Что такое ротационное формование: процесс, используемые материалы и промышленные применения?
Ротационное формование это относительно простой процесс, используемый для формовки термопластиков в условиях высокой температуры и низкого давления. Считается, что это сравнительно недорогой процесс. Низкое давление на форму означает, что для инструментов можно использовать алюминий. Ротационное формование применяется в нескольких отраслях для производства таких изделий, как дорожные конусы, уличная мебель, манекены для магазинов и каяки.
В этой статье будет рассмотрено ротационное формование, как оно работает, его назначение, области применения и преимущества.
Что такое ротационное формование?
Ротационное формование — это процесс формовки термопластиков в условиях низкого давления и высокой температуры (около 482-550 °F). Инструменты для ротационного формования обычно изготавливаются из алюминиевых сплавов, а большинство используемой смолы — полиэтилен, который не разлагается химически при температурах, используемых для формовки.
Ротационное формование используется для деталей, требующих стандартной, равномерной толщины стенок, высокой степени структурной стабильности и высокого качества отделки. Поскольку конечное изделие создается в одном непрерывном процессе, детали не требуют соединения сваркой, следовательно, отсутствуют сварочные швы или зазоры (как при выдувном формовании) после завершения. Ротационное формование идеально подходит для открытых двустенных контейнеров или больших, цельных полых деталей. Примеры ротационного формования включают охладители, резервуары и каяки.
Как развивалось ротационное формование со временем?
Ротационное формование изменялось со временем с момента его первого использования для производства прочных пластиковых изделий, которые мы используем сегодня. Историки считают, что ротационное формование восходит к древним египтянам, которые использовали этот процесс для создания керамической посуды. Однако официальный патент был впервые зарегистрирован в 1855 году для создания полых сосудов и металлических артиллерийских снарядов. В 1910-х годах концепция ротационного формования была применена в пищевой промышленности, где с помощью этого метода производились полые шоколадные яйца и зайцы! В 1940-х годах игрушки были одними из первых объектов, массово производимых методом ротационного формования, а к 1950-м годам многие предметы домашнего обихода производились этим способом.
Типы материалов, используемых в ротационном формовании, развивались со временем, первоначально считалось, что они начинались с керамики, затем эволюционировали к металлам, воскам и гипсу. Сегодня преимущественно используется алюминий, а отличительными особенностями изделий, изготовленных методом ротационного формования, являются их долговечность, гибкость и способность выдерживать высокие температуры без трещин.
Процесс ротационного формования продолжает развиваться. Значительный рост наблюдается в области экологически чистых материалов для формовки. В настоящее время ведутся исследования, разработки и внедрение экологически безопасных и биопластиковых альтернатив, которые станут преемниками современных пластиковых материалов.
Какие основные материалы используются в ротационном формовании?
В процессе ротационного формования могут использоваться различные материалы. Однако они должны быть способны измельчаться до очень мелкого порошка размером от 74 до 2000 микрон. Некоторые ключевые материалы включают:
Полиэтилен: доступен в различных классификациях и grades. Полиэтилен — это тип термопласта из семейства полиолефинов.
Полипропилен: обладает высокой температурой деформации при нагревании, высокой стойкостью к растрескиванию под воздействием окружающей среды и отличной стойкостью к химическим трещинам. Обычно используется для производства продуктов пищевой промышленности.
ПолиВинилхлорид: этот материал можно обрабатывать как в порошкообразной, так и в жидкой форме. Обычно используется в таких приложениях, как игрушки для домашних животных, куклы и другие детские игрушки.
Нейлон: в ротационном формовании могут использоваться два типа нейлона: нейлон 12 и нейлон 6. Они известны своей высокой жесткостью, прочностью на растяжение и ударную стойкостью. Нейлон обладает очень высокой термостойкостью по сравнению с другими материалами для ротационного формования, такими как полиэтилен.
Поликарбонат: этот материал сохраняет свои механические свойства при более высоких температурах, чем большинство термопластов, и поэтому является более дорогим материалом, чем полипропилен, полиэтилен и даже нейлон. Обычно ротационное формование используют для изготовления мебели, транспортировочных контейнеров и светильников из поликарбоната.
Какие продукты производятся методом вращательного формования?
Многие виды продукции производятся методом вращательного формования. Некоторые примеры включают следующее:
Каяки
Баковые емкости (например, резервуары для хранения в сельском хозяйстве, коммерческих или промышленных условиях)
Манекены для магазинов
Охладители
Ящики и контейнеры
Дорожные конусы
Дорожные ограждения
Автомобильные запчасти (включая элементы интерьера, такие как подстаканники)
Спортивное оборудование (например, гантели, шлемы, гольф-кары)
Как работает вращательное формование?
