Многокомпонентно леене под налягане и технология 2K - Ръководство 2025

Въведение в многокомпонентното леене под налягане

Многокомпонентното леене под налягане и технологията 2K революционизират индустрията по преработка на пластмаси, като позволяват производството на напреднали изделия, съчетаващи различни материали или цветове в един цикъл на леене. От ергономични дръжки с меки елементи soft-touch до многокатерови компоненти за електроника, машините за двукомпонентно леене отварят нови проектирни и производствени възможности.

В този цялостен наръчник ще представим всички аспекти на многокомпонентното формиране – от принципите на действие и типовете форми, през избора на материали, до практическите предизвикателства в процеса. Независимо дали планирате внедряване на технология 2K във вашето производство или търсите оптимизация на съществуващи процеси, този материал ще ви предостави необходимите технически знания.

Какво е леене 2K?

Леене 2K (на анг. two-component injection molding, two-shot molding) е напреднала технология за леене под налягане, която включва формиране на изделие от два различни материала или цвета в един автоматизиран процес. За разлика от традиционното едноматериално леене, двуматериалното леене позволява създаването на многофункционални компоненти без допълнителни операции по сглобяване.

Технологията на многокомпонентното формиране използва специални машини за леене под налягане, оборудвани с две или повече инжекционни единици, които последователно или паралелно подават различни пластмаси в формата. Първият компонент (субстрат) се леене и частично или напълно кристализира, след което следва леяне на втория материал (overmold), който се свързва химически или механично с първия. Резултатът е монолитно изделие с разнообразни свойства в различни зони.

История на развитието на технологията 2K

Историята на многокомпонентното леене под налягане започва от 60-те години на XX век и отразява еволюцията на индустриалните нужди както и технологичния напредък в областта на преработката на пластмаси. По-долу представяме ключовите етапи на развитие:

• 60-те години на XX век – първите експерименти с лееене на два различни цвята пластмаси, главно в игрушарската промишленост и битови стоки
• 70-те години на XX век – разработване на първите комерсиални ротационни системи за форми за многокатерово производство
• 80-те години на XX век – развитие на технологията за свързване на твърди с меки материали, начало на приложенията в автомобилната промишленост
• 90-те години на XX век – въвеждане на напреднали термопластни еластомери (TPE), съвместими с технически полимери
• 2000-те години – разпространение на форми с индексер, увеличаване на прецизността и повторяемостта на процесите благодарение на сервона приводи
• 2010-те години – интеграция със системи Industry 4.0, мониторинг на процеса в реално време, алгоритмична оптимизация
• Днес – технология 3K и 4K, микровъзкомпонентно леене, напреднали CAE симулации, пълна автоматизация с роботика

Видове форми за леене 2K

Изборът на подходящия тип форма за леене 2K е ключов за успеха на проекта. Всеки систем има своите характерни особености, предимства и ограничения. Типът форма определя ефективността на процеса, качеството на изделието и инвестиционните разходи.

Ротационни форми (rotary)

Ротационните форми са най-популярният систем в многокомпонентното леене. Те използват ротационен механизъм (най-често с 180 s2 стъпки) за преместване на първия компонент от зоната на лееене на първия материал към зоната на лееене на втория.

Предимства на ротационните форми:

• Висока ефективност – едновременно леене на първи и втори компонент в различни гнезда
• Компактна конструкция – целият процес в една форма, монтирана на стандартна машина за 2K леене
• Късо време на цикъл – въртенето и позиционирането отнемат едва 2-4 sсекунди
• Повторяемост – прецизно позициониране благодарение на сервона приводи
• Проектирна гъвкавост – възможност за различни конфигурации на гнездата

Недостатъци на ротационните форми:

• По-висока цена на формата – ротационният механизъм увеличава цената с 30-50%
• Изисква симетрично разположение – гнездата трябва да са осевно подредени
• Геометрични ограничения – размерите на изделието са ограничени от радиуса на въртене
• Поддръжка на механизма – допълнителните подвижни елементи изискват смазване

Преместващи форми (transfer)

Преместващите форми (transfer molds) използват линейно движение на половината форма или на вставки за преместване на първия компонент. Този систем е алтернатива на ротационните форми, особено когато геометрията на изделието не позволява въртене.

Предимства на преместващите форми:

• Липса на ограничения за симетрия – възможност за леене на асиметрични компоненти
• По-прост механизъм – линейното движение е по-лесно за реализация от ротационното
• Възможност за различни размери на гнезда – първият и вторият компонент могат да имат различни обеми
• По-ниска начална цена – в сравнение с ротационни форми със серво привод

Недостатъци на преместващите форми:

• По-дълго време на цикъл – преместването и позиционирането отнемат повече време
• По-големи размери на формата – изисква допълнително пространство за линейно движение
• Ограничена автоматизация – по-трудна интеграция с роботи
• Износване на водачите – плъзгащото движение генерира триене

Форми с индексер (index plate)

Формите с индексер са най-напредналият систем за многокомпонентно формиране, особено за технологии 3K и 4K. Те използват индексираща плоча, монтирана на подвижната маса на машината за леене, която се върти с прецизен ъгъл (90, 120 lили 180 s2 стъпки).

