Il primo passo in muffa progettazione per stampaggio a iniezione è ottenere i dati necessari. Ciò comporta la determinazione di quante cavità ci saranno, la scelta del materiale per lo stampo e la raccolta di informazioni rilevanti. Ciò potrebbe richiedere la collaborazione di specialisti come ingegneri dei materiali e produttori di utensili, analisti dei costi. Anche se il materiale di stampaggio di solito non viene scelto dal progettista dello stampo, una progettazione di successo dello stampo richiede la comprensione di diversi fattori importanti. Controlla il suggerimenti per la progettazione delle costole delle parti in plastica.

Scelta del materiale per la progettazione dello stampo

La comprensione delle proprietà dei materiali di stampaggio è essenziale quando si progettano stampi a iniezione. Materiali diversi e persino gradi hanno diversi tassi di restringimento, quindi è importante confermare questa cosa prima di iniziare la progettazione dello stampo, perché se il restringimento si è stabilizzato nella progettazione dello stampo, in seguito non è possibile passare ad altri materiali di restringimento, perché ciò modificherebbe le dimensioni della parte. Alcune plastiche sono migliori nell'assorbire e dissipare il calore, il che influisce sulla capacità di raffreddamento dello stampo. Ciò può influire sulla posizione dei canali di raffreddamento dello stampo e i design di gate, runner e sfiato sono notevolmente influenzati dalla viscosità della plastica.

Considerazioni sul restringimento

Una considerazione fondamentale nella progettazione dello stampo è il tasso di restringimento, o la fase di contrazione che si verifica nei polimeri. La quantità di restringimento di una parte dopo essere stata estratta dallo stampo è determinata dal fattore di restringimento assegnato a ciascun tipo di plastica. Le plastiche possono restringersi in modo anisotropico o isotropico. Similmente ai materiali amorfi, i materiali isotropici si restringono uniformemente in tutte le direzioni. D'altro canto, i materiali anisotropici, che sono spesso cristallini, possono presentare un restringimento maggiore lungo la direzione del flusso.

Ad esempio, per ottenere le dimensioni necessarie dopo il restringimento, un prodotto da 6 pollici con un fattore di restringimento di 0,010 pollici/pollice necessita di una cavità dello stampo di 6,060 pollici. Le tre categorie di fattori di restringimento sono le seguenti: basso, che rientra tra 0,000 pollici/pollice e 0,005 pollici/pollice, medio, che rientra tra 0,006 pollici/pollice e 0,010 pollici/pollice, e alto, che rientra oltre 0,010 pollici/pollice.

L'applicazione di fattori di restringimento a ogni pollice del prodotto ha un effetto su tutte le sue dimensioni. Tre categorie di restringimento, basso, medio e alto, hanno un impatto sulle dimensioni della cavità dello stampo. Il restringimento può essere influenzato dalle fluttuazioni della temperatura dello stampo e dalle modifiche allo spessore della parete del prodotto. È difficile stimare il restringimento; i fornitori di materiali, i produttori di stampi e gli stampatori esperti devono tutti dare il loro parere. Se non sai quale restringimento dovresti usare, non preoccuparti, devi solo dirci il materiale che preferisci usare per il tuo progetto e noi ci occuperemo del resto per te.

La tabella sottostante mostra il tasso di restringimento per i materiali più diffusi

Determinazione delle cavità nella progettazione dello stampo per stampaggio a iniezione

Scoprire quante cavità sono necessarie è un primo passo importante prima di discutere le dimensioni dello stampo e i requisiti dell'attrezzatura. Questo parametro è cruciale per determinare quanto può essere prodotto dal processo di stampaggio a iniezione in un determinato lasso di tempo, insieme al tempo di ciclo complessivo.

Gli obiettivi di volume di produzione annuale per un determinato prodotto sono direttamente correlati al numero di cavità necessarie. Ad esempio, il calcolo richiede di conoscere il tempo di produzione annuale disponibile se l'obiettivo è creare 100.000 unità in media all'anno. Ciò equivale a 6.240 ore all'anno (52 settimane * 5 giorni/settimana * 24 ore/giorno), ipotizzando una tipica settimana lavorativa di cinque giorni e 24 ore al giorno. Quindi, ogni mese ha una media di 520 ore disponibili (6.240 / 12).

