Plastika se pogosto uporablja v medicinskih napravah, avtomobilih in izdelkih za dnevno uporabo zaradi številnih prednosti, vključno z majhno težo, dobro odpornostjo na udarce, dobro preglednostjo, dobro izolacijo, dobro sposobnostjo oblikovanja, dobro barvnostjo in nizkimi stroški obdelave. Odkar so prvi ljudje poskušali pritrditi sulice na veje, je bilo sestavljanje ključno področje človeških prizadevanj in končna zmogljivost plastičnih delov je v veliki meri odvisna od načinov povezave med njimi. Znanstveniki in sorodni inženirji so z dolgotrajnimi-raziskavami in prakso razvili številne različne metode povezovanja plastike.
Ta članek nudi kratek uvod v te tehnologije povezovanja plastike, v upanju, da bo oblikovalcem na sorodnih področjih ponudil referenco pri izbiri načinov povezovanja plastike.
1. Lepljenje z lepilom
Lepljenje se nanaša na tehniko spajanja površin homogenih ali heterogenih predmetov skupaj z uporabo lepil. Lepila so naravne ali sintetične, organske ali anorganske snovi, ki lahko povežejo dva ali več delov ali materialov skupaj s pomočjo medfazne adhezije in kohezije. Skupaj jih imenujemo lepila, vezivna sredstva, običajno pa jih okrajšavamo kot lepilo. Na kratko, lepila so snovi, ki povezujejo materiale z lepljenjem.
2. Lepljenje s topilom
To se nanaša na postopek, pri katerem topilo raztopi plastično površino, kar povzroči mešanje materialov. Ko topilo izhlapi, nastane spoj.
3. Lepljenje pritrdilnih elementov
Lepljenje pritrdilnih elementov se nanaša na uporabo pritrdilnih elementov za povezovanje plastičnih delov, vključno s-pritrdilnimi elementi, samoreznimi-vijaki in sorniki. Pritrdilni-pritrdilni elementi običajno povezujejo plastične dele tako, da ustvarijo interferenčno prileganje med štrlino na steblu in luknjo v plastiki. Samorezni-vijaki uporabljajo samo-navoje za povezavo brez vrtanja luknje.
4. Vezava tečajev
Plastične tečaje lahko razdelimo na tri vrste: eno-delne integrirane tečaje, dvo-delne integrirane tečaje in več-kombinirane tečaje. Eno-delni integrirani tečaji so oblikovani z oblikovanjem dveh delov kot ene same enote, brez potrebe po dodatnih komponentah. Dvo-delni integrirani tečaji so izdelani z oblikovanjem dveh ločenih plastičnih delov in njunim sestavljanjem. Več{8}}delni kombinirani tečaji poleg izdelave dveh posameznih plastičnih delov zahtevajo dodatne komponente, kot so palice ali kovinski deli tečajev. Njegove prednosti vključujejo ponovljivo odpiranje in zapiranje, integrirani tečaji pa so običajno zasnovani znotraj ali blizu notranjosti škatle, s čimer se zmanjša skupna velikost delov. Pomanjkljivosti vključujejo visoke zahteve glede natančnosti za oblikovanje, na splošno zapletene kalupe in potrebo po obsežnih razvojnih izkušnjah pri racionalni zasnovi premičnega tečaja.
5. Vstavite profil
Oblikovanje vložkov se nanaša na postopek oblikovanja, pri katerem se vnaprej-pripravljen vložek iz drugačnega materiala vstavi v kalup za brizganje, čemur sledi vbrizgavanje smole. Staljeni material se poveže z vložkom in strdi ter ustvari izdelek iz enega-dela. Navojni vstavki so primarna metoda za ustvarjanje navojev v plastičnih delih, ki zagotavljajo boljšo trdnost povezave kot samo-navoji. Vložki niso omejeni na kovino; lahko so izdelani tudi iz blaga, papirja, žice, plastike, stekla, lesa, tuljav, električnih komponent itd. Oblikovanje vložkov uporablja kombinacijo izolacijskih lastnosti smole in prevodnih lastnosti kovine za ustvarjanje oblikovanih izdelkov, ki ustrezajo osnovnim funkcijam električnih izdelkov. In-okrasitev kalupov (IMD) je priljubljena mednarodna tehnologija površinske dekoracije. Široko se uporablja v okrasnih in funkcionalnih nadzornih ploščah za gospodinjske aparate, avtomobilske armaturne plošče, klimatske naprave, ohišja/leče mobilnih telefonov, pralne stroje, hladilnike itd. IMD vključuje postavitev predhodno{11}}natisnjenega okrasnega lista v kalup za brizganje, nato vbrizgavanje smole na zadnjo stran lista, kar omogoča, da se smola veže na list in strdi.