Предимства на формите с индексер:

• Най-висока ефективност – възможност за едновременно леене на всички компоненти в множество позиции
• Масштабируемост – лесно разширяване от 2K към 3K или 4K
• Прецизност на позиционирането – точност ±0,01mm благодарение на сервона приводи
• Оптимизация на времето за цикъл – паралелно леене и охлаждане
• Интеграция с автоматика – идеална за роботизирани линии

Недостатъци на формите с индексер:

• Най-високи инвестиционни разходи – формата плюс индексиращата маса струват 2-3 пъти повече
• Изисква специална машина за леене – машина с опция за индексер или серво маса
• Сложност на проекта – изисква опитен проектиращ на форми
• По-дълъг време за пускане в експлоатация – повече параметри за оптимизация

Съвместимост на материалите

Успехът на двуматериалното леене зависи в голяма степен от правилния подбор на двойки материали. Не всички пластмаси са съвместими помежду си, а качеството на връзката определя трайността и функционалността на изделието.

Най-популярните комбинации твърд-меки материали:

• PP + TPE-S (SEBS) – най-често използваната двойка, отлична химическа адхезия, ниска цена, широк диапазон на твърдост на TPE (30-90 Shore A)
• ABS + TPE-S – комбинация от якостта на ABS и еластичността на TPE, популярна в електрониката и БВП
• PA (полиамид) + TPE-A – висока химическа и термична устойчивост, автомобилни приложения
• PC + TPE-U – комбинация за требствени приложения, устойчивост на удари и температури
• PBT + TPE-E – размерична стабилност плюс еластичност, електрически конектори

Фактори, влияещи върху адхезията:

• Химическа съвместимост - подобна полимерна структура осигурява по-добро молекулно свързване
• Температура на леене - твърде ниска температура на втория материал причинява слаба адхезия
• Време между леещите - субстратът не трябва да е прекалено студен или горещ
• Геометрия на връзката - механични подпори увеличават якостта
• Подготовка на повърхността - текстуриране на субстрата подобрява сцеплението

Многобойни комбинации (истов и материал):

• PP + PP (различни цветове) - еднакви свойства, различна естетика
• ABS + ABS - многобойни електронни елементи
• PC + PC - лещи и корпуси прозрачни с цветни акценти

Ключови технически параметри

При избора и конфигуриране на системата за леене под налягане 2K трябва да се вземат предвид специфичните технически параметри, които я отличават от едноматериалното леене.

1. Сила на затваряне (kN)

При многокомпонентното леене силата на затваряне трябва да е адаптирана към сумарната проекцирана повърхност на двата компонента. Обикновено се изисква сила с 20-40% по-висока в сравнение с едноматериалното леене на същия отливка. Диапазон: 500 kN до 30 000 kN за повечето 2K приложения.

2. Обем на леещите единици (cm3)

Всяка лееща единица трябва да е подходящо подбрана към обема на съответния компонент. Първа единица (субстрат): 50-80% използване. Втора единица (надлепване): 30-60% използване. Независимо управление на всяка единица е ключово.

3. Разстояние между леещите единици

Конфигурация на единиците: L (странична), V (под ъгъл), piggyback (една над друга). Изборът зависи от геометрията на формата и наличното пространство. Машинките Tederic NEO предлагат всички конфигурации.

4. Общо време на цикъл (s)

Сумарното време включва: затваряне на формата (1-2s), леене на първия материал (2-5s), охлаждане/прехвърляне (5-15s), леене на втория материал (2-5s), крайно охлаждане (10-30s), отваряне и изваждане (2-4s). Типичен цикъл: 25-60 s секунди за средни отливки.

5. Прецизност на позициониране на формата

Точност на въртене или преместване: ±0,02mm минимум. Сервоприводите осигуряват повторяемост ±0,01mm. Критично за осигуряване на правилно нанасяне на материалите.

6. Температури на преработка

Всякой материял изисква оптимална температура: PP (200-250°C), ABS (220-260°C), TPE (180-230°C), PA (250-290°C). Независимо управление на нагревочните зони за всяка единица.

7. Налягане на дотиск (MPa)

Дотиск на втория материал: 50-150 MPa в зависимост от изискванията за адхезия. Програмируем профил на дотиск за оптимизация на връзката.

Приложения на лееене под налягане 2K

Двукomponentни машини за леене под налягане намират широко приложение в много отрасли на промишлеността, където се изисква функционалност, невъзможна с традиционните методи.