Stima del tempo di ciclo

La stima del tempo di ciclo è essenziale per capire quante cavità sono necessarie. La porzione di parete più spessa dell'articolo che viene stampato ha il maggiore impatto sul tempo di ciclo. Una linea guida per questa stima è mostrata nella Figura 2-3, che tiene conto delle ipotesi di una macchina per stampaggio di dimensioni appropriate e dei tempi tipici del processo di iniezione. Sebbene i tempi di ciclo possano variare in modo significativo a seconda del materiale, il grafico fornisce un utile punto di partenza.

Una volta approssimato il tempo di ciclo totale, il numero di cicli all'ora può essere calcolato dividendo il tempo di ciclo stimato per 3.600, che è il numero di secondi in un'ora. Ad esempio, vengono prodotti 100 cicli di stampaggio per articolo se lo spessore massimo della parete è di 0,100 pollici e il tempo di ciclo è di circa 36 secondi.

Cavità e scala di produzione

Supponiamo di avere un fabbisogno annuale di 100.000 unità. Per soddisfare questo criterio, uno stampo a cavità singola richiederebbe circa 1.000 ore, ovvero 8,33 settimane. In alternativa, il tempo di produzione potrebbe essere dimezzato a 4,16 settimane con uno stampo a due cavità. Le ramificazioni finanziarie di uno stampo a due cavità, tuttavia, devono essere attentamente considerate.

Uno stampo a cavità singola che funziona senza sosta non sarebbe fattibile per numeri di produzione più grandi, come 10 milioni di unità all'anno. In questo caso, 624.000 unità potrebbero essere prodotte annualmente utilizzando uno stampo a 16 cavità. Potrebbero essere presi in considerazione stampi multipli con 16-32 cavità ciascuno, con produzione distanziata su tre-sei mesi, per raggiungere 10 milioni di pezzi. Tuttavia, è importante valutare aspetti come il costo e la disponibilità delle attrezzature di stampaggio.

Selezione del materiale giusto per la progettazione dello stampo a iniezione

La scelta del materiale appropriato per la progettazione dello stampo a iniezione è un aspetto critico che influenza significativamente l'efficienza e l'efficacia del processo di stampaggio. Vari materiali, che vanno dagli acciai alle leghe e persino all'alluminio, offrono caratteristiche uniche che soddisfano diversi requisiti di stampaggio.

Acciai

1. Acciaio al carbonio 1020: Ideale per piastre di espulsione e piastre di ritegno grazie alla sua lavorabilità. Per la tempra è richiesta la carburazione.
2. Acciaio al carbonio 1030: Utilizzato per basi di stampi, alloggiamenti di espulsione e piastre di serraggio. Può essere facilmente lavorato e saldato, con il potenziale di tempra a HRC 20-30.
3. Acciaio legato 4130: Acciaio ad alta resistenza adatto per piastre di contenimento di cavità e nucleo, piastre di supporto e piastre di serraggio. Fornito a 26-35 HRC.
4. Acciaio per utensili S-7: Resistente agli urti con buona resistenza all'usura, utilizzato per interblocchi e chiavistelli. Temprato a 55-58 HRC.
5. Acciaio per utensili P-20: 4130 modificato, pre-temprato per cavità, anime e piastre di estrazione. Fornito a HRC 28-40.
6. Acciaio inossidabile S136: si tratta di uno dei materiali più temprati per cavità, anime, inserti e altri componenti di stampi, temprato a 50-54 HRC.
7. Acciaio ad alta lucidatura NAK80: utilizzato per cavità, anime e altri inserti per stampi con finitura superficiale ad alta intensità di vetro, pretemprato a 38-42 HRC.
8. Acciaio 1.2344 e 1.2343? Si tratta di acciaio temprato, utilizzato principalmente per cavità, anime e altri componenti di stampi, temprato a 50-54 HRC.

Alluminio

Il grado di alluminio più comune per gli stampi è 7075 (T6)Questa lega di grado aeronautico, una volta anodizzata, raggiunge una durezza superficiale fino a 65 Rc per una maggiore resistenza all'usura. Può essere utilizzata per l'intero stampo e la sua superficie tende a levigarsi da sola, riducendo i tempi di costruzione dello stampo e del ciclo di stampaggio a iniezione.

