствовать деталь, например:
- Нормативные требования
- Уникальные характеристики (износ, электропроводность, цвет, огнестойкость)
Эти факторы влияют на выбор типа пластика и его обработку.
Провести анализ затрат: Производство пластиковых компонентов может обеспечить значительное снижение затрат по сравнению с металлами, если учесть все аспекты, например, снижение:
- Стоимость сырья и плотность
- Инструменты и обработка
- Время цикла
- Этапы сборки и работа
- Второстепенные операции
Проверка дизайна проекта и потребности в поддержке: Чтобы полностью понять осуществимость преобразования металла в пластик, необходимо пройти все этапы.Процесс PCI включает в себя рассмотрение 3D-моделей целевых компонентов и систем. Это позволяет инженерам PCI участвовать в обсуждении проектирования для производства (DFM) в отношении литья, функций, сборки и устойчивости. Это итеративный процесс, поскольку дизайн продолжает развиваться и развиваться.
Оценка потребностей в формовании прототипа и проверка детали: PCI может помочь в испытаниях формовки материала, чтобы убедиться, что деталь готова к производству.
Этот процесс может включать:
- Прототип
- Анализ деталей, инструментов, процессов и проектов
- Моделирование SOLIDWORKS и проверка проекта
Переход к производству пластиковых компонентов: Процессы производственного литья должны быть оптимизированы, чтобы обеспечить плавный переход от проверки деталей к производственным циклам.
Хотите сделать шаг назад, чтобы узнать больше о процессе литья под давлением от проектирования до производства? Посмотрите и загрузите наше подробное руководство по литью под давлением 101 здесь.
Сменный шаг: с металла на пластик
Научный анализ характеристик детали может привести к замене материалов, что поможет снизить стоимость, увеличить скорость производства и уменьшить вес.
Несмотря на то, что он существует с 1950-х годов, когда впервые были представлены технические смолы, многие производители до сих пор не знакомы со многими преимуществами, которые дает преобразование металла в пластик. Поскольку этот процесс продолжает развиваться, особенно в связи с быстрым развитием новых передовых пластиков, которые могут превзойти металл при меньших затратах, все меньше литьевых машин могут предоставить необходимые инженерные знания для разработки продукта из металла в пластик.
Производители автомобилей особенно хорошо знакомы с преобразованием существующих металлических изделий или деталей в пластик. Это знание обусловлено давлением со стороны федерального мандата, согласно которому к 2025 году средний расход автомобилей должен составлять 54,5 миль на галлон.Одним из способов повышения эффективности использования топлива является снижение веса автомобиля. Металл намного тяжелее пластика. При правильном проектировании искусственный пластик может быть таким же прочным, как металл. Их химическая стойкость и термостойкость в сочетании с меньшим весом делают их особенно полезными для топливных систем, систем обработки жидкостей и других высокотемпературных применений под капотом.
Например, термостойкий термопласт PEEK (полиэфирэфиркетон) использовался для замены поршневых колец в автомобильных автоматических коробках передач.Инженерные пластики также могут лучше поглощать вибрации благодаря своим демпфирующим свойствам. Пластмассы также использовались в зубчатых передачах, таких как изнашиваемые пластины. Добавки стекловолокна и углеродного волокна в инженерные пластики могут сделать их достаточно прочными, чтобы их можно было использовать в качестве кронштейнов и наружных панелей. Пластмассы, которые спроектированы так, чтобы быть тепло- и электропроводными, могут использоваться в качестве экранов EMI / RFI или в автомобильной электронике.
Другие подходящие области применения включают насосы и гидравлические/химические силовые установки (клапаны и фитинги).
- Преимущества, которые может обеспечить преобразование металла в пластик, включают:
- Прочность на растяжение сравнима с металлом
- Уменьшенный вес детали
- Процесс с высокой повторяемостью (меньше брака)
- Снижение производственных затрат
- Расширенное соответствие нормативным требованиям
- Большая гибкость дизайна
- Повышение стабильности рынка по стоимости материалов
- Снижение стоимости упаковки и доставки
- Стойкость инструмента увеличивается до шести раз
Текущие тенденции преобразования металла в пластик сосредоточены на снижении веса, повышении прочности и коррозионной стойкости, а также на объединении нескольких металлических деталей в одну пластиковую. Пластмассовые детали могут быть такими же прочными, как и металлические, и обеспечивать такие же жесткие допуски с меньшим количеством вторичных операций. При правильном проектировании инженерные смолы с наполнителем из длинного стекла могут фактически превосходить по физическим свойствам металл. При соответствующей конструкции пластмассовые детали могут работать так же хорошо, как и металлические детали, которые преобразуются в пластмассовые. Фактически, пластмассы могут быть спроектированы таким образом, чтобы они имели определенные физические и химические характеристики, которые лучше, чем у металла.
В целом компании могут рассчитывать на общую экономию средств в размере 25–50 % за счет перехода на пластмассовые детали.Существует несколько способов достижения такого снижения затрат. Несколько металлических деталей можно заменить одной деталью, изготовленной литьем под давлением из прочного инженерного пластика, что устраняет необходимость в крепежных элементах и сборке. В расплав пластика можно добавлять красители, исключая вторичные операции по окраске или лазерной маркировке. Пластик оказывает номинальное влияние на стоимость детали; листовой металл, однако, оказывает гораздо большее влияние благодаря необходимости сварки, шлифовки и добавления сопротивления вмятинам и царапинам, а также шумоподавления.
Многие инженеры, которые обычно работают с металлическими деталями, не знакомы с историей или успехом армированных пластиков, их показателями прочности и веса или с тем, как они могут реально улучшить характеристики и долговечность продукта.
Начнем со стоимости
Стоимость обычно является главной темой для каждого проекта. Конкуренция на мировом рынке жесткая. Операции скудные. Допустим, вы используете металлическую деталь. Если пластиковая деталь может быть такой же хорошей, как и металлическая, или даже немного лучше, зачем переходить на пластик, если он не дает реального преимущества в производительности? Ответ: это сэкономит вам много денег.
Единственным наиболее важным преимуществом перехода от металла к пластику является экономия затрат при улучшении качества продукции. Ниже приведены семь причин, по которым замена металлического литья пластиком, полученным литьем под давлением или литьем под давлением, экономит деньги и фактически улучшает качество деталей.
Снижены цены на штучные детали. После оплаты первоначальных затрат на оснастку цена штучной детали обычно намного меньше, чем та же деталь, изготовленная из металла, будь то штамповка, литье или литье под давлением. Эта экономия достигается за счет того, что процесс литья под давлением имеет более короткое время цикла (больше деталей изготавливается за машино-час), и эти детали идентичны, что исключает вторичную механическую обработку.
Устранение трудоемких и дорогостоящих второстепенных операций. Например, пластиковый материал может быть окрашен концентратами красителей перед формованием, что исключает вторичные операции по окраске. Формы для литья под давлением могут быть текстурированы или иметь различные уровни полировки поверхности перед формованием. Дорогостоящая сборка нескольких металлических штамповок или отливок, скрепленных вместе, часто может быть заменена одной деталью, полученной литьем под давлением, включающей в себя характеристики всей сборки. Это может устранить необходимость в сварных соединениях между металлическими частями, что также устраняет риск утечки.Если требуется несколько сборок, пластиковые детали могут быть спроектированы так, чтобы они могли соединяться вместе, чтобы исключить любые крепления.
Уменьшите вес продукта и упростите его использование. Одним из самых больших преимуществ использования пластика вместо металла является снижение веса. Уменьшение веса продукта с помощью пластика дает вам больше деталей на фунт материала, значительно снижает транспортные расходы и упрощает использование продукта конечным пользователем.
Сравнение значений удельного веса металлов и пластмасс показывает, насколько существенной может быть разница в весе:
Металлы | Пластик |
Алюминий 2.![]() | Поликарбонат 1,2–1,4 |
Латунь 8,4–8,7 | Нейлон (большинство типов) 1,2–1,7 |
Медь 8,8 | Полиэтилен 0,92–0,95 |
Цинк 6..9–7.2 | Полипропилен 0,90–1,04 |
Стали 7,7 | АБС 1,02–1,4 |
Повышение прочности конструкции изделия. Пластиковые детали на самом деле могут быть прочнее металлических за счет использования материалов инженерного класса.Кроме того, возможность формовать элементы для прочности конструкции, такие как ребра, бобышки и косынки, при первоначальном изготовлении детали (вместо последующих операций крепления, сварки и склеивания) может повлиять на общую прочность собранной детали. а также сократить дополнительные расходы.
Расширенные возможности дизайна продукта. Производить готовые детали сложной формы из пластика намного проще, чем из металла, благодаря стабильности его размеров. Жесткие допуски могут быть достигнуты при формовании в сочетании со сложными формами благодаря расширенным возможностям конструкции пресс-формы / инструмента для литья под давлением.Кроме того, пластик позволяет изготавливать тонкостенные детали с одинаковыми размерами стенок из-за высокого давления впрыска, заменяя более дорогие толстостенные детали из литых под давлением металлических деталей.
Пластмассы также имеют преимущества перед металлами на стадии прототипа. Можно использовать дешевые мягкие инструменты, чтобы опробовать различные материалы и завершить дизайн. Детали-прототипы также могут быть легко изготовлены из пластиковых пластин, листов, стержней и т. д.
Пластмассовые материалы можно использовать повторно. Повторное использование материалов путем добавления повторно измельченных материалов (шлифованных направляющих и отходов) к первичным материалам обеспечивает значительную экономию средств (до 40%).Большинство пластиков для литья под давлением являются термопластами и могут быть легко переработаны (в отличие от термореактивных материалов). Измельченный материал можно использовать сразу, его не нужно переплавлять, как сталь.
Увеличенный срок службы изделия. Экологическая уязвимость металлов может быть заменена прочностью и долговечностью пластика. Большинство пластиковых материалов обладают большей химической стойкостью по сравнению с большинством металлов. Пластмассы не ржавеют и не окисляются, как металлы, и на большинство из них не влияют кислоты или щелочные соединения, вызывающие коррозию металла.
