Sprøjtestøbning er en af de mest almindelige teknikker inden for plastfremstilling, idet dele 'sprøjtes' ind i forme for at danne dele med specifikke dimensioner. Denne proces afhænger af overvejelser om plastdelens design for at opnå effektivitet i forhold til at opfylde præstationsmålene og de æstetiske og økonomiske aspekter af disse dele. Denne artikel gennemgår de grundlæggende designfunktioner i et plastemne, som skal overvejes under sprøjtestøbning, f.eks. ribber, bosser, porte, sprosser, tolerancer og deres virkninger, materialevalg og afrundede hjørner.
Hvad er sprøjtestøbning af plast?
Designet af plastdelene omfatter tegning af funktioner i underenheder og dele, der skal fremstilles ved sprøjtestøbning, en proces, hvor man former dele af smeltet plast. Her gælder det om at finde frem til det bedste design, der gør delene stærke, funktionsdygtige og billige at fremstille.
Grundlæggende om sprøjtestøbningsprocessen
Lad os få et overblik over de vigtige processer ved sprøjtestøbning af plast, før vi forstår designplastdelen. Disse kan omfatte;
1. Smeltning
Plastgranulater leveres til sprøjtestøbemaskinen og opvarmes derefter, indtil de når deres højeste temperatur. Her omdannes pillerne til flydende plast. Det gør plasten mere fleksibel og kan let modelleres til forskellige former.
2. Indsprøjtning
Plastindsprøjtning indebærer, at smeltet plast sprøjtes ind i formhulrummet ved hjælp af højt tryk. Formen er lavet på en måde, så den skaber en bestemt del. Desuden sikrer trykket, at plasten optager hele formens form.
3. Køling
Når formen er blevet fyldt med plastmaterialet, skal den afkøles for at hærde og derefter fjernes. Afkøling kan ske ved hjælp af køleluft eller vand til formen. Denne proces gør plasten hård nok til, at den kan tage form efter formen.
4. Udkastning
Der er endnu en operation, når den hærdede plast skubbes ud af formen, hvis formen er åben under afkøling. Delen fjernes, uden at den ødelægges, ved hjælp af ejektorstifter eller andre metoder. Derefter lukkes formen for at starte igen med den næste plastdel.
Nøgle Overvejelser om Design af plastemner til sprøjtestøbning
Når du arbejder med sprøjtestøbning, er optimeret design af plastemner vigtigt for at kunne lave sprøjtestøbning af høj kvalitet og være konkurrencedygtig. omkostninger til sprøjtestøbning. Lad os nedenfor diskutere de vigtige overvejelser om design af plastdele til sprøjtestøbningsprocessen;
1. Delgeometri
Delgeometri spiller en vigtig rolle i håndteringen af formerne. Så lad os diskutere de forskellige overvejelser, vi kan gøre os for at øge effektiviteten af sprøjtestøbningsprocessen.
I. Kompleksitet:
Designene er ret enkle eller komplekse, og det betyder, at prisen på en form afhænger af delens kompleksitet og formens design. Desuden resulterer kompleksiteten i designet i et stort antal dele. Flade dele som f.eks. et fladt panel er billigere og lettere at støbe end at designe en del med mange underskæringer eller funktioner. En af branchens realiteter er, at komplicerede designs kræver udvikling af komplicerede støbeforme, hvilket igen betyder større omkostninger.
II. Ensartet vægtykkelse:
Det bør være ensartet på tværs af sektioner i designarbejdet, fordi ensartethed resulterer i færre produktionsproblemer. Når en del har tynde vægge og tykke vægge, er årsagen normalt de forskellige afkølingshastigheder, som delen gennemgår under støbeprocessen. En sådan afkøling kan føre til skævvridning. Her bøjer eller forvrider materialet sig eller laver mærker, som er buler i overfladen, fordi de tykke sektioner er længere tid om at køle ned og størkne end tynde sektioner.