Вращательное формование работает за счет создания низконапорной среды (около 1,51 атм, что примерно на 501 ТП3Т больше атмосферного давления) при очень высокой температуре (примерно 482-550 °F). Пластиковый материал помещается в полую форму, которая затем вращается вокруг двух осей и помещается в горячую, низконапорную печь. Механизм вращательного формования обеспечивает медленное вращение формы вокруг двух осей при одновременном нагреве для равномерного распределения и последующего сплавления смолы внутри формы. После полного расплавления пластика и равномерного распределения по всей форме, его извлекают из печи и охлаждают с помощью водяного распылителя или на воздухе. После полного охлаждения вращение останавливается, и форму можно открыть, чтобы увидеть готовое изделие внутри.
Какие этапы включает процесс вращательного формования?
Процесс вращательного формования достаточно прост для понимания. Ниже перечислены этапы этого процесса:
Полая форма заполняется порошкообразной пластиковой смолой (обычно из литого алюминия).
Закрывают полую форму, и давление 1,51 атм начинает мягко вращаться по двум осям. Перенос формы в высокотемпературную печь, средняя температура которой составляет около 500 °F.
Форма продолжает медленное вращение, пока пластиковая смола не расплавится и полностью не покроет стенки формы.
Извлекают форму из печи и охлаждают до тех пор, пока смола не затвердеет в желаемый дизайн.
Наконец, останавливают вращение и открывают форму, чтобы показать готовое изделие, которое затем можно извлечь и использовать или подвергнуть любым дополнительным процессам.
Как поддерживается контроль качества и стандартизация при ротационном формовании?
Стандарты и качество должны поддерживаться при ротационном формовании, чтобы обеспечить долговечность, высокое качество и надежность продукции. Контроль качества включает проверки, направленные на обеспечение качества продукции и стандартизации, и может включать обзор производственных процессов, тестирование изделий и установление допусков на процессы.
Один из подходов к обеспечению производства высококачественных деталей методом ротационного формования — соблюдение стандартов в соответствии с нормативами ISO. Соответствующий стандарт ISO для пластиковых формованных деталей — ISO 20457:2018(en), который относится к стандартам допусков. Для поддержания контроля качества и стандартизации в ротационных изделиях производители стремятся соблюдать стандарты, такие как ISO, регулярно пересматривать процессы (например, статистический контроль процессов) и обеспечивать соответствие изготовленных деталей проектным допускам. Совместное применение этих методов позволит своевременно выявлять и исправлять любые несоответствия в процессе производства, что обеспечит удовлетворенность клиентов и репутацию производителя.
Где искать услуги по формовке?
Чтобы найти услугу по ротационному формованию, которая соответствует вашим требованиям, вы можете воспользоваться платформой Thomasnet Discovery Platform здесь. Платформа Thomasnet® Discovery Platform поможет связаться с одним из более чем 70 000 поставщиков из России. Использование платформы Discovery дает доступ к фильтрам, которые помогают найти поставщика в нужном регионе, с необходимыми сертификатами, квалификациями и опытом. Фильтры проверки Thomasnet® помогут подтвердить информацию, предоставленную компаниями на платформе Thomasnet®.
Каковы преимущества ротационного формования?
По сравнению с другими методами формовки, ротационное формование имеет ряд преимуществ, включая:
В результате низкого рабочего давления, при котором проводится ротационное формование, инструменты, используемые в процессе, могут быть изготовлены из недорогих металлов, например, алюминия.
Ротационное формование формирует детали как единое целое. Это исключает необходимость соединения подсборных компонентов (например, сваркой), что может создавать слабые точки.
Поскольку формованные детали не подвергаются внешнему давлению, у них ниже остаточные напряжения. Поэтому риск дефектов в готовом изделии снижается, и возможна многослойная или двойная стенка.
Этот метод подходит как для короткого или малого объема производства, с минимальными или отсутствующими отходами смолы.
Процесс ротационного формования приводит к более толстым углам на деталях. Это, в свою очередь, снижает риск отказа в точках концентрации напряжений.
Благодаря постоянному вращению формы, производителю легко контролировать толщину стенок, пока пластик находится в печи.
Легко создаются специальные поверхности, например, логотипы, надписи, символы и сложные текстуры.
Какие ограничения у ротационного формования?
Несмотря на множество преимуществ, у ротационного формования есть и недостатки, включая:
Материалы для ротационного формования должны обладать определенными свойствами, что ограничивает выбор материалов. Эти материалы должны легко превращаться в мелкий порошок из гранул и обладать высокой термической стабильностью.
Скорость ротационного формования обычно варьируется от 4 до 20 об/мин. Требуемая скорость для конкретного изделия часто определяется методом проб и ошибок, что может быть очень расточительным как по времени, так и по использованию печи. После выбора окончательная скорость вращения поддерживается постоянно в течение всего процесса, в основном из-за недостатка понимания, как лучше изменять скорость во время цикла. В среднем, восемь оборотов в минуту означают, что крупные детали могут потребовать до 3 часов для завершения.
Инструменты для ротационного формования требуют более частой замены или ремонта по сравнению с более твердыми материалами, такими как сталь.
Автоматизация еще не применяется в ротационном формовании, что требует больше труда по сравнению с другими производственными процессами.
