特写一堆塑料零件

什么是塑料注射成型?

从塑料注射成型的历史到今天的制造指南

我们制定本指南的目的是教育下一代的发明家、企业家、制造商和产品经理掌握塑料注射成型技术。我们提供了历史、建议和行业最佳实践,帮助您将想法付诸实践。

什么是塑料注射成型?

塑料注射成型是塑料零件设计、工程、成型和生产的制造过程。很有可能,你正在阅读这篇文章的设备有一些注塑塑料零件。

几乎每个行业都可以找到塑料零件:汽车、医疗、工业、消费品、建筑、航空和农业。

随着现代技术的发展和这一工艺的完善,制造商可以以高精度和高速度生产大量塑料零件。

塑料注射成型中最重要的考虑因素是什么?

你需要在项目中权衡的事情太多了。每个过程都将根据具体项目的具体需要而有所不同。这些是影响任何注射成型项目的一般因素。

  • 零件设计-对于任何给定的部件,都有许多特性需要考虑。你需要多大的壁厚?你需要一个固体或核心的部分?
  • 材料-挑选正确的材料需要进行研究和评估。哪种聚合物具有此零件所需的性能?你需要脆性还是颜色?您需要说明任何特殊添加剂吗?
  • 工具- - -根据您需要的零件数量、数量和业务目标,将有许多关于工具的决策。你愿意花多少钱?你是在寻找短期的还是长期的模具?
  • 机械-每一个因素都是相互关联的,你所做的关于零件设计、材料和模具的决定将直接影响你所需要的机械类型。

这些不是唯一的因素,你将有更多的决定要做。从你与一家塑料注射成型公司建立关系的一开始就提出正确的问题对你的企业的成功至关重要。

塑料注射成型的历史

你去哪儿了塑料注射成型来自随着时间的推移,它发生了怎样的变化?接下来的几节将探索塑料注射成型从起源到现代应用的轨迹。

塑料注射历史中的关键时刻

塑料注射成型的起源始于一个不太可能的地方:一个19世纪的台球厅。

让我们想象一下。

19世纪台球馆里的男人和女人

图片来源:维基媒体共享

彩色玻璃窗将琥珀色和红色的灯光投射在一张大橡木桌子上。木制球杆在击中象牙球时发出裂纹。房间宽敞通风,声音穿透了闲坐在马毛填充沙发中的社会名流们的闲聊。在这个房间里,没有一种材料、纤维、家具或衣服不是完全自然的。

这是一个塑料之前的世界。

然而,在这个房间里,我们可以看到今天数十亿美元塑料工业的开端。

19世纪中叶,一个名叫迈克尔·费兰的年轻人在美国各地的台球馆里成名,但他不仅仅是一个狂热的球员。Phelan有商业头脑,他看到了一个市场机会,那就是为家庭使用的台球桌和产品标准化。

在行业中建立标准意味着设计和制造可以在任何地方复制和运输的产品。

费伦加入了一家生产台球桌的企业。在工厂最成功的时候,每年生产700至1000张桌子。

他不仅满足了竞争对手对完善台球艺术的需求,还找到了一种赚钱的方法。

当时,台球中的主球仅由最好的象牙制成,象牙是一种昂贵的象牙材料。Phelan和他的伙伴们认为需要一种新的主球材料。他需要更便宜、更容易获得、更快大规模生产的东西。

台球奖

1863年,费兰宣布,凡能想出象牙台球更好替代品的人,均可获得1万美元奖金。它看起来、摸起来、弹跳起来、拍打起来就像一个象牙球,而且成本不高。

约翰·卫斯理·凯悦画像

约翰·韦斯利·海厄特上场。

凯悦是一位美国发明家、印刷商和市场投机者。故事是这样的,他看到了广告,开始试验合成球的配方。他有混合用于印刷的化学品的背景。他接触到了一种叫做硝酸纤维素的化合物。这几乎就是费伦和他的同伙要找的东西,但它的弹跳力没那么强。