Glavna prednost oblikovanja z vložki je kombinacija enostavnega oblikovanja in prožnosti smole s togostjo, trdnostjo in toplotno odpornostjo kovine, kar omogoča robustno ustvarjanje kompleksnih in zapletenih integriranih kovinsko-plastičnih izdelkov.
6. Več-delno oblikovanje
Več{0}}delno oblikovanje, znano tudi kot dvo-barvno brizganje, se nanaša na metodo oblikovanja, pri kateri se v isti kalup vbrizgata dve različni barvni plastiki. Omogoča dve različni barvi v oblikovanem delu in lahko proizvede pravilne vzorce ali nepravilne oblike,-podobne oblaku, s čimer izboljša praktičnost in estetiko dela.
Spodnji diagram ponazarja princip dvo-barvnega brizganja. Uporablja dva soda, od katerih ima vsak enako strukturo in delovanje kot standardni sod za brizganje. Vsaka cev ima svoj kanal, ki se povezuje s šobo, v kanalu šobe pa je nameščen zaklopni ventil. Med oblikovanjem, potem ko je staljeni material plastificiran v sodu, vklopni/izklopni ventil nadzoruje vrstni red, v katerem staljeni material vstopa v šobo, in delež izpuščenega materiala, preden se vbrizga v votlino kalupa. Posledica tega so različni plastični izdelki z različnimi učinki mešanja barv.
7. Oblikovane navojne povezave
Oblikovane navojne povezave se nanašajo na neposredno vlivanje navojev na plastične dele prek zasnove kalupa za brizganje, s čimer se dosežejo povezave z drugimi navoji z enakim profilom zob, nazivnim premerom in drugimi parametri.
Navoje na plastičnih izdelkih delimo na zunanje navoje in notranje navoje. Zunanji navoji se običajno izvlečejo z drsnikom, notranji navoji pa z metodo navojne povezave. Zunanji navoji imajo enostavnejšo strukturo, vendar po oblikovanju na plastičnem izdelku ostanejo ločilne črte. Če so ločilne črte očitne, bodo vplivale na videz izdelka in prileganje niti. Načelo je, da se nagnjena vodilna stebrička odpre in nato ejektorski zatič potisne izdelek ven. Kalupe z notranjim navojem lahko nadalje razdelimo na: 1. Strukturo s prisilnim odvijanjem navojev (ne-rotacijsko). 2. Ne-prisilno odvijanje navojev (rotacijsko). Trenutno se oblikovane niti uporabljajo predvsem pri izdelavi pokrovčkov za steklenice.
8. Tapkanje navojne povezave
Spoj navojnih navojev za plastične navoje se nanaša na vrtanje lukenj v plastičnem delu in nato navoje, da se oblikujejo navoji, ki se nato uporabljajo za povezavo z drugimi deli. Ta metoda je podobna tisti, ki se uporablja pri kovinskih delih.
Njegove prednosti so: ta postopek nima zahtev glede oblike plastičnega dela in natančne pozicionirne luknje je mogoče doseči z uporabo natančnih mehanskih orodij.
9. Tlačno prileganje
Tlačno prileganje, znano tudi kot prisilno prileganje, interferenčno prileganje in krčenje, vključuje sestavljanje gredi in luknje z interferenčnim prileganjem pod določenim pritiskom. Druga možnost je, da luknjo povečate s segrevanjem ali zmanjšate gred s hlajenjem. Po montaži se oba dela vrneta na isto temperaturo, kar povzroči interferenčno prileganje. Izkorišča elastično deformacijo luknje in gredi v povezanih plastičnih delih za prenos določenega navora ali aksialne sile po montaži. 10. Snap-fit Connection
Snap{0}}priključki so mehanizmi, ki se uporabljajo za pritrditev ali zaklepanje enega dela na drugega in se običajno uporabljajo za povezovanje plastičnih delov. Material je običajno fleksibilna plastika. Največja prednost zaskočnih povezav je njihova enostavna namestitev in demontaža, kar omogoča odstranitev-brez orodja.