Первый шаг — выяснить, подходит ли ваш проект для преобразования металла в пластик. Это требует серьезного анализа и не всегда определяется быстро. Важно полностью понимать конечное применение, условия окружающей среды, оценку и анализ материалов, технологичность и экономическую целесообразность.
Очень важно знать, как будет использоваться продукт. Инженеры-проектировщики должны иметь возможность точно оценить реальную среду, которая будет воздействовать на продукт, включая химическое воздействие или контактные растворы, диапазоны температур, экранирование и силы (включая сценарии наихудшего случая). Вся эта информация должна быть проанализирована вместе, чтобы сделать лучший выбор материала. Пожалуй, самое важное правило на данном этапе — никогда не делать никаких предположений. Отсутствие полного и тщательного рассмотрения заявки может привести к выбору неправильного материала, что может привести к срыву всего процесса разработки.
Выбор пластика. За последние годы наука о полимерах добилась огромных успехов, расширив возможности компаундирования различных пластиковых материалов с наполнителями и армирующими элементами, которые обеспечивают невероятную структурную целостность.Пластик может быть таким же прочным, как металл, при правильном выборе материала в сочетании с оптимизацией конструкции и весить гораздо меньше. Вот некоторые характеристики, которые следует учитывать:
Преимущества металла:
- Теплопроводность
- Электропроводность
- Высокая жесткость
- Низкая склонность к ползучести
- Низкий коэффициент теплового расширения
- Высокая прочность
- Меньше проблем с деформацией
- Могут быть реализованы узкие допуски
Преимущества пластика:
- Без коррозии
- Низкая плотность
- Свобода дизайна
- Увеличенный срок службы инструмента
- Химическая стойкость
- Переработка
- Требуется меньше сборки
- Уменьшение номеров деталей
Выбор подходящего пластика может занять некоторое время, в зависимости от проекта. Одним из величайших преимуществ пластмасс является доступность более 25 000 инженерных материалов для производства. Новые высокопроизводительные смеси и гибриды также могут быть разработаны по индивидуальному заказу для удовлетворения очень специфических требований к производительности. Ключевые соображения для типа пластика:
- Кристаллический или аморфный: оцените такие требования, как химическая стойкость, ударопрочность, текучесть, обработка и т. д.
- Добавки: чем отличаются наполненные и ненаполненные пластмассы? Добавки будут влиять на прочность, жесткость, стоимость, требования к упаковке огнестойких материалов, нагрев и стоимость.
- Добавки для длинного стекловолокна улучшают жесткость и прочность, улучшают температурные характеристики до 150°C и придают поверхности умеренный внешний вид.
- Добавки для короткого стекловолокна улучшают жесткость, улучшают температурные характеристики и улучшают внешний вид по сравнению с длинным стеклом (содержание стекла 30% или менее позволяет деталям выглядеть так же хорошо, как неармированные пластиковые детали).
- Наполнители из углерода и нержавеющей стали улучшают проводящие и/или экранирующие свойства.
- Смазочные наполнители улучшают износостойкость и фрикционные свойства.
- Минеральные наполнители улучшают электрические характеристики, ощущение веса, звукопоглощение, стабильность размеров и увеличивают удельный вес.
- Модификаторы ударопрочности повышают ударную вязкость.
- Антипирены повышают устойчивость к горению.
Проверка пластика. Пластмассы по-разному реагируют на литье под давлением в зависимости от их физических и химических характеристик, в том числе прочности и гибкости, поведения при плавлении и охлаждении в диапазоне температур, структуры полимера и химических связей.Их можно улучшить, добавляя наполнители или создавая смеси с очень специфическими свойствами, создавая гибридные пластики с превосходными механическими, термическими, химическими, электрическими и экологическими свойствами, такими как:
- Механические: прочность на растяжение, модуль изгиба (жесткость), ударопрочность, ползучесть и стабильность размеров.
- Термические свойства: тепловое расширение, температура теплового изгиба, относительный термический индекс, коэффициент теплового расширения, механическая реакция при температуре, пластическая стабильность.
- Химические свойства: химическая стойкость (полукристаллический или аморфный), молекулярная масса и напряжение детали (сочетание конструкции, сборки, процесса и окружающей среды может снизить химическую стойкость).
- Окружающая среда: устойчивость к погодным условиям, влажности и ультрафиолетовому излучению — как сочетание этих факторов влияет на изменение цвета, сохранение блеска и потерю свойств материала?
- Электрические: проводимость, экранирование, диэлектрическая прочность, диэлектрическая постоянная, коэффициент потерь и электростатические требования.
Прочие особенности конструкции
Литье под давлением быстрее, эффективнее и может обеспечить более высокие допуски по сравнению с изготовлением литых металлических деталей. На самом деле, проще изготавливать сложные, высокопроизводительные детали или изделия с помощью строго контролируемого процесса литья под давлением, который требует меньшего количества шагов. Инструменты выдерживают 500 000–1 000 000 циклов и более при литье под давлением по сравнению с литьем под давлением и требуют меньшего обслуживания и простоев. Чтобы оптимизировать качество деталей и максимально продлить срок службы формовочной системы:
- Для пластика следует выбирать подходящую сталь.
- Пресс-формы должны быть должным образом вентилированы, чтобы свести к минимуму эрозию.
- Обработка спроектирована таким образом, чтобы исключить заусенцы, которые могут повредить линию разъема пресс-формы. Горячеканальные системы
- совместимы с выбранным материалом.
- Тип и материал винта хорошо подходят для выбранного пластика.
Одним из самых больших преимуществ преобразования металла в пластик является свобода дизайна, которую оно создает. Например, несколько металлических деталей, которые необходимо скрепить вместе, можно объединить в одну деталь, которую можно отлить под давлением.Это также расширяет геометрические возможности для новых конструкций. Консолидация деталей снижает запасы и повышает производительность. Экономия труда достигается за счет сокращения сборочных и второстепенных операций (например, за счет добавления красителя в расплав не требуется покраска).
Механические свойства пластика намного ниже, чем у большинства металлов. Например, сильно армированный стекловолокном пластик может достигать модуля 2 млн фунтов на квадратный дюйм, тогда как алюминий — 10 млн фунтов на квадратный дюйм, а сталь — 30 млн фунтов на квадратный дюйм. Эти свойства можно спроектировать вокруг, но для достижения той же жесткости, что и у металлической детали, необходимы изменения «формы» (момент инерции).Чтобы сделать конструкцию «эквивалентной» по жесткости, необходимо, чтобы произведение момента инерции (I) и модуля Юнга (E) было равным. (Однако это действительно верно только для кратковременного нагружения. Долговременное нагружение при повышенных температурах может вызвать ползучесть пластика; в этом случае необходимо учитывать модуль ползучести материала.)
Элементы поддержки (ребра, косынки, радиусы) также могут быть легко добавлены после первого образца. Преимущество здесь в том, что вы можете начать с облегченной части, а затем добавлять функции по мере необходимости.
Дизайнер, переходящий с металлического дизайна на пластиковый, должен понимать механические/структурные различия между металлом и пластиком. Простая замена пластика металлом в конструкции редко работает, потому что пластик имеет разные механические свойства, которые влияют на поведение продукта в среде конечного пользователя. Однако эти различия можно исправить, добавив конструктивные особенности, такие как большая толщина стенки или ребра для прочности.
Определение того, как пластик ведет себя в среде конечного пользователя, часто зависит от испытаний прототипа (например, анализа усадки и коробления после формования). Также относительно легко взять образцы нескольких материалов, используя одну и ту же форму на этапе прототипирования, чтобы принять окончательное решение. Особенно важно оценить прочность, твердость, гибкость, коррозионную стойкость, усталостную прочность и длительную ползучесть. Например, одна из проблем с изгибом пластика (при высокой частоте) заключается в том, что пластик не может передавать тепло, создаваемое присущим ему гистерезисом. Металлы, будучи намного более теплопроводными (без таких больших гистерезисных потерь), не имеют такой проблемы и могут быть испытаны на усталость гораздо быстрее.Испытания должны соответствовать истинному сопротивлению усталости и ползучести. Металлы также можно заставить ползать, но требования к температуре и нагрузке намного выше. Как правило, при типичных температурах и нагрузках, характерных для повседневного использования, ползучести металла не наблюдается. Пластмассы могут легко стать причиной ползучести/расслабления напряжения, если детали спроектированы неправильно.
Научное литье под давлением
Преобразование металла в пластик требует наилучшего производственного проектирования и контроля, особенно для высокопроизводительных деталей с критическими допусками.Это может быть достигнуто за счет использования научного литья, в котором используются подробные материалы и точные измерения, чтобы полностью понять, вплоть до молекулярного уровня, что происходит на каждом этапе процесса литья под давлением. Это устранит раздражающие проблемы, связанные с:
- Оптимизация смолы
- Оценка и смешивание концентратов красителей
- Конструкция формовки и оснастки
- Варианты процессов и материалов
- Не соответствует спецификациям
- Повторная проверка
- Соответствие нормативным требованиям
Стандартные процедуры литья просто недостаточно точны для преобразования металла в пластик и необходимых для этого допусков.
Благодаря полному пониманию того, как все многочисленные параметры материалов и процессов взаимодействуют друг с другом в течение всего времени производства, наши инженеры-технологи по литью поддерживают высокую точность в течение нескольких производственных циклов. Сложное программное обеспечение и датчики контролируют каждую фазу производственного процесса, позволяя нашей команде всегда знать, что происходит с материалом внутри формы; они знают, как небольшие изменения давления, температуры, вязкости, скорости потока, степени влажности материала, времени заполнения и скорости охлаждения влияют на качество конечного продукта, и могут исправить любые отклонения в процессе в течение нескольких секунд.