因此,凯悦酒店从未获得台球奖(事实上,没有人获奖)。但他为他的发明“赛璐珞”申请了专利他还建立了一家成功的公司,用他新获得专利的象牙替代品生产台球、假牙和钢琴琴键。后来,赛璐珞更出名地与电影联系在一起,不幸的是,它与火联系在一起,因为它太易燃了。

用赛璐珞摆弄了几年之后,凯悦和他的兄弟设计了第一台塑料注塑机。这是之前的发明家从未真正完善过的一步。凯悦的机器比今天使用的机器简单,但其原理与当时一样:材料被加热到熔化,然后在高压下浸入或注射到模具中。

20世纪的进步

20世纪上半叶,人们对合成材料的看法发生了转变。科学家和企业家开始考虑完全原始的合成材料,而不是寻找象牙等天然材料的替代品。

电力工业也开始腾飞。当时,紫胶是最好的绝缘体。紫胶是一种由泰国和印度的甲虫生产的天然材料,目前供应有限。因此,一位来自纽约的化学家开始对化合物、温度和压力进行实验,以创造一种可以绝缘电的新材料。

胶木是这些实验的结果,于1909年获得专利,是世界上第一种完全合成的塑料。它可以被模制,成形成超越电绝缘的耐用产品。它很快在珠宝、收音机和电话中被发现。不像赛璐珞,它不那么易燃。

聚苯乙烯,透明如玻璃,坚硬易碎,是另一种用于塑料餐具的新产品。它也可以充满空气来制造聚苯乙烯泡沫。

20世纪40年代,这一领域出现了另一个突破塑料成型工业. 第二次世界大战加剧了对大规模生产塑料产品的需求,从梳子到汽车和飞机部件。这一需求推动了这一时期所用技术和材料的进步。

一个连续注塑成型和挤出机,是该部门唯一已知的一种,能够从纽约到旧金山铺设一个不间断的塑料或橡胶无缝管,已经从克莱斯勒汽车公司45岁的工程师Walter P. Cousino的作品中脱颖而出。

纽约时报,1944年9月24日

事实上,在1941年,化学家们发现聚苯乙烯充满空气后可以制成聚苯乙烯泡沫塑料,这种材料用于制造旅行咖啡杯、冷却器和包装垫。

1946年,螺杆注射的发明导致了工业的重大转变,至今仍在使用。John Hendry革新了塑料注射成型,使用螺旋螺杆设计代替柱塞将液体塑料注入模具。

匠心独具的螺杆设计意味着原料可以更均匀地加热,既创造了更好的产品,又减少了能源消耗。

“螺杆机现在约占所有注塑机的95%。”道格拉斯·m·布莱斯

今天塑料工业是美国第三大制造业,价值超过2000亿美元。鉴于对生物塑料、注塑和3D打印的需求,预计该行业将继续增长。

塑料市场时间表

  • 19世纪50年代,制造商开始寻找象牙的替代品来生产台球
  • 19世纪60年代的今天,美国发明家约翰·凯悦发明了第一个赛璐珞台球
  • 1870年的今天,凯悦于1872年申请了第一台塑料注射成型机的专利
  • 20世纪40年代,第二次世界大战期间对塑料的需求导致了工业的扩张和新发明,如聚苯乙烯泡沫塑料和螺旋注射
  • 1950年代的今天,塑料制造商开发消费品
  • 20世纪60年代-引入合成纤维Kevlar
  • 20世纪70、80年代——生物塑料在环境和经济方面的发展
  • 21世纪初,人们对生物塑料和3D打印等技术创新重新产生兴趣