Na splošno je zaskočno prileganje sestavljeno iz pozicionirnega elementa in pritrdilnega elementa. Pozicijski element gladko, pravilno in hitro vodi zaskočno-prileganje v položaj za namestitev. Zaponka pritrdi zaskočno-prileganje na podlago in preprečuje, da bi med uporabo padel. Glede na uporabo in zahteve delimo pritrdilne elemente na snemljive in ne-snemljive. Snemljivi pritrdilni elementi so običajno zasnovani tako, da se zaskočna-pritrditev sprosti pod določeno silo ločitve in loči dva povezovalna dela. Ta zaskočna{10}}prileganja se pogosto uporabljajo za povezavo dveh delov, ki ju je treba pogosto razstaviti. Ne-snemljivi pritrdilni elementi zahtevajo ročno nagibanje za ločitev obeh delov in se večinoma uporabljajo za povezovanje in pritrjevanje delov, ki jih med uporabo ni treba razstaviti.
11. Plastično kovičenje
Kovičenje je postopek, ki se uporablja zlasti za spajanje delov iz različnih materialov (npr. plastike in kovine). En del ima zakovico, ki sega v luknjo v drugem delu. Zakovica se nato deformira zaradi hladnega toka ali taljenja plastike, pri čemer se oblikuje glava zakovice, ki oba dela mehansko poveže skupaj. S spreminjanjem dizajna varilne glave lahko dobite različne oblike glav zakovice.
Hladno kovičenje: Pri hladnem kovičenju se zakovica deformira pod visokim pritiskom. Hladen tok ustvarja visoko obremenitev v območju zakovice, zato je primeren le za plastiko z dobro duktilnostjo.
Vroče kovičenje: Pri vročem kovičenju se varilna glava segreje s stiskanjem, zato je za oblikovanje glave zakovice na zakovico potreben manjši pritisk, v glavi zakovice pa nastane manj preostale napetosti. Uporablja se lahko za veliko več termoplastičnih materialov kot za hladno kovičenje, vključno s steklo{1}}napolnjenimi materiali. Kakovost spoja je odvisna od nadzora procesnih parametrov: temperature, tlaka in časa.
Kovičenje z vročim plinom: Pri kovičenju z vročim plinom se zakovica segreje s tokom pregretega zraka, pri čemer se toplota prenaša skozi zračne cevi okoli zakovice. Nato se neodvisna glava za hladno varjenje spusti, da stisne zakovico.
Ultrazvočno varjenje s kovičenjem: pri ultrazvočnem varjenju s kovičenjem ultrazvočna energija, ki jo zagotavlja varilna glava, stopi zakovico. Med stalnim pritiskom varilne glave staljeni material zakovice teče v votlino znotraj varilne glave in tvori želeno zasnovo glave zakovice.
Postopek varjenja plastičnih delov
Načelo varjenja je enako: najprej se parne površine dveh plastičnih delov, ki jih je treba zvariti, segrejejo, da se stopijo; nato se parni tlak na varilnih površinah poveča in tlak se vzdržuje določen čas, dokler se varilne površine ne strdijo, kar kaže na uspešno varjenje.
12. Indukcijsko varjenje
To večinoma uporablja visoko{0}}frekvenčno opremo z visoko-napetostnim usmernikom za ustvarjanje električnega polja elektromagnetnega valovanja s trenutnim nihanjem visoko-frekvenčne elektronske cevi. Notranje molekule predelanega PVC, TPU, EVA, PET in drugih plastičnih materialov ustvarjajo polarizirano trenje in toploto znotraj električnega polja elektromagnetnega valovanja. V kombinaciji z določenim pritiskom to doseže fuzijski učinek za plastične izdelke, ki jih je treba toplo-variti.
13. Rotacijsko varjenje
Stroji za rotacijsko torno varjenje se običajno uporabljajo za varjenje dveh okroglih termoplastičnih obdelovancev. Med varjenjem je en obdelovanec pritrjen na osnovni kalup, medtem ko se drugi obdelovanec vrti na površini fiksnega obdelovanca. Zaradi pritiska, ki deluje na oba obdelovanca, toplota, ki nastane zaradi trenja med obdelovancema, stopi kontaktne površine in tvori trdno in tesno vez. Pozicioniranje rotacijskega varjenja vključuje vrtenje za nastavljen čas in nato za trenutek zaustavitev na nastavljenem položaju, kar ima za posledico trajno zlitje.