Поскольку все данные записываются, производственный процесс можно легко воспроизвести по мере необходимости — даже при переносе производства с одного станка на другой — экономя огромное количество времени на настройку. Это также важно для проверки процесса и соответствия любым нормативным требованиям.
Понимая каждую фазу процесса преобразования металла в пластик и все аспекты поведения материала, инженеры-технологи по литью могут разработать наиболее эффективный процесс для вашего продукта, экономя деньги на материальных затратах и ускоряя производительность благодаря «пиковому производству». сохраняется на протяжении всего процесса.
Например, клиент обратился к Kaysun с предложением изготовить один из его пневматических насосов с двойной диафрагмой из пластика вместо металла. Цель состояла в том, чтобы повысить коррозионную стойкость и химическую стойкость, чтобы увеличить срок службы насоса при меньших затратах.
Используя научный подход к формованию, компания Kaysun тесно сотрудничала с командой дизайнеров заказчика, чтобы выбрать смолы, обладающие особыми механическими и химическими свойствами, которые необходимы для того, чтобы выдерживать различные условия окружающей среды, воздействующие на насосы.Было рассмотрено несколько основных семейств смол, в том числе ненаполненный полипропилен, ПВДФ (производное тефлона с очень высокой химической стойкостью) и некоторые смолы, рассеивающие статическое электричество, наполненные углеродом, для горнодобывающей промышленности (искростойкие).
После того, как в качестве материала был выбран ПВДФ, конструкция детали была изменена, чтобы лучше соответствовать процессу литья под давлением. Были добавлены структурные ребра и выступы материала, чтобы свести к минимуму толстые секции и сбалансировать поток материала. Контуры охлаждения были разработаны таким образом, чтобы количество циклов было как можно меньше, но при этом обеспечивалась повторяемость размеров.Это было непросто, поскольку для насоса требовались стенки толщиной до 1,5 дюйма (38 мм), чего очень трудно добиться при литье под давлением и требуется чрезвычайно точный контроль. Конечный пластиковый продукт соответствовал всем поставленным клиентом задачам по производительности, включая более низкие производственные затраты, и его производство продолжается и сегодня.
Прощальные мысли
Возможно, самым захватывающим преимуществом преобразования металла в пластик является свобода проектирования, которую оно предоставляет инженерам. Они могут более творчески подходить к сложной геометрии, производительности в суровых условиях, соображениям экранирования, весу и конструктивным ограничениям, управлению температурным режимом и дифференциации продукта — как с точки зрения производительности, так и с точки зрения того, как продукт выглядит на полке.
Поскольку поставщики материалов продолжают разрабатывать высокопрочные термопласты, которые становятся все более ударопрочными, коррозионностойкими и термостойкими, все больше компаний переходят с металлических компонентов на пластиковые. Преимущества включают меньший вес, уплотнение деталей, компоненты формы сетки, эстетические улучшения и повышенную долговечность.
Весьма вероятно, что самые впечатляющие прорывы в преобразовании металла в пластик еще впереди, особенно с достижениями в области инженерных пластиков.На самом деле, этот процесс может революционизировать способ производства в целом ряде отраслей, поскольку все больше команд исследователей и разработчиков осознают огромный потенциал преобразования металла в пластик для повышения производительности и повышения технологичности сложных, критически важных деталей.
Под редакцией редактора Ежегодника Джеймса Д. Сойера на основе информации, предоставленной Kaysun Corp.
Экономические и эксплуатационные преимущества перехода с металлических деталей на пластиковые
Преобразование металлических компонентов в пластиковые может обеспечить больше преимуществ для вашего производственного процесса и конечного продукта. На самом деле OEM-производители, которые решили сделать этот переключатель, извлекают выгоду из дополнительной универсальности пластика и реализуют ряд ценных преимуществ
Экономические и эксплуатационные преимущества перехода с металлических деталей на пластиковые
Мэтт Бишоп | Кайсун
Опубликовано с разрешения блога Kaysun:
OEM-производители, использующие металл в качестве основного материала, скорее всего, очень довольны производимыми деталями.Есть ряд ключевых преимуществ использования металлических компонентов, и если они не сломаны, не чините их, верно?
Использование общепринятой практики, которая «не сломается», может привести к выполнению работы, но может стоить вам времени, денег и эффективности.
Преобразование металлических компонентов в пластмассовые, с другой стороны, может фактически обеспечить дополнительные преимущества для вашего производственного процесса и конечного продукта. Фактически, OEM-производители, которые решили сделать этот переключатель, извлекают выгоду из дополнительной универсальности пластика и реализуют ряд ценных преимуществ, с которыми металл просто не может сравниться.
Экономические выгоды
Одной из главных движущих сил изменений в любой отрасли является стоимость производства. Если есть более дешевые альтернативы, дающие такие же или лучшие результаты, естественно, компания должна использовать их. Когда дело доходит до преобразования металла в пластик, возможно, самым большим преимуществом пластиковых деталей является их способность потенциально обеспечивать общую экономию затрат в размере 25-50% по сравнению с металлом.
Кроме того, использование пластика часто упрощает количество второстепенных операций, обычно связанных с металлическими деталями, и сокращает количество необходимых этапов сборки.Используя пластик, OEM-производители имеют возможность объединять несколько компонентов в единую конструкцию формованной детали, а не изготавливать множество отдельных компонентов из металла и сваривать или скреплять их вместе. OEM-производители могут даже создавать сложные пластиковые детали с жесткими допусками, которые не требуют вторичной обработки, используя научные процессы литья. Меньшее количество производственных операций и меньшее время сборки могут обеспечить значительную экономию средств, а также обеспечить большую гибкость конструкции.
Пособие по времени
Помимо упрощения сборки, литье под давлением дает производителям возможность сэкономить время, поскольку цвет и отделка поверхности готовы к выходу из формы, вместо того, чтобы выполнять трудоемкие операции впоследствии, как в случае с металлическими деталями.Кроме того, процесс литья под давлением обычно имеет более короткое время цикла (изготовление большего количества деталей за машино-час), чем металлические компоненты, при этом производятся воспроизводимые и долговечные детали.
Преимущества веса
Пластиковые детали обычно на 50 % легче, чем их металлические аналоги, и обеспечивают больший объем производства, то есть вы получаете больше деталей на фунт с пластиком по сравнению с металлом. Ниже приведено сравнение значений удельного веса двух материалов, которое показывает, насколько резкой может быть разница в весе:
Обслуживаемые отрасли
Производители во многих отраслях перешли на переход от металла к пластику и продолжают осознавать уникальные преимущества, которые пластмассы предлагают своим проектам и результатам:
Автомобилестроение
Автомобильная промышленность была одной из крупнейших движущих сил перехода от металла к пластику, поскольку автопроизводители ищут способы снизить вес своих автомобилей и повысить эффективность использования топлива, чтобы соответствовать федеральным требованиям.Пластики, армированные углеродным волокном, особенно популярны здесь, поскольку они предлагают более легкие варианты таких деталей, как боковые панели, а некоторые полимеры могут уменьшить вес без ущерба для производительности компонентов под капотом.
Аэрокосмическая промышленность/Авиация
Подобно производителям автомобилей, аэрокосмические и авиационные инженеры уже давно используют пластиковые детали для уменьшения веса своих компонентов. От электроники и других корпусов приборов, используемых в самолетах, до более конструктивных деталей, в современных самолетах и космических кораблях пластик используется во многих областях, которые являются более легкими и эффективными решениями, чем металл.
Военные/Оборона
От облегчения военной техники до снижения веса снаряжения и снаряжения вооруженных сил, пластик имеет множество применений и применений в современных вооруженных силах. Войска, оснащенные снаряжением, изготовленным из пластиковых компонентов, легче переносят и более маневренны, что помогает повысить безопасность и мобильность по всем направлениям. Усовершенствованные смолы также все чаще используются для повышения безопасности военных транспортных средств за счет улучшения определенных характеристик, таких как возможности невидимости самолетов или бронежилет танков и других военных транспортных средств.
Бытовая техника
Поскольку продукты и приборы становятся все меньше и эффективнее, пластиковые компоненты стали спасением для OEM-производителей, поскольку они обеспечивают прочные бесшовные детали уменьшенного размера, веса и толщины. Детали, изготовленные методом литья под давлением, можно сделать меньше и тоньше, чем металлические детали, при этом обеспечивая те же функциональные возможности.
Промышленное освещение
Учитывая рост популярности светодиодного освещения, пластиковые компоненты становятся все более популярными в промышленном освещении.Со светодиодными светильниками производителям не нужно беспокоиться о тепле, выделяемом их осветительными приборами, а пластиковые корпуса теперь гораздо более жизнеспособны, экономичны и универсальны, чем металлические конструкции.
Переход от металла к пластику может не рассматриваться как необходимость, когда металлические компоненты могут выполнять свою работу, но все больше и больше OEM-производителей понимают преимущества и практичность перехода.
Содержание и мнения в этой статье принадлежат автору и не обязательно отражают точку зрения ManufacturingTomorrow
Комментарии (0)
Этот пост не имеет комментариев. Будьте первым, кто оставит комментарий ниже.
Опубликовать комментарий
Прежде чем оставлять комментарии, вы должны войти в систему. Войти сейчас.
Рекомендуемый продукт
Панели ResinDek®, напольное решение для антресолей
Напольные панели ResinDek предназначены для приподнятых платформ, таких как антресоли, модули выбора и рабочие платформы.Они обладают проверенной структурной целостностью, позволяющей выдерживать динамические и статические пределы качения от 2000 до 8000 фунтов. Напольные панели ResinDek доступны во множестве вариантов, которые адаптируются к грузоподъемности, требуемому типу отделки, объему и типу движения, включая тяжелые грузы на роликовых тележках и роботизированное движение с помощью AGV и AMR.
Пластмассы заменяют металлы — 10 примеров
ВызовПроработав в сфере производства металлов более четверти века, я столкнулся с бесчисленным множеством применений, в которых различные металлы используются для максимального увеличения их прочности, а когда нет.
