Formsprutning
Formsprutning är den vanligaste metoden för tillverkning av plastkomponenter. Vid formsprutning av termoplaster sprutas en plastsmälta in i ett kallt formverktyg och när plasten stelnat trycks komponenten ut. Vid formsprutning av gummi eller härdplaster sprutas materialet istället in i ett varmt formverktyg och när molekylkedjorna tvärbundet kan komponenten stötas ut. Formsprutning av termoplast är mycket vanligare än formsprutning av gummi och härdplast och det finns ca 500 företag i Sverige som formsprutar termoplaster men bara en handfull som formsprutar härdplaster.
Orsaken till den stora användningen av formsprutning är att det är en kostnadseffektiv process som normalt inte kräver någon efterbearbetning av komponenterna. Fördelar med formsprutning är t.ex. snabb tillverkning, möjlighet att tillverka komponenter med mycket komplex form, bra reproducerbarhet, möjlighet att kombinera olika material i samma tillverkningssteg (t.ex. mjukt material på ett styvt handtag), samt enkelt att tillverka infärgade och/eller mönstrade komponenter. En nackdel med metoden är att det krävs relativt dyrbar utrustning vilket innebär att det ofta krävs seriestorlekar på >1000 komponenter för att metoden skall bli lönsam.
Vid konstruktion och tillverkning av formsprutgods så är det viktigt att beakta att plasten krymper mycket när den stelnar. Man skiljer på volymetriskt och linjärt krymp. Det volymetriska krympet beror på termisk kontraktion och kristallisation och är symmetriskt/isotropt om plasten inte utsätts för några yttre krafter. Det linjära krympet beror på orientering av molekylkedjor och fyllmedel/armeringsmaterial vid tillverkningen och detta krymp kan vara olika i olika riktningar. Det kan därför vara svårt att åstadkomma mycket noggranna toleranser på formsprutgods och det är viktigt att fundera på vilka toleranser som verkligen krävs innan man toleransätter en komponent eftersom snävare toleranser ger ökat pris.
Formsprutningsmaskinen består i standardutförande av följande huvudkomponenter; maskinstativ, insprutningsenhet, låsenhet och styrenhet. Maskinstativet utgörs av en stålkonstruktion där insprutningsenhet och låsenhet är monterade. Insprutningsenheten, vars syfte är att plasticera, mata, homogenisera, dosera, förvara och spruta in materialet i formen, består i huvudsak av en cylinder och en skruv. Låsenheten, vars uppgift är att spänna fast formverktyget, öppna och stänga verktyget, samt ge tillräckligt hög låskraft så att verktyget inte öppnas av smältatrycket under insprutnings- och eftertrycksfasen, består av två formbord (ett fast och ett rörligt) samt en låsenhet. Styrsystemet, slutligen, består normalt av en dator och bildskärm. Styrsystemet på nya formsprutningsmaskiner är mycket avancerat och möjliggör styrning och kontroll av en stor mängd olika processparametrar.
Formsprutningsprocessen utgörs av ett antal steg. I enkla drag kan man säga att processen utgörs av; plasticering -> insprutning -> eftertryck -> kylning -> utstötning. Eftertryck krävs för att kompensera för det stora volymetriska och linjära krympet när plasten stelnar. Om eftertrycket är för lågt så kommer material att pressas tillbaka in i cylindern och det finns risk för sjunkningar och fula ytor. Medan om eftertrycket är för högt så kan överpackning och gradbildning erhållas. Vid eftertrycksfasens slut så är komponenten ofta fortfarande för varm för att kunna stötas ut ur formen och den måste kylas ytterligare ett tag för att få tillräcklig stabilitet. Tiden mellan eftertrycksfasens slut och det att formen öppnas kallas för maskininställd kyltid. Den totala kyltiden för en komponent (eftertryckstid + maskininställd kyltid) beror på verktygets kylning, material, godstjocklek, smältatemperatur, formtemperatur och komponentens temperatur vid utstötning. Godstjockleken är den parameter som har störst inverkan på kyltiden och en fördubbling av godstjockleken kräver fyrdubblad kyltid.
Under senare år har man utvecklat formsprutningsprocessen så att man kan kombinera olika material i samma processteg, tillverka ihåliga komponenter eller sandwichkomponenter, skumma materialet, lägga in folie eller lokala förstärkningar i formrummet, överspruta förformar med kontinuerliga fibrer, etc. Vid flerkomponentformsprutning tillverkas komponenter bestående av två eller flera material. Ibland används samma material men olika färger, som vid tillverkning av bakljusen till bilar. Vid sandwichformsprutning tillverkas komponenter med ytterskikt av ett material och kärna av ett annat. Detta åstadkoms genom att formrummet först delvis fylls av det material som skall bilda ytterskikt och därefter av det material som skall utgöra kärnan. Gasformsprutning används för tillverkning av ihåliga komponenter. Först fylls formrummet av plastsmälta varefter gas (vanligtvis kvävgas) sprutas in. Gasen tar den väg som är lättast och eftersom kärnan på plastkomponenten är i smält tillstånd så kommer gasen att trycka ut plasten i kärnan och därmed forma en ihålig komponent. Vattenformsprutning är lite snarlikt gasformsprutning, men istället för gas används vatten för att pressa ut plastsmältan i kärnan på komponenten. En fördel med att använda vatten, istället för gas, är att värmeöverföringen är bättre för vatten och kyltiden blir därmed kortare. Gas i plastsmältan kan även användas för att tillverka lätta komponenter med snygga ytor. Genom att låta gas expandera och motverka plastens krympning vid stelning erhålls komponenter med mindre inre spänningar och minde problem med sjunkmärken. Vidare blir vikten lägre och materialbesparingar på upp till 20% kan i bästa fall erhållas. En nackdel är dock att hållfastheten på materialet försämras.
För mer information om termoplaster så anmäl dig gärna till någon av våra kurser!