14. Varjenje z vročo ploščo
Varjenje z vročo ploščo vključuje postavitev robov dveh plastičnih delov, ki ju želite spojiti, na vročo ploščo,-ki jo nadzoruje termostat, in njuno segrevanje, dokler se površine ne stopita. Nato z majhnim pritiskom pritisnemo zmehčane površine skupaj, da dosežemo povezavo (glejte sliko). Drug pogosto uporabljen postopek toplotnega varjenja z vročo ploščo vključuje zlaganje dveh delov, ki ju je treba povezati skupaj, z uporabo grelnih elementov za segrevanje toplotno varilne plošče, spuščanje na zgornji del obeh delov in pritisk na toplotno varilno ploščo. Plošča za toplotno tesnjenje stopi kontaktno površino obeh delov in se nato strdi, da ju poveže skupaj. Ta postopek se uporablja predvsem za tesnjenje in spajanje filmov iz polimerne smole in plastičnih delov.
15. Varjenje z vročim plinom
Obstajajo trije načini varjenja z vročim plinom: točkovno varjenje, trajno varjenje z vročim plinom in ekstruzijsko varjenje. Njihovo osnovno načelo je enako: zrak, ki ga proizvaja motor, odnaša toploto, ki jo ustvarja grelna žica, pri čemer nastane tekoči vroč zrak, ki segreje plastična dela, ki ju je treba zvariti do staljenega stanja z varilno palico, ter ju tako poveže in doseže namen varjenja. Točkovno varjenje se uporablja za pritrjevanje delov skupaj pred trajnim varjenjem.
Točkovno varjenje je začasen postopek varjenja, ki ne zahteva varilnih palic, zahteva pa šobo za točkovno varjenje.
Pri trajnem varjenju se uporabljajo varilne palice iz enakega materiala kot deli, ki jih varimo. Varilna šoba se hitro premika naprej in nazaj v obliki pahljače po območju varjenja, dokler se V-utor in varilna palica ne zmehčata dovolj za varjenje. Običajno se za njihovo stiskanje skupaj uporablja vroč valj. Ekstruzijsko varjenje se nanaša na postopek, pri katerem se polnilna smola, ki se dovaja iz lijaka v obliki granul ali kot varilne palice na valju, ekstrudira iz ekstruderja z enim-polžem, ki ga poganja električni motor. Ogrevanje poteka z grelnimi tuljavami ali vročim plinom, vezne površine pa se predhodno segrejejo z vročim plinom, priključenim na ekstruder. Na koncu se polnilna smola in obdelovanci stopijo skupaj in tvorijo enojno vez.
16. Ultrazvočno varjenje
Ultrazvočno varjenje uporablja ultrazvočni generator za pretvorbo toka 50/60 Hz v električno energijo 15, 20, 30 ali 40 kHz. To visokofrekvenčno-električno energijo nato pretvornik pretvori nazaj v mehansko gibanje iste frekvence. To mehansko gibanje se nato preko pretvornika amplitude prenese na varilno glavo. Varilna glava prenaša prejeto energijo nihanja na spoj obdelovancev, ki jih je treba variti. V tem območju se energija tresljajev s trenjem pretvori v toplotno energijo, zaradi česar se stične površine obeh plastik hitro stopijo. Pod pritiskom se zlijejo. Ko se ultrazvočni valovi ustavijo, se tlak vzdržuje nekaj sekund, da se strdi in tvori močna molekularna veriga, s čimer se doseže namen varjenja. Trdnost zvara se lahko približa trdnosti prvotnega materiala. Ultrazvočni valovi se lahko uporabljajo ne le za varjenje trdih termoplastov, temveč tudi za obdelavo tkanin in filmov.
Glavne komponente ultrazvočnega varilnega sistema vključujejo ultrazvočni generator, sklop pretvornika/ojačevalnika/varilne glave, kalup in okvir.
Kakovost ultrazvočnega varjenja plastike je odvisna od treh dejavnikov: amplitude pretvornika/varilne glave, uporabljenega tlaka in časa varjenja. Čas varjenja in pritisk varilne glave sta nastavljiva, amplituda pa se določa s pretvornikom in amplitudnim transformatorjem.