Я разговаривал со старым «стальным» другом, который недоумевал, почему я перешел с металлов на пластики. Было сделано заявление о том, что «пластик никогда не заменит хорошую американскую сталь».
Хотя это верно для многих областей применения, младший брат металла, пластик, имеет много преимуществ, с которыми не могут сравниться алюминий, бронза, углерод, сплав и нержавеющая сталь. Даже некоторые суперстали.
Мне дали задание придумать 10 случаев, когда пластик заменяет металл.Это было принято! Итак, моим металлическим друзьям: пристегнитесь.
1. Пластик в истории: рыболовная приманкаЕсли вы видели «Эта прекрасная жизнь», , вы знаете, что Джордж пропустил лодку на пластиковых лобовых стеклах для самолетов. Кербелл нет. Основанная в 1942 году, мы поставляем пластмассы во многие отрасли промышленности. В то время металлы пользовались большим спросом для военных нужд, и компании испытывали нехватку алюминия и стали.Одной из таких компаний был производитель поверхностных приманок, название которых было таким же, как у популярного танца* той эпохи. Металлическую губу заменили пластиковой и она тоже не плавала, поэтому корпус поменяли с дерева на пластик, и заработало прекрасно. Это по-прежнему один из лучших басовых приманщиков сегодня.
2. Теперь ты это видишь, а теперь нет: Охрана Производитель приобрел два новых высокоскоростных станка для лазерной резки. Устройства поставлялись с расширенным металлическим защитным кожухом, чтобы операторы не касались движущихся частей, но при этом позволяли пользователю видеть обрабатываемую деталь.К сожалению, в конце смены у пользователей были усталые красные глаза от воздействия лазерной дуги. Было решено заменить металлическую защиту на тонированный поликарбонат , обладающий экранирующими свойствами против длины волны испускаемого света. Глазные капли не нужны.
Подумайте о том, чтобы ваша микроволновая печь была немного усилена. Они обычно используются с закаленными металлическими шариками в обработанной дорожке для целей вращения или просто зажаты металлом по металлу.Проблема в том, что смазка не остается там, где должна быть; он загрязняется абразивными частицами, и без надлежащей смазки поверхность гусеницы со временем изнашивается. Когда используется самосмазывающийся пластик, такой как , наполненный маслом нейлон , или скользкий пластик, такой как UHMW, сопрягаемые поверхности являются отличными партнерами по скольжению. Эти пластиковые альтернативы снижают потребность в обслуживании и продлевают срок службы светильника.
Высоко над землей проволочный трос используется на стреле крана для механического подъема и размещения предметов.Этот закаленный стальной канат начинает изнашиваться, когда он начинает перемалывать шкив закаленного стального каната. Вскоре оба придется заменить из-за износа и соображений безопасности. Сменный нейлоновый шкив с молибденовым наполнителем** продлевает срок службы веревки и обладает достаточной прочностью, чтобы выдерживать вес перемещаемых объектов. Некоторые приложения видят в 4 раза больше срока службы веревки.
5. Теперь это жестко: химические клапаны Предприятия, которые используют химические вещества для производства, знают, что даже нержавеющая сталь может подвергаться химическому воздействию.Иногда они должны использовать очень дорогие легированные стали, чтобы противостоять окружающей среде. Механическая обработка этого материала сложна, а связанные с этим затраты возрастают.
Поверх термопластичного треугольника отличной альтернативой является PEEK . Он очень хорошо поддается механической обработке, достаточно стабилен для достижения жестких допусков и не подвержен влиянию химикатов и температур. PEEK приносит пользу тем, кто переключается, например, экономия средств в качестве долгосрочного решения. Прочтите нашу статью PEEK vs Ultem®, чтобы провести отличное прямое сравнение.
6. Не упасть: вкладыш бункера Влажность, дождь и снег могут воздействовать на такие среды, как зерно, песок, почвы, цемент и даже пищевые смеси. Во многих случаях материал слеживается или имеет тенденцию прилипать к любым дефектам металлических стенок бункера. Эти засоры нужно устранять вручную, выключив машину или, что еще хуже, во время работы. Неприятная работа, если внизу происходит вращательное шлифование. UHMW спешит на помощь! Ледяная поверхность позволяет носителям беспрепятственно скользить. Лучшее производство и повышенная безопасность.
На предприятиях пищевой промышленности промывка чрезвычайно важна для безопасности пищевых продуктов. В машине для изготовления котлет говяжий фарш, курица, индейка, свинина и другие немясные альтернативы превращаются в летнюю еду. Эти размеры порций контролируются до доли грамма. При увеличении толщины плит изложницы из нержавеющей стали увеличивается и их вес, что приводит к тому, что деталь не может управляться одним оператором, что приводит к более длительным простоям и увеличению рабочей силы. ПЭТ используется для уменьшения веса, соблюдения необходимых допусков и устойчивости к процессу очистки. Больше бургеров в час!
8. Взрыв, стрела, бах: вкладыши самосвала Есть несколько динамиков при загрузке таких предметов, как камни. Они тяжелые и сильно ударяют при загрузке. Во время разгрузки они сильно абразивны, скользя по кузову самосвала. Металлические решения для этого были многочисленны. Устойчивые к истиранию пластины с твердостью 500 BHN настолько тверды, что носитель наносит минимальное повреждение при соскабливании.К сожалению, он настолько хрупок, что разбивается, как стекло. Производители стали снизили BHN до 321. Этот продукт отлично противостоял ударам, но при этом хорошо выдерживал царапанье. Фактически, правительству он так понравился, что они решили использовать его для бронетехники. Извините, для вас нет.
Специальные процедуры сварки, наплавки и другие игроки прибыли из-за границы с новыми технологиями и хорошей продукцией. Это не помогло работникам с потерей слуха от многократного воздействия.
Уретан – отличный ударопрочный материал.Механически прикрепленный к корпусу, он устойчив к вмятинам и истиранию, приглушая звук. Задняя часть кузовов была облицована специальной маркой UHMW . Скользящее истирание и накопление грязи больше не беспокоят.
9.
В пищевой, транспортной и упаковочной промышленности загрязнение продукта является серьезной проблемой. Посторонние вещества, проходящие через оборудование для обнаружения, побуждают промышленность к созданию более совершенных систем и материалов.Нержавеющая сталь является строительным материалом по веским причинам: целостность, коррозионная стойкость и химическая стойкость. Но есть области, такие как сменные полосы или подкладки на конвейерах, в которых используется пластик из-за их скользкости.
Сначала проблема заключалась в обнаружении. Производители обратились к синему цвету, который был хорош для визуального обнаружения, но не в корпусе или коробке. Были внесены улучшения, и были добавлены определяемые металлом марки. Теперь в некоторых классах доступны пластмассы, обнаруживаемые с помощью рентгеновских лучей, поэтому UHMW, ацеталь, PBT, PEEK и PPSU используются для рабочих колес, скребковых лопастей, смесителей, синхронизирующих винтов, наполнителей, укупорочных средств, поршней, форсунок и практически везде, химическая стойкость Нужны износостойкость и долговечность.
Мне нравится думать, что я хоть немного склонен к механике. Когда колесо на моей большой зеленой режущей машине зашаталось, я решил, что смогу это исправить. Действительно, бронзовая втулка дожила свой век. Это была жертвенная деталь, поэтому я заказал новую у производителя. Через несколько дней посылка пришла и, к моему удивлению, теперь она пластиковая! (Это произошло и с гребным винтом на моей скоростной лодке с дистанционным управлением.)
Крупные OEM-производители знают, что пластик является менее дорогим вариантом, чем бронза, и что износ, химическая стойкость и смазывающая способность не отходят на второй план. Я могу засвидетельствовать производительность, заменив втулку.
*Микрофон*
Вот и все: десять примеров того, как #металлопластика имела место быть. Я также хочу поблагодарить нескольких наших уважаемых партнеров-производителей за их ресурсы: Ensinger, Rochling и Plaskolite. Теперь пришло время для моего бесплатного раунда закусок.Спасибо Стальной Парень!
*Если вы знаете имя соблазнителя сверху, я могу даже сделать для вас специальную скидку!
** Нейлон с наполнителем из дисульфида молибдена (MOS2)
ОБ АВТОРЕ
Джо Брозик, старший внешний торговый представитель Curbell Plastics в Чикаго, имеет почти 30-летний опыт продаж, распределения и закупок промышленных материалов, уделяя особое внимание изготовлению деталей и предоставляя широкий спектр услуги, которые повышают ценность для его клиентов.
Джо сотрудничает с клиентами на многих рынках, чтобы помочь им добиться большей ценности за счет замены металла пластиком. Свяжитесь с Джо.
Упруго-пластический переход металлов
https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2016.04.009Get rights and contentОсновные моменты
- •
Пропорциональный предел для металлов показан равным нулю напряжения.
Сразу начинается нелинейность.
- •
Простое уравнение с одним параметром хорошо описывает форму перехода.
- •
Новый «Универсальный закон» описывает нелинейное переходное поведение без настраиваемых параметров.
Abstract
Известно, что кривые одноосного растяжения имеют значительную кривизну и гистерезис даже в номинально упругом режиме, т.е. до достижения стандартного предела текучести. Чтобы исследовать природу этого поведения, были проведены сотни высокоточных испытаний на растяжение с нагрузкой-разгрузкой-нагрузкой с использованием 26 коммерческих листовых сплавов, демонстрирующих широкий диапазон прочности, пластичности и кристаллической структуры.Соответствующий анализ показывает, что:
- 1
Значительная область линейной упругости отсутствует, то есть предел пропорциональности составляет 0 МПа. В то время как первое приращение деформации показывает наклон напряжения-деформации, равный модулю Юнга, прогрессивные отклонения наклона начинаются немедленно.