2. Udkast til vinkler
Udkastvinkler er små forhøjninger på siderne af et emne for at gøre det nemt at løsne det fra formen. Uden trækvinkler kan plastemnet sætte sig fast i formen, hvilket altid vil være en udfordring at fjerne uden at gå på kompromis med emnets strukturelle integritet og formens materiale. Det er normalt at indstille trækvinklen til at være mellem 1-3 grader, så emnet let kan skubbes ud uden at forårsage visse problemer.
3. Tolerance og dimensionsnøjagtighed
Tolerancer er på den anden side de acceptable grænser for afvigelse, hvad angår dimensionerne på en del. Disse tolerancer skal være præcise for at passe til delen og fungere på den rigtige måde. Der er selvfølgelig nogle begrænsninger og krav forbundet med dette, herunder at snævrere tolerancer som f.eks. små variationer er mulige. De vil dog være dyre at opnå, fordi forme og kvalitetskontrol har en høj tolerance. I modsætning hertil er de lavere toleranceniveauer meget lettere at opretholde, men samtidig påvirker de sandsynligvis emnets ydeevne eller interferens.
4. Ribben og chefer
I. Ribben
Ribber er ekstra forstærkningselementer, der er indbygget i indersiden af en del for at øge dens styrke og stivhed, men som bidrager med lidt ekstra masse til delen. Det bruges på denne måde for at undgå, at emnet vrider sig, ved at give ekstra støtte til den pågældende del. Sinkmærker (det er buler, hvor ribben møder hovedvæggen) skal forhindres ved at have ribber, der skal være halvt så tykke som de omgivende vægge. Denne tykkelsesbalance hjælper med afkøling og mindsker også stress. Ribberne er lavet af SS 304-materiale for at minimere nedbøjningen og korrigere stress.
II. Chefer
Bosses er karakteristiske hævede fremspringende dele, der primært tjener som ankerpunkter til fastgørelse af andre dele. De skal afstives, oftest med ribber, for at kunne modstå mekanisk belastning uden at revne eller ændre form. Bosses skal også trækkes til en passende tykkelse, så de kan være stærke nok til at modstå tidens tand.
5. Låger og granulat
I. Gates
Det er de punkter, hvor den smeltede plast kommer til at flyde eller komme ind i formen. Portplacering og -design er et andet vigtigt emne, der skal tages i betragtning for at sikre, at formen fyldes, og i endnu højere grad for at reducere fejl. Typisk anvendte porte er kantporte, som er placeret på emnets kanter, pin-porte, som er små porte placeret på et bestemt sted, og ubådsporte, som er placeret inde i emnet. Et passende design af porten garanterer således, at materialerne fyldes ensartet og forhindrer spild og udvikling af defekter.
II. Granulat
Granen er et kanalsystem, hvorigennem smeltet plast ledes ind i formhulrummet Granen er normalt tykkere end andre kanaler, og den støbes ofte separat, så den let kan skilles fra resten af formen, når den samles. Ved at designe et enkelt og effektivt granmønster kan man reducere mængden af spildmateriale, og det er også nemt at tage det ud af formen. Granen skal være godt designet på en sådan måde, at den fremmer plaststrømmen og også minimerer mængden af plast, der skal skæres af efter støbningen.
6. Udskydningssystemer
Funktion: Når emnet er størknet efter afkøling, bruges udstøderstifterne til at smide emnet ud af formen. Når man designer ejektorstiften, er det vigtigt at lægge den omkring emnet på en sådan måde, at den ikke ødelægger emnet eller giver det et dårligt udseende. En god placering af ejektorstifterne spiller en vigtig rolle for en nem og korrekt udstødning af delene fra formen.
