Formdesign til sprøjtestøbning

Det første skridt i skimmel design til sprøjtestøbning er at indhente de nødvendige data. Det indebærer at finde ud af, hvor mange hulrum der skal være, at vælge materiale til formen og at indsamle relevante oplysninger. Det kan være nødvendigt at arbejde med specialister som materialeingeniører, værktøjsmagere og omkostningsanalytikere. Selv om formmaterialet normalt ikke vælges af formdesigneren, kræver et vellykket formdesign en forståelse af flere vigtige faktorer. Kontroller Tips til design af ribber til plastemner.

Materialevalg til formdesign

Det er vigtigt at forstå støbematerialernes egenskaber, når man designer sprøjtestøbeforme. Forskellige materialer og endda kvaliteter har forskellig krympningshastighed, så det er vigtigt at bekræfte dette som det første, før man begynder at designe støbeformen, for hvis krympningen er fastlagt i formdesignet, kan man ikke senere skifte til et andet krympemateriale, fordi det vil ændre på emnets dimensioner. Nogle plasttyper er bedre til at absorbere og aflede varme, hvilket påvirker, hvor godt formen køler ned. Det kan påvirke, hvor formens kølekanaler er placeret, og design af porte, kanaler og udluftninger er i høj grad påvirket af plastens viskositet.

Overvejelser om svind

En vigtig overvejelse i formdesign er krympningshastighed eller den sammentrækningsfase, der forekommer i polymerer. Den mængde, som en del vil krympe, efter at den er taget ud af formen, bestemmes af den krympefaktor, der er tildelt hver plasttype. Plast kan krympe på en anisotropisk eller isotropisk måde. I lighed med amorfe materialer krymper isotrope materialer ensartet i alle retninger. På den anden side kan anisotrope materialer - som ofte er krystallinske - udvise større krympning langs strømningsretningen.

For at opnå den nødvendige størrelse efter krympning skal et 6-tommers produkt med en krympefaktor på 0,010 in./in. f.eks. have et formhulrum på 6,060 in. De tre kategorier af krympefaktorer er som følger: lav, som falder mellem 0,000 in./in. og 0,005 in./in., medium, som falder mellem 0,006 in./in. og 0,010 in./in., og høj, som falder over 0,010 in./in.

Anvendelse af krympefaktorer på hver tomme af produktet har en effekt på alle dets dimensioner. Tre kategorier af krympning - lav, mellem og høj - har indflydelse på formhulrummets dimensioner. Svind kan påvirkes af temperatursvingninger i formen samt ændringer i produktets vægtykkelse. Det er svært at estimere svind; materialeleverandører, støberier og erfarne støberier må alle give deres besyv med. Hvis du ikke ved, hvilket svind du skal bruge, er der ingen grund til bekymring, du skal bare fortælle os om det materiale, du foretrækker at bruge til dit projekt, så klarer vi resten for dig.

Nedenstående tabel viser krympefrekvensen for de mest populære materialer

Fuldt navn på Materiale	Kort navn på materialet	Min til max Krympeværdier
Akrylnitril-butadien-styren	ABS	.004 - .008
Akrylnitril-butadien-styren/polykarbonat	PC/ABS	.004 - .007
Acetal	POM	.020 - .035
Akryl	PMMA	.002 - .010
Ethylenvinylacetat (	EVA	.010 - .030
Polyethylen med høj densitet	HDPE	.015 - .030
Polyethylen med lav densitet	LDPE	.015 - .035
Polyamid - Nylon (PA) fyldt 30% Glasfiber	PA+30GF	.005 - .007
Polyamid - Nylon (PA) Ikke udfyldt	PA	.007 - .025
Polybutylenterephthalat	PBT	.008 - .010
Polycarbonate	PC	.005 - .007
Akrylonitril-styren-akrylat	ASA	.004 -. 007
Polyester		.006 - .022
Polyetheretherketon	PEEK	.010 - .020
Polyetherimid	PEI	.005 - .007
Polyethylen	PE	.015 - .035
Polyethersulfon	PES	.002 - .007
Polyphenylen	PPO	.005 - .007
Polyphenylensulfid	PPS	.002 - .005
Polyphthalamid	PPA	.005 - .007
Polypropylen	PP	.010 - .030
Polystyren	PS	.002 - .008
Polysulfon	PSU	.006 - .008
Polyurethan	PUR	.010 - .020
Polyvinylklorid	PVS	.002 - .030
Termoplastisk elastomer	TPE	.005 - .020

Bestemmelse af hulrum i formdesign til sprøjtestøbning

At finde ud af, hvor mange kaviteter der er brug for, er et vigtigt første skridt, før man diskuterer værktøjsstørrelse og krav til udstyr. Denne parameter er afgørende for at bestemme, hvor meget der kan produceres ved sprøjtestøbning på en bestemt tid, sammen med den samlede cyklustid.