- 2
Форма кривой переходного напряжения-деформации может быть представлена простым уравнением с одним параметром, представляющим «скорость уменьшения модуля». Он фиксирует ~80% измеренной вариации и может быть определен из одного теста.Этот подход уменьшает ошибку, присущую стандартному модулю Юнга или аппроксимации модуля хорды, в 3–6 раз.
- 3
Разработан «Универсальный закон», не имеющий самостоятельно определяемых параметров, т.е. не требующий испытаний и подгонки. Он фиксирует около 90% вариации, представленной однопараметрическим представлением для протестированных материалов.
Обсуждаются практические и теоретические последствия этих результатов. С практической стороны результаты открывают прямой путь к совершенствованию прикладных конститутивных моделей переходного режима.Приведен пример приложения и результатов. С теоретической точки зрения постоянство эффекта для широкого круга металлов предлагает ответы на вопросы об определяющих механизмах деформации.
Ключевые слова. Все права защищены.
Рекомендуемые статьи
Ссылки на статьи
Готовы ли вы к переходу с металла на пластик?
Металлыдесятилетиями использовались в сфере здравоохранения для производства ряда инструментов и имплантируемых медицинских устройств. Но поскольку они предлагают потенциал сокращения затрат и явные производственные преимущества, пластмассы постепенно посягают на область, которую долгое время удерживали металлы. В следующих вопросах и ответах Дейн Вонд, менеджер по глобальному рынку здравоохранения в Solvay Specialty Polymers (Alpharetta, Джорджия), исследует некоторые вопросы и проблемы, с которыми сталкиваются производители, когда они рассматривают возможность перехода от металла к пластику.
MPNN : Укажите физические и другие свойства, которые необходимы пластмассам, чтобы они могли конкурировать с металлами и делать их подходящими для медицинских устройств, особенно для несущих нагрузок.
Waund: В то время как свойства, которые должен иметь пластик, чтобы быть совместимым с медицинскими устройствами, очень зависят от применения, некоторые из основных проблем, стоящих перед переходом на использование полимеров, включают достижение сочетания жесткости, прочности, и биосовместимость.Необходимо обеспечить, чтобы добавки или химические вещества, используемые для достижения необходимых физических свойств, были подходящими с биологической точки зрения и с точки зрения безопасности. Другими словами, необходимо соблюдать баланс.
В сфере медицинского оборудования продвигается переход на использование металлов. Solvay занимается заменой металла более 20 лет, начиная с автомобильной промышленности. Когда мы перешли на здравоохранение, приложения с низким уровнем риска и низкой производительностью были одними из первых, кто отказался от металлов, поскольку компании начали исследовать континуум пластмасс и производительности.Теперь мы видим конверсию в более требовательных приложениях.
MPNN : Каковы преимущества перехода с металла на пластик?
Waund: Для инструментов обычно существует несколько факторов, одним из которых является давление затрат. Как одноразовые, так и многоразовые устройства часто используют либо полностью пластиковую, либо гибридную конструкцию, которая сочетает в себе металл и пластик для снижения затрат. Кроме того, пластик предлагает свободу дизайна. В некоторых случаях пластиковые конструкции могут быть получены по гораздо более разумной цене, чем металлические конструкции, особенно в случае устройств с более высокой пропускной способностью, которые используются один раз, а затем утилизируются.Такие «одноразовые решения» позволяют производителям добиваться эффекта масштаба за счет производства большого количества данного продукта из пластмасс. Например, при объемах производства от 3000 до 10 000 устройств в год часто можно производить высокопроизводительные пластиковые инструменты по более низкой цене, чем металлические инструменты.
Еще одно преимущество перехода от металлов к пластику для одноразового использования заключается в том, что медицинские устройства на основе пластика могут способствовать достижению более высокой стерильности в медицинских учреждениях.Было показано, что некоторые пластиковые медицинские инструменты, используемые только один раз, помогают снизить уровень внутрибольничных инфекций, поскольку их не нужно чистить и стерилизовать после каждого использования. Это особенно важно в случае сложных канюлированных инструментов трубчатой формы и форм со сложной геометрией и щелями. Такие устройства трудно дезинфицировать, тем более чистить и стерилизовать.
Третье преимущество изделий медицинского назначения из пластмассы – эргономичность. Включив пластик в дизайн, если не полностью преобразовав его, производители могут упростить использование своей продукции.Пластмассы можно использовать для создания ручек или устройств, сочетающих в себе как твердую, так и мягкую поверхности. Они также могут быть окрашены для обозначения разных размеров или других идентифицирующих характеристик. Кроме того, поскольку пластмассы обеспечивают более низкую теплопроводность, они не холодные на ощупь, что обеспечивает комфорт для пациента.
Хирургические ретракторы, используемые для замены тазобедренного сустава, традиционно изготавливаются из металла (слева), но также могут быть изготовлены из пластика (справа). |
MPNN : Компания Solvay участвовала в исследовании высокоэффективных полимеров для использования в хирургических ретракторах, используемых для замены тазобедренного сустава. Обычно такие устройства изготавливаются из металла. Каковы были результаты этого исследования?
Waund: Индустрия здравоохранения остается очень консервативной и ориентированной на металлы. Мы хотели поделиться надежным процессом и нашим опытом с OEM-производителями о том, как может выглядеть преобразование металла в пластик, пытаясь раскрыть некоторые тайны процесса для компаний, которые не делали этого раньше. Наша цель состояла в том, чтобы показать, что в цепочках поставок, уже доступных OEMS, разрабатывается много ноу-хау, чтобы облегчить переход на пластик.
Во-первых, мы должны были определить проблему, с самого начала убедившись, что у нас есть твердый набор требований — или то, что некоторые компании называют критически важными для качества. Согласно этому представлению, хорошо сформулированная проблема уже наполовину решена. Распространенной ошибкой, которую допускают компании при рассмотрении вопроса об использовании новых материалов, является непонимание точного назначения рассматриваемого медицинского устройства.Некоторые ортопедические устройства на металлической основе используются так много лет, что спецификации для них уже не существуют. Например, трудно понять, какую силу или отклонение способны выдерживать некоторые устройства, или даже то, что они должны делать. Одной из лучших практик, которые мы обсуждали, была переоценка производительности традиционных или предикатных продуктов, чтобы установить новые спецификации, основанные на возможностях металлического устройства.
Во-вторых, мы обсудили, как может выглядеть новое пластиковое устройство.С точки зрения концептуального дизайна, это была сцена для масштабного мышления. Если в компании работает группа инженеров, разрабатывающих металлические инструменты, их пластиковые конструкции концептуально могут очень походить на цветные металлические. Поэтому при разработке пластического хирургического ретрактора мы говорили о поиске внешних влияний для обеспечения более широкой картины. При этом было важно вовлечь в процесс проектирования людей, имеющих опыт работы с пластмассами. Дизайн с пластиком не обязательно сложнее, чем с металлом, но он другой.Поэтому мы хотели убедиться, что можем работать с партнерами, обладающими набором навыков, ориентированных на пластмассы.
Третий этап включал выбор материалов. Для инженеров, имеющих опыт работы в металлургии, мы представили концепцию пластиковой пирамиды, в которой обычные материалы находятся внизу, инженерные материалы — в середине, а специальные материалы — вверху. Основываясь на том, как мы определили проблему на первом этапе, мы взбирались по пирамиде пластмасс, пока не нашли ряд подходящих кандидатов, которые могли бы удовлетворять таким требованиям, как механические характеристики и химическая стойкость.
Мы разделили этап выбора материалов на три части. Первый включал требования к характеристикам материалов. Во-вторых, биосовместимость. Третьим был жизненный цикл продукта, другими словами, определяющий, будет ли устройство использоваться для однократного или многократного использования. В некоторых случаях материалы теряют такие механические свойства, как гибкость и жесткость, в течение срока службы устройства, поскольку они подвергаются многократным чисткам. Если срок службы инструмента рассчитан на 1000 применений и он должен подвергаться повторным циклам стерилизации, данные об использовании должны указывать, как материал поведет себя после 1000-го использования.
В-четвертых, мы разработали несколько машиностроительных конструкций хирургического ретрактора с использованием средств моделирования производительности, доступных как для металлов, так и для пластмасс. В основном медицинский лом, ретрактор подвергался высоким уровням силы. Материалы, которые мы выбрали для нашего моделирования, полиарилэфиркетон AvaSpire от Solvay для многоразовых устройств и полиариламид Ixef для одноразовых устройств, продемонстрировали показатели прочности, приближающиеся к показателям алюминия и цинка, но обеспечили значительно более низкую жесткость.Чтобы компенсировать эту слабость, мы провели анализ методом конечных элементов и экспериментировали с различной геометрией, формой и длиной. Наши промышленные дизайнеры также смоделировали различные эргономические конструкции рукояток, поскольку они влияют на механические характеристики ретрактора. Преимущество этого итеративного подхода заключается в том, что многие вопросы проектирования можно решить с помощью моделирования, избегая необходимости создания прототипов.
Пятый этап включал моделирование производства. Типичная дилемма, с которой сталкиваются производственные процессы в сфере здравоохранения, заключается в том, чтобы решить, следует ли обрабатывать деталь механическим способом или литьем под давлением. Традиционно механическая обработка считается подходящей для производства небольших партий, тогда как литье под давлением выбирается для больших партий. Исторически точка отсечки между мелкими и крупными партиями составляла около 10 000 деталей в год. Однако по мере того, как компании пытаются получить больше преимуществ от литья пластмасс, эта точка отсечки снижается. Например, вставки и полости вставок имеют геометрию, общую для семейств медицинских устройств, доступных в различных размерах. Другая стратегия использует тот факт, что большинство размеров приходится на середину кривой нормального распределения, в то время как менее популярные, очень маленькие и очень большие размеры попадают на левую и правую стороны кривой.Цель состоит в том, чтобы отлить под давлением детали в центре кривой и обработать выступающие части для очень маленьких и очень больших пациентов.