过程

塑料注射成型力学

你想知道这一切是如何运作的,甚至想知道如何开始制造业设计,并交付完美的产品。

首先,让我们回顾一下基础知识。模制塑料是通过以下方式组合而成正确的材料在合适的温度,压力和时机下。

今天使用的大多数塑料都是热塑性塑料这意味着它们在加热时融化,在冷却时恢复固体形状。

注射成型是大量生产塑料的众多工艺之一。这是一个容易扩展的过程,热塑性颗粒被熔化,推入模具,冷却成新的设计形状。

与其他塑料制造工艺相比,注射成型的优点之一是它具有难以置信的多功能性。机器的尺寸各不相同,但有许多添加剂和树脂可以在成型过程中结合,以增强某些功能。

使用可靠的制造商,这一过程将产生持续高质量的产品。

注塑机

这张图说明了现代塑料注塑机的力学原理。

塑料注射成型机示意图

图片来源:维基媒体共享

  1. 树脂颗粒或塑料颗粒被送入料斗,料斗以特定速率引导材料。
  2. 螺杆在加热筒内旋转,使物料在加热腔内移动。
  3. 当材料沿着腔室移动时,它们开始加热和熔化。
  4. 熔化的塑料在高压下被推入模腔。高压保证模具100%填充。
  5. 塑料在模具中开始冷却。
  6. 一旦新的形状冷却和固化,它就会从模具中取出或弹出。
精度和参数

塑料注塑成型要求精度,从模具的设计到的材料用每一步的方式。

在整个过程中,必须控制许多相互关联的参数。

  • 材料、模具和油的温度
  • 注射、保持和夹紧压力
  • 注射、冷却和夹紧时间
  • 注射、开模和出模的距离

合作可靠的制造商优秀的设计和工程记录对于确保项目符合行业标准和在预算之内

选择合适的材料

选择合适的树脂因为产品是流程中的第一个关键步骤之一。应根据最终产品的使用方式确定材料。根据其用途,材料可以是刚性的或柔性的,也可以是强韧的或脆性的。这个材料类型所使用的材料将对注射模的设计产生重大影响。

选择合适的树脂时应考虑哪些因素?

  • 最终塑料零件的使用
  • 力学性能
  • 可塑性
  • 耐温性
  • 成本

随着聚合物科学的发展,现在有很多选择。一些常用的塑料注塑材料包括ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)聚碳酸酯,聚丙烯等。

有这么多选择,很容易让人不知所措。一个合格的制造商可以帮助你选择树脂最适合最终产品。正确的制造商或塑料模具可以提供专业知识,将推动创新。

设计模具

完美的塑料零件需要完美的模具.在设计阶段,你离将想法变为现实又近了一步。

工程师为项目设置的参数和材料优化设计。设计师使用CAD或计算机辅助设计等技术进行零件设计,Mastercam用于模具设计,3D打印用于原型设计和设计验证。

首先,工程师计算估计的收缩量,因为所有材料在加热和冷却时会收缩一定的量。

一旦确定了收缩率,下一步就是考虑材料的物理特性,以及模具的尺寸、模具中空腔的数量和周期。

同样重要的是考虑建筑模具的设计标准,如通风角度、辐射边缘、支撑肋和顶出销。其中每一项在模具中都有一个或多个用途,以提高最终产品的整体性能和耐久性。

模具本身可以由钢、铝或其他金属组合制成。有许多增强的考虑,而不是可以增加模具的寿命,一旦它被转移到生产。模具设计还将考虑到任何产品饰面,如装饰或公司徽标。

所有模具的设计都应注意每个参数。一旦经过严格测试和原型化,注塑机就可以开始为生产制造模具。

成型系统

成型系统可以是冷流道模具或热流道模具。成本/收益分析是根据项目的具体情况确定使用哪个系统的最佳方法。每一种都有其优点和缺点。一个有经验的制造商将是您在决定使用哪个系统时的最佳资源。

冷流道模具

你可以在冷流道模具中使用各种聚合物。这些模具通常更容易生产和维护,但它们可能不像热流道系统那样快速循环。使用冷流道模具也会产生更多的塑料垃圾。

热流道模具

热流道模具浪费少,可以制造更大的零件,比冷流道模具有更快的周期时间。然而,这些模具的建造和维护通常更昂贵。

模具制造

以正确的方式和可靠的合作伙伴建立模型降低成本项目延迟或产品缺陷。模具可能是该项目最大的投资。这意味着第一次做对更重要。

根据你的使用情况,用于建造模具的金属会有所不同。钢是最常用的材料。它可以持续几年,甚至几十年。铝是另一个选择,只要生产时间较短。

空腔的数量也会影响价格。更多的空腔可能意味着更高的长期成本,因为随着时间的推移,可能需要更多的维护。定制和零件,包括饰面和其他复杂性,将在成本中发挥作用。

决定模具制造成本的变量有哪些?