Målene for den årlige produktionsmængde for et bestemt produkt er direkte relateret til antallet af nødvendige kaviteter. For eksempel kræver beregningen, at man kender den årlige produktionstid, der er til rådighed, hvis målet er at skabe 100.000 enheder i gennemsnit om året. Det er 6.240 timer om året (52 uger * 5 dage/uge * 24 timer/dag), hvis man antager en typisk arbejdsuge på fem dage og 24 timer om dagen. Så har hver måned i gennemsnit 520 tilgængelige timer (6.240 / 12).

Estimering af cyklustid

Det er vigtigt at estimere cyklustiden for at finde ud af, hvor mange kaviteter der er brug for. Den tykkeste del af væggen på det emne, der skal støbes, har den største indvirkning på cyklustiden. En retningslinje for denne vurdering er vist i Figur 2-3, som tager højde for antagelserne om en støbemaskine af passende størrelse og typiske sprøjteprocestider. Selvom cyklustiderne kan variere betydeligt afhængigt af materialet, giver diagrammet et nyttigt udgangspunkt.

Når den samlede cyklustid er beregnet, kan antallet af cyklusser pr. time beregnes ved at dividere den anslåede cyklustid med 3.600, som er antallet af sekunder i en time. For eksempel produceres der 100 støbecykler pr. emne, hvis den maksimale vægtykkelse er 0,100 tommer, og cyklustiden er ca. 36 sekunder.

Hulrum og produktionsskala

Lad os antage, at vi har et årligt behov på 100.000 enheder. For at opfylde dette kriterium vil en enkeltkavitetsform kræve ca. 1.000 timer eller 8,33 uger. Som et alternativ kan produktionstiden halveres til 4,16 uger med en form med to kaviteter. De økonomiske konsekvenser af en form med to hulrum skal dog overvejes nøje.

En form med en enkelt kavitet, der arbejder nonstop, ville ikke være mulig ved større produktionsantal, f.eks. 10 millioner enheder om året. I dette tilfælde kan der produceres 624.000 enheder om året ved hjælp af en form med 16 hulrum. Flere forme med 16-32 hulrum hver kan overvejes, med produktion fordelt over tre til seks måneder, for at nå op på 10 millioner stykker. Det er dog vigtigt at vurdere aspekter som omkostninger og tilgængelighed af støbeudstyr.

Vælg det rigtige materiale til design af sprøjtestøbeforme

At vælge det rette materiale til design af sprøjtestøbeforme er et kritisk aspekt, der har stor indflydelse på støbeprocessens effektivitet. Forskellige materialer, lige fra stål til legeringer og endda aluminium, tilbyder unikke egenskaber, der imødekommer forskellige krav til støbning.

Stål

1. 1020 kulstofstål: Ideel til ejektorplader og holdeplader på grund af dens bearbejdelighed. Karburering er nødvendig for hærdning.
2. 1030 kulstofstål: Bruges til formbaser, udstøderhuse og klemplader. Kan let bearbejdes og svejses med mulighed for hærdning til HRC 20-30.
3. 4130 legeret stål: Højstyrkestål, der er velegnet til hulrums- og kerneholderplader, støtteplader og spændeplader. Leveres med 26 til 35 HRC.
4. S-7 værktøjsstål: Stødsikker med god slidstyrke, bruges til låsesystemer og låse. Hærdet til 55-58 HRC.
5. P-20 værktøjsstål: Modificeret 4130, forhærdet til hulrum, kerner og afisoleringsplader. Leveres med HRC 28-40.
6. S136 rustfrit stål: Dette er et af de bedste hærdede materialer til hulrum, kerner, indsatser og andre formgivende formkomponenter, hærdet til 50-54 HRC.
7. NAK80 højpoleringsstål: Bruges til hulrum med høj glasoverflade, kerner og andre formindsatser, forhærdet til 38-42HRC.
8. 1.2344 og 1.2343 stål? Dette er hærdet stål, der mest bruges til hulrum, kerner og andre formkomponenter, hærdet til 50-54 HRC.