Автомобилна промишленост

В автомобилната индустрия леене под налягане 2K е стандарт за компоненти на интериора на автомобила. Дръжки и лостове soft-touch съчетават твърд сърневина (PP или ABS) с мека TPE повърхност за комфорт и сцепление. Панели на врати с интегрирани уплътнения, които елиминират монтажните операции. Елементи на средна конзола с многобойни акценти без боядисване. Изисквания: устойчивост на температури -40 до +85°C, устойчивост на UV, OEM сертификати.

Бела техника и потребителска електроника

Многокомпонентно формиране в бялата техника включва ергономични дръжки на уреди (бормашини, прахосмукачки) с антипълзящи TPE зони. Корпуси на електроника с IP67 уплътнение в един процес. Бутони и циферблати с мек допир и твърда основа. Предимства: намаляване на монтажните разходи с 40-60%, подобрена естетика и функционалност.

Медицински и лабораторни изделия

Медицинският сектор използва двуматериално леене под налягане за производство на спринцовки с ергономична дръжка и твърд цилиндър. Хирургически инструменти с антипълзящи дръжки. Корпуси на диагностични уреди с уплътнения. Специални изисквания: сертификат ISO 13485, биосъвместими материали (USP Class VI), производство в чиста стая.

Козметични опаковки и премиум

Козметичната промишленост прилага 2K технология за многобойни затваряния без боядисване. Аплikatори с меки върхове и твърди корпуси. Премиум опаковки с визуални ефекти (прозрачен + цвят). Предимства: елиминиране на вторична декорация, повишена възприемана стойност на продукта.

Спортни и рекреационни изделия

Дръжки на спортен инвентар (голф съчки, тенис ракети) с оптимални зони на твърдост. Елементи на шлемове и защитни средства, съчетаващи абсорбция на енергия с комфорт. Воден инвентар с уплътнения. Иновация: градиентни преходи на твърдост в една отливка.

Как да изберете машина за леене под налягане 2K?

Изборът на подходяща двукomponentна машина за леене под налягане изисква анализ на множество технически и икономически фактори. По-долу представяме ключовите критерии за вземане на решение:

1. Анализ на продукта и материалите

• Геометрия на отливката: размер, сложност, изисквания за толеранси
• Обем на компонентите: пропорции на първия и втория материал
• Изисквания за адхезия: механична срещу химическа
• Крайни свойства: якост, еластичност, естетика

2. Конфигурация на леещите единици

• Система L (странична): стандартна, добър достъп до единиците
• Система V (ъгълова): компактна, по-малка заемана площ
• Piggyback: максимална икономия на място, по-висока цена
• Хоризонтална паралелна: за форми с вертикално делене

3. Тип задвижване и прецизност

• Електрически (серво): най-висока прецизност ±0,01mm, икономия на енергия 50-70%, идеални за медицински и микро-2K
• Хибридни: компромис между прецизност и цена, популярни в автомобилната промишленост
• Хидравлични: по-ниска начална цена, по-високи сили на затваряне, по-лоши за чисти помещения

4. Система на формата и автоматизация

• Въртяща се форма: стандарт за повечето 2K приложения
• Индексер: за 3K/4K или най-висока производителност
• Прехвърляне: за специфични геометрии, невъзможни за въртене
• Интеграция с роботи: приемане, контрол на качеството, опаковане

5. Техническа поддръжка и сервиз

• Опит на доставчика в 2K технологията
• Наличност на обучения за оператори и технологи
• Поддръжка при пускане на първите проекти
• Сервиз и резервни части за специфични 2K компоненти

Машинки Tederic NEO предлагат пълна гама 2K решения с конфигурации L, V и piggyback. Серията NEO Multi е оборудвана с напреднало управление с专用ни алгоритми за многокомпонентно леене под налягане, осигурявайки прецизна синхронизация на единиците и оптимизация на времето на цикъл.

Процесни предизвикателства и отстраняване на проблеми

Леене под налягане 2K е свързано със специфични технологични предизвикателства, изискващи опит и систематичен подход за отстраняване на проблеми.