Шестой этап — прототипирование. На этом этапе мы предоставили клиентам и влиятельным лицам, таким как врачи, готовые прототипы. Мы обсудили пять или шесть соответствующих методов прототипирования и моделирования, подходящих для использования с пластмассами, и почему мы предпочли один из них другим. Некоторые методы обеспечивают реальные механические данные, а некоторые не подходят для крупных или мелких деталей.Некоторые из них довольно быстро, в то время как некоторые занимают много времени. И, конечно, некоторые из них дороже, а другие более рентабельны. Но, в конце концов, наша цель состояла в том, чтобы произвести детали-прототипы, которые действительно могли бы имитировать интересующие нас ключевые свойства.
Последним шагом была окончательная проверка. Вначале мы установили профиль требований на основе существующего устройства. В конце мы провели ту же серию тестов в зависимости от того, было ли устройство пластиковым или металлопластиковым гибридным дизайном.
Следуя этим шагам, используя методы моделирования и полагаясь на опыт, который наши клиенты приобрели в своих цепочках поставок, нам удалось проиллюстрировать более эффективный и действенный процесс, чем существовал пять или 10 лет назад. Этот надежный процесс подходит для замены металла пластиком во многих медицинских устройствах.
MPNN : Каковы будущие перспективы преобразования металла в пластик в производстве медицинских устройств?
Waund: Многое зависит от факторов, которые не имеют прямого отношения к производительности.Переход от многоразового устройства к одноразовой модели, безусловно, будет способствовать замене металла. Становятся ли одноразовые инструменты «большими» или их внедрение становится менее распространенным, определенно повлияет на темпы, с которыми пластмассы заменят металлы. Но на самом деле это не критерий дизайна или производительности. Некоторые из факторов, которые будут влиять на это преобразование, — это то, как пациентам выставляются счета, как будут предоставляться услуги, как компании хранят запасы и жизненные циклы пластмасс по сравнению с металлами.И хотя хирурги и промышленность все чаще принимают пластиковые устройства, считается, что многие хирурги по-прежнему любят работать с инструментами из тяжелого металла и не хотят меняться, независимо от типов операций, которые они могут выполнять. Этот фактор, несомненно, сыграет свою роль при переходе от металла к пластику.
Боб Майклс — старший технический редактор UBM Canon.
[электронная почта защищена]
Соединение металлопластиковых гибридных конструкций с использованием лазерного излучения с учетом структуры поверхности металла
Легкие конструкции являются центральной технологией современного промышленного производства.Одним из способов достижения климатических целей является производство гибридных соединений металла и пластика. Производственный процесс для этих гибридных деталей можно разделить на сборку в форме и сборку после формы. Сборка постформы включает термическое соединение с помощью лазера, которое применяется в контексте данной статьи. Для исследований были объединены и проанализированы четыре пластика (МАБС, ПА6,6-ГФ35, ПП и ПК), различающихся по своим свойствам, и три металла (нелегированная сталь, нержавеющая сталь и алюминий). Эти материалы нашли применение, так как они имеют огромное значение в автомобильной промышленности. Предварительные исследования показали, что адгезионная связь между двумя материалами достигается при использовании металла со структурированной поверхностью. Согласно этим исследованиям тестируются три процесса структурирования металлов (селективное лазерное плавление (SLM), NRX и сварка металлической ткани). Качество комбинаций материала и конструкции проверяется испытаниями на растяжение-сдвиг, микроскопическими изображениями и переменными климатическими испытаниями.Компаунды с SLM-структурой достигают наивысшей прочности, в то время как компаунды с алюминием намного сложнее в производстве.
1. Введение
Легкая конструкция – одна из ключевых технологий 21 века. В дополнение к замене металлов более легкими материалами, облегченная конструкция также включает в себя выборочное сочетание различных материалов для объединения их преимуществ. Одной из таких комбинаций является так называемое гибридное соединение металла и пластика. Примеры можно найти в автомобильном секторе в передней части Ford Focus или педальном блоке Mercedes-Benz C-Class. Использование гибридных соединений в этих областях приводит к снижению стоимости и веса, а также к увеличению функциональной интеграции.
Производство гибридных деталей осуществляется либо путем сборки в форме, либо после сборки. Сборка постформ включает в себя, помимо механического соединения и склеивания, также термическое соединение. Термическое соединение включает соединение металлопластиков-гибридных соединений тепловым контактом, ультразвуковой индукцией и лазерным излучением и являлось частью ряда исследований [1–18].Исследования выявили некоторые ограничения и проблемы процессов. Например, ультразвуковая сварка имеет низкую гибкость геометрии образца, а также малую площадь соединения [2]. Напротив, проблемы индукционной сварки заключаются, прежде всего, в организации процесса и контроле относительно легко воздействующего магнитного поля и чрезвычайно высоких скоростей нагрева [2].
Гибридное соединение металла с пластиком с помощью лазерного излучения еще не освоено в промышленности, так как базовые условия, такие как длительная прочность или контроль процесса, недостаточно глубоко изучены.
Термическое соединение с использованием лазерного излучения изучалось в различных сочетаниях. При соединении прозрачных для лазерного излучения или частично прозрачных для лазерного излучения пластиков с металлами металлический компонент используется в качестве поглотителя лазерного луча. Таким образом, пластик локально нагревается выше точки плавления, и между соединяемыми сторонами возникают удерживающие силы. Высокая гибкость с точки зрения геометрии соединения, а также чрезвычайно короткое время цикла делают этот процесс пригодным для применения в среднем и крупносерийном производстве.Термическое соединение лазерным излучением исследовано в различных сочетаниях материалов, таких как полиэтилентерефталат (ПЭТФ) со сталью [4, 19, 20] или полиамид 6 (ПА6) или полиамид 66 (ПА66) с нелегированными сталями [21, 22]. ]. Под действием внешних сил контакт между соединяемыми партнерами влияет на смачивание поверхности металла. Однако, если прозрачность не задана, металл нагревают прямым облучением [12, 22–29].
Бауэрнхубер и Марковиц занимались соединением ПММА и стали с помощью импульсного Nd:YAG-лазера.С одной стороны, было исследовано влияние параметров процесса (время нагрева, настройка лазера, шероховатость поверхности и давление соединения) на прочность сварного шва. С другой стороны, распределение температуры определялось при различных условиях нагрева. Таким образом, более высокая шероховатость поверхности благодаря механическим анкерам приводит к более высокой прочности сварного шва. В процессе соединения на материале образовались пузыри, которые ослабляют сварной шов, но их можно контролировать с помощью давления соединения [21, 22].
Шрикер и др. использовали текущие результаты PA66 и EN AW 6082, чтобы перенести их на макроскопические структуры, чтобы найти оптимальные углы совмещения для различных структур (просверленных отверстий и канавок). Исследование показывает, что определяемая сила сдвига не зависит от конструкции (геометрии и угла установки). Однако угол выравнивания зависит от относительной структуры; например, угол совмещения канавок составляет −45° [30].
Предыдущие исследования [4, 12, 19–31] показывают, что тип структуры поверхности металлического соединительного элемента оказывает важное влияние на прочность соединения.Наивысшая прочность соединения была достигнута при использовании конструкций с поднутрениями. До сих пор такую структуру можно было применить только с помощью лазерной технологии [32].
Для изучения применимости и требований к лазерному соединению гибридных компаундов склеенные образцы испытываются на прочность, а также на переменные климатические испытания. Кроме того, была исследована прочность сцепления металлических материалов и структуры их поверхности. Для этого были исследованы четыре пластмассы и три металла с тремя различными структурами поверхности.Используемые пластмассы представляют собой метилметакрилат-акрилонитрил-бутадиен-стирол (MABS), полиамид 6. 6 с 35 мас.% стекловолокна (PA6.6-GF35), полипропилен (PP) и поликарбонат (PC). Они отличаются друг от друга оптическими, реологическими, термическими и механическими свойствами. Кроме того, использовались три различных металлических материала (нелегированная сталь, нержавеющая сталь и алюминий). Структура поверхности наносилась с использованием трех распространенных технологий: SLM-процесс, NRX-технология и сварка металлической ткани.
2. Процедура испытаний
2.1. Геометрия образца
Образец пластмассы с базовым размером мм 2 имеет ступенчатые скачки от 1 мм в направлении толщины. Толщина ступеней варьируется от 1 мм до 4 мм. Металлический соединительный элемент представляет собой прямоугольный параллелепипед с размерами 80 25 3 мм 3 . Структурированная область образца начинается с одной кромки образца и простирается по всей ширине с длиной 12,5 мм, что дает доступную площадь соединения 25 12,5 мм 2 .На рис. 1 показана геометрия обоих образцов.
2.2. Соединение с помощью лазера
При лазерном соединении гибридных соединений металл поглощает энергию лазерного излучения и преобразует ее в тепло. Лазерное излучение может применяться двумя способами. В первом методе образец полимера располагается над образцом металла. Лазерное излучение проходит через полимер до того, как оно поглощается металлом (рис. 2).
Нагрев осуществляется за счет теплопроводности и излучения в зоне стыка.
Во втором варианте металл располагается над образцом полимера и непосредственно облучается лазером. Выделенное тепло передается за счет теплопроводности через всю толщину металлического образца в зону соединения. Этот тип нагрева требует больше времени и энергии, чем первый метод, и поэтому не является предпочтительным. Однако первый вариант возможен только для пластиков с высокими передаточными свойствами. В противном случае лазерное излучение уже преобразуется в тепло в полимере и не может распространяться в зону соединения. Прямое излучение металла используется только для комбинаций материалов, которые нельзя соединить с помощью технологии передачи.
В этом исследовании система была настроена на равномерный нагрев зоны соединения за короткое время. Для экспериментов компания Leister Technologies AG, Кегисвиль, Швейцария, предоставила диодный лазерный источник (LineBeam), который распространяет однородную линию прямо из диодного блока с максимальной оптической мощностью 600 Вт. Чтобы предотвратить обратное отражение излучения в лазерный модуль LineBeam собирается под углом 4°.