| Overvejelser om design | Retningslinjer/vigtige værdier | Forklaring |
| Kompleksitet | Enklere geometrier foretrækkes | Komplekse designs øger formomkostningerne og besværet. |
| Ensartet vægtykkelse | 1,5 mm - 4 mm | Ensartet tykkelse forhindrer skævvridning og synkemærker. |
| Trækvinkel | 1° - 3° | Giver mulighed for nem udstødning fra formen. |
| Dimensionel nøjagtighed | ±0,1 mm - ±0,5 mm | Match med procesmulighederne for omkostningseffektiv støbning. |
| Ribbens tykkelse | 50% af vægtykkelse | Det hjælper med at forhindre synkemærker og forbedrer den strukturelle styrke. |
| Bossens tykkelse | 60% - 80% med nominel vægtykkelse | Sikrer mekanisk styrke og stresshåndtering. |
| Gate-placering | Tæt på tykke sektioner, væk fra visuelle overflader | Sikrer korrekt påfyldning og reducerer fejl. |
| Granulatdiameter | 1,5 mm - 6 mm | Sikrer et jævnt flow af smeltet plast. |
| Placering af udkasterstift | Væk fra kosmetiske overflader | Sikrer jævn udstødning af emner uden skader på overfladen. |
7. Interferens passer til
Interferenspasninger bruges, hvor huller og aksler skal forbindes på en sådan måde, at de er i stand til at overføre drejningsmoment og andre former for kræfter effektivt. I interferenspasninger skal tolerancer og driftstemperatur overvejes nøje for at muliggøre en pålidelig forbindelse uden en stor indsats ved montering.
Interferensniveauet kan bestemmes ved hjælp af præcise matematiske ligninger, der tager højde for designspænding, Poissons forhold, elasticitetsmodul og geometriske koefficienter. Den nødvendige monteringskraft til interferenstilpasningerne estimeres også ved hjælp af disse beregninger.
8. Fileter og afrundede hjørner i design af plastemner
Dette medfører spændingskoncentration og defekter på plastkomponenterne, hvis der anvendes skarpe hjørner. Større værdier for filetstørrelsen, hvilket betyder afrundede hjørner, sænker spændingskoncentrationen og giver samtidig mulighed for et frit og lettere flow af plastmaterialet under støbeprocessen. Det er afgørende at skabe designprincipper for hjørneradius for at undgå problemer med ensartet vægtykkelse og krympning.
9. Huller
I. Gennemgående huller
Huller, der går lige gennem emnets tykkelse, er mere brugte og lettere at lave end andre slags huller. Fra et strukturelt synspunkt er de lettest at kontrollere under formdesignet. De kan produceres ved at anvende faste kerner i både den glidende og den stationære del af formen eller ved kun at have en kerne i den glidende såvel som i den stationære del af formen. Førstnævnte danner to udkragede bjælker med korte arme under påvirkning af den smeltede plast, men undergår en ubetydelig ændring.
Sidstnævnte danner en simpelt understøttet bjælke med ubetydelig deformation. For at undgå denne tilstand skal den ene kernes diameter være lidt større og den anden lidt mindre end den anden, så alle parringsflader bliver så glatte som muligt.
II. Blinde huller
Blinde huller, det vil sige huller, der ikke er boret gennem emnet, er sværere at støbe. De er generelt bygget med en udkraget bjælkekerne, og kernen har en tendens til at bøje sig under påvirkning af den smeltede plast, hvilket giver huller med ujævn form. Blinde huller er huller, der slutter brat, og generelt bør dybden af det blinde hul ikke være mere end det dobbelte af hullets diameter.
For blinde huller med en diameter på 1. bør tykkelsen være 5 mm eller mindre, mens dybden ikke bør overstige diameteren. Tykkelsen af bundvæggen i det blinde hul skal være mindst en sjettedel af hullets diameter for at forhindre svind.
III. Huller i siden
Sidehuller laves gennem sidekerner, og det fører til formomkostninger og formvedligeholdelse, da længden af sidekernerne kan være et problem, fordi de kan dele sig. For at løse sådanne udfordringer kan designet gøres effektivt som en måde at rette op på den nuværende ineffektivitet og dermed omkostningerne.