Проблем 1: Слаба адхезия между материалите

• Причини: несъвместими материали, твърде ниска температура на субстрата, твърде дълго време между леещите
• Решения: проверка на химическата съвместимост, повишаване на температурата на формата с 10-20°C, скъсяване на времето за прехвърляне, добавяне на механични подпори

Проблема 2: Сместване на слоевете (mismatch)

• Причини: неточност на въртящия механизъм, износване на водачите, грешки в позиционирането
• Решения: калибриране на сервонагона, смяна на износените водещи елементи, контрол на отворите в механизма

Проблема 3: Изливи по линията на разделяне на материалите

• Причини: прекалено високо налягане на впръскване на втория материал, износване на ръба на формата, недостатъчна сила на затваряне
• Решения: оптимизация на профила на налягането, регенерация на разделителния ръб, увеличаване на силата на затваряне

Проблема 4: Неравномерно охлаждане

• Причини: различна топлопроводимост на материалите, неоптимални охлаждащи канали
• Решения: термична симулация Moldflow, независими охлаждащи контури, conformal cooling

Проблема 5: Деградация на TPE при дълги прекъсвания

• Причини: прегряване на еластомера в цилиндъра, окисление на материала
• Решения: намаляване на температурата на цилиндъра при прекъсвания, автоматично почистване на всеки 15-20 mмин, използване на термични стабилизатори

Поддръжка и консервация

Правилната поддръжка на системата за многокомпонентно леене под налягане е ключова поради увеличената механична сложност и по-големия брой критични компоненти.

Ежедневни дейности:

• Визуален контрол на въртящия или преместващ се механизъм
• Проверка на нивата на масло в двете впръскващи единици
• Верификация на температурата на нагревочните зони на всяка единица
• Почистване на впръскващите дюзи от остатъци от материал
• Тест на цикъла на въртене на сухо (без материал)

Седмични:

• Смазване на водачите и елементите на 2K механизма (точки: минимум 8-12)
• Контрол на износването на въртящия съединител
• Проверка на точността на позиционирането (±0,02mm)
• Почистване на филтрите на хидравличните системи на двете единици
• Тест на алармите и предпазните заключвания специфични за 2K

Месечни:

• Смяна на масло в въртящия механизъм (ако е хидравличен)
• Контрол на износването на шнецовете и цилиндрите на двете единици
• Калибриране на сензорите за позиция и налягане
• Проверка на състоянието на електрическите връзки на контролерите
• Тест на пълен цикъл с измервания на времена и температури
• Актуализация на софтуера за управление (ако е налична)

Годишни (основен преглед):

• Пълна смяна на хидравличните масла (двете системи)
• Контрол и смяна на лагерите на въртящия механизъм
• Регенерация или смяна на шнецове при износване >0,1mm
• Рекалибриране на всички сервонагони
• Преглед на системата за безопасност от сертифициран персонал
• Енергиен одит и оптимизация на параметрите
• Смяна на уплътненията и консумационните елементи на 2K механизма

Консумации специфични за 2K:

• Лагери на въртящия механизъм - на всеки 500 000 - 1 000 000 цикъла
• Уплътнения на съединителя - на всеки 12-18 mмесечно
• Линейни водачи - на всеки 2-3 lгодишно при интензивна експлоатация
• Енкодери за позиция - на всеки 3-5 lгодишно или при първите грешки в позиционирането

Резюме

Многокомпонентното леене под налягане и технологията 2K са ключов инструмент в съвременното преработване на пластмаси, позволяващи производство на напреднали изделия, съчетаващи различни материали и функционалности в един автоматизиран процес. От прости многоцветни комбинации до сложни твърдо-меки структури, двукомпонентните машини за леене под налягане отварят нови проектиращи възможности при едновременно намаляване на разходите за монтаж.

Ключови изводи от ръководството:

• Видове 2K форми - въртящи, преместващи и индексър - всеки систем има оптимално приложение в зависимост от геометрията и производителността
• Компатибилност на материалите - двойките PP-TPE, ABS-TPE, PA-TPE осигуряват най-добрата адхезия благодарение на химическото сродство
• Елиминиране на монтажа - технологията 2K намалява разходите за производство с 40-60% чрез елиминиране на вторичните операции
• Прецизност на процеса - сервонагоните и напредналото управление осигуряват повторяемост ±0,01mm
• Избор на машина за леене под налягане - анализ на продукта, материалите и качествените изисквания определя оптималната конфигурация
• Отстраняване на проблеми - систематичен подход към адхезията, позиционирането и параметрите на процеса осигурява стабилност на производството
• Специализирана поддръжка - 2K механизмите изискват специален график за прегледи и резервни части

Въвеждането на многокомпонентното формиране изисква комплексен подход, обхващащ подбор на подходяща машина, проектиране на формата, оптимизация на материалите и обучение на персонала. Инвестицията в технология 2K се изплаща чрез увеличена функционалност на продуктите, намаляване на разходите за монтаж и по-висока добавена стойност за крайните клиенти.

Ако планирате въвеждане на леене 2K или модернизация на съществуващия машинен парк, свържете се с експертите от TEDESolutions. Като оторизиран партньор на Tederic, предлагаме комплексно техническо консултиране по подбор на многокомпонентни машини за леене под налягане от серия NEO Multi, проектиране на 2K процеси както и пълна сервизна и обучителна поддръжка.

Вижте също нашите статии за машини за леене под налягане, шприцформи и автоматизация Industry 4.0.