Из-за требования к материалам для ротационного формования обладать высокой термической стабильностью, это обходится дороже из-за необходимости добавок и предварительного измельчения используемого материала в порошок.
Какие отрасли обычно используют ротационное формование?
Поскольку ротационное формование настолько универсально, оно может использоваться для создания широкого спектра формованных изделий в различных отраслях, таких как:
Коммунальные услуги: ротационное формование используется для создания водяных и химических резервуаров объемом до 50 000 литров.
Морской транспорт: буйки, понтоны и поплавки обычно производятся методом ротационного формования.
Автомобильная промышленность: дизельные топливные баки, панели приборов тракторов и ящики для инструментов часто изготавливаются методом ротационного формования.
Экологические продукты: дорожные конусы, разделители дорожного движения и мусорные контейнеры изготавливаются с использованием процесса ротационного формования.
Каково экологическое воздействие и устойчивость ротационного формования?
Ротационное формование широко считается экологически безопасным и устойчивым процессом по нескольким причинам. Во-первых, во время процесса не выделяются опасные токсины или химические вещества. Во-вторых, этот процесс производит меньше отходов материала, так как практически отсутствует или минимально количество остатков смолы или отходов. В-третьих, процесс ротационного формования исключает необходимость вторичного инструмента, поскольку весь продукт создается в одной форме и не требует другого процесса для сварки различных частей. Наконец, ротационное формование считается устойчивым, поскольку возможно использование переработанного сырья, а все изделия, произведенные таким образом, могут быть переработаны.
Какие опасности связаны с процессом ротационного формования?
Как и во всех механических процессах, ротационное формование может быть опасным. Во-первых, существуют опасения по поводу тех, кто имеет полный доступ к камере печи, нагревающей форму. Если кто-то застрянет внутри печи, высокие температуры могут привести к серьезным травмам или смертельным исходам. Во-вторых, любые движущиеся или неподвижные порошковые элементы машины (например, карусельные рукояти или автоматические двери) могут привести к защемлению конечностей. Другие опасности связаны с теплом конвекции и излучением от печи, а также с возможным превышением давления в формах. Это также может привести к травмам, таким как ожоги. Наконец, газовые и электрические соединения представляют опасность при контакте с человеком и требуют защиты от тепла или механических повреждений.
Почему производители выбирают ротационное формование?
Ротационное формование имеет несколько преимуществ, которые побуждают производителей выбирать этот процесс. Поскольку ротационное формование осуществляется при низком рабочем давлении, для форм можно использовать металлы более низкой стоимости, такие как алюминий, который намного проще найти и дешевле купить, чем такие материалы, как железо, которое обычно дороже. Кроме того, после установления процесса ротационного формования его быстрая настройка позволяет производить небольшие партии, чтобы избежать излишков пластиковых изделий и удовлетворить потребности клиентов при необходимости меньших объемов. Еще одной причиной, по которой производители выбирают ротационное формование, является его низкий уровень отходов и возможность производства больших полых деталей с равномерной толщиной стенки.
Доказала ли ротационное формование свою эффективность в производстве?
Да, ротационное формование считается эффективным производственным процессом. Одним из главных преимуществ ротационного формования является быстрый срок выполнения от проектирования до производства. Хотя для ротационного формования требуется больше времени для вращения детали в форме, после завершения деталь готова к использованию и не требует дальнейшего соединения или сварки с другими частями. Эффективность по времени от проектирования до производства и низкий уровень отходов материала позволяют производителям хранить меньше сырья и быстро реагировать на непредсказуемый спрос, а также производить как крупные, так и мелкие партии продукции. Возможность быстро менять формы для различных изделий обеспечивает производство «точно в срок» и сокращает необходимость в складских помещениях, что позволяет снизить связанные с этим расходы.
В чем разница между ротационным формованием и blow-формованием?
Ротационное формование и blow-формование — это похожие процессы, оба производят полые пластиковые детали. Однако между ними есть несколько ключевых отличий. Во-первых, полые пластиковые детали, произведенные методом ротационного формования, обычно прочнее, толще и сложнее по форме, чем изделия, изготовленные методом blow-формования, который создает детали с более тонкими стенками и относительно простым дизайном. Стоимость инструментов для ротационного формования ниже, чем для blow-формования. Время производственного цикла также различается: ротационное формование занимает больше времени, чем blow-формование. Кроме того, ротационное формование использует значительно более низкое давление (около 1,51 psi), чем blow-формование, которое работает при 25–150 psi. Наконец, хотя материалы, используемые в обоих процессах, во многом схожи (например, нейлон, полиэтилен и полипропилен), форма изделий отличается: ротационное формование использует порошковую смолу, а blow-формование — гранулы.
XTJ — ведущий OEM-производитель, который занимается предоставлением комплексных решений по ротационному формованию от прототипа до производства. Мы гордимся тем, что являемся сертифицированной системой управления качеством ISO 9001, и стремимся создавать ценность в каждом клиентском взаимодействии. Мы достигаем этого через сотрудничество, инновации, улучшение процессов и исключительное мастерство.