10. Snap-fit-forbindelser i design af plastemner
Snap-fit-samlinger er nemme at have med at gøre og miljøvenlige, da der ikke kræves andre fastgørelsesmidler. De består i at hægte en fremspringende del på et andet element ud over en udadgående forlængelse, hvor elastisk deformation af delene gør det muligt at danne en sammenlåsende nøgle. Der er hovedsageligt tre typer snap-fits, nemlig udkragende, ringformede og kugleformede.
To kritiske vinkler er involveret i snap-fit-designet: tilbagetrækningssiden og indgangssiden. Tilbagetrækningssiden skal normalt være længere end pakningssiden for at opnå en bedre lock-in-ydelse. Den tilladte nedbøjning af strukturen kan findes ved hjælp af specifikke ligninger for en given snap-fit ved hjælp af materialekonstanter og geometriske koefficienter.
11. Overfladefinish og teksturer
Følgende måder kan hjælpe os med at opnå den effektive overfladefinish og tekstur til det endelige produkt;
- Opnåelse af ønsket æstetik: Overfladefinishen på en del bestemmer ikke kun delens udseende, men også hvordan den føles at røre ved. Designeren indstiller tekstur eller finish afhængigt af æstetiske behov som f.eks. mat eller blank.
- Teksturens indvirkning på formslip: Det ses, at overfladestrukturen spiller en vigtig rolle for, hvor let emnet kan frigøres fra formen. Komplekse former kan give visse ekstra udfordringer, som ikke bør indgå i designet for at lette afformningen.
- Teknikker til overfladebehandling: Yderligere behandling, som omfatter polering, slibning eller påføring af et sidste lag, kan anvendes for at få den optimale finish.
12. Tolerancer og dimensionsstabilitet
Så følgende overvejelser vil også hjælpe med at øge effektiviteten i design af plastemner.
- Design til snævre tolerancer: Komponenter med strengere toleranceniveauer giver et udfordrende miljø for formdesign med øgede kontrolproblemer i den faktiske støbeproces. Nogle vigtige punkter bør overvejes for at tage højde for forskellene i materialeflow og køling.
- Regnskab for materialekrympning: For at kontrollere materialekrympning er designerne nødt til at indstille størrelsen på formhulrummet lidt mindre. Brug af dette format hjælper med at sikre, at den endelige del opfylder de nødvendige dimensioner, der kræves.
- Overvejelser om værktøj: Værktøjet skal derfor være nøjagtigt i dimensionerne og godt vedligeholdt for at forbedre de støbte deles dimensionsstabilitet.
13. Valg af materiale
Brugerne opfordres derfor til at sikre, at de vælger det rette materiale, der gør det muligt for dem at opnå den ønskede ydeevne for støbte dele. Alle termoplastmaterialer, både de amorfe og de semikrystallinske, har deres egne egenskaber. Faktorerne omfatter den mekaniske styrke af de materialer, der skal inkorporeres, og deres krystallisering samt deres hygroskopicitet.
14. Analyse af formflow
Designdelen involverer også analysen af formflowet. Så vi kan optimere det ved hjælp af følgende proces;
- Vigtigheden af at simulere materialeflow: Analysen af formens flow har til formål at bestemme, hvordan den smeltede plast forventes at flyde i formen. Så den kan hjælpe med at identificere områder med luftfælder, svejselinjer og ujævnt flow.
- Identificering af potentielle problemer: Det kan bevises, at simulering kan identificere nogle problemer før fremstillingen, som designerne kan korrigere for den del af formdesignet.
- Optimering af emnedesign til Mold Flow: Ændringer, der kan foretages på baggrund af formflowet, hjælper med at forbedre emnets kvalitet og minimere antallet af fejl.
15. Prototyping og afprøvning
Så her er nogle prototyper og testteknikker, vi kan bruge til at gøre designdelen mere effektiv.
- Brug af hurtige prototypeteknikker: Teknikker som rapid prototyping hjælper designere med at bygge prototyper af reservedelen og teste og vurdere den fysiske del, før den tages i brug til produktion.