  • 金属材料
  • 蛀牙
  • 定制

的一种方法节省成本可能是与注塑公司合作,既建立模具,也制造零件。这样一来,你就可以捆绑开支,降低单位成本。

质量控制

了解常见缺陷让您熟悉在您研究和投资塑料注射成型时要寻找的东西。了解和理解缺陷还有助于查明问题的根本原因。

德克萨斯塑料技术公司的一项研究发现塑料成型缺陷可归因于以下一个或多个原因:

  • 成型机器
  • 模具
  • 塑料材料
  • 造型机操作员

在30年的研究中,绝大多数(60%)的缺陷源于成型机。与机器有关的缺陷,塑料材料在加热桶内停留时间过长。塑料一旦过热就会退化。

塑料注射成型常见的缺陷

每一个常见缺陷有相应的原因和解决办法。

  • 黑色斑点和条纹
  • 猛烈的
  • 脆性
  • 泡沫
  • 污染物
  • 裂纹或细裂纹
  • 分层或分层
  • 闪光
  • 流线
  • 收缩
  • 凹陷
  • 斜面
  • 翘曲
维修和改造

精心设计的模具可以使用很多年。为了保证精密设备的正常运行和生产的成本效益,维修和维护是必要的。

模具注射维修包括诊断、评估、维修、翻新、采购和更换零件以及维护。使用的一些过程包括焊接、铣削、抛光和清洁。

随着时间的推移,更高质量的模具将需要更少的维护,高质量的制造商将能够处理大多数内部维修。

制造业

在美国有超过16000家注塑公司。您的工作是确定最佳的制造商以满足您的项目需求。

无论在哪里,你选择的制造商都应该体现三个核心品质:

  • 有效的沟通
  • 公平的价格
  • 高质量的

你可以从问这些问题开始:

  • 他们是否了解您项目的需求和目标?
  • 公司是否了解原材料和行业最佳实践?
  • 建筑是否干净,机器是否保养良好?
选择一个厂家

体积

塑料注塑制造商一般分为两类:低产量和高产量。小批量制造商生产10,000个或更少的零件。大容量制造商生产100万个或更多的零件。你也可以寻找小批量的模具时,原型测试一个零件。