Aluminium

Den mest almindelige aluminiumskvalitet til støbeforme er 7075 (T6). Når denne flylegering anodiseres, opnår den en overfladehårdhed på op til 65 Rc, hvilket giver øget slidstyrke. Den kan bruges til hele formen, og dens overflade har en tendens til at blive selvglattende, hvilket reducerer formopbygning og cyklustider for sprøjtestøbning.

Beryllium-kobber-legeringer

Disse legeringer, såsom CuBe 10, CuBe 20 og CuBe 275, bruges ofte som komponenter, der er monteret på støbeforme af stål eller aluminium. De hjælper med varmeafledning, især i områder med udfordrende placering af kølekanaler. Hårdheden varierer fra Rb 40 til Rc 46.

Andre materialer

Selv om det er mindre almindeligt, er andre materialer som epoxy, aluminium/epoxy-legeringer, silikonegummi og træ kan bruges til støbeforme, primært til produktion af små mængder eller prototyper (typisk under 100 stk.). Disse materialer egner sig ikke til produktion af store mængder på grund af deres begrænsede holdbarhed og er måske mere velegnede til prototyper.

I den seneste tid er aluminium, især 7075-legeringen, blevet en levedygtig mulighed selv til højvolumenproduktion, hvilket udfordrer den traditionelle opfattelse af, at aluminium kun er egnet til lavvolumen- eller prototypeforme. Valget af formmateriale skal være i overensstemmelse med kravene til produktionsvolumen, materialekompatibilitet og de specifikke egenskaber, der er nødvendige for støbeprocessen.

Overfladefinish og særlige krav til formdesign til sprøjtestøbning

Når det gælder design af støbte produkter, er det vigtigt at få det rigtige overfladelook, både æstetisk og med hensyn til at gøre efterbehandlinger som brandlogoer eller dekorative illustrationer lettere at anvende. Indsprøjtningsprocessens parametre og formhulrummets tilstand har direkte indflydelse på den støbte overflades kvalitet. Formdesignerne kan ikke kontrollere procesparametrene, men de skal specificere kriterier for specifikke udseender for at kunne fremstille forme med de rigtige overfladeforhold.

Forskellige bearbejdningsteknikker giver forskellige grader af overfladeruhed på formoverflader, hvilket påvirker efterbehandlingsproceduren. For eksempel er almindelig finish produceret af Elektrisk udladningsbearbejdning (EDM) varierer fra 10 til 100 mikroinches (250 til 2.500 mikrometer). Der skal måske kun mindre end 1 mikrotomme (25 mikrometer) til for at få en spejlfinish, mens en gennemsnitlig måling for de fleste dele kan ligge mellem 20 og 40 mikrotommer (500 og 1.000 mikrometer).

En glattere kavitetsfinish reducerer de bakker og dale, der opstår under bearbejdningen, hvilket normalt gør det lettere at skubbe de støbte emner ud. Effekten af EDM på kavitetens overfladeruhed er vist i figur 2-4, som fremhæver nødvendigheden af passende stening og polering for at opnå den nødvendige glathed. Society of the Plastics Industry (SPI) har udarbejdet standarder for overfladebehandling af formhulrum. Der er tre niveauer (1, 2 og 3) i hver klasse (A, B, C og D), hvor A-1 er den glatteste finish, og D-3 er en grov, tørblæst finish.

Selv om en flad overflade letter udstødningen, kan for glatte overflader skabe vakuum, især når man bruger stive, hårde harpikser. I disse situationer kan en lille smule ru overflade på metallet hjælpe med at fjerne vakuummet og muliggøre en passende udstødning af emnet.

Hvis der anvendes finish efter støbning, skal overfladen på den støbte del forberedes. For polyolefiner er det nødvendigt at oxidere overfladen for at lette vedhæftningen af maling, farvestoffer, varme stempler eller anden dekorativ finish. Minimering af brugen af formfrigørelsesmidler under sprøjtestøbning er tilrådeligt for at undgå forstyrrelser i vedhæftningen, hvilket yderligere understreger vigtigheden af en højpoleret formoverflade.