17. Vibracijsko varjenje
Vibracijsko varjenje vključuje šest procesnih parametrov: čas varjenja, čas zadrževanja, varilni tlak, amplitudo, frekvenco in napetost.
Vibracijsko varjenje delimo na: linearno vibracijsko varjenje, tirno vibracijsko varjenje in kotno vibracijsko varjenje.
Linearno vibracijsko torno varjenje izkorišča toploto zaradi trenja, ki nastane na kontaktnih površinah dveh obdelovancev, za taljenje plastike. Toplotna energija nastane z izmeničnim gibanjem enega obdelovanca na drugi površini z določenim odmikom ali amplitudo pod pritiskom. Ko je dosežena želena stopnja varjenja, se vibracije ustavijo, vendar ostane pritisk na oba obdelovanca, da se zvarjeni del ohladi in utrdi ter tvori tesno vez.
Orbitalno vibracijsko torno varjenje je metoda, ki uporablja torno toplotno energijo. Pri orbitalnem vibracijsko-tornem varjenju se zgornji obdelovanec premika vzdolž orbite s fiksno hitrostjo-krožno v vse smeri. To gibanje ustvarja toplotno energijo, ki povzroči, da zvarjeni deli dveh plastičnih delov dosežejo tališče. Ko se plastika začne topiti, se gibanje ustavi, zvarjeni deli obeh obdelovancev pa se strdijo in trdno spojijo skupaj. Majhne vpenjalne sile povzročijo minimalno deformacijo obdelovancev, obdelovance s premerom do 10 palcev pa je mogoče variti z uporabo orbitalnega vibracijsko-tornega varjenja.
Kotno vibracijsko varjenje vključuje vrtenje obdelovanca okoli oporne točke; komercialno dostopni stroji za varjenje s kotnimi vibracijami so trenutno redki.
18. Lasersko varjenje
Lasersko varjenje je tehnologija, ki uporablja toploto, ki jo ustvari laserski žarek, za taljenje kontaktnih površin plastike in s tem spajanje termoplastičnih listov, filmov ali oblikovanih delov skupaj.
Prvič se je pojavil v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, vendar zaradi visokih stroškov ni mogel tekmovati s prejšnjimi tehnologijami lepljenja plastike, kot sta varjenje z vibracijami in varjenje z vročo ploščo. Vendar pa je od sredine devetdesetih let naprej, ko so se stroški opreme, potrebne za lasersko varjenje, zmanjšali, ta tehnologija postopoma pridobila splošno priljubljenost.
Lasersko varjenje je še posebej uporabno, kadar so plastični deli, ki se lepijo, zelo natančni materiali (kot so elektronske komponente) ali zahtevajo sterilno okolje (kot so medicinski pripomočki in embalaža za hrano). Lasersko varjenje je hitro, zato je še posebej primerno za obdelavo avtomobilskih plastičnih delov na tekočem traku. Poleg tega lahko lasersko varjenje pride v poštev za kompleksne geometrije, ki jih je težko povezati z drugimi metodami varjenja.
Prednosti laserskega varjenja so predvsem: varilni opremi ni treba v stiku s plastičnimi deli, ki se lepijo; je hiter; oprema ima visoko stopnjo avtomatizacije, zaradi česar je primerna za obdelavo kompleksnih plastičnih delov; ne povzroča robov; zvar je močan; lahko proizvede visoko{0}}natančne zvare; to je tehnologija-brez vibracij; lahko proizvede zrakotesne ali vakuumsko{2}}zaprte strukture; zmanjšuje toplotne poškodbe in toplotne deformacije; in lahko povezuje smole različnih sestav ali barv skupaj.
19. Varjenje z vročo žico
Varjenje z vročo žico, znano tudi kot uporovno varjenje, uporablja kovinsko žico za spajanje dveh plastičnih delov.
Toplota se prenaša med plastičnimi deli, pri čemer se njihove površine stopijo, za njihovo spajanje pa se uporablja pritisk.
Na eno površino delov, ki jih je treba spojiti, je nameščena kovinska žica. Ko tok teče skozi žico, njen upor ustvarja toploto, ki se nato prenese na plastične dele. Po varjenju ostane žica znotraj plastičnega izdelka, del, ki sega čez spoj, pa se odreže. Žlebovi ali druge pozicionirne strukture so običajno zasnovane v delih, da zagotovijo, da je žica v pravilnem položaju.