Leghe di rame-berillio

Queste leghe, come CuBe 10, CuBe 20 e CuBe 275, sono spesso utilizzate come componenti montati su basi di stampi in acciaio o alluminio. Aiutano nella dissipazione del calore, in particolare in aree con posizionamenti di canali di raffreddamento difficili. La durezza varia da Rb 40 a Rc 46.

Altri materiali

Sebbene meno comuni, altri materiali come epossidico, leghe di alluminio/epossidico, gomme siliconiche e legno possono essere utilizzati per stampi, principalmente per la produzione di piccoli volumi o prototipi (in genere sotto i 100 pezzi). Questi materiali non sono adatti per la produzione di grandi volumi a causa della loro limitata durata e potrebbero essere più appropriati per scopi di prototipazione.

Negli ultimi tempi, l'alluminio, in particolare la lega 7075, è diventato un'opzione praticabile anche per la produzione ad alto volume, sfidando la percezione tradizionale dell'alluminio come adatto solo per stampi a basso volume o prototipi. La scelta del materiale dello stampo dovrebbe allinearsi ai requisiti del volume di produzione, alla compatibilità dei materiali e alle caratteristiche specifiche necessarie per il processo di stampaggio.

Finitura superficiale e requisiti speciali nella progettazione di stampi per stampaggio a iniezione

Quando si tratta di progettazione di prodotti stampati, ottenere il giusto aspetto superficiale è importante, sia esteticamente che in termini di rendere più facili da applicare i ritocchi finali come loghi di marchi o opere d'arte ornamentali. I parametri del processo di iniezione e lo stato della cavità dello stampo hanno un impatto diretto sulla qualità della superficie stampata. I progettisti di stampi non possono controllare i parametri di lavorazione, ma devono specificare criteri per aspetti specifici al fine di realizzare stampi con le giuste condizioni superficiali.

Diverse tecniche di lavorazione producono diversi gradi di rugosità superficiale sulle superfici degli stampi, il che influisce sulla procedura di finitura. Ad esempio, le finiture comuni prodotte da Lavorazione tramite elettroerosione (EDM) vanno da 10 a 100 micropollici (da 250 a 2.500 micrometri). Potrebbe essere necessario meno di 1 micropollice (25 micrometri) per ottenere una finitura a specchio, mentre una lettura media per la maggior parte delle parti potrebbe essere compresa tra 20 e 40 micropollici (da 500 a 1.000 micrometri).

Una finitura più liscia della cavità riduce le colline e le valli prodotte durante la lavorazione, il che di solito rende più facile l'espulsione dei pezzi stampati. L'effetto dell'EDM sulla rugosità della superficie della cavità è mostrato nella Figura 2-4, che evidenzia la necessità di una lappatura e lucidatura appropriate per fornire la levigatezza richiesta. Per le finiture della superficie della cavità dello stampo, la Society of the Plastics Industry (SPI) ha creato degli standard. Ci sono tre livelli (1, 2 e 3) in ogni grado (A, B, C e D), con A-1 che è la finitura più liscia e D-3 che è una finitura grossolana, sabbiata a secco.

Sebbene una superficie piana faciliti l'espulsione, superfici troppo lisce potrebbero generare un vuoto, specialmente quando si usano resine rigide e dure. In queste situazioni, una piccola quantità di irruvidimento superficiale sul metallo aiuta a rimuovere il vuoto e consente un'espulsione appropriata della parte.

Se vengono applicate finiture post-stampaggio, la superficie della parte stampata richiede una preparazione. Per le poliolefine, l'ossidazione della superficie è necessaria per facilitare l'adesione di vernice, colorante, timbri a caldo o altre finiture decorative. Ridurre al minimo l'uso di agenti distaccanti durante stampaggio a iniezione Si consiglia di evitare interferenze con l'adesione, sottolineando ulteriormente l'importanza di una superficie dello stampo altamente lucidata.

L'identificazione delle superfici designate per la decorazione post-stampaggio sui disegni del prodotto è essenziale. Questa notifica assicura che i produttori di stampi e i formatori riconoscano le aree critiche che richiedono un'attenzione speciale nel processo di finitura.