Det er vigtigt at identificere overflader, der er beregnet til dekoration efter støbning, på produkttegninger. Denne meddelelse sikrer, at formgivere og støbere genkender kritiske områder, der kræver særlig opmærksomhed i efterbehandlingsprocessen.

Gate Metode og placering

Et støbt produkts endelige kvalitet, udseende og fysiske egenskaber påvirkes af indgangens placering og den type indgangssystem, der anvendes. Ideelt set skal hulrummet have en port, så det smeltede materiale først kommer ind i den tykkeste del af emnet, som vist på billedet nedenfor.

Dette koncept er baseret på smeltede plastmolekylers adfærd, som har en tendens til at optage ledig plads og søge lige luftfordeling. Ved at placere porten i den tykkeste del af hulrummet tvinges molekylerne sammen og komprimeres, mens de bevæger sig ind i hulrummet. Denne komprimering udstøder luft mellem molekylerne, hvilket resulterer i en tætpakket molekylær struktur og en støbt del med optimal strukturel integritet.

I modsætning hertil giver gating i den tynde ende molekylerne mulighed for at udvide sig, hvilket øger luftrummet mellem dem og fører til en svagere molekylær binding. Dette resulterer i en støbt del med lav strukturel integritet.

Den ideelle placering og udformning af porten vil blive udforsket i et senere kapitel, men det er vigtigt at identificere potentielle placeringer af porten på dette tidspunkt. Ved at identificere disse steder kan man kommunikere proaktivt med produktdesigneren og løse eventuelle problemer. Gates, uanset type, vil efterlade spor, kendt som en vestige, der enten stikker ud af eller er brudt ind i den støbte del. Den vil aldrig flugte perfekt med den støbte del. Hvis restproduktet hindrer funktionen, udseendet eller den tilsigtede brug af den støbte del, kan det være nødvendigt at flytte porten, og det er en beslutning, som produktdesigneren bør være aktivt involveret i.

Ejector Metode og placering

Når den smeltede plast er størknet i formen, skal det endelige støbte produkt skubbes ud af formen. Den fremherskende metode til denne opgave involverer brugen af ejektorstifter, som bruges til at skubbe den støbte del ud af det hulrum, hvor den tog form, som vist på billedet nedenfor.

For at optimere udstødningsprocessen og minimere stress anbefales det at bruge ejektorstifter med en større diameter. Det sikrer en jævn fordeling af udstødningskraften på tværs af den støbte del, hvilket reducerer risikoen for revner eller punkteringer forårsaget af utilstrækkeligt udstødningsareal. Ideelt set bør udstøderboltene placeres strategisk, så de udøver kraft på de stærkeste områder af emnet, f.eks. i nærheden af hjørner, under bosser og tæt på ribbekryds. Selvom runde ejektorstifter er de mest almindelige og omkostningseffektive, er rektangulære tværsnit også brugbare.

I lighed med porte efterlader ejektorstifter spor på den støbte del. På grund af den kontinuerlige udvidelse og sammentrækning af forskellige formkomponenter under støbeprocessen er det en udfordring at opnå perfekt flugt med emnets overflade. Hvis pindene er for korte, efterlader de derfor et fremspring eller en overskydende plastikpude, kendt som et vidnemærke, som illustreret på billedet nedenfor. Omvendt, hvis tappene er for lange, skaber de aftryk i plastemnet.

Det er vigtigt at finde en balance i stiftlængden. For lange stifter kan føre til, at den støbte del bliver siddende på udstødningsstifterne, hvilket giver risiko for skader, hvis formen lukker på den ikke-udstødte del. Derfor er det klogt med vilje at holde stifterne korte, hvilket resulterer i en tynd pude af overskydende materiale. Produktdesignere skal informeres om de påtænkte placeringer af ejektorstifter og de resulterende vidnemærker for at kunne træffe kvalificerede beslutninger om accept.