Линейный лазер перемещается по зоне соединения при постоянном давлении соединения 0,4 МПа. Для однородного плавления пластмасс лазер проходит дважды. Первый переход предварительно нагревает металл, а второй — до конечной температуры соединения. Чтобы предотвратить повреждение пластика из-за более высоких температур, температуру можно контролировать с помощью пирометра. Нагрев металла до достижения температуры плавления пластика обеспечивает возможность затекания расплавленного пластика в полости конструкции. Таким образом, во время охлаждения происходит «механическая блокировка». Охлаждение происходит при постоянном давлении соединения до тех пор, пока весь расплав не затвердеет внутри зоны соединения.
2.3. SLM-Process
Процесс селективного лазерного плавления (SLM-) относится к группе аддитивного производства. В процессе производства порошковый материал наносится на подложку, которая располагается на опускаемом рабочем столе. Лазерным излучением по параметрам САПР происходит локальное расплавление порошка.После полного формирования структуры на одном слое рабочий стол перемещают вниз на толщину слоя. Эти шаги повторяются до тех пор, пока не будет получена желаемая структура (рис. 3) [32, 33].
2.4. NRX-Technology
NRX-Technology — это механический метод, защищенный Nucap Industries Inc., Торонто, Канада. Структура поверхности создается валиком с зубчатым наконечником. Когда ролик с долотовидным наконечником контактирует с металлической пластиной, небольшие крючки смещаются с пластины. Однако вызванные крючки все еще связаны с пластиной. Размер получившихся крючков (рисунок 4) зависит от размера стамески.
2.5. Наварка металлической ткани на металл
Наварка металлической ткани также относится к группе поверхностных структур, но поверхность металла не обрабатывается. Основной материал и материал металлической ткани одинаковы. Подрезы металлического соединительного элемента производятся посредством сварки металлической ткани (рис. 5).Используемая ткань имеет размер проволоки 0,2–0,3 мм и размер ячейки 0,4–0,5 мм. Сварку производят по всей ширине образца таким образом, чтобы ткань не отделялась от основного материала. Дополнительные полосы, приваренные сбоку, необходимы для более прочного соединения между тканью и основным материалом, но могут вызвать эффект зазубрин.
2.6. Испытания на растяжение и сдвиг
Испытания на соединение оцениваются с использованием двух методов: испытания на растяжение и сдвиг в соответствии с DIN ISO 527 [34] и изображений микроскопии. Микроскопические изображения должны иллюстрировать как соединение пластика и металла, так и заполнение структур в зоне соединения. Гибридное соединение металла с пластиком основано исключительно на адгезии и закрытии формы. Испытания на растяжение показали, что прочность соединения испытанных комбинаций достигает плато в широком диапазоне подводимой энергии. Слишком большая энергия приводит к визуальному разрушению пластикового материала, прежде чем прочность может снизиться. Причина в том, что полимерный партнер по соединению не будет поврежден или деградирован при оптимизированной температуре соединения [35].В целом желательно достижение разрывной силы, превышающей прочность основного материала соответствующих полимеров, и подразумевает когезионное разрушение соединения, поскольку адгезионное разрушение означает разрушение самого пограничного слоя.
2.7. Переменное климатическое испытание
С помощью переменного климатического испытания определяется климатическая устойчивость компаундов. С этой целью соединения с хорошей адгезионной способностью исследуют в цикле переменного климата согласно DIN IEC 60068-2-38 [36].Хронологическая последовательность цикла, который повторяется шесть раз, показана на рис. 6. После климатических испытаний выветриваемые соединения также подвергаются испытанию на растяжение-сдвиг в соответствии с DIN ISO 527 [34]. Влияние испытаний в условиях переменного климата на прочность сцепления получено путем сравнения с результатами неатмосферостойких компаундов.
3. Обсуждение результатов
3.1. Оптические свойства
Метод передачи требует высокого коэффициента пропускания пластика, а также высокого коэффициента поглощения металла.Напротив, прямое облучение металла не зависит от оптических свойств пластика. В этом случае требуется только высокий коэффициент поглощения. Влиянием фактора отражения можно пренебречь.
Оптические свойства образцов определяют с помощью УФ-видимого спектрометра типа Lambda 1050 производства Perkin Elmer Corporation, Уолтем, США. Результаты оптических свойств показывают, что аморфные термопласты ПК и МАБС имеют коэффициент пропускания около 90% при соответствующей длине волны 940 нм.Следовательно, аморфные термопласты требуют более низкой мощности лазера для достижения соединения между двумя соединяющими партнерами, чем два полукристаллических полимера PA6.6-GF35 и PP (таблица 1). Полукристаллические термопласты имеют значительно более низкий коэффициент пропускания из-за преломления света кристаллическими структурами, а также стеклянными волокнами в PA6.6-GF35.
|
Самый высокий фактор поглощения металлов, независимо от структуры, имеет нелегированную сталь, в то время как алюминий обеспечивает самый низкий. Сравнение коэффициентов поглощения в зависимости от различных конструкций показывает, что наибольшего значения достигает сварная металлическая ткань (табл. 2).
|
3.

Согласно предварительным испытаниям, соединения с MABS могут быть получены методом пропускания. Однако максимальная сила соединения зависит от металлического партнера по соединению.
Кроме того, не удалось обнаружить комбинацию параметров для соединения алюминия со сварной тканью и МАБС. Образец пластика просто пиролизируется перед соединением.
3.2.1. NRX-Structure
Металлические образцы с NRX-Structure вызывают когезионный разрыв, когда дается полное соединение между образцами.До энергии соединения 3,0 кДж образцы разрушаются адгезионно, а затем когезионно (рис. 7). Это показывает, что соединение пластика и металла может поглощать более высокие силы, чем сам образец пластика. Энергия, необходимая для полного соединения пластмассы с металлом, значительно различается между металлами. Например, для алюминия требуется энергия соединения в три раза выше, чем для нержавеющей и нелегированной стали (10 кДж).
3.

Результаты соединений с MABS и SLM-Structure обеспечивают тот же эффект, что и MABS и NRX-Structure.Переход от адгезивного к когезионному разрушению немного выше, чем у NRX-структур. Подобно NRX-структуре, переход (2,3 кН) между адгезией и когезионным разрушением для нержавеющей стали и нелегированной стали осуществляется при одинаковой подводимой энергии (2 кДж).
3.2.3. Сварная металлическая ткань
Прочностные характеристики МАБС и металлических образцов, покрытых сварной металлической тканью, отличаются от двух других структур. Разрывная сила увеличивается с увеличением энергии соединения, пока не будет достигнут переход между когезионным и адгезионным разрушением.Как только достигается температура разложения, разрушающее усилие снижается, а не достигает предельного значения (рис. 8).
Поскольку поверхность металлической ткани ретикулярная, пластический материал имеет неравномерный контакт. Вследствие этого пластиковый образец нагревается с разной скоростью. В местах контакта пластик нагревается кондуктивно. Другие области нагреваются за счет конвекции, что требует как большего времени, так и более высокой температуры (см. рис. 5). Но более высокая температура приводит к разложению пластмассового материала в кондуктивно нагретых участках.
С помощью этих образцов невозможно определить точную классификацию между двумя переломами. Одной из причин является дополнительный материал с острыми краями, который вызывает эффект зазубрин. Другой причиной является влияние инициирующего разложения пластика на прочность материала.
3.2.4. Переменные климатические испытания
После проведения чередующихся климатических испытаний была обнаружена зависимость металлического соединительного элемента и конструкции от прочностных характеристик. Испытание переменным климатом не влияет на прочность компаундов с SLM-структурой.Измеренные значения прочности до и после климатических испытаний одинаковы.
Образцы со спаянной тканью реагируют аналогично, если соединение разрывается когезионно в неатмосферном состоянии. Если он рвется клейко, прочность снижается. Тот факт, что соединения разрушаются когезионно независимо от атмосферных воздействий, доказывает, что испытание на изменение климата не влияет на прочность основного материала MABS.
Независимо от металлического материала, у компаундов со структурой NRX обнаруживается потеря прочности после климатических испытаний.Причиной может быть разное тепловое расширение пластика и металла, что ослабляет соединение и приводит к менее прочному соединению. Это проявляется только в конструкции NRX, так как эта конструкция может поглощать силы только в одном направлении. В других структурах, которые могут поглощать силы во всех трех направлениях, влиянием теплового расширения можно пренебречь, если структуры заполнены полностью.
3.3. Результаты для соединений с PA6.6-GF35
Аналогичен MABS, PA6.6-GF35 можно сваривать трансмиссионным методом. Из-за значительно более высокой температуры плавления (=260°С) ПА6.6-ГФ35 по сравнению с МАБС (=110°С) соединение ПА6. 6-ГФ35 и алюминия с NRX-Структурой не может быть реализовано. Но поскольку внутреннее поглощение выше, PA6.6-GF35 нагревается при прохождении лазерного излучения сквозь материал и может быть соединен с алюминием при помощи сваренного образца ткани.
3.3.1. NRX-Structure
Комбинация PA6.6-GF35 с металлическими образцами со структурой NRX показывает почти линейное увеличение усилия отрыва, которое растет с увеличением энергии соединения.Из-за более высокой прочности материала [6] даже при полном соединении полимера с металлическим образцом невозможно достичь когезионного разрушения. Следовательно, можно определить максимально достижимое усилие отрыва (рис. 9).
3.3.2. SLM-Structure
Соединение металлов с помощью SLM-Structures и PA6.6-GF35 не является постоянным, так как неоднородное распределение стекловолокна усложняет получение воспроизводимого соединения между соединяемыми элементами.Неравномерное распределение стеклянных волокон может приложить локально более высокие силы к SLM-структуре, что приведет к разрушению конструкции. На рис. 10 показаны микроскопические изображения PA6.6-GF35 с нержавеющей сталью SLM-структуры. Как показано, увеличение энергии соединения на 1 кДж достаточно для завершения соединения между металлом и полимером, и в этом случае происходит когезионный разрыв. Хотя на левой картинке уже видна «механическая блокировка», видно остаточное количество пузырьков.Увеличение энергии соединения обеспечивает снижение вязкости расплава полимера. Однако расплав может стекать на дно металлической конструкции, и переносимое усилие разрыва соединения может достигать более высокого значения, чем сам материал.