- Gennemførelse af fysisk testning: Prototyper, der udsættes for test med denne del, gør det muligt at evaluere delens ydeevne, holdbarhed og evne til at opfylde den tilsigtede funktion. Det giver ekstra værdi, da det giver en idé om, hvilke forbedringer der kan foretages i designet.
- Iteration af design før endelig produktion: Baseret på testresultaterne kan det være muligt at justere delens design og arbejde på dens problemer samt forbedre dens ydeevne.
Almindelige designfejl og hvordan man undgår dem under design
Her er nogle vigtige fejl, vi bør undgå, når vi designer plastdele.
- Dårligt materialevalg: Hvis man vælger et forkert materiale, går det ud over emnets ydeevne og muligheden for at fremstille det. Der er behov for at vælge de rigtige materialer, der kan opfylde emnets behov.
- Ignorerer trækvinkler: For eksempel kan små trækvinkler resultere i problemer med udstødning af emner og slid på formen. Sørg for, at trækvinkler er inkluderet i layoutet.
- Overkompliceret delgeometri: Sådanne former komplicerer formen og dens fremstilling og øger omkostningerne til formen. Reducer kompleksiteten i designet så meget som muligt for at øge fremstillingsmulighederne.
- Utilstrækkelig vægtykkelse: Porøsitet, inkonsekvens i tykkelsen eller variationer i vægtykkelsen påvirker produktet negativt med problemer som skævvridning og synkemærker. Det er vigtigt at holde delens vægtykkelse konstant for at undgå variationer i væggens tykkelse.
Konklusion
Afslutningsvis skal der tages højde for flere faktorer, når man designer en plastemne til sprøjtestøbning, f.eks. hultyper, bosser, snap-fits eller interferenspasninger og mange andre som f.eks. tolerancer, nødvendige materialer og hjørneradier. Med forståelse for disse principper kan designerne udvikle støbte dele, der er af god kvalitet, langtidsholdbare og billige at fremstille. At designe design i henhold til projektets karakteristika og miljøforhold garanterer de bedste resultater og stabilitet.
Ofte stillede spørgsmål
Q1. Hvorfor er emnedesign vigtigt i sprøjtestøbning?
Det vil hjælpe os med at opnå proceduremæssig og operationel effektivitet. Fordi produktionsdesignet indeholder strategier, der effektivt kan producere delen med høj nøjagtighed, færre fejl og reduceret brug af materiale.
Q2. Hvad er gennemgående huller?
Gennemgående huller er de huller, der går gennem en hel del, de er relativt lettere at støbe og kontrollere.
Q3. Hvad er blinde huller?
Blinde huller strækker sig ikke gennem en del og kan være sværere at støbe, da hullet kan blive bøjet og deformeret.
Q4. Hvad betyder sidehuller i sprøjtestøbning?
Sidehuller laves med sidekerner, som kan gøre formen mere kompleks og dermed øge prisen. omkostninger til sprøjtestøbning.
Q5. Hvordan skal chefer designes?
Der skal også være fileter ved tilslutningerne og korrekt sprøjtestøbning vægtykkelse. Så de kan hjælpe med at modstå delens stress. Desuden skal bosses også indgå i delens struktur.
Q6. Hvad er betydningen af en snap-fit-forbindelse?
I snap-fit-forbindelsen afbøjes en del elastisk for at passe ind i en anden, så der ikke bruges direkte mekaniske fastgørelsesmidler.
Q7. Hvordan beregner vi det indgreb, der skal foretages?
Interferens opnås ved hjælp af designspænding, Poissons forhold og geometriske koefficienter.
Q8. Hvad er toleranceniveauer ved sprøjtestøbning af plast?
Tolerancegrænser omfatter generelle, mellemstore og meget præcise tolerancer, som bestemmer kvaliteten og priserne på produkterne. sprøjtestøbning produkter.