缩小选择范围的一种方法是根据你自己的生产能力来考虑制造商。准确估计所需的数量可以帮助防止问题,如多余的零件浪费或销售下降,由于有限的供应。

服务

可以提供注塑生产厂家各种各样的服务

主要服务通常是塑料注射成型,模具设计,模具制作,测试,原型制作和维护。

此外,制造商还可以提供许多次级服务:工程、供应链管理、模具、焊接、热固定、分装和包装。

行业

制造商服务于许多行业,但最常见的是汽车、医疗、牙科、电子、军事、消费品、电信和商业。

一些制造商可能只专注于一个行业或一个行业的子集,例如医疗和外科部件。

订货交付时间

完成一个制造过程所需的时间将根据所需服务的类型而有所不同。制造商报价或估计交付周期按工作分类。

制造商还可以提供紧急和紧急服务。

对于新项目,重要的是为意外事件做好计划,并为意外事件提供缓冲。

地方

您的塑料注塑合作伙伴的位置将影响通信的便捷性、交货时间、访问和紧急服务选项。

离岸与美国

塑料注射成型的离岸采购可能包括一些风险和额外成本,这可能会使您的流程效率低下。

  • 海运集装箱费用
  • 进口关税
  • 如果工程或设计问题出现,意外旅行
  • 语言和文化障碍
  • 交货时间和沟通上的延迟

美国制造商通常更有成本效益。因为美国制造商遵守道德规范和行业标准,所以质量保持一致。

专利权

在美国,你和你的制造伙伴都能从法律体系中受益。与国际供应商,法律保护因国家而异。发起索赔也可能需要更长的时间。

有了总部设在美国的制造商,你可以放心,任何专利和知识产权都将受到保护。

质量

你离你的生产设施越近,你在整个生产过程中对质量的控制就越好。无论这是一个设计问题还是一个缺陷,你越早发现它,你就能越快地解决它并最小化成本。

美国的制造商遵循的安全和质量标准在海外是看不到的。此外,这些安全规定还保证了员工的安全。

效率

训练有素、经验丰富的塑料注射成型工可以让您的投资和工艺负担得起。制造商将投资于新机器,并对旧机器进行改造,以提高生产能力和效率。

成本

注塑是对您的产品和公司的投资。初始设计和模具制造是制造业最大的前期成本,但该成本在生产的零件数量中分摊。

对于短期,低批量成型项目,只需要少量的零件,模具成本可能较低,而每个零件的价格较高。同时,对于长期的,大批量的项目,模具的初始成本会更高,但每部分的价格会更低。

有很多策略可以考虑降低塑料注射成型的成本,例如,消除暗箱操作、不必要的功能和化妆品。

经验丰富的工程师还可以通过高效的设计降低成本。

安全

塑料注射成型使用了一些安全措施来保护工人。适当的训练和例行的设备检查是防止受伤的第一步。紧急停止控制,警卫,垫子,和程序也用于保持工作空间的安全。

环境

随着整个行业的持续增长提高效率,总能源成本降低。这意味着即使是最小的改进也可以降低能源使用和环境影响。机器的选择以及聚合物的类型决定了制造过程中使用了多少能量。生物塑料的创新和研究是该行业寻求减少碳足迹的其他方式。

乔布斯

塑料注射成型行业在美国雇佣了近一百万名工人工程师、技术人员、设计师、生产经理、机械师、,更不用说项目经理和众多专家了。

美国注塑成型的优势

当你选择一家美国公司作为你的塑料注射成型伙伴,您同时投资于您的社区、国内经济和业务。

塑料行业为消费者提供就业机会90万美国人在模具制作、包装、机器操作等方面。不仅如此,美国制造商所缴纳的税有利于你、你的雇员和你的社区。

可购性

有了更高质量的流程、标准和训练有素的工人,生产效率将会更高。会有更少的延误。当问题出现时,它们可以很快地被识别和解决。正是这些效率使美国制造商的合作变得负担得起。

相信

“美国制造”的标志不仅仅是精明的营销手段。它传达了一种信任,即该部件是通过良好的操作、安全标准和高质量材料生产的。换句话说,这是一个可靠的部分。

订货交付时间

当您与国内制造商合作时,您可以从更短的交付周期中获益。这也是降低交付和运输成本的一种方式。

劳动

劳动力曾经是制造业最大的开支之一。但如今,由于自动化和计算机化的机器,工厂所需的工人可能会减少。美国拥有一支训练有素的技术娴熟的劳动力队伍,可以很好地满足对塑料制造商日益增长的需求。

对于您的项目,距离、可靠性和对塑料制造商的信任可以加速您的业务成功。

海外外包的风险

为了降低成本,一些生产经理可以考虑将塑料注射成型外包给海外公司。但与外包相关的风险很多,这可能导致更昂贵的生产。

质量控制

低质量的材料、不充分的培训和结构不良的塑料零件会损害您的商业声誉,更不用说引起安全问题了。

侵犯版权

除了产品质量,最大的风险之一是版权侵权或剽窃。在一些国家,几乎没有或根本没有保护你和你的知识产权的标准。

语言障碍

如果你和制造商之间没有共同语言,你可能需要雇佣一个双语翻译。即使有翻译,沟通这并不理想。

选择错误的公司可能会让你的生意和声誉处于危险之中。

记住,在选择制造商时,需要考虑三个关键因素:沟通,公平的价格和质量。

结论

塑料注射成型自19世纪问世以来,一直吸引着企业家、发明家、制造商和科学家。随着技术的进步和材料的改进,这个行业已经彻底改变了我们体验世界和做生意的方式。今天的美国注塑机比以往任何时候都更加精确、高效和环保。

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