3.3.3. Сварная металлическая ткань
Подобно двум другим структурам, увеличение энергии соединения приводит к увеличению переносимой силы до тех пор, пока не будет достигнуто когезионное поведение при разрушении или предел прочности ткани.
Предел между разрывом металлической ткани и когезионным разрушением образца зависит от нагружаемой площади соединения. Над определенной нагружаемой площадью соединения требуемое усилие разрыва настолько велико, что прочность основного материала алюминиевой ткани превышается, и образцы разрушаются значительно раньше в ткани.
3.3.4. Переменные климатические испытания
Переменные климатические испытания приводят к снижению прочности гибридных компаундов с PA6.6-GF35 в качестве полимерного связующего партнера (рис. 11).
В целом снижение прочности можно объяснить водопоглощением полимера при испытании переменным климатом. Водопоглощение PA6.6-GF35 может достигать 3,5% по массе, что снижает прочность материала.
Влияние климатических испытаний на прочность нержавеющей стали с SLM-структурой можно наблюдать только при высокой подводимой энергии. Для сравнения, алюминий со сваренными тканевыми образцами не теряет механической прочности независимо от климатических испытаний.Это связано с тем, что соединения прорывают разрыв ткани уже при малых усилиях, даже в непроветриваемом состоянии.
3.4. Результаты для соединений с полипропиленом (ПП)
По сравнению с аморфными термопластами коэффициент пропускания полукристаллических термопластов, таких как ПП или PA6.6-GF35, значительно ниже (таблица 1). Однако коэффициент пропускания достаточно высок для соединения лазерного излучения. Одним из преимуществ полипропилена является то, что его можно соединять со всеми комбинациями металлов, независимо от конструкции.Такое поведение обусловлено низкой температурой плавления ( = 163°С), а также низкой вязкостью расплава ПП [7].
3.4.1. NRX-Структура
Независимо от используемого металла с NRX-Структурой, комбинация с ПП может привести к переходу к когезионному разрушению соединения. Это обусловлено малым сечением плавления, а также хорошей текучестью расплава полипропилена [8]. При усилии 1,3 кН, что соответствует пределу прочности материала 21,5 МПа, происходит переход от адгезионного к когезионному разрушению.
По уже упомянутым причинам этот переход намного ниже при использовании нелегированной стали по сравнению с алюминием. При использовании алюминия достигаются температуры, при которых вязкость расплава полимера достаточно низкая для достижения полного соединения за счет «механического сцепления» полимера с металлом.
3.4.2. SLM-структура
В случае SLM-структур развитие силы разрыва зависит от металла. Кроме того, нет точного перехода от адгезии к когезионному разрушению, так как образцы не могут быть соединены при подводе энергии ниже 1.4 кДж. Выше этого уровня все образцы разрываются когезионно.
3.4.3. Сварная металлическая ткань
В отличие от других полимеров, полипропилен можно соединять с любой сварной структурой ткани. Таким образом, для каждого материала может быть достигнуто когезионное разрушение образца. Необходимая сила для когезионного разрушения образцов составляет примерно 0,9 кН.
В процессе соединения полимерный материал затекает в обрабатываемую область ткани из-за низкой вязкости расплава. Поэтому поперечное сечение образца уменьшается в области ткани. В этот момент (самое тонкое поперечное сечение образца) образец когезионно разрушается (рис. 12). При таком структурировании предел механической прочности от адгезии до когезионного разрыва составляет примерно 24 МПа.
3.4.4. Переменные климатические испытания
Переменные климатические испытания влияют только на сочетание полипропилена с нелегированной сталью, имеющей структуру NRX или сварную ткань.
По сравнению с невыветрелыми компаундами прочность на растяжение ниже.Это можно объяснить коррозией металлического партнера сварки в сварном шве. Коррозия создает напряжения, снижающие прочность соединения. На образцах из нелегированной стали с SLM-структурой этого факта не наблюдается, так как материал нанесенной конструкции не соответствует материалу основы. Кроме того, полимер в основном соединяется с наносимым материалом, так что коррозия материала основы не влияет на прочность образца. На рис. 13 показано влияние на силу сцепления нелегированной стали и нержавеющей стали с поверхностью, структурированной NRX. Снижение прочности атмосферостойкого соединения ПК и нелегированной стали может быть результатом термического разложения. Когда подводимая энергия слишком высока, термопластические материалы могут разрушаться. Это могло бы произойти при энерговкладе 3,5 кДж.
3.5. Результаты для компаундов с поликарбонатом (ПК)
В отличие от других полимеров, ПК не соединяется методом пропускания, поскольку первые испытания показали тенденцию к горению с использованием этого метода.В общем, PC может науглерожиться при локальном воздействии большого количества тепла. В частности, в местах контакта металл настолько сильно нагревается под действием лазерного излучения, что ПК начинает науглероживаться. Это заканчивается темным слоем поверх пластиковой поверхности (рис. 14), который увеличивает коэффициент поглощения ПК. В любом случае образец ПК сразу же нагревается выше температуры разложения и воспламеняется.
По этой причине PC соединяется с металлическим партнером прямым облучением. Для этого внутри зоны соединения должна быть достигнута температура выше температуры плавления (= 148°C).Так как тепло проникает через весь металлический образец, необходимая энергия сварки значительно выше, чем в процессе соединения внахлестку.
3.5.1. NRX-Structure
Разрывное усилие образцов поликарбоната с металлами NRX-структуры возрастает с увеличением подводимой энергии до максимального значения. Величина образца из нержавеющей стали составляет приблизительно 3400 Н, а нелегированная сталь – около 3000 Н. Независимо от используемого металла этот максимум достигается при энергии 6,7 кДж (рис. 15).При таком усилии разрыва образцы из нержавеющей стали могут разрушаться как когезионно, так и адгезионно.
Разницу в прочности используемых металлов можно определить по загрязнениям на поверхности образцов нелегированной стали. Из-за этого слоя грязи образец ПК может соскальзывать с основного листа металлического образца и разрушаться при малых усилиях прилипания.
3.5.2. SLM-Structure
Соединения ПК и металлических образцов с SLM-Structure имеют максимумы прочности, равные только 0.на 3 кН выше максимумов прочности компаундов с NRX-структурой. В отличие от NRX-структуры, необходимая энергозатратность для достижения этих максимумов прочности образцов из нелегированной стали составляет 8,5 кДж, а энергия сварки нержавеющей стали такая же, как и для NRX-структуры (6,7 кДж). При этих энергиях происходит переход от адгезионного к когезионному разрушению. Из-за подрезов SLM-структуры слой грязи не влияет на прочность склеивания, поскольку подрезы приводят к своего рода «механическому сцеплению».
3.5.3. Сварная металлическая ткань
По сравнению с двумя другими структурами требуется значительно меньше энергии для достижения перехода от разрушения адгезива к связному материалу. Для нелегированной стали этот переход достигается при энергии соединения 5,1 кДж, тогда как для нержавеющей стали требуется 6,1 кДж для перехода .
Кроме того, разрывное усилие уменьшается после перехода от адгезионного к когезионному разрушению с увеличением подводимой энергии (рис. 16).После достижения перехода происходит повреждение материала за счет повышения температуры соединения до температур выше температуры разложения.
3.5.4. Испытание на переменное климатическое воздействие
Подобно компаундам с PA6.6-GF35, испытание на переменное климатическое воздействие оказывает влияние на механическую прочность гибридных составов с поликарбонатом в качестве связующего полимера. Разрушающее усилие комбинации нелегированной стали с SLM-структурой (рис. 17) снижается.Примечательно, что уменьшение силы разрушения увеличивается с увеличением подводимой энергии.
Принципиальное снижение прочности образцов, а также ее зависимость от температуры соединения можно объяснить деградацией молекулярной массы ПК в процессе соединения [37]. Здесь можно предположить начало деградации полимера.
4. Заключение и перспективы
Исследования по производству металлопластиковых гибридных компаундов, представленные в этой статье, можно оценить с использованием нескольких важных тестовых критериев.Помимо достижения прочности, когда соединения демонстрируют когезионное разрушение, важным критерием испытаний является устойчивость к климатическим воздействиям.
Что касается полимеров, то ПП и МАБС особенно соответствуют этим требованиям. Для PA6.6-GF35 и PC, которые не могут быть соединены с помощью технологии передачи, испытание на изменение климата негативно влияет на прочность материала.
Исследование металлического соединительного элемента показывает, что производство соединения с алюминием значительно сложнее из-за его оптических и термических свойств.Для сравнения, нелегированная сталь и нержавеющая сталь демонстрируют схожие свойства в процессе соединения. Во всяком случае, они значительно больше подходят для производства металлопластиково-гибридных компаундов. Недостатком нелегированной стали является коррозионное поведение, что может привести к ослаблению гибридного соединения при смене климата.
Наблюдение за различными структурами показало, что наилучшие результаты могут быть достигнуты с SLM-структурой, тогда как результаты с NRX-структурой являются худшими.При использовании SLM-структуры для всех используемых полимеров была достигнута прочность выше прочности материала. Климатические испытания также привели к снижению прочности компаундов с SLM-структурой, но только за счет эффекта деградации прочности материала.
Дальнейшие исследования должны особенно касаться улучшенного мониторинга процесса. Кроме того, лазерная оптика должна быть разработана специально для этого процесса соединения. Таким образом, можно обеспечить оптимальный и равномерный нагрев зоны соединения.Кроме того, в будущем будет обсуждаться, как и с помощью каких процессов можно более эффективно структурировать возможные выборки.
Конкурирующие интересы
Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов в отношении публикации данной статьи.