Gattoe Metodo e Posizione

La qualità finale, l'aspetto e gli attributi fisici di un prodotto stampato sono influenzati dalla posizione del gate e dal tipo di sistema di gate impiegato. Idealmente, la cavità dovrebbe essere dotata di gate in modo che il materiale fuso entri prima nella sezione più spessa della parte, come illustrato nell'immagine sottostante.

Questo concetto si basa sul comportamento delle molecole di plastica fusa, che tendono a occupare lo spazio disponibile e a cercare una distribuzione uniforme dell'aria. Posizionando il gate nella parte più spessa della cavità, le molecole vengono forzate insieme, comprimendole mentre entrano nella cavità. Questa compattazione espelle l'aria tra le molecole, con conseguente struttura molecolare densamente compattata e una parte stampata con integrità strutturale ottimale.

Al contrario, il gating all'estremità sottile consente alle molecole di espandersi, aumentando gli spazi d'aria tra di loro e portando a un legame molecolare più debole. Ciò si traduce in una parte stampata con bassa integrità strutturale.

Mentre la posizione e il design ideali del gate saranno esplorati in un capitolo successivo, è fondamentale riconoscere le potenziali posizioni del gate in questa fase. L'identificazione di queste posizioni consente una comunicazione proattiva con il progettista del prodotto per affrontare eventuali problemi. I gate, indipendentemente dal tipo, lasceranno una traccia, nota come vestigio, sporgente o rotta nella parte stampata. Non sarà mai perfettamente a filo con la parte stampata. Se il vestigio ostacola la funzione, l'aspetto o l'uso previsto della parte stampata, il gate potrebbe dover essere riposizionato, una decisione in cui il progettista del prodotto dovrebbe essere attivamente coinvolto.

Espulsioner Metodo e Posizione

Dopo che la plastica fusa si è solidificata all'interno dello stampo, il prodotto finale stampato deve essere espulso dallo stampo. Il metodo predominante per questa operazione prevede l'uso di perni di espulsione, che vengono impiegati per spingere la parte stampata fuori dalla cavità in cui ha preso forma, come illustrato nell'immagine sottostante.

Per ottimizzare il processo di espulsione e ridurre al minimo lo stress, è consigliabile utilizzare perni di espulsione con un diametro maggiore. Ciò garantisce una distribuzione uniforme della forza di espulsione sulla parte stampata, riducendo il rischio di crepe o forature causate da un'area di espulsione insufficiente. Idealmente, i perni di espulsione dovrebbero essere posizionati strategicamente per applicare la forza alle aree più resistenti della parte, come vicino agli angoli, sotto le sporgenze e vicino alle intersezioni delle nervature. Sebbene i perni di espulsione rotondi siano i più comuni ed economici, anche le sezioni trasversali rettangolari sono valide.

Simili ai cancelli, i perni di espulsione lasciano tracce sulla parte stampata. A causa della continua espansione e contrazione di vari componenti dello stampo durante il processo di stampaggio, ottenere una perfetta complanarità con la superficie della parte è una sfida. Di conseguenza, se i perni sono troppo corti, lasciano una sporgenza o un cuscinetto di plastica in eccesso, noto come segno di testimonianza, come illustrato nell'immagine sottostante. Al contrario, se i perni sono troppo lunghi, creano impronte nella parte in plastica.

È fondamentale trovare un equilibrio nella lunghezza dei perni. Perni eccessivamente lunghi possono far sì che la parte stampata resti sui perni di espulsione, con il rischio di danni se lo stampo si chiude sulla parte non espulsa. Di conseguenza, è prudente mantenere intenzionalmente i perni corti, con conseguente sottile cuscinetto di materiale in eccesso. I progettisti di prodotti devono essere informati delle posizioni previste dei perni di espulsione e dei segni di controllo risultanti per prendere decisioni informate in merito all'accettazione.

Se i segni di testimonianza sono ritenuti inaccettabili per considerazioni funzionali o estetiche, potrebbe essere necessario esplorare metodi di espulsione alternativi, come una piastra di estrazione o un sistema avanzato di getto d'aria. In alternativa, riposizionare la parte nello stampo per consentire la ricollocazione dei perni di espulsione è un'altra opzione, sebbene possa comportare costi di stampo più elevati.