Hvis vidnemærkerne anses for uacceptable på grund af funktionelle eller æstetiske overvejelser, kan det være nødvendigt at udforske alternative udstødningsmetoder, såsom en stripperplade eller et avanceret luftblæsningssystem. Alternativt kan man flytte emnet i formen for at gøre det muligt at flytte udstødningsstifterne, selvom det kan medføre højere formomkostninger.

Beliggenhedn af hulrum og kølekanaler

Når man bruger en form med et enkelt hulrum, er det optimalt at placere hulrummet i midten af formen. Denne konfiguration letter indsprøjtningen og skaber gunstige betingelser for støbeprocessen. Materialeindsprøjtningen sker direkte i hulrummet, hvilket minimerer transportafstanden. Uden begrænsninger kan indsprøjtningstrykket reduceres, og stress minimeres effektivt. Disse forhold er tilstræbt selv i multikavitetsforme.

I tilfælde af flerkavitetsforme er det vigtigt at placere kaviteterne så tæt på formens centrum som muligt. Der skal dog tages hensyn til behovet for udstødningsstifter til både delene og de løbere, der er ansvarlige for at transportere materiale til hulrummene. Derudover skal kølekanaler placeres strategisk i formpladerne for at bringe kølemiddel, typisk vand, så tæt på formhulrummene som muligt uden at gå på kompromis med stålets integritet og forårsage vandlækager.

Det er vigtigt at placere hulrummene omhyggeligt for at undgå interferens med monteringsbolte og ejektorstifter. Når antallet af hulrum stiger, bliver layoutet mere indviklet, hvilket gør processen mere udfordrende. En generel retningslinje er, at kølekanalerne ikke bør være tættere end to gange deres diameter på noget andet objekt, som vist på billedet nedenfor. Det sikrer, at der er nok omgivende metal til at minimere risikoen for gennembrud.

Et ideelt layout for en multikavitetsform ligner egerne i et hjul. Dette layout gør det muligt at placere hulrummene så tæt som muligt på formens midte og eliminerer retvinklede sving i kanalsystemet. Sådanne drejninger resulterer i et 20% trykfald for hver drejning, hvilket nødvendiggør en forøgelse af løberens diameter for at opretholde et korrekt materialeflow. Denne eskalering fører til højere materialeomkostninger og længere cyklustider og bør undgås, når det er muligt. Nedenstående billede illustrerer et typisk egerlayout for en form med otte hulrum.

På trods af fordelene ved egerkonceptet har det en begrænsning på det samlede antal kaviteter, der er mulige inden for en given formstørrelse. Et firkantet mønster, som vist i figur 10, kan rumme flere kaviteter. Kvadratiske mønstre introducerer dog drejninger i kanalsystemet, ofte repræsenteret som rette vinkler. Retvinklede drejninger kræver ekstra indsprøjtningstryk for at drive materialet igennem, hvilket kræver en 20% forøgelse af den primære kanaldiameter for at afbalancere trykket. Hvis det er nødvendigt med firkantede mønstre, er det at foretrække at have løbere med fejende sving i stedet for rette vinkler,

Uanset hvilket kanalsystem, der anvendes, er ejektorstifterne afgørende for udstødningen af både kanalsystemet og den støbte del. Derfor skal kavitetslayoutet ikke kun tage højde for kaviteternes nærhed til formens centrum for at minimere materialebevægelsen, men også for, hvordan man undgår at placere ejektorstifter (og monteringsbolte) midt i kølekanalerne.

Ovenstående punkter er kun et generelt krav til formdesign til sprøjtestøbning, der vil være nogle flere krav, såsom udluftningskoncepter, dimensionering af form, formskyder eller løfter og så videre, at designe en form er ikke let dygtighed. hvis du vil have formdesign til sprøjtestøbning, kan du kontakte os for et tilbud.

Casestudie om design af sprøjtestøbning fra Sincere Tech - DFM Anylisis

For at kunne tænke på samme måde inden for SinereTech og for at kunne bruge dimensioner, der passer til alle anvendelser, har vi skabt følgende retningslinjer. Disse retningslinjer for formdesign vil blive brugt af beregningsingeniørerne samt som en base for vores designere i tilfælde af eventuelle Sprøjtestøbning projekt, og nogle gange kan vi kalde det DFM-rapport anylisis også.