Posizionen di Cavità e Canali di Raffreddamento

Quando si impiega uno stampo a cavità singola, è ottimale posizionare la cavità al centro dello stampo. Questa configurazione facilita l'iniezione della colata, creando condizioni favorevoli per il processo di stampaggio. L'iniezione del materiale avviene direttamente nella cavità, riducendo al minimo la distanza di spostamento. Senza vincoli, la pressione di iniezione può essere ridotta e lo stress è efficacemente ridotto al minimo. Queste condizioni sono ricercate anche negli stampi multicavità.

Nel caso di stampi multicavità, è essenziale posizionare le cavità il più vicino possibile al centro dello stampo. Tuttavia, è necessario tenere in considerazione la necessità di perni di espulsione sia per le parti che per i canali responsabili del trasporto del materiale alle cavità. Inoltre, i canali di raffreddamento devono essere posizionati strategicamente nelle piastre dello stampo per portare il refrigerante, in genere acqua, il più vicino possibile alle cavità dello stampo senza compromettere l'integrità dell'acciaio e causare perdite d'acqua.

È importante posizionare attentamente le cavità per evitare interferenze con i bulloni di montaggio e i perni di espulsione. Man mano che aumenta il numero di cavità, il layout diventa più intricato, rendendo il processo più impegnativo. Una linea guida generale è che i canali di raffreddamento non dovrebbero essere situati a una distanza inferiore al doppio del loro diametro da qualsiasi altro oggetto, come illustrato nell'immagine sottostante. Ciò garantisce che ci sia abbastanza metallo circostante per ridurre al minimo il rischio di rottura.

Un layout ideale per uno stampo multicavità assomiglia ai raggi di una ruota. Questo layout consente di posizionare le cavità il più vicino possibile al centro dello stampo ed elimina le curve ad angolo retto nel sistema di canalizzazione. Tali curve determinano una caduta di pressione di 20% per ogni curva, rendendo necessario un aumento del diametro del canale per mantenere un flusso di materiale adeguato. Questa escalation comporta costi di materiale più elevati e tempi di ciclo più lunghi e dovrebbe essere evitata ogniqualvolta sia possibile. L'immagine seguente illustra un tipico layout a raggi per uno stampo a otto cavità.

Nonostante i vantaggi del concetto di raggi, esso presenta una limitazione sul numero totale di cavità possibili all'interno di una data dimensione dello stampo. Un modello quadrato, come mostrato nella Figura 10, può ospitare più cavità. Tuttavia, i modelli quadrati introducono curve nel sistema di canalizzazione, spesso rappresentate come angoli retti. Le curve ad angolo retto richiedono una pressione di iniezione aggiuntiva per spingere il materiale attraverso, sollecitando un aumento del diametro del canale di colata primario 20% per bilanciare le pressioni. Se sono necessari modelli quadrati, è preferibile avere canali con curve ampie anziché angoli retti,

Figura 10

Indipendentemente dal sistema di canali impiegato, i perni di espulsione sono essenziali per espellere sia il sistema di canali sia la parte stampata. Pertanto, il layout della cavità deve considerare non solo la vicinanza delle cavità al centro dello stampo per un minimo spostamento del materiale, ma anche come evitare di posizionare i perni di espulsione (e i bulloni di montaggio) al centro dei canali di raffreddamento.

Gli elementi sopra indicati sono solo requisiti generali riguardanti la progettazione di stampi per stampaggio a iniezione; ci saranno altri requisiti, come concetti di sfiato, dimensionamento dello stampo, cursore o sollevatore dello stampo e così via. Progettare uno stampo non è un'abilità facile. Se desideri progettare uno stampo per stampaggio a iniezione, puoi contattarci per un preventivo.

Studio di caso sulla progettazione di stampi a iniezione da Sincere Tech – DFM Anylisis

Per poter pensare allo stesso modo all'interno di SinereTech e per poter utilizzare dimensioni adatte a tutte le applicazioni, abbiamo creato le seguenti linee guida. Tali linee guida per la progettazione degli stampi saranno utilizzate dagli ingegneri di calcolo e fungeranno da base per i nostri progettisti in caso di Stampo ad iniezione progetto, e a volte potremmo chiamarlo così Rapporto DFM anche l'anilisi.

1. Porta di iniezione e disposizione generale.

   1. In genere, la saracinesca di iniezione viene posizionata lungo il lato più lungo del pezzo e il cilindro della saracinesca di iniezione si trova alla distanza più vicina a quel lato (normalmente il canale di colata non gira attorno alla cavità come una banana).
   2. Se vengono utilizzati cursori o se altri fattori possono influenzare il posizionamento del gate di iniezione o del canale, fornire qualche suggerimento sulla posizione del gate e chiedere al cliente quale posizione del gate preferisce. Concordare con una soluzione Prima il design dello stampo. Quindi il layout generale sarà adatto a quasi tutti gli stampi.

2. Distanza tra i bordi della cavità e i bordi dell'inserto.

   1. Per i casi normali, fatta eccezione per gli stampi a iniezione con cursori più grandi o parti "profonde", utilizzare la distanza 50-80 mm. Il limite superiore è utilizzato per le parti "più grandi" e il limite inferiore è per le parti più piccole.
   2. Per strumento per stampaggio a iniezione di plastica con cursori più grandi la distanza può arrivare fino a 90-100 mm, soprattutto quando si tratta dei due lati a destra e a sinistra del cursore.
   3. Per parti molto profonde la distanza potrebbe essere maggiore di 100 mm, ma in tal caso dovremmo chiedere consiglio al cliente se la macchina per stampaggio a iniezione è adatta al cliente.
   4. Per parti molto piccole si utilizza la distanza minima di 50 mm.
   5. La distanza per il lato verso il cilindro di iniezione è la stessa degli altri lati, ma circa 10-15 mm in più.
   6. Nel caso in cui volessimo ottimizzare queste distanze. Questo può essere preferibilmente utilizzato per questo tipo di utensili per pressofusione

3. Distanza tra le cavità.

   1. In genere, nella maggior parte dei casi, tra ogni cavità si mantiene una distanza di 30-50 mm.
   2. Per parti molto piccole si utilizza una distanza minima di 15-30 mm.
   3. Per parti molto profonde la distanza è in genere maggiore di 50 mm, ma in tal caso dovremmo chiedere consiglio al cliente se le dimensioni dello stampo a iniezione sono adatte alla macchina del cliente.
   4. Nei casi in cui il canale di colata si trova tra le cavità, la distanza tra ogni cavità sarà di almeno 30-40 mm; utilizzare un canale a banana, quindi la distanza tra ogni cavità sarà di 10 mm in più.

4. Distanza tra il bordo dell'inserto e il bordo della base dello stampo.

   1. In genere (per i casi normali) la regola è quella di utilizzare la stessa distanza utilizzata per stampaggio a iniezione (purché la parte non richieda cursori grandi). Ciò include parti più grandi, parti più profonde e parti che richiedono cursori più piccoli. Ciò significa che una distanza di 60-90 mm è OK per la maggior parte degli stampi.
   2. Per stampi con grandi cursori idraulici, è necessario aumentare la distanza di 50-200 mm in aggiunta alla distanza normale (più di quanto sarebbe stato necessario per lo stampaggio a iniezione). Tuttavia, per quei casi, dovremmo chiedere l'approvazione al cliente. Una domanda è anche quanto asimmetrico può essere lo stampo nel caso in cui un cursore grande venga utilizzato solo sul lato destro o sinistro dello stampo.

5. Spessore delle piastre A/B e degli inserti.

   1. Lo spessore sia per gli inserti che per le piastre A/B è principalmente controllato dall'area proiettata della parte. Come regola generale, gli spessori specificati nella tabella sottostante saranno utilizzati durante la progettazione di stampi per pressofusione. Le aree proiettate sono specificate in cm². Per grandi aree proiettate o stampi profondi si consiglia di chiedere l'approvazione del cliente. Potrebbero esserci delle formule da utilizzare nel caso in cui tali dimensioni vengano ottimizzate

Infine, se non sei sicuro di quali siano le migliori soluzioni di progettazione dello stampo per il tuo stampo a iniezione, puoi contattarci, ti offriremo progettazione di stampi, produzione di stampi e servizio di fabbricazione tramite stampaggio a iniezione.