1. Indsprøjtningsport og overordnet layout.

   1. Generelt vil indsprøjtningsporten blive placeret langs emnets længste side, og indsprøjtningsportens cylinder vil være tættest på den side (løberen vil normalt ikke gå rundt om hulrummet som en banan).
   2. Hvis der bruges skydere, eller hvis andre faktorer kan påvirke placeringen af indsprøjtningsporten eller løberen, skal du give nogle forslag til placering af porten og spørge kunden, hvilken portplacering de foretrækker. Bliv enige om en løsning før formens design. Så vil det generelle layout være egnet til næsten alle forme.

2. Afstand mellem hulrumskanterne og indsatsens kanter.

   1. I normale tilfælde, undtagen for sprøjtestøbeforme med større skydere eller "dybe" dele, skal du bruge afstanden 50-80 mm. Den øvre grænse bruges til "større" dele, og den nedre grænse er til mindre dele.
   2. For Værktøj til sprøjtestøbning af plast Med større skydere kan afstanden være op til 90-100 mm, især når det drejer sig om de to sider til højre og venstre for skyderen.
   3. For virkelig dybe dele kan afstanden være større end 100 mm, men så skal vi spørge kunden til råds, hvis kundens sprøjtestøbemaskine er egnet.
   4. Til meget små dele bruges en minimumsafstand på 50 mm.
   5. Afstanden til siden mod indsprøjtningscylinderen er den samme som til de andre sider, men ca. 10-15 mm oveni.
   6. Hvis vi gerne vil optimere disse afstande. Dette kan fortrinsvis bruges til denne type trykstøbningsværktøjer

3. Afstand mellem hulrummene.

   1. Generelt bruges der i de fleste tilfælde en afstand på 30-50 mm mellem hvert hulrum.
   2. Til meget små dele bruges en afstand på mindst 15-30 mm.
   3. For virkelig dybe dele er afstanden generelt større end 50 mm, men så bør vi spørge kunden til råds, hvis sprøjtestøbeformens størrelse passer til kundens maskine.
   4. I tilfælde, hvor løberen er mellem hulrummene, vil afstanden være min. 30-40 mm mellem hvert hulrum, hvis du bruger bananport, vil afstanden mellem hvert hulrum være ekstra 10 mm mere.

4. Afstand mellem kanten af indsatsen og kanten af formbunden.

   1. Generelt (i normale tilfælde) er reglen at bruge den samme afstand som den, der bruges til sprøjtestøbning (så længe delen ikke kræver store skydere). Det gælder også større dele, dybere dele og dele, der kræver mindre skydere. Det betyder, at en afstand på 60-90 mm er OK for de fleste forme.
   2. For forme med store hydrauliske skydere er der behov for at øge afstanden med 50-200 mm ud over den normale afstand (mere end hvad der ville have været nødvendigt til sprøjtestøbning). I disse tilfælde skal vi dog bede kunden om godkendelse. Et spørgsmål er også, hvor asymmetrisk formen kan være, hvis der kun bruges en stor skyder i højre eller venstre side af formen.

5. Tykkelsen på A/B-plader og indsatser.

   1. Tykkelsen på både indsatserne og A/B-pladerne styres hovedsageligt af emnets projicerede areal. Som tommelfingerregel anvendes de tykkelser, der er angivet i nedenstående tabel, ved design af trykstøbeforme. De projicerede områder er angivet i cm². Ved store projekterede områder eller dybe forme anbefales det at spørge kunden om godkendelse. Der kan være formler, der skal bruges, hvis disse dimensioner skal optimeres

Fremskrevet areal (cm)2)	Tykkelsen mellem indsatskanten og bagsiden af A/B-pladen		Tykkelsen mellem hulrumskanten og bagsiden af indsatsens kant
	A-plade	B-plade	Indsæt A	Indsæt-B
1-100	35-40	40-45	35-40	38-40
100-300	40-60	45-70	40-45	40-45
300-600	60-80	70-100	45-50	45-55
600-1000	80-110	100-130	50-60	55-65
1000-1500	110-140	130-160	60-65	65-70
>1500	≥140	≥160	≥65	≥70

Endelig, hvis du ikke er sikker på, hvad der er de bedste formdesignløsninger til din sprøjtestøbeform, er du velkommen til at kontakte os, vi vil tilbyde dig Formdesign, produktion af støbeforme og fremstilling af sprøjtestøbning.